兵工学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (7): 2066-2079.doi: 10.12382/bgxb.2022.0111
收稿日期:
2022-03-01
上线日期:
2023-07-30
通讯作者:
基金资助:
SUN Xiaoyuan, DENG Feng*(), LIU Xueqiang
Received:
2022-03-01
Online:
2023-07-30
摘要:
飞机水上迫降过程是一个跨介质过程,即飞机从空气跨越到水的过程。探索和研究物体跨介质过程的物理现象和动态特性,对飞机水上迫降和跨介质飞行器入水砰击等问题具有重要的参考价值。针对某型双机身飞机水上迫降过程展开研究,综合运用URANS(unsteady Reynolds-averaged Navier- Stokes)方法、流体体积模型、动网格技术和6自由度模型对飞机水上迫降过程进行数值模拟。在三维平板水漂运动实验的验证基础上,研究俯仰角度这一关键参数对双机身飞机水上迫降过程的影响。研究结果表明:飞机在水上迫降过程中,俯仰角度越大,飞机的垂向速度峰值越大,垂向位移越大且俯仰偏转角度变化量越小;俯仰角度越小,飞机的水平速度减小得越快,飞机的水平位移越小;飞机以6°俯仰角度水上迫降时受到的水平作用力最大,可以在最短的时间内完成停靠;飞机以14°俯仰角度水上迫降时受到的垂向作用力最大,相同时刻的浸水位移最大。
孙肖元, 邓枫, 刘学强. 某型双机身飞机水上迫降数值模拟[J]. 兵工学报, 2023, 44(7): 2066-2079.
SUN Xiaoyuan, DENG Feng, LIU Xueqiang. Numerical Simulation of Ditching of a Twin-Fuselage Aircraft[J]. Acta Armamentarii, 2023, 44(7): 2066-2079.
网格 序号 | 整体网格 区域网格 单元尺 寸/m | 移动网格 区域网格 单元尺 寸/m | 整体网格 区域网格 单元数/ 万个 | 移动网格 区域网格 单元数/ 万个 | 网格单元 总数/ 万个 |
---|---|---|---|---|---|
网格1 | 0.45 | 0.03 | 443 | 207 | 650 |
网格2 | 0.4 | 0.03 | 616 | 207 | 823 |
网格3 | 0.4 | 0.025 | 616 | 426 | 1042 |
网格4 | 0.4 | 0.02 | 616 | 601 | 1217 |
表1 4种不同网格的详细信息
Table 1 Details of four different grids
网格 序号 | 整体网格 区域网格 单元尺 寸/m | 移动网格 区域网格 单元尺 寸/m | 整体网格 区域网格 单元数/ 万个 | 移动网格 区域网格 单元数/ 万个 | 网格单元 总数/ 万个 |
---|---|---|---|---|---|
网格1 | 0.45 | 0.03 | 443 | 207 | 650 |
网格2 | 0.4 | 0.03 | 616 | 207 | 823 |
网格3 | 0.4 | 0.025 | 616 | 426 | 1042 |
网格4 | 0.4 | 0.02 | 616 | 601 | 1217 |
图10 圆盘水面滑跳实验和数值计算的滑跳姿态对比(Ω=65rot/s,上为实验结果,下为数值模拟结果)
Fig.10 Comparison between experimentally obtained and numerically calculated skipping attitudes of the plate over water surface (Ω=65rot/s, the top is the experimental result, and the bottom is the simulation result)
图11 圆盘水面滑跳实验和数值计算的滑跳姿态对比(Ω=0rot/s,上为实验结果,下为数值模拟结果)
Fig.11 Comparison between experimentally obtained and numerically calculated skipping attitudes of the plate over water surface (Ω=0rot/s, the top is the experimental result, and the bottom is the numerical simulation result)
俯仰角度 | 质心坐标/m | 质量/kg | Ixx/(kg·m2) | Iyy/(kg·m2) | Izz/(kg·m2) | Ixy/(kg·m2) | Ixz/(kg·m2) | Iyz/(kg·m2) |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
6° | (0,0,0) | 365.122 | 556.250 | 1128.107 | 656.731 | -65.879 | 0 | 0 |
8° | (0,0,0) | 365.122 | 552.351 | 1132.006 | 656.731 | -45.773 | 0 | 0 |
10° | (0,0,0) | 365.122 | 549.864 | 1134.495 | 656.731 | -25.445 | 0 | 0 |
12° | (0,0,0) | 365.122 | 548.801 | 1135.558 | 656.731 | -4.992 | 0 | 0 |
14° | (0,0,0) | 365.122 | 549.167 | 1135.192 | 656.731 | 15.486 | 0 | 0 |
表2 飞机不同俯仰角度的质量属性
Table 2 Mass attributes of the aircraft at different pitch angles
俯仰角度 | 质心坐标/m | 质量/kg | Ixx/(kg·m2) | Iyy/(kg·m2) | Izz/(kg·m2) | Ixy/(kg·m2) | Ixz/(kg·m2) | Iyz/(kg·m2) |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
6° | (0,0,0) | 365.122 | 556.250 | 1128.107 | 656.731 | -65.879 | 0 | 0 |
8° | (0,0,0) | 365.122 | 552.351 | 1132.006 | 656.731 | -45.773 | 0 | 0 |
10° | (0,0,0) | 365.122 | 549.864 | 1134.495 | 656.731 | -25.445 | 0 | 0 |
12° | (0,0,0) | 365.122 | 548.801 | 1135.558 | 656.731 | -4.992 | 0 | 0 |
14° | (0,0,0) | 365.122 | 549.167 | 1135.192 | 656.731 | 15.486 | 0 | 0 |
图14 不同时刻的飞机姿态和水面变化(上为飞机姿态云图,下为水面变化云图)
Fig.14 Aircraft attitude and water surface changes at different times (the top is the aircraft attitude contour, and the bottom is the water surface change contour)
图15 不同时刻的相位云图(上为飞机侧面相位云图,下为飞机底部浸水相位云图)
Fig.15 Phase countours at different moments (the top is the aircraft side phase contour, and the bottom is the aircraft bottom water immersion phase contour)
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doi: 10.12382/bgxb.2021.0164 |
doi: 10.12382/bgxb.2021.0164 |
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