兵工学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (5): 240289-.doi: 10.12382/bgxb.2024.0289
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魏佳庆1, 彭相富1, 吴彬2, 江婷2, 王明振2, 杨扬1,*()
收稿日期:
2024-04-15
上线日期:
2025-05-07
通讯作者:
基金资助:
WEI Jiaqing1, PENG Xiangfu1, WU Bin2, JIANG Ting2, WANG Mingzhen2, YANG Yang1,*()
Received:
2024-04-15
Online:
2025-05-07
摘要:
水陆两栖飞机在水面滑行过程中会不可避免地会遭受波浪等复杂海况的水动冲击,严重时可能引起机身结构变形破坏,对机体及机乘人员的安全造成威胁。以国产大型水陆两栖飞机为研究对象,采用结构化任意拉格朗日-欧拉(Structured-Arbitrary Lagrangian-Eulerian,S-ALE)方法,研究水陆两栖飞机在波浪水面滑行过程中的水动响应问题。建立基于S-ALE和罚函数接触算法的流固耦合模拟方法,采用仿物理推板式造波模式与质量阻尼消波法模拟生成数值波浪水池,分别对平静水面和波浪水面滑行过程中的飞机水动特性和耐波性进行研究。研究结果表明:S-ALE方法可以有效地模拟水陆两栖飞机在水面滑行的动响应过程;波高1.2m下飞机以19.4m/s速度稳定滑行时姿态角为7°,对应的谐振波长为机身长度的2~3倍,谐振波长下飞机姿态变化幅度和升沉运动的剧烈程度会显著高于其他波长;飞机机身与波长比值为1、波高为1.8m时垂向过载不断变大,1.2m波高环境下逐渐收敛,波高的变化对纵摇和质心位置升沉规律影响不大。
中图分类号:
魏佳庆, 彭相富, 吴彬, 江婷, 王明振, 杨扬. 基于S-ALE数值水池的水陆两栖飞机滑行水动响应[J]. 兵工学报, 2025, 46(5): 240289-.
WEI Jiaqing, PENG Xiangfu, WU Bin, JIANG Ting, WANG Mingzhen, YANG Yang. Hydrodynamic Response of Amphibious Aircraft Taxiing Based on S-ALE Numerical Pooling[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(5): 240289-.
方法 | K文件 尺寸/MB | 计算时占用 内存/MB | 计算耗时/ min |
---|---|---|---|
S-ALE方法 | 1.3 | 118 | 74 |
ALE方法 | 109 | 489 | 129 |
表1 不同算法所占资源和计算耗时对比
Table 1 Comparison of resources and computing time consumed by different algorithms
方法 | K文件 尺寸/MB | 计算时占用 内存/MB | 计算耗时/ min |
---|---|---|---|
S-ALE方法 | 1.3 | 118 | 74 |
ALE方法 | 109 | 489 | 129 |
参数 | 水域 | 空气域 | 楔形体 |
---|---|---|---|
网格类型 | 八节点立方体 | 八节点立方体 | 四节点壳单元 |
平均尺寸/m | 0.05 | 0.05 | 0.02 |
单元数 | 14400 | 144000 | 8634 |
单元数共计 | 167034 |
表2 数值模型参数
Table 2 Numerical model parameters
参数 | 水域 | 空气域 | 楔形体 |
---|---|---|---|
网格类型 | 八节点立方体 | 八节点立方体 | 四节点壳单元 |
平均尺寸/m | 0.05 | 0.05 | 0.02 |
单元数 | 14400 | 144000 | 8634 |
单元数共计 | 167034 |
测量点 | 计算波 高/m | 理论波 高/m | 计算波 长/m | 理论波 长/m | 波高误 差/% | 波长误 差/% |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 0.588 | 0.56 | 6.5 | 5.8 | 5.0 | 12 |
2 | 0.575 | 0.56 | 6.3 | 5.8 | 2.6 | 8.62 |
3 | 0.559 | 0.56 | 6.0 | 5.8 | 0.1 | 3.34 |
4 | 0.535 | 0.56 | 5.8 | 5.8 | 4.4 | 0 |
5 | 0.525 | 0.56 | 5.7 | 5.8 | 6.25 | 1.7 |
表3 t=25s时刻波浪数据对比
Table 3 Wave data(t=25s)
测量点 | 计算波 高/m | 理论波 高/m | 计算波 长/m | 理论波 长/m | 波高误 差/% | 波长误 差/% |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 0.588 | 0.56 | 6.5 | 5.8 | 5.0 | 12 |
2 | 0.575 | 0.56 | 6.3 | 5.8 | 2.6 | 8.62 |
3 | 0.559 | 0.56 | 6.0 | 5.8 | 0.1 | 3.34 |
4 | 0.535 | 0.56 | 5.8 | 5.8 | 4.4 | 0 |
5 | 0.525 | 0.56 | 5.7 | 5.8 | 6.25 | 1.7 |
推板 周期/s | 冲程/ mm | 波高理论 计算值/mm | 波高试验 值/mm | 波高数值 计算值/mm |
---|---|---|---|---|
50 | 88 | 76 | 79 | |
1.4 | 100 | 176 | 152 | 158 |
150 | 264 | 225 | 223 | |
100 | 120 | 102 | 103 | |
2.0 | 150 | 180 | 161 | 175 |
200 | 240 | 215 | 220 | |
200 | 152 | 149 | 148 | |
3.0 | 250 | 190 | 181 | 179 |
300 | 228 | 223 | 221 |
表4 3种周期下的造波工况
Table 4 Wave-making conditions in three cycles
推板 周期/s | 冲程/ mm | 波高理论 计算值/mm | 波高试验 值/mm | 波高数值 计算值/mm |
---|---|---|---|---|
50 | 88 | 76 | 79 | |
1.4 | 100 | 176 | 152 | 158 |
150 | 264 | 225 | 223 | |
100 | 120 | 102 | 103 | |
2.0 | 150 | 180 | 161 | 175 |
200 | 240 | 215 | 220 | |
200 | 152 | 149 | 148 | |
3.0 | 250 | 190 | 181 | 179 |
300 | 228 | 223 | 221 |
飞机质量/ t | 滑行速度/ (m·s-1) | 气动升力/ N | 气动力矩/ (N·m) |
---|---|---|---|
50 | 19.4 | 265599.87 | -365181 |
表5 飞机水面滑行阶段初始条件
Table 5 Initial conditions for the taxiing phase of aircraft
飞机质量/ t | 滑行速度/ (m·s-1) | 气动升力/ N | 气动力矩/ (N·m) |
---|---|---|---|
50 | 19.4 | 265599.87 | -365181 |
工况编号 | 有效波高/m | 有效波长/m | 与机身长度的比值 |
---|---|---|---|
1 | 1.2 | 17 | 0.5 |
2 | 1.2 | 35 | 1 |
3 | 1.2 | 72 | 2 |
4 | 1.2 | 108 | 3 |
5 | 1.2 | 144 | 4 |
6 | 1.8 | 35 | 1 |
表6 波浪工况设置
Table 6 Wave condition setting
工况编号 | 有效波高/m | 有效波长/m | 与机身长度的比值 |
---|---|---|---|
1 | 1.2 | 17 | 0.5 |
2 | 1.2 | 35 | 1 |
3 | 1.2 | 72 | 2 |
4 | 1.2 | 108 | 3 |
5 | 1.2 | 144 | 4 |
6 | 1.8 | 35 | 1 |
工况 | 最大姿态角/ (°) | 最小姿态角/ (°) | 变化幅度/ (°) | 纵摇频率/ Hz |
---|---|---|---|---|
1 | 6.97 | 6.44 | 0.53 | 1.428 |
2 | 7.31 | 5.66 | 1.65 | 0.769 |
3 | 9.56 | 1.43 | 8.13 | 0.384 |
4 | 8.42 | 3.06 | 5.36 | 0.270 |
5 | 8.03 | 5.03 | 3.00 | 0.277 |
表7 飞机姿态角具体数据
Table 7 Aircraft attitude angle specific data
工况 | 最大姿态角/ (°) | 最小姿态角/ (°) | 变化幅度/ (°) | 纵摇频率/ Hz |
---|---|---|---|---|
1 | 6.97 | 6.44 | 0.53 | 1.428 |
2 | 7.31 | 5.66 | 1.65 | 0.769 |
3 | 9.56 | 1.43 | 8.13 | 0.384 |
4 | 8.42 | 3.06 | 5.36 | 0.270 |
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