光滑粒子流体动力学法在大型飞机水上迫降研究中的应用

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雅宝题库解析：
飞机水上迫降性能是适航审定中的一项重要验证内容，目前国内在该领域的研究甚少。飞机水上迫降是一类典型的物体冲击自由水面的非线性题目，采用传统的有网格数值方法模拟此类题目，必要的网格重构将耗费大量的计算时间，而且常常会发生网格严重变形与扭曲现象。光滑粒子流体动力学法(SPH)是一种纯粹的Lagrange无网格法，粒子分布具有自适应性，在处理不连续和大变形流动题目时优势明显，近年来受到学术界的广泛关注。本文采用光滑粒子流体动力学法研究飞机在静水面上的迫降特性，取得的主要成果如下：1.        利用SPH方法模拟楔形体垂直入水冲击过程，研究了计算参数（SPH粒子间距、粒子近似理论和光滑长度等）对计算精度和效率的影响，给出了入水冲击题目SPH方法中的最佳计算参数组合，能够较好地给出冲击载荷和自由水面形状；将最佳计算参数组合应用于圆球垂直入水冲击过程的模拟，得到的冲击系数与实验结果吻合较好。2.        采用SPH法模拟NACA TN2929飞机模型的水上迫降性能，针对计算中SPH方法无法模拟气相从而无法模拟机身吸力的缺陷，创造性地提出了机身吸力修正模型，利用该修正模型计算的冲击载荷和飞机运动规律与NASA兰利水池实验的结果吻合较好。3.        利用SPH法和机身吸力修正模型开展ARJ21飞机水上迫降数值模拟，典型状态的仿真结果与实验结果吻合很好。研究了初始仰角、水平速度和下沉速度对迫降过程中飞机的俯仰角、垂向过载以及自由水面形状的影响规律，给出了最佳水上迫降姿态，为适航认证提供参考。