基于SPH方法的飞机水上迫降数值模拟研究

摘要

随着国与国之间业务往来越来越密切，飞机的跨海飞行越来越频繁。从而带来了飞机必须具有良好水上迫降性能的问题，作为飞机适航条例中的要求，现在主要通过试验和数值仿真方法来研究飞机的迫降性能。由于试验方法的耗时、昂贵等缺点，数值仿真方法具有越来越突出的优势。
　　本文使用SPH方法，即光滑质点流体动力学方法研究飞机的水上迫降过程。相比一般有限元方法无法模拟大变形、流固耦合、液体飞溅等问题，SPH方法可以处理自由表面大变形问题，克服了有限元在此方面的缺点。
　　本文首先对SPH方法进行理论介绍，推导出核近似法和粒子近似法的理论方程。并对SPH方法在流体动力学和固体力学中质量守恒方程、动力守恒方程以及能量守恒方程简单介绍。
　　借助于发表文章中的试验，建立锥形木块水面冲击仿真计算，对比分析冲击过程的画面以及木块的位移，通过对比发现，SPH方法可以很好模拟出水体飞溅、破碎等现象，且仿真结果与试验结果吻合很好，说明利用SPH方法在模拟水面冲击问题的合理性与正确性。
　　建立飞机模型以及波浪模型，根据起落架状态和飞机的姿态角建立七种工况，分析每种工况下飞机迫降过程的速度、加速度以及姿态角、偏航角和滚转角的变化，考虑到迫降过程中，飞机应该受到最小的加速度响应以及飞机最小的角度变化，得出最优的迫降状态。
　　本文的主要研究工作是利用SPH方法在研究水面冲击问题上的优越性，为飞机水上迫降提供仿真算法，为今后的工程工作奠定基础。

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图表清单

注释表

第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 水上迫降动力模型试验

1.3 水上迫降理论分析

1.4 本文研究内容

第二章 SPH方法基本原理

2.1 引言

2.2 核近似法

2.3 粒子近似法

2.4 流体动力学中SPH方法

2.5 固体力学中SPH方法

2.6 本章小结

第三章 锥形体水面冲击仿真

3.1 引言

3.2 冯卡曼水面冲击理论

3.3 锥形体水面冲击仿真

3.4 仿真结果及分析

3.5 本章小结

第四章 飞机水上迫降仿真计算

4.1 引言

4.2 仿真模型

4.3 仿真结果及分析

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 工作总结

5.2 工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文