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有限体积法（FVM）的基本思路是将计算区域划分为一系列不重复的控制体积，将待解微分方程在每一个控制体上积分。该方法在处理自由表面流动问题时，需要一套自由表面捕捉方法，其中最主要的是流体体积占比方法（VOF）和水平集方法（Level-Set）。FVM+VOF方法已经成为飞机水上迫降数值模拟一种比较常用的方法，其主要优势在于能够计算飞机水上迫降过程中所受的气动力、水动力，较好地模拟飞机尾部的吸力。采用有限体积法模拟飞机水上迫降问题的精度十分依赖于自由表面捕捉方法的精度以及网格密度，模拟破碎和飞溅等现象取决于自由表面捕捉方法的进展。
3水上迫降数值仿真研究现状
现有的关于入水冲击问题的数值研究大多基于以上几种方法。1989年，Ghaffari等[5]基于线性势流理论，用面元法模拟了一种航天飞机的水上迫降问题，考虑了空气和水流的影响，研究了水上迫降过程中的气动力-水动力载荷。1994年，Brooks等[6]给予有限元法采用LS-DYNA3D软件模拟了阿波罗返回舱入水的过程，但当时的DYNA还没有流体模块，使用实体单元模拟水。2006年，吴卫等[7]使用SPH法对块体下滑激发的水波问题进行了二维数值模拟，并经试验数据验证，表明SPH法在处理自由表面大变形问题上具有优势。2007年，Streckwall等[8]使用了基于动量法的混合程序DITCH与基于FVM+VOF法的求解器COMET模拟了不同机身尾部形状的着水冲击现象，并经过对比试验数据验证了这两种方法。2015年，Shah等[9]提出了一种SPH结合LS-DYNA的方法，并基于二维楔形体自由落水的试验数据进行了对比，通过试验和仿真的物体受力大小和运动姿态验证了该方法的准确性。
在飞机的水上迫降方面，2006年，Climent等[10]采用SPH法和PAM-CRASH软件相结合，对CN-235-300M飞机的刚性和柔性两种模型进行数值模拟，研究了柔性对压强的影响，利用得到的柔性系数对缩比模型试验的数据进行了修正，分析了机体变形和结构完整性。2009年，屈秋林等[11]使用Fluent软件基于VOF法模拟了某型客机迫降过程，较好地捕捉到了水面的变形并给出了最佳迫降姿态。2010年，Groenenboom等[12]使用SPH和PAM-CRASH软件相结合的方法，通过对比二维楔形体以及CN235飞机模型试验的结果，表明后体吸力不可忽略。2012年，张韬等[13]运用MSC.DYTRAN软件进行数值仿真，对比了模型试验的冲击压力和姿态，验证了数值方法，并研究了飞行姿态、重心位置对迫降载荷的影响，表明后体吸力不可忽略。2013年，徐文岷等[14]基于MSC.DYTRAN软件考虑了水、空气和飞机结构之间的耦合作用，对某型飞机水上迫降过程中机身底部所受载荷以及着水过程中的运动姿态进行了模拟，结果表明飞机结构入水时压力在初期达到峰值，然后衰减，峰值过后会出现小幅波动。2014年，张盛等[15]使用SPH法模拟波浪条件下的某小型飞机水上迫降过程，并给出了最佳迫降姿态。2015年，Qu等[16]采用FVM+VOF方法结合整体运动网格模拟迫降过程，通过对比NACATN2929模型试验的速度、俯仰角和重心高度随时间变化的曲线，验证了该方法的准确性。 2/2 首页 上一页 1 2 |
