本文關(guān)鍵詞：基于ALE的B777-200ER飛機(jī)水上迫降數(shù)值分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：本文依據(jù)2014年震驚全球的馬來西亞航空公司MH370航班失聯(lián)(失事)事件,對失事客機(jī)——波音777-200ER飛機(jī)進(jìn)行了無計劃迫降情況的撞水實驗和數(shù)值分析,研究成果可以為航空事故調(diào)查和分析提供參考。一般而言,飛機(jī)水上迫降性能分析中,重點從以下三個關(guān)注的層面出發(fā),第一,飛機(jī)迫降過程中飛機(jī)機(jī)體和乘員遭受多大的沖擊載荷；第二,飛機(jī)安全迫降后能否提供安全的逃生方式；第三,飛機(jī)水上漂浮性能可否滿足要求。本文主要分析第一個層面——結(jié)構(gòu)物撞水動力學(xué)和運動學(xué)問題,考慮了迫降過程中飛機(jī)的姿態(tài)角(俯仰角和偏轉(zhuǎn)角)變化,易受損部位(飛機(jī)發(fā)動機(jī)和翼尖)的沖擊壓強(qiáng),以及撞水中所受的沖擊載荷,并給出飛機(jī)水上迫降運行的一些有意義結(jié)論。飛機(jī)的撞水過程屬于流固耦合的問題,是大變形的非線性問題。本文首先通過對楔形體垂直入水時所受壓強(qiáng)和加速度進(jìn)行數(shù)值驗證,證明ALE方法在結(jié)構(gòu)物撞水方面的研究中具有可行性。然后,建立了符合MH370失事事件的波音777-200ER飛機(jī)水上迫降的有限元模型,運用驗證后的Arbitrary Lagrangian -Eulerian (ALE)方法模擬了水上迫降的11種工況,得到一些有價值的結(jié)論。本文主要進(jìn)行了以下研究工作：①通過軌跡跟蹤法得到楔形體入水過程的加速度,與利用ALE方法得到的加速度進(jìn)行對比,對比結(jié)果表明：軌跡跟蹤法對結(jié)構(gòu)物撞水具有很好的適用性。②建立了波音777-200ER飛機(jī)進(jìn)行無計劃水上迫降的有限元模型,設(shè)置十一種工況,分別對初始豎直速度、初始水平速度、初始偏轉(zhuǎn)角、初始俯仰角和重量五種因素對飛機(jī)水上迫降的影響進(jìn)行了分析。③通過多種渠道收集并整理MH370航班的搜救情況,結(jié)合ALE方法模擬結(jié)果所進(jìn)行的規(guī)律性分析,對MH370航班水上迫降的可能情況進(jìn)行推導(dǎo),得出結(jié)論為：MH370最可能以接近-90°俯仰角和-90°偏轉(zhuǎn)角的姿態(tài)入水,且豎直方向速度比較大,所剩燃油量偏小。④通過建立一套合理的飛機(jī)水上迫降模型和一系列案例數(shù)值模擬,對飛機(jī)的水上迫降適航和事故調(diào)查分析提供了一些指導(dǎo),同時促進(jìn)飛機(jī)水上迫降方面的動力學(xué)和運動學(xué)研究。
【關(guān)鍵詞】：撞水 流固耦合 B777-200 水上迫降 ALE法 ANSYS/LS-DYNA 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：中國民用航空飛行學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V328
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 第1章 緒論12-26
• 1.1 研究背景和意義12-19
• 1.2 水上迫降的研究進(jìn)展和狀況19-23
• 1.2.1 理論研究20
• 1.2.2 實驗研究20-22
• 1.2.3 數(shù)值模擬22-23
• 1.3 本文研究的主要內(nèi)容23-26
• 第2章 數(shù)值計算方法以及驗證26-41
• 2.1 ALE方法26-30
• 2.1.1 有限元技術(shù)介紹26
• 2.1.2 ALE、Lagrange和Euler坐標(biāo)系的關(guān)系26-30
• 2.2 ALE描述下的流體動力學(xué)方程30-32
• 2.2.1 質(zhì)量守恒方程30-31
• 2.2.2 動量守恒方程31-32
• 2.3 軌跡跟蹤法介紹32-33
• 2.4 楔形體入水實驗33-40
• 2.4.1 楔形體入水實驗裝置34-36
• 2.4.2 加速度和壓強(qiáng)驗證36-40
• 2.5 本章小結(jié)40-41
• 第3章 飛機(jī)水上迫降數(shù)值建模41-58
• 3.1 MH370航班機(jī)型簡介41-42
• 3.2 數(shù)值建模42-48
• 3.2.1 建立幾何模型42-43
• 3.2.2 清理幾何模型43-46
• 3.2.3 網(wǎng)格劃分46-48
• 3.3 材料模型48-50
• 3.4 單元類型50-51
• 3.5 流固耦合關(guān)鍵字51-53
• 3.6 水上迫降工況設(shè)置53-57
• 3.7 本章小結(jié)57-58
• 第4章 飛機(jī)非計劃水上迫降特性分析58-82
• 4.1 迫降過程運動和動力特征分析58-65
• 4.1.1 運動姿態(tài)時變性分析58-62
• 4.1.2 豎直加速度變化分析62
• 4.1.3 局部壓強(qiáng)變化分析62-65
• 4.2 規(guī)律性分析65-81
• 4.2.1 豎直入水速度的影響65-68
• 4.2.2 初始水平速度的影響68-71
• 4.2.3 初始偏轉(zhuǎn)角的影響71-75
• 4.2.5 重量的影響75-79
• 4.2.6 影響因素規(guī)律性分析79-81
• 4.3 本章小結(jié)81-82
• 第5章 結(jié)論與展望82-85
• 5.1 結(jié)論82
• 5.2 創(chuàng)新性82-83
• 5.3 展望83-85
• 參考文獻(xiàn)85-89
• 附錄89-116
• 附錄A MH370航班機(jī)型信息89-94
• 附錄B 典型工況動畫截圖94-104
• 附錄C 典型工況仿真計算程序104-116
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的學(xué)術(shù)成果116-117
• 致謝117

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本文編號：273457