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水上飞机起降气垫耦合特性及抗冲击机制研究

水上飞机起降气垫耦合特性及抗冲击机制研究

作者：史江栋重庆理工大学

学位级别：硕士

水上飞机起降是一个强非线性气—液—固多相耦合问题,气垫耦合冲击特性十分复杂,保持机体稳定性也比较困难。本文采用ALE法对水上飞机在静水和波浪环境下的起飞降落问题进行了系统研究。首先对结构物入水模型、网格无关性、气垫耦合效... 详细信息

水上飞机起降是一个强非线性气—液—固多相耦合问题,气垫耦合冲击特性十分复杂,保持机体稳定性也比较困难。本文采用ALE法对水上飞机在静水和波浪环境下的起飞降落问题进行了系统研究。首先对结构物入水模型、网格无关性、气垫耦合效应、推板造波进行了对比研究,验证了ALE模型的有效性,准确预测了结构物入水的速度和加速度、气垫耦合冲击力。之后分析了不同姿态角、不同初始速度下水上飞机起降过程的系列特征,研究了波高对水上飞机气垫耦合冲击特性的影响,探索了水上飞机稳定性控制机制。主要结论如下:(1)静水环境下,研究了不同初始姿态角对入水冲击和气垫的影响,结果发现初始姿态角越大,姿态角的变化率越大,飞机二次冲击产生的压力值也越大,空气垫层的缓冲效果也越明显,当飞机初始速度为45m/s时,初始姿态角的合理范围在6°到8°之间。研究了不同初始速度对入水冲击和气垫的影响,结果发现初始水平速度越小,气垫缓冲效果越明显,初始水平速度越大,二次冲击会产生巨大的压力值造成飞机损伤,当初始姿态角为5°时,初始水平速度的合理范围在30m/s到40m/s之间。(2)在波浪环境下,研究了不同初始姿态角对入水冲击和气垫的影响,结果发现初始姿态角越大,飞机的仰俯速率也越大,空气垫层的缓冲效果越明显,二次冲击产生越大的冲击力,得出水上飞机初始速度为45m/s时,初始姿态角的适用范围不超过8°;研究了不同初始速度对气垫耦合冲击的影响,结果表明水上飞机的初始姿态角为5°时,初始速度的适用范围为30m/s到40m/s;研究了不同波高对气垫耦合冲击的影响,结果表明当水上飞机初始速度为45m/s,初始姿态角为5°时,合理的波高范围为0.4m到0.6m之间,有利于减小对飞机结构的破坏,有效利用空气垫层。(3)在水上飞机稳定性控制研究中,静水环境下研究了不同初始速度和初始姿态角对飞机稳定性的影响,结果发现初始速度越小,飞机的仰俯角变化范围越小,稳定性越好,初始姿态角越小,飞机仰俯角出现周期性变化越明显,稳定性越差,得出水上飞机初始速度的合理范围为30m/s到40m/s,初始姿态角的合理范围为8°到10°。波浪环境下,研究了不同工况对飞机稳定性的影响,结果发现水上飞机初始姿态角越小,稳定性越好,初始速度越小,稳定性越好,得出水上飞机初始姿态角的合理范围为5°到8°,初始速度的合理范围为35m/s到45m/s。研究了不同波高对飞机稳定性的影响,结果表明当水上飞机初始速度为45m/s,初始姿态角为5°时,波浪环境的波高在0.4m到0.6m之间,有利于提高水上飞机的稳定性。

关键词：水上飞机空气垫层流固耦合 ALE法水上降落

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水上飞机汲水效率水动特性分析

系统仿真技术 2024年第2期 125-132页

作者：蔡宇峰沈星南京航空航天大学中国特种飞行器研究所

为了评估某水上飞机的汲水性能，开展缩尺比模型汲水效率研究，定量分析汲水效率的变化规律。在水面飞行器固定姿态和考虑自由液面的条件下，研究不同缩尺比模型之间汲水效率的关联性，分析缩尺比对汲水效率的影响，并对实机汲水效率进... 详细信息

为了评估某水上飞机的汲水性能，开展缩尺比模型汲水效率研究，定量分析汲水效率的变化规律。在水面飞行器固定姿态和考虑自由液面的条件下，研究不同缩尺比模型之间汲水效率的关联性，分析缩尺比对汲水效率的影响，并对实机汲水效率进行计算分析。通过数值模拟和水池试验得到水上飞机在汲水滑行过程中的汲水效率及流场特征。数值模拟结果和水池试验结果对比表明，两者随速度的变化趋势基本相同，流场特征基本一致，且汲水效率大部分计算误差在10%以内，说明数值模拟精度较高、利用该方法进行汲水效率预报是可行的。研究结果对水上飞机汲水性能的研究具有一定的指导意义。

关键词：汲水效率水上飞机汲水斗汲水装置

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水上飞机不同滑行速度下的动态响应特性研究

航空计算技术 2024年第2期54卷 20-25页

作者：王心怡陈吉昌付晓琴童明波朱强南京航空航天大学江苏南京211000 中国特种飞行器研究所湖北荆门448000

复杂的海况对水上飞机的适航性和安全性提出了更高的要求。为了更好地分析水上飞机滑水运动中的规律,采用速度入口造波方法构建数值水池,运用有限体积法,结合整体动网格方法实现飞机的精确运动,对水上飞机在波浪水面滑行过程中的数值仿... 详细信息

复杂的海况对水上飞机的适航性和安全性提出了更高的要求。为了更好地分析水上飞机滑水运动中的规律,采用速度入口造波方法构建数值水池,运用有限体积法,结合整体动网格方法实现飞机的精确运动,对水上飞机在波浪水面滑行过程中的数值仿真技术和典型力学特性进行研究,分析在波长120 m,波高2 m的五阶非线性波条件下,飞机以不同速度滑行时的水阻力、运动响应、底部载荷响应和过载响应规律。研究发现:水上飞机在波浪水面低速滑行时,其运动过程具有良好的周期性,当滑行速度较大时,出现了飞机的离水运动,飞机姿态变化更加剧烈,垂向过载、水阻力出现尖端峰值,其数值也随速度增大而增大。

关键词：水上飞机数值水池有限体积法整体动网格滑水运动

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水上飞机耐波性试验数据处理软件开发及应用

舰船电子工程 2024年第7期 113-116页

作者：王冠许靖锋中国特种飞行器研究所高速水动力航空科技重点实验室

在水上飞机模型耐波性试验中，试验环境会对试验数据产生干扰，常规的数据处理手段难以剔除干扰信号。针对该问题，基于LabVIEW和Matlab平台，开发了一套水上飞机耐波性试验数据处理软件，并通过仿真数据验证了该软件的功能性。软件以... 详细信息

在水上飞机模型耐波性试验中，试验环境会对试验数据产生干扰，常规的数据处理手段难以剔除干扰信号。针对该问题，基于LabVIEW和Matlab平台，开发了一套水上飞机耐波性试验数据处理软件，并通过仿真数据验证了该软件的功能性。软件以巴特沃斯低通滤波器和经验模态分解（EMD）联合数据处理方法为核心，通过对试验数据先采用低通滤波，然后进行模态分解的方法，剔除数据中的干扰信号。实际应用结果表明，该软件能够有效去除数据中的干扰项和执行统计值分析，并提供数据输出功能，提高数据处理效率和处理精度。

关键词：水上飞机低通滤波 EMD 耐波性试验 LabVIEW Matlab

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基于结构能力的水上飞机适海性研究

科技创新与应用 2024年第6期14卷 92-94,99页

作者：周立胜杨荣王艳艳中航通飞华南飞机工业有限公司广东珠海519040

适海性是水上飞机的重要技术指标,结构能力是影响水上飞机适海性的关键因素。研究基于结构能力的水上飞机适海性评估。阐述水上飞机结构能力的重要表征量着水载荷系数的计算原理、公式、影响参数。介绍水上飞机抗浪高度计算方法和流程,... 详细信息

适海性是水上飞机的重要技术指标,结构能力是影响水上飞机适海性的关键因素。研究基于结构能力的水上飞机适海性评估。阐述水上飞机结构能力的重要表征量着水载荷系数的计算原理、公式、影响参数。介绍水上飞机抗浪高度计算方法和流程,给出考虑不同参数影响的特征系数。以某大型水陆两栖飞机工程设计为例,进行断阶着水水面反作用载荷系数计算和适海性评估及变参数分析。提出2种提高适海性的思路。该研究已在型号研制中应用,并可为其他水上飞机或水陆两栖飞机的设计提供参考。

关键词：水上飞机着水载荷系数结构能力适海性抗浪高度

飞得最快的螺旋桨水上飞机——玛奇M.C.72

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航空世界 2024年第8期 5-5页

玛奇M.C.72水上飞机是意大利玛奇飞机公司专为施耐德杯航空竞赛设计的一款竞速飞机。采用螺旋桨驱动的它不仅拥有同时期其他飞机难以企及的飞行性能,更是保持了螺旋桨水上飞机最快飞行纪录,直至今日。

关键词：螺旋桨水上飞机飞行性能玛奇施耐德意大利

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电影《红猪》与大型水上飞机

兵器 2024年第1期 71-71页

近期,日本经典动画电影《红猪》正在我国内地院线重映。多位读者通过微博向《兵器》杂志提问,希望了解这部电影的故事中有几分是真实的,片中出现的水上飞机又有哪几种是真实的?对此,作者uncelb作出了回答。首映于1992年的电影《红猪》... 详细信息

近期,日本经典动画电影《红猪》正在我国内地院线重映。多位读者通过微博向《兵器》杂志提问,希望了解这部电影的故事中有几分是真实的,片中出现的水上飞机又有哪几种是真实的?对此,作者uncelb作出了回答。首映于1992年的电影《红猪》是日本吉卜力动画工作室的代表性作品之一,该片也是日本电影导演宫崎骏的电影作品中,军事成分最高的一部。

关键词：宫崎骏动画工作室院线电影作品动画电影吉卜力电影导演水上飞机

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水上飞机双浮筒水面滑行过程数值模拟研究

水上飞机双浮筒水面滑行过程数值模拟研究

作者：邱柯朝哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

近年来，中国海洋事业在民用领域发展迅速，由于水上飞机具有与陆基飞机不同的特点，即其水面起降的能力，可以满足应急救援和军事领域的特殊需求，因此中国对于水上飞机的开发研制需求日益迫切。　　水上飞机具有在水面上稳定滑行的能... 详细信息

近年来，中国海洋事业在民用领域发展迅速，由于水上飞机具有与陆基飞机不同的特点，即其水面起降的能力，可以满足应急救援和军事领域的特殊需求，因此中国对于水上飞机的开发研制需求日益迫切。　　水上飞机具有在水面上稳定滑行的能力是其最为典型的特征，在性能上要求其具备优良的动力性能，以及良好的运动稳定性等。水上飞机的水面滑行运动是力学现象十分复杂的过程，涉及到固、液、气三相的强相互作用，在设计的过程中必须考虑水动力和气动力的共同作用。为了得到良好的水面滑行性能，水上飞机在设计阶段就需要投入大量的研究，主要涉及多相流、自由液面捕捉以及刚体的六自由度运动等复杂问题的耦合。　　本文在前人的研究基础上，使用 STAR-CCM+软件，运用 Realizable k-ε湍流模型、VOF多相流模型和重叠网格技术，对水上飞机的双浮筒水面滑行过程进行了数值模拟计算。重点解决的问题有：静水条件下水上飞机浮筒滑行的运动响应以及水动力响应特性随滑行速度的变化规律;静水条件下浮筒间距对于运动响应和水动力响应的影响规律;波浪条件下水上飞机双浮筒滑行的运动响应和波浪增阻特性随滑行速度的变化规律;水上飞机双浮筒滑行的阻力性能随波浪参数以及浮筒间距的变化规律，具体内容如下：　　对于静水面上双浮筒滑行过程的模拟，本文考虑两个自由度（纵摇和垂荡），并考虑两个影响因素：滑行速度和浮筒间距。结果表明，随着滑行速度的增加，浮筒纵向运动响应以及水动力响应均不断增加，在相同的滑行速度之下，双浮筒对比单浮筒表现出更稳定的运动特性。其次，间距因素对于浮筒滑行过程的影响远小于速度因素，间距增加会适当提高纵向运动稳定性，当无量纲间距W*达到0.40之后，继续增加间距对于改善双浮筒的滑行姿态以及动力特性而言贡献不大。　　对于波浪水面上双浮筒滑行过程的模拟，本文考虑三个自由度（纵摇、横摇和垂荡），并考虑三个影响因素：滑行速度、波浪波长和浮筒间距。结果表明，纵摇与垂荡运动响应和水平波浪增阻值与滑行速度呈正相关，横摇运动的响应与滑行速度并非强烈相关，说明横摇运动由波浪激励所主导。其次，当波长船长比??/??=1.75~2.0 的工况下，波浪增阻与纵向运动响应幅值都较大，此状态下运动体的固有频率接近波浪遭遇频率，另外，横摇运动响应对波长因素的变化不敏感，最后，双浮筒在首斜波浪中滑行时，迎浪方向浮筒的波浪增阻明显大于另一个浮筒，当其间距减小时，相互干扰作用就会越明显，直接影响到浮筒底部的压强分布等，当浮筒间距W* = 0.40左右的工况下，具有相对较好的动力性能。

关键词：水上飞机双浮筒式水面滑行运动首斜波浪运动响应水动力响应

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水上飞机水面降落全过程力学特性数值研究

北京航空航天大学学报 2020年第4期46卷 830-838页

作者：赵芸可屈秋林刘沛清北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100083

数值方法模拟水上飞机的水面降落运动姿态和受力的全过程,是结合了水汽两相流、运动学和动力学的复杂问题。采用基于Fluent商用软件开发的整体运动网格方法结合VOF方法进行自由面捕捉,采用六自由度模型进行运动状态模拟,对某型水上飞机... 详细信息

数值方法模拟水上飞机的水面降落运动姿态和受力的全过程,是结合了水汽两相流、运动学和动力学的复杂问题。采用基于Fluent商用软件开发的整体运动网格方法结合VOF方法进行自由面捕捉,采用六自由度模型进行运动状态模拟,对某型水上飞机水面降落的全过程进行了数值模拟,得到了较好的模拟结果,验证了整体运动网格方法在处理水上飞机水面降落问题时具备良好的适应性。通过模拟得到过载曲线、运动状态参数和水面状况,将降落过程划分为冲击、滑水、漂浮3个阶段,并通过对各阶段的分析总结出对水面降落过程的一般性认识,以期为水上飞机的设计研发提供方法和参考。

关键词：水上飞机 CFD 整体运动网格降落过程运动状态