基于SPH的飛行器水上迫降數(shù)值模擬方法與應(yīng)用.pdf

1、飛行器水上迫降性能作為衡量其安全性的重要指標(biāo)，其實質(zhì)為入水沖擊這類非線性大變形流固耦合的復(fù)雜問題，研究有效的數(shù)值模擬工具具有重大的意義。本文為了很好的模擬入水問題的非定常性、非線性以及伴隨的噴濺現(xiàn)象，開發(fā)了一種基于光滑粒子動力學(xué)（SPH）的數(shù)值模擬軟件，應(yīng)用于研究包括直升機和客機等飛行器水上迫降問題，具有重大的工程應(yīng)用價值。
　　本文首先從積分插值出發(fā)，詳細(xì)介紹了SPH方法的基本原理，并推導(dǎo)了SPH形式的流體力學(xué)基本方程，采用了一

2、種虛擬粒子填補流體粒子支持域被邊界截斷的區(qū)域的邊界處理方法，可以有效的模擬復(fù)雜形狀的邊界。同時在模擬飛行器剛體運動時，采用了四元數(shù)法描述機體運動學(xué)方程，避免了求解剛體運動姿態(tài)時出現(xiàn)奇點問題。
　　在程序設(shè)計過程中，根據(jù)需求分析確定軟件總體設(shè)計方案包含數(shù)據(jù)輸入、粒子生成、SPH求解、運動規(guī)律求解、計算過程監(jiān)控與結(jié)果輸出和人機交互界面六大功能模塊。同時發(fā)展了一種Verlet-list和Cell-list相結(jié)合的鄰近粒子搜索算法并且采用

3、基于Morton Key/ Z-curve order的順序?qū)αＷ舆M(jìn)行排序，很大程度提高了軟件的效率。此外，為了提高軟件穩(wěn)定性，采用包括拉伸不穩(wěn)定修正、核函數(shù)正則化修正和密度重構(gòu)的方法，效果顯著。論文采用二維潰壩、二維楔形體入水、三維潰壩以及返回艙著水問題為算例，驗證了算法和軟件的準(zhǔn)確性、穩(wěn)健性和解決復(fù)雜問題的能力。
　　本文最后應(yīng)用開發(fā)的數(shù)值模擬軟件研究了幾何外形復(fù)雜的直升機和民用客機的水上迫降問題。對直升機縮比模型進(jìn)行了俯仰角