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基于S-ALE流固耦合算法的飞机水上迫降动力学分析

水上迫降，流固耦合， 结构化拉格朗日-欧拉，渗漏，动力学

计算流体力学、多场耦合、生物力学、动力学等 > 多场耦合模拟

水上迫降过程中所产生的水动冲击载荷，事关机乘人员的生命安全，在跨水域飞行的民用飞机“适坠性”结构设计中必须被考虑。中国民用航空规章第25部25.801条款对水上迫降、水上迫降结构和设备做出了具体的要求。缩比模型试验和基于数值方法的虚拟实验是获取水动载荷的重要途径。在新构型飞机设计和适航取证中，低成本和可重复的数值方法正扮演越来越重要的角色，传统的高成本和高耗时的缩比模型试验逐步被“虚拟数值试验”和基于“相似构型模型试验”的类比外推方法所替代。
对数值方法而言，结构与流体耦合作用的处理方式是水上迫降研究的核心问题，它在一定程度上决定了数值实验的成败。基于拉格朗日-欧拉算法(ALE)的“罚函数”流固耦合方法兼具拉格朗日和欧拉方法的优点，在结构边界运动的处理上引进了拉格朗日的特点，能够有效的跟踪流体/结构边界的运动。但是传统的ALE流固耦合算法最大的问题在于流体和结构的渗漏以及渗漏引起的流固耦合失效。结构化拉格朗日-欧拉算法(S-ALE)采用的结构化网格离散了流体域，优化了接触算法消除了耦合界面的压力大幅震荡，避免流体的渗漏。
本文基于S-ALE流固耦合算法开展飞机水上迫降动力学分析，采集了飞机运动姿态，过载和底部压力时程，并和实验测试结果对比。 结果显示S-ALE流固耦合算法完美避免了流体的渗漏。相对于传统的ALE流固耦合算法，S-ALE算法得到的运动姿态，过载和底部压力和实验结果更加吻合。