楔形底部直升机着水载荷和压力分布的估算方法研究.pdf

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1、总第179期2014年第2期直升机技术HELICOPTERTECHNIQUETotalNo．179No．22014文章编号：1673-1220(2014)02-005-05楔形底部直升机着水载荷和压力分布的估算方法研究陈立霞，汪正中，马玉杰(直升机旋翼动力学重点实验室，江西景德镇333001)摘要基于VonKarman和Wagner的水动力冲击理论，忽略冲击过程中浮力和粘性力的影响，将机身简化为V形楔形体，建立简化的刚体运动方程，对其求解得到楔形底部直升机着水载荷和压力分布估算方法。同时，将理论结果与试验数据进行相关性分析，验证了该方法的合理性。此估算方法适

2、用于直升机的设计水线未被浸入的情况，可以用于楔形底部舰载机直升机的水上迫降载荷计算，为机身结构设计提供依据。关键词直升机；着水载荷；压力分布；结构设计中图分类号：V212．4文献标识码：AEstimationMethodfortheDistributionofDitchingLoadsandPressuresforHelicopterswithVBottomCHENLixia，WANGZhengzhong，MAYujie(ScienceandTechnologyOnRotorcraftAeromechanicsLaboratory，Jingdezhen333

3、001，China)AbstractAccordingtothehydrodynamicimpacttheoryofVonKarmanandWagner，thispaperig—noredtheeffectsofbuoyancyandviscosityduringtheimpactprocess，andestablishedthesimplifiedrigidmotionequationsbywedgebody．Thentheestimationmethodofditchingloadsandpressuredistributionswerederived．

4、Comparingresultsbetweennumericalandexperimentsverifiedtherelia—bilityoftheproposedmethod．Themethodwasadaptedforthenon—chineimmersioncondition．ItwasusedforditchingloadscomputationofV—bottomshipboardhelicopter．Abasiswasprovidedforhelicopterfuselagedesign．Keywordshelicopter；ditchinglo

5、ads；pressuredistributions；structuraldesign0引言舰载直升机是保卫国土的重要武器之一，由于长期在海上飞行，水上迫降是发生故障后保障其安全的最后一道防线。世界上超过30年的军民用直升机的水上迫降统计数据表明：大约50％的直升机会很快下沉或倾覆，致死率在15％，50％之间⋯。这是因为直升机的水上迫降会造成机身底部蒙皮破收稿日期：2013—12—1l作者简介：陈立霞(1988一)，女，河北省邢台市人，大学本科，助理工程师，研究方向：飞行动力学。·6·直升机技术总第179期坏，导致水迅速涌人机身，最终沉没。因此，必须研究舰载直

6、升机的着水运动及水上迫降的载荷和压力分布计算的分析方法，为机身的结构设计提供依据。从20世纪20年代到20世纪70年代是着水研究的高峰期，美国、英国进行了大量的模型水动试验和真实直升机着水飞行试验，积累了丰富的经验。对于装有固定浮筒的直升机构型，通过大量的模型水动试验，给出了水动力的估算方法。对于装有应急漂浮系统(即气囊式浮筒)的直升机构型，给出了指导意见。国外早期的理论研究集中，在着水载荷的计算上采用理论和模型试验相结合的方法，研究刚体对水的撞击问题，将机身简化为各种柱体，建立了简化的运动方程，从而求出过载系数和压力分布。本文基于VonKarman和Wag

7、ner的水动力冲击理论，忽略冲击过程中重力和粘性力的影响，假设人水的直升机机身产生的流场是二维横向流，采用纵横比修正因子来考虑三维流的影响。这个二维的横向流是空间固定的，并且垂直于大梁，相对其它平面的水流是独立的。将机身简化为V形楔形体，建立简化的刚体运动方程，对其求解，即可得到着水载荷和压力分布估算方法。此估算方法适用于直升机的设计水线未被浸入的情况。1着水载荷和压力分布的估算方法1．1直升机运动方程图1为楔形底部直升机设计水线以下部分以正的纵倾角着水的简图。图1(a)给出了直升机以正纵倾角丁浸入水中的示意图，直升机底部附近的水被分为厚度为出的水流单元，这

8、些单元空间固定且垂直于大梁。距断阶距离为S，浸入水流