人椅系統(tǒng)的高速氣流吹襲防護技術研究.pdf

1、隨著飛機飛行速度不斷提高,飛行員彈射時受到高速氣流吹襲的損傷也隨之增多,為了擴大彈射救生系統(tǒng)安全救生包線范圍,需要對高速氣流吹襲防護技術進行研究。隨著計算流體力學(CFD)技術的廣泛應用,及其具有提供豐富流場參數(shù)的特點,在國外已經(jīng)成為分析高速氣流吹襲防護問題的有效手段。國內對高速氣流吹襲防護方面的數(shù)值模擬研究還處于起步階段,本文采用數(shù)值模擬的方法研究了高速氣流吹襲防護的原理,并對幾種防護裝置的防護特性進行了分析。
　　 本文的研

2、究工作主要有以下幾方面:1)討論了所采用的控制方程及其數(shù)值求解方法,發(fā)展了相應的求解器?？刂品匠滩捎梅嵌ǔＨS可壓雷諾平均N-S方程,空間離散采用Jameson有限體積法的中心格式,并引入自適應的人工耗散模型。時間離散采用雙時間步長推進法,并應用當?shù)貢r間步長法加速收斂。采用基于SA-方程紊流模型的脫體渦模擬(DES)方法模擬流場中大分離的紊流流動。采用低速預處理方法應用N-S方程求解流場中的低速不可壓流動。通過調用METIS軟件分區(qū)和調

3、用MPI庫函數(shù)進行數(shù)據(jù)通信來實現(xiàn)并行計算。2)應用Solidwors軟件繪制了復雜的有、無防護裝置人椅系統(tǒng)的三維幾何模型,然后應用ICEM前處理軟件在計算域內生成了高質量的混合網(wǎng)格。應用解算器計算了某人椅系統(tǒng)的阻力特性,并與試驗結果對比吻合較好。通過算例說明了DES方法適合計算人椅系統(tǒng)背風區(qū)大分離流場,驗證了預處理方法和并行算法加速收斂。3)模擬了無防護即基本形態(tài)下人椅系統(tǒng)氣動力特性,分析了飛行員身體各部位在高速氣流吹襲時的受力情況及受

4、傷害原因。討論了相應的防護原理,分析了飛行員各肢體氣動力系數(shù)變化規(guī)律,與試驗結果對比變化趨勢是一致的。4)模擬了有防護裝置人椅系統(tǒng)及飛行員肢體在一定條件和姿態(tài)下的氣動力特性,分析了飛行員身體表面壓力分布,驗證了高速氣流吹襲防護的一般原則,深入分析了防護裝置對飛行員肢體和胸腹部表面的防護效果。5)分析了人椅系統(tǒng)在空中自由飛階段的受力狀態(tài),建立了六自由度運動方程。將六自由度方程與N-S方程耦合,并應用彈簧近似方法和局部網(wǎng)格重構方法生成動態(tài)非

5、結構網(wǎng)格,非定常數(shù)值模擬了有、無防護的人椅系統(tǒng)氣動力特性,與靜態(tài)網(wǎng)格計算結果進行了比較。對比分析了抬腿機構和導流擋板在基于動態(tài)網(wǎng)格非定常狀態(tài)下對人椅系統(tǒng)的防護效果,結果與靜態(tài)網(wǎng)格的影響是一致的。6)建立了五種新尺寸的導流擋板模型,分別對其相應的人椅系統(tǒng)氣動力特性進行了數(shù)值模擬,結果顯示擋板尺寸變化對系統(tǒng)氣動力影響較小,但對飛行員頭頸部氣動力和頭部表面壓力影響較大,減小了飛行員頭頸部的升、阻力及頭部表面壓力,有效的保護了頭頸部。