FLUENT在航空弹射救生仿真模拟中的应用

独善其身

　　1计算流体动力学仿真在弹射座椅气动分析中的应用
　　随着航空科技的发展，战斗机性能得到了很大提高。伴随飞机飞行性能的提高，对弹射座椅救生性能的要求也越来越高，对弹射座椅姿态轨迹控制的研究需要大量气动参数的支持。传统的获取气动参数的方法主要是对座椅进行风洞吹风试验测量，耗费大量的人力物力，而且受到试验条件和设备的制约，所获得的气动参数的数量无法满足研究的需要。如何得到大量的气动参数已经成为弹射座椅姿态轨迹控制研究中亟需解决的首要问题。

　　随着20世纪90年代以来计算流体力学(Computational Fluid Dynamics，CFD)技术的发展，利用数值模拟方法获得弹射座椅的气动参数成为可能。从90年代初开始，国外就开始尝试用数值方法研究座椅气动特性，其发展过程经历了从二维到三维、从求解欧拉方程、附面层的N-S方程到求解全流场N-S方程的数值方法。目前，CFD已经成功用于座椅气动特性的计算，包括亚声速、跨声速和超声速气动特性的计算。美国海军和英国Martin-Baker公司曾用CFD方法对ACES-1座椅气动性能 、座舱抛盖过程、弹射过程中头盔的气动特性等专题做过深入分析。除了研究定常流动和座椅在空中自由飞行状态以外，还开展了座椅离机过程中机身与座椅之间的相互干扰以及非定常流动问题的研究。在弹射座椅的设计中发挥了重要作用，同时也积累了大量的气动特性数据库。

　　国内在这方面还处于起步阶段，弹射座椅的研究还基本依赖于实验研究。在国内，CFD技术在弹射座椅气动特性上的研究基本上还是个空白。因此，发展数值仿真在弹射座椅上的应用很有意义，它不仅可以减少试验次数、降低研发成本、缩短研发周期，同时还可以获得很多实验无法获得的详细的气动信息，积累大量的气动特性数据库。

　　2CFD在航宇救生中的主要应用点
　　航宇救生是一个复杂的救生系统。以目前装备歼-10战机的HTY-5型火箭弹射座椅为例，主要包括座椅结构、救生伞系统、弹射动力系统、稳定系统(出舱稳定装置和稳定减速伞)、电子程控系统、飞行员约束和高速气流防护系统、弹射通道清除系统、水上救生装置以及飞行员生存营救设备等。这其中的座椅构形、救生伞、弹射动力、出舱稳定性、稳定减速伞、高速气流防护、水上救生设备充气等都和气动分析紧密相关，也即气动分析的好坏直接影响着上述所提到的各个环节的设计性能。可见气动仿真分析在整个弹射救生系统设计中的作用是不容忽视的。

　　1能够分析可压缩流动和不可压缩流动
　　在战机飞行状态下马赫数多大于0.3，因此气动分析中需要考虑气体的可压缩性，而在战机起飞或降落状态下马赫数却会低于0.3，甚至为零速度，此时气动分析为不可压缩流动。另外在考虑救生伞降落过程的气动分析时也可能既有高速问题又有低速问题，因此我们认为CFD软件应该既具备分析可压缩流动，又具备分析不可压所流动的能力。

　　2能够分析亚音速、跨音速和超音速问题
　　战机飞行状态跨度亚音速、跨音速和超音速，弹射救生可能在任意飞行状态下发生，因此要求软件具备分析亚音速、跨音速和超音速流动的能力。

　　3能够分析六自由度(6DOF)运动姿态和运动轨迹
　　除了研究定常流动和座椅在空中自由飞行状态以外，还需要开展座椅离机过程中机身与座椅之间的相互干扰以及非定常流动问题的研究，分析弹射座椅的姿态和运动轨迹，这就需要软件具备6DOF的分析能力。

　　4能够分析多孔介质问题
　　研究救生伞和稳定减速伞的气动特性，除了研究其造型对气动特性的影响之外，还要研究其透气性对气动特性的影响，这就需要软件具备多孔介质分析能力。

　　5能够分析多相流问题
　　逃生人员有可能降落水面，这需要考虑水流和波浪对水上救生设备的影响，这是典型的自由面问题，因此要求软件具有多相流分析能力。

　　3实际工程案例(因为涉密，仅分享部分图片)






转自：http://mp.weixin.qq.com/s?__biz= ... s0tkckm97DINfZ7r#rd