Перспективный метод определения характеристик плавучести пассажирского самолета при аварийном приводнении

Авиационная и ракетно-космическая техника


Авторы

Погосян М. А.*, Калуцкий Н. С.**, Стрелец Д. Ю.***

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4

*e-mail: kaf101@mai.ru
**e-mail: kalutskijns@mai.ru
***e-mail: maksmai33@gmail.com

Аннотация

В статье предлагается подход к определению способности пассажирского самолета находиться на плаву при аварийной посадке на воду. В соответствии с требованиями авиационных правил, поведение самолета при посадке на воду должно быть исследовано посредством испытаний модели. Перспективным подходом для этого является численное моделирование. 
В течение последних десятилетий был предложен ряд численных методов для моделирования посадки самолетов на воду в основном путем реализации методов вычислительной гидродинамики (CFD). К сожалению, разработчики большинства из них ограничиваются рассмотрением первичного этапа удара об воду и не учитывают продолжительного этапа нахождения самолета на поверхности воды во время эвакуации пассажиров.
В данной статье предложен численный метод для определения поведения самолета на поверхности воды при эвакуации пассажиров на основе методов математической оптимизации.

Ключевые слова:

сертификация гражданских воздушных судов, аварийное приводнение самолета, метод оптимизации для оценки плавучести самолета, разработка макросов CATIA

Список источников

  1.  Qu Q., Hu M., Guo H. et al. Numerical Simulation of Water-Landing Performance of a Regional Aircraft // Journal of Aircraft. 2016. Vol. 53. No. 6, pp. 1680–1689. DOI: 10.2514/1.c033686
  2.  Hughes K., Vignjevic R., Campbell J. et al. From Aerospace to Offshore: Bridging the Numerical Simulation Gaps—Simulation Advancements for Fluid Structure Interaction Problems // International Journal of Impact Engineering. 2013. Vol. 61, pp. 48–63. DOI: 10.1016/j.ijimpeng.2013.05.001
  3.  Karman T. The impact of seaplane floats during landing. NACA TN 321, 1929.
  4.  Wagner H. Über Stoß- und Gleitvogänge an der Oberfläche von Flüssigkeiten // ZAMM Journal of applied mathematics and mechanics: Zeitschrift für angewandte Mathematik und Mechanik. 1932. Vol. 12. No. 4, pp. 193-215. DOI: 10.1002/zamm.19320120402
  5.  Mayo W.L. Analysis and modifications of theory for impact of seaplanes on water. NACA TR 810, 1945.
  6.  Leigh B.R. Using the momentum method to estimate aircraft ditching loads // Canadian Aeronautics and Space Journal. 1988. Vol. 34, pp. 162-169.
  7.  Soding H. Berechnung der Flugzeugbewegung beim Notwassern. Thecnische Universitat Hamburg-Harburg Arbeitsbereiche Schiffbau, Bericht Nr. 602. 1999.
  8.  Shigunov V. Berechnung der Flugzeugbewegung beim Notwassern. Thecnische Universitat Hamburg-Harburg, Arbeitsbereiche Schiffbau, Bericht Nr. 608. 2000.
  9.  Bensh L., Shigunov V., Soding V. Pressure distribution during water impact for A340 and A3XX // CRAVHI Reference number EDB-1675/01, 2001.
  10.  Mayo W.L. Hydrodynamic impact of a system with a single elastic mode I. Theory and generalized solution with an application to an elastic airframe. NACA TR 1074, 1952.
  11.  Miller R.W., Merten K.F. Hydrodynamic impact of a system with a single elastic mode II. Comparison of experimental force and response with theory. NACA TR 1075, 1952.
  12.  Carcaterra A., Ciappi E. Hydrodynamic shock of elastic structures impacting on the water: theory and experiments // Journal of Sound and Vibration. 2004. Vol. 271. No. 1-2, pp. 411-439. DOI: 10.1016/j.jsv.2003.02.005
  13.  Carcaterra A., Ciappi E. Prediction of the compressible stage slamming force on rigid and elastic systems impacting on the water surface // Non-linear Dynamics. 2000. Vol. 21. No. 2, pp. 193-220. DOI: 10.1023/A:1008338301185
  14.  Faltinsen O.M., Landrini M., Grecco M. Slamming in marine applications // Journal of Engineering Mathematics. 2004. Vol. 48. No. 3, pp. 187-217. DOI: 10.1023/B:engi.0000018188.68304.ae
  15.  Wernsdorfer T., Keller K., Climent H. CN-235-300M Deepwater – Subscale Model, Ditching and Floatation Tests Plan. EADS-CASA NT-3-AA0-03005. 2003. Issue A.
  16.  Bensh L., Shigunov V., Beuck G., et al. Planned ditching simulation of a transport airplane // KRASH Users’ Seminar (07-10 January 2001; Phoenix/Arizona).
  17.  Hua C., Fang C., Cheng J. Simulation of fluid-solid interaction on water ditching of an airplane by ALE method // Journal of Hydrodynamics, Ser. B. 2011. Vol. 23. No. 5, pp. 637–642. DOI: 10.1016/s1001-6058(10)60159-x
  18.  Kozelkov A., Pogosyan, M. A., Strelets, D. Y., Tarasova, N. V. Application of mathematical modeling to solve the emergency water landing task in the interests of passenger aircraft certification // Aerospace Systems. 2021. Vol. 4. No. 1, pp. 75–89. DOI: 10.1007/s42401-020-00082-7
  19.  Qu Q., Hu M., Guo H. et al. Study of Ditching Characteristics of Transport Aircraft by Global Moving Mesh Method // Journal of Aircraft. 2015. Vol. 52. No. 5, pp. 1550–1558. DOI: 10.2514/1.c032993
  20.  Wang J., Lyle K. Simulating Space Capsule Water Landing with Explicit Finite Element Method // 48th AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference (23-26 April 2007; Honolulu, Hawaii). DOI: 10.2514/6.2007-1779
  21.  Hammani I. Improvement of the SPH method for multiphase flows application to the emergency water landing of aircrafts: application to the emergency water landing of aircrafts. PhD thesis. L'école Centrale De Nantes. 2020. 145 p.
  22.  Seddon C.M., Moatamedi M. Review of water entry with applications to aerospace structures // International Journal of Impact Engineering. 2006. Vol. 32. No. 7, pp. 1045–1067. DOI: 10.1016/j.ijimpeng.2004.09.002
  23.  Certification Specifications and Acceptable Means of Compliance for Large Aeroplanes (CS-25). Amendment 27. European Aviation Safety Agency; Brussels, Belgium, 2021, 1381 p.
  24.  Брутян М.А., Йе Х., Павленко О.В. Численное исследование особенностей обтекания механизированного профиля крыла на взлетно-посадочных режимах полета во влажном воздухе // Вестник Московского авиационного института. 2024. Т. 31. № 3. С. 7-13. URL: https://vestnikmai.ru/publications.php?ID=182553
  25.  Лысенков А.В., Ореховский В.В., Кажан Е.В., Бугаев М.А. Методика расчета аэродинамических характеристик и оптимизация профилей для воздушных винтов с использованием численных методов, основанных на решении уравнений Рейнольдса // Вестник Московского авиационного института. 2024. Т. 31. № 3. С. 23-33.
  26.  Rothwell A. Optimization Methods in Structural Design. Springer International Publishing, Springer, 2017. 332 p. DOI: 10.1007/978-3-319-55197-5
  27.  Biran A., López-Pulido R. Ship Hydrostatics and Stability. 2nd ed. Butterworth-Heinemann (Elsevier), 2014. 414 p.
  28.  Clark I.C. The management of merchant ship stability, trim and strength. London: The Nautical Institute, 2010. 30111 p.
  29.  Faber T.E. Fluid Dynamics for Physicists. Cambridge University Press, 1995. 472 p.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2025