题目：民用运输机水上迫降力学性能数值研究

民用运输机水上迫降性能验证是相关航空规章中的重要内容，当前数值计算已经成为模型试验和类比外推等传统水上迫降性能验证方法之外的一种新途径。本文以物体入水冲击为研究对象，采用有限体积法，结合动网格和多相流模型，以Fluent软件为基础，开发了流体动力学与刚体动力学相耦合的单/三自由度计算程序，进行了冲击与滑水作用耦合的压强产生和分布机理的分析，以两种典型气动布局和一种新型混合翼身布局运输机为例开展了水上迫降力学性能的数值研究，为飞机设计和性能验证提供了重要参考。本文主要成果和创新如下：1. 基于Ansys Fluent流体数值计算平台，应用用户自定义函数（UDF）、自定义场函数（custom field function）和动网格技术，进行多相流流场的初始化和边界条件自定义，探索了一套较为精确的研究物体入水冲击问题的计算方法；将计算流体动力学与刚体动力学耦合，开发了一套可用于计算物体单自由度和三自由度入水冲击的计算程序，经过了试验数据验证，为开展水上迫降力学性能数值研究及相关或相似的非定常问题研究奠定了基础。2. 研究获得了楔形体入水冲击压强的发生机理和分布规律：流动的冲击在壁面附近的喷溅根部形成了一股大的法向冲击，其强度随着抬升角的增加而减小；拐角流动和冲击作用的叠加，形成了典型的压力分布。通过楔形体抬升角对冲击分布压强影响规律的计算，指出了解析模型的不足并为其发展指明方向。通过对二维圆柱自由和恒速垂直入水的冲击计算，分析了底部当地抬升角对压强分布的影响和气垫效应对压强波动的影响，阐述了压强分布的不均性和瞬时性特征，获得了冲击力系数的估算公式，为应用于飞机受力分析和工程估算提供了依据；椭圆截面形状对入水冲击性能影响的研究为民机机身的水动性能设计提供了重要参考。阐明了二维平板倾斜下滑入水过程中冲击与滑水作用的耦合机制，并分析了不同仰角和下沉速度时的压强分布和受力变化规律；阐述了三维机身状物体下滑冲击的三维效应对压强分布和变化的影响，为进行民用飞机水上迫降水动性能分析提供了参考。3．研究了三种不同气动布局飞机刚性模型的水上迫降气动/水动力学性能，获得了初始仰角等参数对飞机性能的影响规律，给出了最佳迫降仰角范围，为相似机型水上迫降试验研究、适航认证和飞机设计提供了科学依据。4．根据飞机机身结构设计特点，讨论了破损对水上迫降性能的影响。结合冲击压强的分布局部性和瞬时性等特点，建立了一种与飞机机身截面形状和纵向曲率及速度衰减相关的局部结构水载荷计算方法。局部载荷和分布载荷应该考虑机身的外形特征和压强的空间平均与时间均化作用而进行等效载荷的计算，才能有效地应用于机身强度的工程设计与校核。