[发明专利]一种适用于水陆两栖飞机着水降载的水翼设计方法

说明书

本发明公开了一种适用于水陆两栖飞机着水降载的水翼设计方法，涉及水面飞行器水面着水领域。提出了一种适用于水陆两栖飞机着水降载的水翼设计方法。该方案基于飞机机翼设计规范和船舶水翼设计规范，并结合数值仿真技术，从而实现从水翼方案设计到评估的完整研究过程。按以下步骤进行设计：第一步、确定水翼的翼型以及安装位置；第二步、选取水翼面积比；第三步、选取水翼后掠角；第四步、选取水翼上反角；第五步、数值求解设置；第六步、参数敏感性分析；第七步、加工水翼。采用较为先进的数值仿真方法，对水翼降载装置在静水面和波浪水面的降载性能得到了定量的认识，相较于水池缩比模型试验方法，研究成本低，周期短。

技术领域

本发明涉及水面飞行器水面着水领域，具体是一种适用于水陆两栖飞机着水降载的水翼设计方案及评估方法。

背景技术

AG600的首飞成功，标志着我国的水陆两栖飞机正稳步朝着大型化的方向发展，弥补了空中和海上运输的真空，对飞机的各项性能要求也逐步提升。因其独特的飞行方式和工作环境，水上飞机可能面临在高海况的风浪复杂环境中实现起降和停泊，恶劣的海浪情况会对飞机的安全造成极大的影响。海洋上的波浪蕴含着巨大的海洋能，这些能量能够摧毁大型海上油气平台，造成万吨级别船舶折断破损。而近海处的涌浪等对海岸的冲击力可达到每平方米40吨，给近海的船只和建筑物带来极大的威胁。水陆两栖飞机在近海降落时，很容易遇到涌浪，高速滑行的机身撞击到蕴含大量海洋能的波浪，机体结构在水动冲击力的作用下，导致飞机运动姿态剧烈变化，同时带来巨大的垂向冲击过载，使得飞机的稳定性和操纵性变差，极其容易发生海豚跳、侧翻等事故，严重情况下可能造成机毁人亡但因其独特的飞行方式和工作环境，特别是着水阶段，水动力的作用会在飞机底部产生极大的冲击载荷，对机组乘员以及机身结构完整性构成巨大的威胁，使得对着水载荷减缓措施的研究显得尤为重要。

目前针对水陆两栖飞机降载措施的研究中，水撬和水翼具有很好的缓冲效果。水撬降载主要分为滑板式水撬和支柱式沉浸水撬。

其中，滑板式水撬能够很好地保证滑行和着水时飞机压力中心保持在机身中心附近，提高飞机的纵向稳定性和操纵性，但缓解着水载荷的能力较差。支柱式沉浸水撬具有较大的长宽比，现有研究表明，其着水载荷降载率可以达到30％以上。相比之下，关于水翼的探索主要集中在船舶领域，因船舶在海洋中航行时会受到不同海况的影响，船舶耐波性能的优劣对其适航性、适居性及安全性有非常重要的影响。大量的研究人员针对不同条件设计出各种形式的水翼，来减小船舶的滑行阻力以及提高操纵性和稳定性，应用对象多是高速滑行艇和舰船。

因此，如何结合水陆两栖飞机的特性，对水翼进行结构优化，从而可以更好的适用于水陆两栖飞机即成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明针对以上问题，提出了一种适用于水陆两栖飞机着水降载的水翼设计方法。该方案基于飞机机翼设计规范和船舶水翼设计规范，并结合数值仿真技术，从而实现从水翼方案设计到评估的完整研究过程，对后续水上飞机降载方案的设计具有重要的参考价值。

本发明的技术方案为：按以下步骤进行设计：

第一步、确定水翼的翼型以及安装位置；

第二步、选取水翼面积比：由于水翼浸润面积随着吃水深度的改变不会产生剧烈变化；此外，滑行时俯仰角的变化可能会导致水动中心产生前移，且水翼的接触面积相对较大，可以有效减少滑行载荷；故在0.02-0.15范围内选取面积比；

第三步、选取水翼后掠角：由于飞机着水时，水面会对机体产生巨大的冲击力，水翼作为第一接触体，后掠角可以起到减小波浪对机体冲击的作用，也可有效减小水翼垂向速度；较小的后掠角极易导致运动不稳定，可能导致翼面与支柱连接处长期处于疲劳状态，造成结构断裂，降低水翼使用寿命；但是，当后掠角过大时，水翼内部的空间小，不易内部结构布置；因此，在5-35°范围内选取后掠角；