试论直升机水上迫降动力学问题
[摘 要]随着对直升机的广泛使用，就增加了水上迫降事故的发生概率。直升机在飞行的过程中涉及较多的物理学问题，且一旦对直升机掌控不准，就会造成坠机事故的发生，这样不仅会带来一定的经济损失，而且还会造成人员伤亡。因此，我们就应加强研究与分析直升机水上迫降的动力学问题，这样就能掌握直升机水上迫降的姿态变化规律，从而不断的提高直升机水上迫降的安全性。本文就针对直升机水上迫降动力学问题展开具体的分析与讨论。
[关键词]直升机；水上迫降；动力学问题
中图分类号：F31 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）13-0330-01
就针对直升机与地面碰撞而言，其一旦与地面发生追撞，其腹部的梁结构就会吸收大量的碰撞能量。而当直升机碰撞到水面时，其荷载的压力主要来自于腹部的蒙皮上。因此，如何将荷载由蒙皮转移到其他的结构部件，对于提升直升机的水上迫降性能以及安全性都具有至关重要的作用。而加强研究与分析直升机水上迫降的动力学问题，就可帮助我们了解直升机水上迫降的原理，以此来有效的避免坠机事故的发生。
1 水上迫降的结构要求
1.1 前飞速度着水情况
当直升机与水面进行撞击的过程中，其重心的旋翼升力应小于其自身最大重量的三分之二，这样才能有效的降低与水面撞击的危险性。而整个直升机的旋翼航空器也应从零到15.4米/秒的前飞速度来接触合理的水面情况，且整个航空器相对于水面的限制竖直方向应大于1.5米/秒，以此来减少对直升机的破坏概率。
1.2 辅助浮筒或应急浮筒情况
1.2.1 固定式浮筒或在触水前展开的浮筒
在对直升机的浮筒进行设计时，应对每一个浮筒及其支撑结构和连接结构设计成为完全浸没式的载荷，这样才能保证直升机的飞行安全性。即使浮筒不可能出现完全浸没的情况，但是也应最大程度的使用最大浮筒荷载，即：旋翼航空器非对称受载、旋翼航空器惯性等，以此来有效的促进直升机当撞击水面时能够承载水面的浮力。
1.2.2 触水后展开浮筒
当对直升机的浮筒设置为最大的载荷以后，还应将其设计成能承受旋翼航空器与垂直载荷以及阻力载荷的组合载荷，这样才能将危险性降到最低。
2 直升机水上迫降动力学理论问题
只有不断的分析与了解直升机水上迫降动力学理论问题，才能了解直升机的飞行原理，进而就能有效的降低直升机坠机的概率，从而不断的保障直升机的飞行安全性。下面，就针对直升机水上迫降动力学理论问题展开具体的分析与讨论。
2.1 坐标系的定义及变换
坐标系的制定主要就是为了有效的描述直升机的质心在空间的相对位置，这样就能为相关研究工作的展开提供便利。因此，良好坐标系的选取不仅可以有效的描述出飞机飞行的姿态，而且还能有效的分析出直升机在飞行过程中的各个参数的变化规律。
2.1.1 惯性坐标系
惯性坐标系主要就是与大地进行相连，其以o为主要的坐标原点，主要呈现出了直升机重心在水平面上的投影。而ox轴主要就是在水平面内，且设置其沿着直升机尾部的方向为正方向，而oz轴是垂直于水平面，方向设置为向上，而oy轴就可通过右手法则得到。通过对惯性坐标系的选取，可以有效的帮助我们了解直升机的飞行轨迹。
2.1.2 机体坐标系
机体坐标系的选取可以有效的与惯性坐标系进行结合，这样就能有效的确定整个直升机的飞行状态。其中，对于原点的设置，可以将其设置为直升机的质心，而ox轴可与直升机的纵轴进行有效重合，并选取沿着直升机的尾部方向为正方向，而oz轴主要就是垂直于直升机的轴线，并设置其向上为正，而oy轴依旧可以通过右手法则所得。机体坐标系与关系坐标系不同的是：其主要是与直升机固连的。因此，机体坐标系会随着直升机的运动而运动。
2.1.3 坐标系的变换
为了有效的提高后续工作展开的高效性和真实性，就应对坐标系进行有效的变换，这样就能有效的为后续工作的展开提供真实可靠的数据。其中，对于坐标系的变换，可以通过变换矩阵的方法来将不同坐标系下的参数转换为同一坐标系下。但是，不同坐标系的变换顺序其最终的计算结果也是不同的。
2.2 动力学方程
在建立相应的六自由度运行方程时，应首先对相应的问题作出假设，即：第一，将地球作为惯性的坐标系，且不用考虑地球自身的自转与公转问题，否则就会影响数据的真实性。第二，在方程建立的过程中，应忽略风对直升机的影响。第三，在整个直升机的运动过程中，应假设其的质量是稳定不变的。此外，在建立动力学方程时，还应注意直升机的惯性张量在机体坐标系下始终为常量，这样才能有效的确定出直升机的动力学方程。
2.3 运动学方程
为了有效的得出直升机在飞行的过程中每一个时间内步长直升机质心的坐标和姿态角，还应建立相应的运动学方程。其中，通过求解在惯性坐标系下的直升机绕质心转动的运动学方程就可在一定程度上有效的确定出直升机相对地面的运动姿态角。因此，在建立运动学方程时，我们就可建立三个姿态角的时间导数与转动角速度沿坐标体系之间的关系，这样就能有效的促进运动学方程的合理建立。
2.4 SPH 理论
SPH法主要就是一种无网格的方法，通过对其的使用可以精确的求出直升机的动力学过程。其中，由于SPH法所求各个粒子间不存在相应的网格的联系，这样就能不断的避免大变形计算时的不收敛性，以此就能达到高效率的追踪不同介质的交界面。此外，由于SPH法在描述水面的时候可以不受网络连续的限制，因此其可在一定程度上精确的模拟出当直升机撞击水面时水面的变化和水花的飞溅，这样就能有效的描绘出整个直升机撞击水面的动态过程。但是，在使用无网格方法时，需要注意对一系列离散点的选取，并注意合理的选择合理的使用函数，这样才能有效的提高无网格方法的使用效率。此外，SPH方法主要就是通过光滑的函数来应用积分的形式，以此来实现对直升机的动态过程进行描述。
3 总结
不断的研究与分析直升机水上迫降动力学问题，不仅可以有效的降低直升机坠机的概率，而且还能在一定程度上不断的降低人员伤亡和经济损失。因此，我们就应首先分析与了解水上迫降的结构要求，进而从坐标系的定义及变换、動力学方程、运动学方程以及SPH 理论四个方面来对直升机水面迫降的动力学理论问题展开研究，以此来有效的帮助我们认识到直升机水面迫降的原理，从而有效的保障直升机的飞行安全性。
参考文献
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