基于径向基函数插值的飞机水上迫降尾部吸力数值研究

The effect of suction forces of rear-fuselage is of great importance for security of aircraft ditching. In this project, the mechanism of suction forces on ditching behavior can be theoretically simplified as complex multi-phase FSI problem , which can be numerical simulation by cut-cell grid finite volume method based on the viscous theory. Aimed to key techniques of multi-phase FSI problem, such as the data exchange of the coupling interface, the interpolation technology based on radial basis functions (RBF) is researched in this project involved the partition for interpolation domain based on optimization algorithm and the pretreatment of interpolation based on wavelet threshold denoising. All these techniques form the numerical platform for the suction forces during aircraft ditching, which can provide a unified idea and method for the prediction of aircraft attitudes. As a result, the research in this project is of great significance on theoretical analysis and engineering application for our development of numerical research for the aircraft airworthiness and safety.

飞机水上迫降过程产生的尾部吸力对飞机能否安全迫降具有极其重要的意义，本项目将“飞机迫降过程中的尾部吸力作用”这一实际工程问题，理论抽象为“复杂的多相流固耦合”的科学问题，采用粘性理论下切割网格有限体积法对其进行数值研究。针对多相流固耦合计算关键技术——界面数据传递，本项目研究基于径向基函数的边界插值技术，开发基于优化算法的插值域划分技术和基于小波阈值降噪的插值节点光顺技术，力图发展一种以径向基函数插值为核心技术的高效精确边界数据交互方法，形成具有自主创新核心技术的飞机迫降尾部吸力数值计算平台，为精确预报飞机迫降过程中运行姿态提供新的思路和方法，对我国飞机适航性和安全性的数值研究具有重要的理论意义和工程实用价值。

本项目按照项目任务书的相关内容，通过发展与应用现代计算流体动力学（CFD）建模技术及数值方法，实现了预期的研究目标。飞机水上迫降过程产生的尾部吸力对飞机能否安全迫降具有极其重要的意义，本项目将“飞机迫降过程中的尾部吸力作用”这一实际工程问题，理论抽象为“复杂的多相流固耦合”的科学问题，采用粘性理论下切割网格有限体积法对其进行了数值研究。针对多相流固耦合计算关键技术——界面数据传递，开发了适用于切割网格法的基于径向基函数边界插值技术，并对径向基函数边界插值算法存在的计算效率及精度问题，提出相应的改进措施和方法，较为全面和系统地研究适用于切割网格法的高效边界数据传递技术，为精确模拟飞机迫降过程中的尾部吸力作用提供有力技术支持，对我国飞机适航性和安全性的数值研究具有重要的理论意义和工程实用价值。.本项目具体研究内容如下：.首先，针对流固耦合界面的数据协调问题，研究了基于固定笛卡尔网格下的界面插值技术，开发了基于径向基函数数据边界插值技术，该算法格式简单、精度较高，实现了流体与结构耦合区域间的实时数据传递。.其次，针对径向基插值函数中求解系数矩阵维数较高、计算量大的问题，本项目研究了基于优化算法的流体插值域划分算法，避免全局求解矩阵带来的计算量大及不稳定性。并发展了信号处理领域图像滤波算法对数值噪声及异常值进行预处理，进一步提高插值算法的稳健性。.最后，基于粘性理论，应用切割网格有限体积法结合高效VOF法描述了飞机水上迫降过程的水动力学性能，分析了不同仰角下飞机的运动姿态及流场特性。.在本项目支撑下，在国内外期刊上发表6篇论文，软件著作3篇，培养硕士研究生共计9名，毕业6人。.关键词：CFD；边界数据传递；径向基插值；切割网格。