基于耦合欧拉-拉格朗日方法的浮筒着水数值仿真
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1 耦合欧拉-拉格朗日方法
新计算欧拉 物 质 的 边 界。 因 此，在 计 算 前 需 要 合 理 设 置欧拉网格的尺寸，这样既满足计算的需要，又尽可能 减少计算时 间。欧 拉 网 格 一 般 由 矩 形 网 格 组 成 ，矩 形 网格能很好地延展到欧拉物质的边界，从而允许欧拉 物质产生大移动和大变形。
3． China Aviation Industry General Aircraft Co． ，Ltd． ，Zhuhai 519030，China）
Abstract： In this paper，a numerical simulation study on w ater impact of float is carried out by using the coupled Eulerian-Lagrangian （ CEL ） method． A three-dimensional model of w ater impact of float is built． The simulation is performed for w ater impact at different initial attitude angles and sinking speeds w hen keeping the w eight and horizontal velocity of the float unchanged． Then，the time-history curves of vertical acceleration，vertical velocity and attitude angle under each w orking condition are compared． It is show n that the sinking speed is higher，the impacting load on the float is greater，the initial attitude angle is smaller，the second bounce of the float w ill occur earlier． The simulation results of the vertical acceleration are in good agreement w ith experimental results． Key words： coupled Eulerian-Lagrangian（ CEL） method； float； w ater impact； numerical simulation
基金项目： 工信部民机科研项目（ MJ-2015-F-0着水数值仿真
19
比了数值仿真及试验的压力分布和楔形体受力情况。 本文利用 Abaqus 显式求解器中的耦合欧拉-拉格朗
日（ CEL） 方法对浮筒着水进行数值仿真。在保持浮筒 质量和水平速度不变的情况下，分析不同初始姿态角和 下沉速度下浮筒的垂直速度、重直加速度及姿态角的时 历曲线，并将垂直加速度峰值与水池投放模型试验数据 进行对比。研究 CEL 方法在着水载荷计算方面的应用， 对解决直升机水上迫降、水面飞行器撞浪、气垫式重载 飞艇水上降落等冲击问题具有重要的工程意义。
（ 1． 中国特种飞行器研究所，湖北 荆门 448035； 2． 高速水动力航空科技重点实验室，湖北 荆门 448035； 3． 中航通用飞机有限责任公司，广东 珠海 519030）
摘 要： 基于耦合欧拉-拉格朗日（ CEL） 方法对浮筒着水进行数值仿真。建立浮筒着水三维模型，在保持浮筒质量、 水平速度不变的情况下，利用三维模型对不同初始姿态角和下沉速度时浮筒着水工况进行数值仿真，最后对比各工 况下垂直加速度、垂直速度、姿态角时历曲线。结果表明： 下沉速度越大，浮筒所受载荷越大，初始姿态角越小，浮筒 发生第二次弹跳的时间就越早； 垂直加速度的仿真结果与水池着水试验结果比较吻合。 关键词： 耦合欧拉-拉格朗日（ CEL） 方法； 浮筒； 着水； 数值仿真 DOI:10.16812/31-1945.2019.01.004
（ 1． China Special Vehicle Ｒesearch Institute，Jingmen 448035，China； 2． Key Aviation Scientific and Technological Laboratory of High-Speed Hydrodynamic，Jingmen 448035，China；
Numerical Simulation on Water Impact of Float Based on Coupled Eulerian-Lagrangian Method
HU Qi1，2 ，WANG Mingzhen1，2 ，ZHANG Jiaxu1，2 ，WU Bin1，2 ，CHU Lintang1，2，3
水上飞机、鱼雷、救生艇抛落的入水冲击问题受到 广泛关注，冲击载荷下的结构强度设计对于现代军事 和航空航海领域是十分重要的。入水冲击瞬时产生的 巨大能量迅速传递到结构上，产生的振动可能破坏结 构，也极易产生内部器件失灵等问题［1］。近年来，物体 入水的数值仿真研究取得了较大进展。贺谦等［2］采用
任意拉格朗日-欧拉（ ALE） 方法对飞机水上迫降过程进 行了仿真，分析了飞机不同着水速度和姿态对飞机结 构冲击响应的影响。张韬等［3］采用 Dytran 一般耦合方 法对民用飞机水上迫降冲击过程进行了仿真，分析了 不同姿态入水对冲击力的影响。骆寒冰等［4］采用 ALE 方法对二维楔形体入水砰击载荷进行了数值仿真，对
2019 年 2 月 第 15 卷 第 1 期
中图分类号： U661． 1
文献标识码： A
系统仿真技术
System Simulation Technology
Feb． ，2019 Vol． 15，No． 1
基于耦合欧拉-拉格朗日方法的浮筒着水数值仿真
胡 奇1，2 ，王明振1，2 ，张家旭1，2 ，吴 彬1，2 ，褚林塘1，2，3
新计算欧拉 物 质 的 边 界。 因 此，在 计 算 前 需 要 合 理 设 置欧拉网格的尺寸，这样既满足计算的需要，又尽可能 减少计算时 间。欧 拉 网 格 一 般 由 矩 形 网 格 组 成 ，矩 形 网格能很好地延展到欧拉物质的边界，从而允许欧拉 物质产生大移动和大变形。
3． China Aviation Industry General Aircraft Co． ，Ltd． ，Zhuhai 519030，China）
Abstract： In this paper，a numerical simulation study on w ater impact of float is carried out by using the coupled Eulerian-Lagrangian （ CEL ） method． A three-dimensional model of w ater impact of float is built． The simulation is performed for w ater impact at different initial attitude angles and sinking speeds w hen keeping the w eight and horizontal velocity of the float unchanged． Then，the time-history curves of vertical acceleration，vertical velocity and attitude angle under each w orking condition are compared． It is show n that the sinking speed is higher，the impacting load on the float is greater，the initial attitude angle is smaller，the second bounce of the float w ill occur earlier． The simulation results of the vertical acceleration are in good agreement w ith experimental results． Key words： coupled Eulerian-Lagrangian（ CEL） method； float； w ater impact； numerical simulation
基金项目： 工信部民机科研项目（ MJ-2015-F-0着水数值仿真
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比了数值仿真及试验的压力分布和楔形体受力情况。 本文利用 Abaqus 显式求解器中的耦合欧拉-拉格朗
日（ CEL） 方法对浮筒着水进行数值仿真。在保持浮筒 质量和水平速度不变的情况下，分析不同初始姿态角和 下沉速度下浮筒的垂直速度、重直加速度及姿态角的时 历曲线，并将垂直加速度峰值与水池投放模型试验数据 进行对比。研究 CEL 方法在着水载荷计算方面的应用， 对解决直升机水上迫降、水面飞行器撞浪、气垫式重载 飞艇水上降落等冲击问题具有重要的工程意义。
（ 1． 中国特种飞行器研究所，湖北 荆门 448035； 2． 高速水动力航空科技重点实验室，湖北 荆门 448035； 3． 中航通用飞机有限责任公司，广东 珠海 519030）
摘 要： 基于耦合欧拉-拉格朗日（ CEL） 方法对浮筒着水进行数值仿真。建立浮筒着水三维模型，在保持浮筒质量、 水平速度不变的情况下，利用三维模型对不同初始姿态角和下沉速度时浮筒着水工况进行数值仿真，最后对比各工 况下垂直加速度、垂直速度、姿态角时历曲线。结果表明： 下沉速度越大，浮筒所受载荷越大，初始姿态角越小，浮筒 发生第二次弹跳的时间就越早； 垂直加速度的仿真结果与水池着水试验结果比较吻合。 关键词： 耦合欧拉-拉格朗日（ CEL） 方法； 浮筒； 着水； 数值仿真 DOI:10.16812/31-1945.2019.01.004
（ 1． China Special Vehicle Ｒesearch Institute，Jingmen 448035，China； 2． Key Aviation Scientific and Technological Laboratory of High-Speed Hydrodynamic，Jingmen 448035，China；
Numerical Simulation on Water Impact of Float Based on Coupled Eulerian-Lagrangian Method
HU Qi1，2 ，WANG Mingzhen1，2 ，ZHANG Jiaxu1，2 ，WU Bin1，2 ，CHU Lintang1，2，3
水上飞机、鱼雷、救生艇抛落的入水冲击问题受到 广泛关注，冲击载荷下的结构强度设计对于现代军事 和航空航海领域是十分重要的。入水冲击瞬时产生的 巨大能量迅速传递到结构上，产生的振动可能破坏结 构，也极易产生内部器件失灵等问题［1］。近年来，物体 入水的数值仿真研究取得了较大进展。贺谦等［2］采用
任意拉格朗日-欧拉（ ALE） 方法对飞机水上迫降过程进 行了仿真，分析了飞机不同着水速度和姿态对飞机结 构冲击响应的影响。张韬等［3］采用 Dytran 一般耦合方 法对民用飞机水上迫降冲击过程进行了仿真，分析了 不同姿态入水对冲击力的影响。骆寒冰等［4］采用 ALE 方法对二维楔形体入水砰击载荷进行了数值仿真，对
2019 年 2 月 第 15 卷 第 1 期
中图分类号： U661． 1
文献标识码： A
系统仿真技术
System Simulation Technology
Feb． ，2019 Vol． 15，No． 1
基于耦合欧拉-拉格朗日方法的浮筒着水数值仿真
胡 奇1，2 ，王明振1，2 ，张家旭1，2 ，吴 彬1，2 ，褚林塘1，2，3