飞机水面迫降问题研究

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1、客机水面迫降时姿态问题的研究摘要本文针对客机水面迫降时的姿态问题进行研究，在充分合理假设条件下，考虑飞机可能发生机身折断和整机解体的情况，综合使用材料力学、理论力学和物理学知识，建立数学模型，求解得出客机分别在无风浪和有风浪水面迫降姿态的最优选择方案。针对问题一，首先分析得出在影响飞机迫降安全性的因素中接水速度和俯仰角大小对最佳迫降姿态的影响最为重要。由于飞机处于无动力状态，接水速度存在不确定性，往往在接水的较短时间内才可以确定，所以本文主要对飞机俯仰角进行研究。利用材料力学和理论力学相关知识，在飞机入水阶段较短时间内，进行正应力许可分析和切应力

2、许可分析，求解确保飞机不会发生折断的俯仰角范围；应用二向应力状态解析法，求得确保飞机不发生整机解体的俯仰角范围。两范围的交集即为确保飞机在入水阶段安全的最大俯仰角范围。本文求解得到空客A320飞机以水平速度40.1ms/、竖直速度10ms/接触水面时安全入水的最大俯仰角范围为5.729,14.39。为了得出精确的俯仰角大小，在考虑救援等待时间和乘客出舱时间的情况下，利用物理学和数学知识，对飞机在水中的下降过程进行受力分析，列出竖直方向加速度的微分表达式，由此求解出速度随时间的变化。并将飞机不能下降到水面以下作为约束条件，建立规划模型，

3、确定最佳俯仰角的大小。若该角度满足飞机安全入水的最大俯仰角范围，该俯仰角就是飞机接水的最佳角度。如空客A320飞机以上述接水速度入水时，最佳俯仰角为13.75。针对问题二，考虑海面有风浪的情况，建立了飞机迫降最佳姿态数学模型。通过分析得出飞机的航向垂直于风向时飞机着落安全系数高于航行平行于风向的结论，所以最优航向为垂直于风向。查阅相关资料，确定不同风速时的浪高和浪宽，在此基础上将海面波浪简化为三角形锯齿状。将飞机的着落位置分为波峰、波谷、波前和波后四类，研究发现波后降落是十分危险的，本文不予定量分析。利用飞机迫降之前所受合力应尽可能垂直于迫降平

4、面的条件，分别确定飞机迫降点位于波峰、波谷和波前三种情况下机身与水平方向的夹角即飞机迫降最佳姿态。如风速为7m/s时，A320飞机与水平方向的最佳夹角为12.75。为了使模型更符合实际，对问题二中有波浪时建立的模型加以改进，使波浪呈现正余弦的形状。利用导数知识，确定飞机迫降平面与水平面的夹角，并结合简化模型的求解思路得到波浪呈现正余弦波形时飞机接水的最佳姿态。最后，对模型的优缺点进行剖析，并对所建模型给出了适当推广。本文建立的飞机最佳接水姿态模型以成熟的理论知识为依据，考虑全面，准确可靠，具有极强的普适性。关键词材料力学许用应力二向应力分析锯齿

5、波最佳姿态一、问题重述2009年1月15日下午（美国东部时间），USAirways所属第1549航班（空中客车A320客机）在起飞后不久在纽约哈德逊河紧急迫降。经及时救助，机上155人（其中包括两名机师和三名乘务人员）在飞机沉没之前全部获救。该起事故造成78人受伤，无人死亡。这架客机从纽约长岛拉瓜迪亚机场起飞约90秒后遭飞鸟撞击，导致两个发动机损坏。机长萨伦伯格凭借着出色的驾驶技术和冷静的判断使飞机迫降在哈德逊河河面。而飞机上的乘客在乘务员的指挥下，有秩序地逃出紧急舱门并全部获救。1第一阶段问题：问题：大型客机因为失去动力而进行的迫降具有相当大的

6、危险性。请你建立合理的数学模型，对客机在平静水面上的迫降进行分析，指出客机在河面上迫降时，以何种姿态接触水面是相对最好的选择。2第二阶段问题：问题：在越洋飞行的航班中，曾有个别航班出现过由于重大故障或意外原因，被迫在海面迫降的情况。在有风浪的条件下，飞机在海面的迫降具有更大的难度和危险性。请你建立合理的数学模型，对客机在海面的迫降进行分析，指出在有风浪的条件下，飞机以何种姿态和航向接触海面是相对安全的选择。二、问题分析2.1问题一的分析问题一要求在分析客机在平静水面迫降情况后，建立合理的数学模型，确定[1]飞机迫降的最佳姿势。查阅相关资料，飞机迫

7、降的最佳姿态包括最佳入水角度、着水速度、襟翼位置和起落架收放状态。其中，可以确定飞机的起落架应处于收起状态，襟翼置于最低位置，前后缘襟翼采用最大偏角。因此重点考虑入水角度和着水速度即可。由于飞机在失去动力的情况下，入水前的速度存在很大的不确定性，在入水之前较短的时间才可以确定入水的速度。所以对飞机接水最佳姿势的讨论应重点放在对接水时飞机俯仰角的研究。确定入水角度时，应使飞机在接水时既不会因俯仰角过大而在接触点发生折断，也不会因俯仰角过小而发生整机解体。在飞机接水到入水的短时间内，可以将飞机简化为超硬铝合金材质的空心圆柱体，并假设飞机的俯仰角保持不

8、变。然后利用材料力学和理论力学的相关知识进行分析确定飞机入水阶段俯仰角的范围。在求解不使飞机发生折断的俯仰角范围时，应考虑飞机所受的正应