شبیه‌سازی عددی برهم‌کنش جامد-سیال فرود اضطراری یک هواپیمای مسافربری در آب

حسنی ساطحی, حسین; حاجی ابوطالبی, فرهاد; بهشتی, حمید

doi:10.47176/MAJ.2025.1497

فهرست نشریات

فراخوان حمایت از طرحهای فناورانه: جوش اتوماتیک به کمک ربات پرتابل

زنجیره کاربردی سازی هوش مصنوعی

حسگرهای فروسرخ و روش های اقدام متقابل

مدلسازی و طراحی باتری های سدیم سولفور

تعداد نشریات	38
تعداد شماره‌ها	1,408
تعداد مقالات	10,088
تعداد مشاهده مقاله	11,909,114
تعداد دریافت فایل اصل مقاله	6,961,240

شبیه‌سازی عددی برهم‌کنش جامد-سیال فرود اضطراری یک هواپیمای مسافربری در آب

مکانیک هوافضا

مقاله 2، دوره 21، شماره 3 - شماره پیاپی 81، مهر 1404، صفحه 11-25 اصل مقاله (1.71 M)

نوع مقاله: مکانیک جامدات

شناسه دیجیتال (DOI): 10.47176/MAJ.2025.1497

نویسندگان

حسین حسنی ساطحی¹؛ فرهاد حاجی ابوطالبی^* ²؛ حمید بهشتی²

¹کارشناسی ارشد، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران

²دانشیار، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران

تاریخ دریافت: 0-1069 فروردین 786، تاریخ بازنگری: 0-1008 فروردین 786، تاریخ پذیرش: 0-1000 فروردین 786

چکیده

فرود اضطراری یک چالش مهم در ایمنی وسایل نقلیه هوایی بوده و تاکنون از دیدگاه مکانیک آسیب بررسی نشده است. در این تحقیق ابتدا، با استفاده از نرم‌افزار آباکوس یک مدل لاگرانژی-اویلری اختیاری برای شبیه‌سازی عددی برهم‌کنش جامد-سیال فرود اضطراری یک هواپیمای مسافربری با مقیاس واقعی در آب ایجاد می‌شود. سپس، شبیه‌سازی‌ها در حالت تغییرشکل‌های الاستیک برای هواپیما انجام شده، با نتایج مطالعات قبلی مقایسه و اعتبارسنجی می‌گردند. نتایج شبیه‌سازی‌های الاستیک دور از حالت واقعی بوده، بنابراین به‌منظور مطالعه دقیق‌تر، معیار پلاستیک وابسته به نرخ کرنش با کارسختی همسان‌گرد به‌همراه معیار آسیب نرم به مدل اضافه شده تا ناحیه آسیب-دیده و تخریب‌شده سازه هواپیما و شتاب منفی وارد بر سرنشینان به‌دقت پیش‌بینی گردد. در نهایت، تأثیر پارامترهای موثر مانند زاویه راستای هواپیما، زاویه سرعت هواپیما و اندازه سرعت هنگام فرود اضطراری بر میزان شتاب منفی وارده به محیط کابین و سرنشینان مطالعه می‌شوند. نتایج آشکار می‌کند که زاویه راستای هواپیما با افق 10 تا 15 درجه، زاویه راستای بردار سرعت هواپیما با افق 10 درجه و حداکثر سرعت فرود 15متر بر ثانیه، محدوده مناسب هر یک از پارامترهای موثر جهت داشتن فرود اضطراری ایمن و دوری از خطر مرگ سرنشینان است.

کلیدواژه‌ها

شبیه‌سازی عددی؛ برهم‌کنش جامد-سیال؛ فرود اضطراری؛ روش لاگرانژی-اویلری اختیاری

عنوان مقاله [English]

Numerical Simulation of Fluid Solid Interaction of a Passenger Plane Ditching in Water

نویسندگان [English]

Hossein Hassani Satehi¹؛ Farhad Haji Aboutalebi²؛ Hamid Beheshti²

¹Master's degree, Isfahan University, Isfahan, Iran

²Associate Professor, Isfahan University, Isfahan, Iran

چکیده [English]

Ditching is an important challenge in the safety of air vehicles and has not been investigated yet from the perspective of damage mechanics. In this research first, using the Abaqus software, an arbitrary Lagrangian Eulerian model is created to numerically simulate the fluid solid interaction of the ditching of a passenger plane with real scale in water. Then, the simulations are carried out in the case of elastic deformations, compared with the results of previous studies and validated. The elastic simulations are far from the real state, so for the more accurate study, the rate dependent plastic criterion with the isotropic hardening combined with the ductile damage criterion are added to precisely predict the damaged and fractured zones of the aircraft structure as well as the negative acceleration applied to the passengers. Finally, the effect of important parameters such as the angle of the plane, angle of the plane speed, and speed value during the ditching on the forces transferred to the cabin and passengers are investigated. The results reveal that the angle of the plane with the horizon of 10 to 15 degree, the angle of the plane's speed vector with the horizon of 10 degree, and the maximum ditching speed of 15 meter per second are the appropriate range of each of the effective parameters to have a safe ditching and avoid the risk of death of the passengers.

کلیدواژه‌ها [English]

Numerical simulation, Fluid solid interaction (FSI), Ditching, Arbitrary Lagrangian Eulerian (ALE)

مراجع

[1] Campbell J. Prediction of aircraft structural response during ditching: An overview of the SMAES project. Proceeding of Aerospace Structural Impact Dynamics International Conference, Barcelona, Spain. 2014

[2] Martin HS, Kohlgruber D, Montanes LB, Iafrati A. Numerical simulation and experimental validation of guided ditching tests. Proceeding of WCCM XI–ECCM V–ECFD VI Conference. 2014

[3] Karman TV. The impact on seaplane floats during landing, Washington, DC: National Advisory Committee on Aeronautics. 1929

[4] Watanabe S. Resistance of impact on water surface, part I-cone. Institute of Physical and Chemical Research. 1930; 12.

[6] Souli M, Ouahsine A, Lewin L. ALE formulation for fluid–structure interaction problems. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 2000; 190(5). DOI 10.1016/S0045-7825(99)00432-6

[7] Tutt BA., Taylor AP. The use of LS-DYNA to simulate the water landing characteristics of space vehicles. 8th International LS-DYNA Users Conference. 2004

[8] Schoenmakers A. Study of simplified simulation models for slamming wave impact of floating/sailing composite structures. Gent University. 2010

[9] Rabier S, Medale M. Computation of free surface flows with a projection fem in a moving mesh framework. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 2003; 192(41). DOI 10.1016/S0045-7825(03)00456-0

[10] Aquelet N, Souli M, Olovsson L. Euler Lagrange coupling with damping effects: Application to slamming problems. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 2006; 195(3). DOI 10.1016/j.cma.2005.01.010

[11] Hirt CV, Nichols BD. Volume of fluid (VOF) method for the dynamics of free boundaries. Journal of Computational Physics. 1981; 39(1). DOI 0021.9991/81/010201-25302.00/O

[12] Rider WJ, Kothe DB. Reconstructing volume tracking. Journal of Computational Physics. 1998; 141(2). DOI 10.1006/jcph.1998.5906

[13] Bisagni C, Pigazzini MS. Modelling strategies for numerical simulation of aircraft ditching. International Journal of Crashworthiness. 2018; 23(4). DOI 10.1080/13588265.2017.1328957

[14] Jiang T, Zuo ZB, Sun F, Luo P. Research on aircraft ditching state selection based on floating characteristics of water surface. Journal of Physics: Conference Series. 2021; DOI 10.1088/1742-6596/2012/1/012040

[15] Wu Z, Guo L. A new approach to aircraft ditching analysis by coupling free surface lattice Boltzmann and immersed boundary method incorporating surface tension effects. Ocean Engineering. 2023; 286 DOI 10.1016/j.oceaneng.2023.115559

[16] Zha R, Wang K, Sun J, Tu H, Hu Q. Numerical simulations of seaplane ditching on calm water and uniform water current coupled with wind. Journal of Marine Science and Engineering. 2024; 12 DOI 10.3390/jmse12020296

[17] Abaqus HTML Documentation.

[18] Noh WF. A time-dependent two-space dimentional coupled Eulerian-Lagrangian code. Computational Physics. 1964; 3, New York, Academic Press.

[19] Wang Y, Hu W, Chen C. Numerical simulation of aircraft ditching based on ALE method. Applied Mechanics and Materials. 2014; 668(1). DOI 10.4028/668-669.490.

[20] Cheng H, Chao F, Jin C. Simulation of fluid-solid interaction on water ditching of an airplane by ALE method. Journal of Hydrodynamics. 2011; 23(5). DOI 10.1016/S1001-6058(10)60159-X

· [21] Hooputra H, Gese H, Werner H, Dell H. A comprehensive failure model for crashworthiness simulation of aluminum extrusions. International Journal of Crashworthiness. 2004; 9(5). DOI 10.1533/ijcr.2004.0289

· [22] Pathological aspects and associated biodynamics in aircraft accident investigation. [Performance]. EN-HFM RTO Educational Notes. 2005

آمار

تعداد مشاهده مقاله: 287

تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 18

اخبار و اعلانات

آمار

شبیه‌سازی عددی برهم‌کنش جامد-سیال فرود اضطراری یک هواپیمای مسافربری در آب