飞机可能因为发动机或起落架故障等原因不能或没有时间在合适的场地降落,在附近水上紧急迫降是一个相对安全的做法。飞机水上迫降是一个强非线性水动力问题,飞机的降落速度一般超过240 km/h,巨大的水动力砰击载荷会导致机身结构破损甚至机身折断。本文应用商业CFD软件STAR-CCM+对飞机在静水及波浪环境中降落进行数值模拟,研究飞机初始运动条件及波浪要素对飞机降落过程中的运动规律和砰击载荷的影响。采用重叠网格法和6自由度流固耦合模型模拟飞机运动,采用VOF模型捕捉自由面变化。由于飞机入水是高雷诺数问题,本文采用Realiablek-ε湍流模型模拟流场变化。首先计算楔形体和圆锥体自由入水,通过与已有实验值的对比,验证了本文数值模型计算简单物体入水的可靠性。为进一步验证模型的准确性,本文研究了楔形体垂向入水和斜向入水过程;将斜向入水结果与势流理论边界元法(BEM)结果进行对比,发现楔形体斜向入水时尖部后缘压力与BEM方法结果有较大差别,而其他位置压力吻合较好。本文对楔形体入水其表面压力变化规律进行研究。分析楔形体的斜向入水速度和底升角对压力的影响。计算结果显示楔形体在入水过程中尖角后缘会有涡的脱落,涡区域会形成低压区,涡中心位置对应低压谷值,低压谷值大小随入水深度增加而变化。因此飞机入水过程中应避免机身底部出现凸出结构物。采用NACATN2929飞机模型研究飞机在静水中降落问题。研究初始水平速度、垂向速度、俯仰角对飞机运动姿态及砰击载荷的影响。通过收敛性分析确定出合适的网格尺寸和时间步大小,将收敛结果与已有的实验结果对比,确定计算结果的准确性。分析计算结果,发现飞机着水后的极短时间内载荷、仰角会达到巨大峰值,之后随时间快速减小。初始水平速度对砰击载荷有直接影响,初始水平速度越大,载荷峰值也越大。初始垂向速度和仰角对飞机的影响相对较小。机身底部压力峰值出现在自由面与机身交界处。飞机在入水过程中减小水平速度,增加仰角会使砰击载荷减小,运动缓和。机翼的空气动力影响较小,尾翼与水接触时载荷明显增加。采用五阶斯托克斯波研究波浪对飞机水上降落的影响。设计实验,采用不同的波高、波长,研究机身在波浪中匀速飞行时波浪要素对机身砰击载荷的影响。研究飞机在波峰和波谷降落耦合运动过程,比较载荷及运动规律的变化。发现飞机在波谷降落,且波长为两倍机身长度时,砰击载荷峰值较小,运动相对缓和。