基于LS-DYNA和HyperMesh的某型飞机垂尾翼尖前缘鸟撞分析

飞机的鸟撞事故是一种突发性和多发性的飞行事故,轻则飞机受损,重则机毁人亡.在飞机设计过程中,为了通过严格的适航条例,需要进行大量的鸟撞试验.随着有限元理论和计算机软、硬件的发展,利用计算机仿真技术进行飞机结构的抗鸟撞设计分析可以减少试验数量或者加强试验针对性,提高试验效率.基于LS-DYNA软件和前处理软件HyperMesh,利用光滑粒子法（SPH）与有限元耦合算法,采用带失效模型的短梁单元模拟铆钉失效,对某型飞机垂尾前缘进行鸟撞分析.通过对应力和位移结果的分析以及对沙漏能的有效控制,表明本文提出的建模方法具有满足工程要求的准确性,符合适航条例的规定.     

民用飞机鸟撞研究现状

 鸟撞事故是近年来对民用航空威胁较大的事故之一,民用飞机鸟撞研究已经渐渐成为各国学者研究的新热点.本文详细介绍了民用飞机鸟撞研究的现状.总结了近年来鸟撞事故所造成的损失,列举了一些航空大国的航空管理部门针对鸟撞作出的适航管理规定.对于鸟撞问题的研究,从鸟撞过程的理论分析研究、数值模拟研究和试验研究3个方面进行了综述.对于近些年国内外的飞机抗鸟撞设计,主要包括新材料的运用以及新的结构形式的运用,进行了详细介绍.最后,对未来民用飞机抗鸟撞研究的发展作了展望.     

典型前缘结构抗鸟撞性能改进研究

 针对某典型前缘结构,研究了使用纤维金属层板(Fibre Metal Laminates,FMLs)蒙皮进行抗鸟撞设计的可行性。以显式动态冲击分析程序PAM-CRASH为平台,结合由鸟撞平板试验结果验证的鸟体本构模型参数,建立了鸟撞前缘结构数值模型。通过计算研究了使用不同蒙皮(铝合金、FMLs)的前缘结构在鸟撞作用下的变形破坏模式及吸能效果。结果表明：采用适当铺层的FMLs蒙皮可以有效地提高前缘结构的抗鸟撞性能。研究结论对飞机结构的抗鸟撞研究具有一定的参考价值。     

飞机前风挡鸟撞动力响应分析

采用DYNA3D有限元分析程序,对飞机前风挡进行了全面的鸟撞分析.通过选取合理的载荷形式、加载过程及力值,可以采用解耦解法来计算风挡的鸟撞动力响应问题.风挡的鸟撞区域应力最大,主应力的最大值沿风挡短跨度方向.胶片特性对风挡抗鸟撞能力影响显著,胶片层弹性模量和玻璃层差1～2个数量级时,结构只有一个中性层;相差接近3个数量级时,结构出现多个中性层.计算模拟分析结果和试验结果吻合较好,可用于分析、设计其它风挡玻璃的抗鸟撞能力.     

Glare层合板的抗鸟撞分析

飞机结构的抗鸟撞性能对于飞行安全有着直接的联系,鸟撞事故一旦发生,对飞机结构、设备的破坏作用往往极为严重。针对Glare层合板材料进行了抗鸟撞分析,利用有限元方法,采用显式碰撞动力分析软件PAM-CRASH,对四种不同纤维铺层角的Glare层合平板进行了抗鸟撞仿真分析,比较选取了最优的纤维铺层角;设计了全尺寸的机翼前缘模型,对4/3和3/2两种构型的Glare层合蒙皮进行了抗鸟撞仿真。结果表明4/3构型的Glare层合蒙皮的抗鸟撞效果最好,该构型将被进一步应用于机翼抗鸟撞试验件的设计中。     

用SPH和有限元方法研究鸟撞飞机风挡问题

鸟与飞行中的飞机相撞是飞机结构损坏的重要因素,严重时会引发机毁人亡的灾难性事故。对高速低空飞行的军用飞机而言,风挡部分抗鸟撞的研究对保证飞行安全尤其重要。基于飞机圆弧风挡受鸟体撞击的实验观察,建立了国产某型军用飞机圆弧风挡及鸟体的计算模型,采用LS-DYNA3D中有限元和光滑粒子流体动力学(SPH)耦合的数值分析方法,对某飞机圆弧风挡受鸟体撞击的过程进行了数值模拟。计算结果得到了风挡结构的变形、位移和应变等几方面的数据,与实验结果基本吻合。同时,给出了500～650km/h速度范围内的撞击力和应力时程曲线、风挡发生破坏的临界撞速、圆弧风挡经受鸟体撞击时发生破坏的可能位置及其破坏方式。最后,与鸟体采用任意拉格朗日(ALE)和无网格伽辽金方法(EFG)进行了对比,验证了SPH方法在分析鸟撞问题中的优越性。研究结果为风挡的安全设计和研制新机型提供了有价值的数据。     

泡沫夹层结构鸟撞仿真分析与试验验证

采用瞬态非线性有限元方法进行鸟撞仿真已成为鸟撞设计工作的主要内容。运用PAM-CRASH软件通过对泡沫夹层结构进行了鸟撞仿真分析。同时,对该泡沫夹层结构进行了鸟撞试验,并将试验结果与分析结果进行了对比,为模型及分析方法的验证提供了依据。     

复合材料层合板鸟撞损伤及吸能影响因素数值分析

数值分析是进行复合材料构件抗鸟撞损伤设计工作中的重要内容.主要采用瞬态非线性有限元分析方法结合文献试验对层合板鸟撞过程进行数值分析,分析了鸟撞层合板的初始损伤情况以及某一时刻各层的应力、应变情况;对比分析了铺层顺序、层合板参数、鸟体参数的变化对层合板吸收能量的影响.分析结果对航空复合材料层合构件抗鸟撞研究具有一定的参考价值.      

某型飞机平尾前缘抗鸟撞优化设计

进行了某型飞机部分平尾前缘结构的抗鸟撞优化设计。通过有限元分析对比研究了蒙皮厚度、翼肋个数、隔板对平尾前缘抗鸟撞性能的影响。从分析结果可以看出,增加隔板的方案对结构抗鸟撞性能的提高最明显。然后,进行了增加隔板的平尾前缘结构鸟撞试验,试验结果与模拟结果吻合良好,满足结构的抗鸟撞要求。     

民机侧壁板结构鸟撞动响应分析研究与优化设计

参考某民用客机座舱盖侧壁板结构的三维模型,基于鸟撞事故过程的特点与规律,在PAM-CRASH环境中建立了有限元鸟撞模型,计算所得的结果与试验结果吻合较好。根据分析结果,提出了几种侧壁板抗鸟撞设计的优化方案。从装配协调、结构重量损失等各方面比较了各种优化方案,通过有限元鸟撞模型对各方案抗鸟撞性能进行了动响应分析、比较。分...     

运输类飞机风挡抗鸟撞适航符合性验证方法

每年全球鸟撞飞机事件频发,将鸟撞损伤对飞行安全带来的影响减至最小一直是不断追求的目标.通过对CCAR 25-R4《运输类飞机适航标准》中与风挡鸟撞密切相关的适航要求进行解读与分析,并基于某民用飞机型号经验,详细说明了如何将鸟撞适航要求融入飞机风挡设计阶段中,总结了一套可操作的满足运输类飞机适航要求的风挡抗鸟撞验证方法,为新研MA700客机风挡鸟撞的符合性验证提供了参考.     

A numerical model for bird strike on sidewall structure of an aircraft nose

In order to examine the potential of using the coupled smooth particles hydrodynamic(SPH) and finite element(FE) method to predict the dynamic responses of aircraft structures in bird strike events, bird-strike tests on the sidewall structure of an aircraft nose are carried out and numerically simulated. The bird is modeled with SPH and described by the Murnaghan equation of state, while the structure is modeled with finite elements. A coupled SPH–FE method is developed to simulate the bird-strike tests and a numerical model is established using a commercial software PAM-CRASH. The bird model shows no signs of instability and correctly modeled the break-up of the bird into particles. Finally the dynamic response such as strains in the skin is simulated and compared with test results, and the simulated deformation and fracture process of the sidewall structure is compared with images recorded by a high speed camera. Good agreement between the simulation results and test data indicates that the coupled SPH–FE method can provide a very powerful tool in predicting the dynamic responses of aircraft structures in events of bird strike.     

Experimental and numerical simulation of bird-strike performance of lattice-material-infilled curved plate

The anti-bird-strike performance of a lattice-material-infilled curved plate is investigated herein. Since automatically filling the curved structure by classical lattice material filling methods will cause a large number of manufacturing defects, a space-dependent lattice material filling method for the curved plate is firstly proposed in this paper Next, using a face-centered cubic lattice, a lattice-material-infilled test piece with a hollow ratio of 40.8% is built. The test pieces are manufactured via additive manufacturing using titanium alloy. In bird-strike experimental tests, the test pieces are crashed against gelatin birds at an impact velocity of 200 m/s. Dynamic strain gauges are used to record the crash history and the results are discussed. Furthermore, a numerical analysis to simulate the bird-strike experiment is performed. The results from the experimental tests and numerical simulation agree well. This work shows that the lattice-material-infilled curved plate yields promising bird-strike resistance. Therefore, lattice-infilled materials are feasible for protecting aerospace components against bird-strike as well as for reducing the component weight.     

航空发动机宽弦风扇叶片鸟撞损伤模型标定

为建立航空发动机风扇叶片抗鸟撞载荷能力的量化预测方法,针对特定的航空发动机宽弦风扇叶片设计,依据发动机在典型工作状态下的吸鸟速度、角度等撞击参数开展叶片鸟撞试验,采用显式动力学数值仿真方法,建立叶片鸟撞试验仿真分析模型,并通过对模型中叶片材料参数、鸟体本构模型参数、鸟与叶片耦合接触参数进行敏感度分析,对模型进行标定.结果表明,标定后的鸟撞分析模型所预测的叶片损伤模式与试验结果一致,预测的损伤位置与试验测量结果误差小于10%.      

X-cor夹层结构试制与性能研究

以航空应用为背景，研究了新型X-cor夹层结构的成形工艺及力学性能。完成了Z-pin的研制、夹层结构成形和力学性能试验。研究结果表明：与不含Z-pin的泡沫夹层结构相比，X-cor夹层结构的刚度性能有很大的提高。     

Wings for the giant

The tests would certainly appeal to spectators if they were carried out in public: a bird-strike cannon fires salvos of rubber balls at aircraft. The size, weight and kinetic energy of the balls is roughly equivalent to that of the unfortunate creatures which can present such a danger in real life. This time the aircraft wing shrugged off the bombardment.     

湿热环境下K-cor夹层复合材料的力学性能

K-cor夹层结构是应用Z-pin技术增强的一种新型高性能夹层结构,本文研究了Z-pin不同植入密度对K-cor夹层结构试样吸湿特性的影响规律,在此基础上对不同Z-pin植入参数对试样湿热前后三点弯曲性能和压缩性能的影响规律进行了深入研究。研究结果表明：夹层结构中Z-pin的植入能提高试样的尺寸稳定性,且不会对其吸湿率造成明显影响;Z-pin植入密度的增加能明显提高湿热前后试样三点弯曲强度和压缩强度,且具有较高的强度保持率,Z-pin密度为12 mm×12 mm的K-cor夹层结构湿热处理试样的三点弯曲强度比未湿热处理空白试样的要高11.1%,8 mm×8 mm湿热处理K-cor试样的芯部压缩强度比未湿热处理空白夹层结构试样要高17.5%,体现出K-cor夹层结构优异的抗湿热性能;而Z-pin植入角度的减小能明显提高试样湿热处理前后的压缩强度,0°植入K-cor试样湿热处理后的芯部压缩强度与40°植入K-cor试样未湿热处理的基本相同,但植入角度对三点弯曲强度影响较小。     

变刚度复合材料夹芯板设计及模态分析

为提高卫星主承力结构刚度,本文基于定曲率圆弧曲线及平移法对变刚度夹芯板蒙皮进行设计,利用ABAQUS二次开发方法及响应面法对不同起始角/终止角组合的夹芯板进行等效建模、模态分析和模态基频优化。数值计算结果表明,变刚度设计的夹芯板由于曲线铺放提升夹芯板模态基频,蜂窝板的模态基频随起始角先增大后减小,随终止角增大而增大,基频最大提升12.33%,可以减小蜂窝基本承力结构与设备的动态耦合效应。     

镁基水冲压发动机燃烧室长度及进水距离设计方法

针对两次进水的镁基水冲压发动机,对发动机总体的燃烧室长度和一次、二次进水距离设计方法进行了研究.根据理论分析和试验测温结果,提出金属镁以熔融液滴形式进入燃烧室,镁滴燃烧为蒸气相扩散燃烧过程.采用简化的D3/2定律计算镁滴燃烧时间,并以镁滴燃烧和雾化水滴蒸发所需时间为依据,建立了燃烧室长度和一次、二次进水距离设计方法.参...