油箱水锤效应试验方法研究

通过动力学有限元工具构建经验公式对水锤效应进行撞击穿透数值模拟分析研究,得到比较有效的水锤效应模拟分析方法;对比研究文献资料的分析方法,得到合理有效的建模方法,通过分析摸清水锤效应的原理及其破坏机理。利用二级气炮发射子弹撞击充液的箱体进行试验,根据试验结果进一步验证水锤效应的原理;在此过程中,研究了试验控制方法,得到了该试验方法的控制流程;通过对速度、应变及压力的动态测试方法研究,得到了试验测试方法,最终建立油箱水锤效应试验方法。     

飞机油箱水锤效应研究方法及影响因素

油箱是飞机生存力研究中的关键部件,水锤效应是油箱的主要破坏方式之一。概述了国内外在飞机油箱水锤效应研究中取得的一些进展,包括水锤效应数值模拟方法、试验方法,水锤效应的影响因素,基于水锤效应影响的油箱结构设计等。综合国内外理论研究、仿真分析和试验结果,得出弹片材料、弹片速度、箱体空气比例等都是水锤效应的影响因素。研究成果可为进一步开展水锤效应研究提供参考。     

飞机油箱水锤效应影响因素及其影响程度研究

水锤效应是飞机燃油箱的一种主要损伤模式,它可能引起油箱结构灾难性的破坏,分析水锤效应的影响因素及其影响程度,对燃油箱易损性的评估、燃油箱防护性设计具有重要意义。以破片速度衰减、箱内液体压力和壁板变形为对比参量,模拟一个等效飞机油箱在不同破片速度、质量(材料)、形状、入射角度、入射方向打击下及不同充液率时的水锤效应;并采用最小二乘法拟合油箱的入/出射壁板变形公式。结果表明:随着破片速度、质量和油箱充液率的增大,水锤效应的破坏能力显著增强;破片形状对液体压力和壁板变形均具有一定的影响;破片的入射角度、方向将改变其在油液中的运动路径,进而影响水锤效应。     

水锤效应影响因素及防护结构的数值研究

燃油箱作为飞机上易损性最高的部件,当其遭受高速射弹袭击时会产生破坏严重的液压水锤效应,直接威胁飞机安全,对水锤效应问题的数值研究具有重要意义。采用CEL 方法对水锤效应问题进行数值模拟,首先同已有试验结果进行对比,验证数值计算模型的准确性;然后分析射弹入射速度、充液率对水锤效应的影响;最后对水锤效应的防护设计进行数值分析,优选防护结构设置形式。结果表明：水锤效应的破坏威力来自于冲击波,射弹动能越大、充液率越高,油箱破坏性越大;设置防护挡板能够在一定程度上降低冲击波对油箱结构的破坏程度,空气防护挡板结构的防护效果最佳。     

飞机油箱水锤效应研究方法及进展

油箱是飞机生存力研究中的关键部件,水锤效应是油箱的主要破坏方式之一。综述了国内外在水锤效应研究方面的三种不同方法,发现试验方法简单直接,却易受试验条件限制;理论分析方法由于引入过多的假设,适用范围有限;数值模拟方法操作简单,参数可控,但其准确性受材料本构参数的影响。单一地使用一种方法不能解决飞机油箱的水锤效应问题。本文在总结前人研究水锤效应的基础上,指出只有结合使用三种方法才能真正解决水锤效应问题,从而设计高生存力的油箱。     

高速弹头打击下机翼油箱的动态响应分析

机翼油箱是飞机作战生存力研究中的关键部位,而水锤效应是油箱的主要破坏方式之一。本文采用大型有限元软件MSC.Patran建立简化的机翼油箱与高速弹头模型,利用壳元模拟机翼油箱、拉格朗日单元模拟高速弹头、欧拉单元模拟航空燃油与空气,综合考虑弹头与油箱的接触、几何非线性变形、应变破坏准则、弹头与燃油以及油箱与燃油的流固耦合,运用MSC.Dytran进行计算,得到弹头击穿油箱过程中油箱壁板的动态响应。结果表明,空油箱与充油油箱壁板上弹孔附近的变形不同,流固耦合的作用显著提高了油箱的应力水平,增加了油箱被全面破坏的概率。     

镍基合金薄板不同温度下的弹道冲击行为

为研究航空发动机机匣在高温下的包容性能力,通过实验和数值模拟研究25℃和600℃下GH4169合金薄板受球型子弹冲击后的变形行为。弹道冲击实验通过轻气炮实施,子弹以不同初始速率冲击靶板。分析温度和冲击速率对靶板的变形、临界击穿速率、破坏变形模式以及能量吸收的影响。结果表明:高温下靶板的变形更大,靶板被击穿所吸收的能量更小,临界击穿速率更小;高温下靶板被穿透后由弯曲作用引起的花瓣状变形更明显。数值模拟研究通过有限元软件LS-DYNA实施,数值模拟中选用Johnson-Cook本构模型。采用高温分离式霍普金森压杆(SHPB)实验技术对GH4169高温合金进行测试,获得了材料在高温高应变率下的力学特性并拟合了Johnson-Cook本构模型参数。数值模拟研究的结果和实验结果进行了对比,显示了良好的一致性。     

含离散源损伤复合材料加筋板的压缩特性

 通过对含有离散源损伤的复合材料加筋板的压缩实验和有限元模拟,研究了离散源损伤的损伤扩展与破坏特性以及对复合材料加筋板剩余强度的影响。 结果表明，复合材料加筋板的离散源损伤用穿透蒙皮切断桁条的切口来模拟是合适的，蒙皮上的穿透切口前端有很高的应变集中，桁条被切断导致加筋板传力路线改变；离散源损伤使复合材料加筋板的压缩强度下降显著，达到60％左右； 基于Hashin失效准则的渐进损伤有限元数值模拟方法，可以有效地模拟含切口加筋板的宏观损伤扩展和破坏过程，计算结果与实验值吻合较好。     

飞机整体油箱三维瞬态温度场分析

介绍了飞机整体油箱三维瞬态温度场分析方法。利用MSC.Patran/Nastran thermal 2001软件,建立了飞机整体油箱三维瞬态温度场分析有限元模型。模拟了发动机表面与油箱底部的面—面辐射,油箱顶部对外部空间的热辐射,以及进气道冷空气与油箱底部之间对流换热等多种复杂边界条件。在软件不具备单元死活功能的条件下,成功模拟了飞行过程中燃油的消耗。本文的研究结果对飞行器油箱部件的热分析具有一定借鉴意义。     

GCS-数字式气压控制系统

在飞机结构地面静强度试验时，为了模拟飞机的机舱、油箱在使用过程中的受力情况，通常会对机身、油箱或机身的一段（曲板）进行气体充压的静力试验、疲劳试验和气密性试验。研制的GCS-数字式气压控制系统满足了这一要求。本文详细描述了系统结构、功能、硬件以及软件。     

Numerical modelling of partially filled aircraft fuel tanks submitted to Hydrodynamic Ram

Hydrodynamic Ram (HRAM) is a phenomenon that occurs when a high-kinetic energy object penetrates a fluid-filled container. The projectile transfers its momentum and kinetic energy through the fluid to the surrounding structure, increasing the risk of catastrophic failure and excessive structural damage. This is of particular concern in the design of wing fuel tanks for aircraft since it has been identified as one of the important factors in aircraft vulnerability. Usually the HRAM phenomenon is analyzed considering completely filled tanks, but its effect on partially filled containers should also be taken into account due to the fact that tanks use to be impacted under these conditions. In the present paper, the commercial finite element code LS-DYNA has been used to simulate an HRAM event created by a steel spherical projectile impacting a partially water-filled aluminium square tube. The ALE formulation is employed to reproduce the event. Experimental tests which indicate the pressure at different points of the fluid, displacement of the walls and cavity evolution for different impact velocities, are compared with the numerical results in order to assess the validity and accuracy of the ALE technique in reproducing such a complex phenomenon.     

弯曲通道模拟离心条件下的主燃级和预燃级联焰试验

冲压转子发动机是冲压发动机和燃气涡轮发动机的有机结合,其结构简单。冲压转子发动机燃烧室由于其内部受到强离心力场的作用,燃烧室火焰的稳定燃烧以及传播都会受其影响。为了得到离心力场对分级燃烧中两级联焰的影响规律,本文进行了试验研究工作。针对燃烧室在强离心条件下的燃烧特点,采用弯曲通道模拟气流的离心效应。在弯曲试验段上对预燃级和主燃级进行了联焰研究,试验在常温常压条件下进行,进口气流速度范围为10~70m/s。试验中考察了离心力、燃油分级比例以及主燃级燃油喷射初始角度对联焰的影响,试验结果初步验证了燃烧方案的可行性,为冲压转子发动机燃烧室的研究奠定了基础。     

带油箱结构的机身框段坠撞仿真分析

 主要研究了任意拉格朗日/欧拉耦合方法计算带油箱的机身框段的坠撞过程。首先,建立了带油箱结构的机身框段坠撞分析模型,包括机身框段结构模型和欧拉流体模型。采用水代替油箱内部燃油,考虑了不同装水量对机身框段耐撞性的影响。分析了坠撞过程中的液体晃动和泼溅与机身坠撞响应的影响,给出了装水量和机身框段最大垂向压缩位移、最大过载和能量吸收等参数之间的关系。通过仿真分析,揭示了冲击载荷作用下油箱内部燃油量对机身框段各个部分结构的损伤破坏的影响。研究指出,在垂直撞击环境下,机身加强框和蒙皮是主要的吸能结构。在油箱内装水量多的情况下,油箱结构的吸能作用不能忽略。给出了应急着陆或可生存坠撞事故发生前,飞行员所应采取的紧急措施。     

钢球对肥皂靶的撞击试验

为研究投射物对生物体的致伤效应,采用肥皂作为生物体模拟物,开展了Φ3．0mm 的钢球高速（0．96和1．88km/s）及超高速（3．52和4．98km/s）撞击肥皂靶的试验,获得了肥皂靶在钢球撞击下的损伤特征及其破坏规律。结果表明：高速试验条件下,钢球对肥皂靶的损伤主要表现为贯穿效果;超高速试验条件下,钢球撞击肥皂靶形成大尺寸半球形弹坑,其对肥皂靶的损伤表现为2个方面：一是大尺寸弹坑导致的“体积移除”,二是受超高速撞击的强烈冲击波影响,肥皂靶的破坏区域大于弹坑区域。     

民用运输类飞机燃油箱/滑油箱晃振试验及适用性讨论

民用飞机燃油箱/滑油箱装载的燃油/滑油在惯性载荷的作用下,会对邻近结构带来冲击力,可能造成油箱结构件的疲劳或强度问题,引起油箱漏油,进而引发其他安全问题。依据第25.965条、第25.1015条中燃油箱及滑油箱晃振试验的相关要求,分析了晃振试验的适用性、验证实施及审查方式,梳理了审查风险点并提出了对应的审查重点。结合具体型号审查案例,对审查的过程及符合性判定进行了分析。分析了燃油箱、滑油箱设计特征并与条款判据进行对比,明确了25.965(b)、25.1015(b)的符合性验证思路,以说明性文件的方式进行符合性表明。通过审查案例说明,采用符合性判据,并与飞机设计特征进行对比,可直接对晃振试验的适用性及符合性进行判断。梳理总结得到的符合性判据、审查重点及风险点为燃油箱及滑油箱晃振试验的型号审查工程实践的具体实施提供了一定的参考及明确判据。     

变介电常数电容传感器的原理及应用

变介电常数电容传感器是飞机燃油测量系统的重要部件,用于感受飞机燃油箱的燃油量。根据电容器两极板间的电介质变化,引起传感器电容量变化,电容信号经过C-V变换电路转换为直流电压信号,数字化后输入微处理器计算后,送飞机终端显示系统显示油量信息。介绍了变介电常数电容传感器的原理和应用。