某夹芯结构抗鸟撞分析与设计

 为了对某飞机中的挡板结构进行优化设计,以PAM-CRASH显式有限元分析软件作为平台,对某飞机中的蜂窝夹芯挡板结构地面抗鸟撞试验过程进行了数值仿真分析,并将挡板结构破坏失效的数值模拟结果与试验结果进行了对比,二者的一致性表明了抗鸟撞计算方法的合理性.在此基础上对原挡板结构设计进行改进,并利用鸟撞计算方法考核其抗鸟撞性能.最后,对改进结构进行了地面鸟撞试验.试验结果表明改进结构能够满足抗鸟撞设计要求,表明了设计方法的合理性,为飞机结构抗鸟撞设计提供了一定的技术支持.     

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.     

发动机一级转子抗鸟撞试验与数值模拟研究

鸟撞发动机在鸟撞事故中最容易造成飞机损坏失事的情况,为了研究发动机一级压气机转子抗鸟撞适航性能,对发动机转子在工作状态下进行鸟撞试验,鸟体质量为1 000 g,撞击速度为195 m/s,发动机一级转子转速为8 525 r/min;基于显式碰撞动力分析软件PAM-CRASH 建立相应的叶片鸟撞数值计算模型,通过与试验结果的对比来验证本文计算模型的合理性;根据发动机适航条例分析不同工况下发动机一级转子抗鸟撞性能。结果表明：大鸟撞击相比于中鸟鸟群和小鸟鸟群,对于叶片的撞击结果更加恶劣;叶尖位置撞击会引起叶尖部位的大变形,叶根和叶中位置撞击会引起叶片根部较大的集中应力,导致叶片断裂。     

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.     

运输类飞机鸟撞适航性技术研究

从搜集整理鸟撞事故情况入手分析易受到鸟撞破坏的部位,以适航规章中鸟撞要求研究为基础,参考相关工业界标准技术文件,开展运输类飞机鸟撞适航性要求分析工作。并在此分析研究基础上,结合相关标准、规范、指南、手册等技术文件对重点条款开展鸟撞适航性设计与验证方法研究工作,同时分析国外典型飞机鸟撞损伤部位验证案例,为后续型号鸟撞适航性设计和验证提供技术参考。     

民用飞机吊挂指形罩鸟撞分析

指形罩结构位于吊挂前缘,作为动力装置整流罩体的一部分,为吊挂及发动机提供气动外形,并为燃油、液压、电气、环控等系统管路提供保护和通路。指形罩的位置及功能决定了其结构必须满足鸟撞要求,承受鸟体撞击后不能影响飞机安全。通常采用鸟撞试验对指形罩结构抗鸟撞性能进行适航验证。为了降低适航验证周期和成本,一般通过鸟撞分析来降低取证试验的撞击点数量。介绍了一种吊挂指形罩鸟撞分析过程和方法,并对分析方法进行了工程试验验证,得到一种可靠的指形罩鸟撞分析方法,为类似的飞机整流结构的鸟撞分析提供了参考。     

鸟撞风挡问题分析方法研究

在鸟体撞击风挡结构过程中,鸟体与风挡相对撞击速度非常大,是飞机结构损伤的重要因素,严重时会引发机毁人亡的灾难性事故。本文基于鸟撞风挡问题,采用对比分析的方法,对目前鸟撞风挡问题的地面试验法、工程计算法及有限元仿真法进行了详细介绍,比较了不同方法的适用条件、范围及其优劣；最后选取某飞机风挡层合玻璃作为研究对象,采用有限元仿真法,建立了风挡鸟撞模型,利用任意拉格朗日欧拉耦合法(ALE)完成了相关分析,得到了鸟撞风挡的变形及其速度、加速度等参数,通过比较分析结果,为飞机风挡设计提供参考。     

关于航空发动机吸鸟适航条例的变化与思考

随着民用航空发动机向高涵道比、低噪声方向发展,以及人类环保意识的增强。飞机被鸟撞的概率加大,世界各国适航当局需要不断更新鸟撞适航标准来保证飞行安全。跟踪研究航空发达国家航空发动机的吸鸟适航标准,把握新的适航条例和验证技术,将有益于我国大型客机和民用大涵道比航空发动机的研制。     

基于MCMC方法的运输类飞机鸟撞冲击能量研究

鸟撞冲击能量是运输类飞机结构安全设计和鸟撞适航条款制定的重要基础,目前我国运输类飞机鸟撞相关研究都是参照FAA中的鸟撞冲击能量标准要求,并没有考虑我国的自然环境等特点.针对这一问题,运用马尔科夫链蒙特卡洛(Markov Chain Monte Carlo,MCMC)估计方法,采用Gibbs抽样原理,在贝叶斯理论的框架下,对我国运输类飞机鸟撞冲击能量开展了研究,在小样本条件下对鸟撞冲击能量概率分布进行估算,为后续鸟撞安全性分析提供了重要基础.     

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。     

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.     

Design of aircraft structures against threat of bird strikes

In this paper, a method to design bird-strike-resistant aircraft structures is presented and illustrated through examples. The focus is on bird strike experiments and simulations. The explicit finite element software PAM-CRASH is employed to conduct bird strike simulations, and a coupled Smooth Particles Hydrodynamic (SPH) and Finite Element (FE) method is used to simulate the interaction between a bird and a target structure. The SPH method is explained, and an SPH bird model is established. Constitutive models for various structural materials, such as aluminum alloys, composite materials, honeycomb, and foam materials that are used in aircraft structures, are presented, and model parameters are identified by conducting various material tests. Good agreements between simulation results and experimental data suggest that the numerical model is capable of predicting the dynamic responses of various aircraft structures under a bird strike, and numerical simulation can be used as a tool to design bird-strike-resistant aircraft structures.     

某大型民用客机机头顶部板结构抗鸟撞性能优化研究

对弹性动力学的基本理论以及SPH(光滑粒子流体动力学)鸟体模型进行了介绍,并结合相关材料性能参数,以显式动态冲击有限元软件PAM-CRASH为平台,开展某大型民用客机机头顶部板结构抗鸟撞性能验证工作。并设计两种金属玻璃纤维材料作为优化材料,在不增加结构总重量的基础上通过比较结构吸能效果对材料铺层进行优化,选取出抗鸟撞性能最佳的材料供工程设计参考。     

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。     

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%.      

基于PAM-CRASH的蒙皮典型结构高速冲击仿真

以典型蒙皮结构为研究对象，分别对由2024－T3铝合金和碳纤维复合材料交替层压而成的FMLs以及2024－T3铝合金蒙皮进行高速冲击有限元仿真，并进行了损伤对比。其中，铝合金层和碳纤维层均采用最大应变准则。利用碰撞模拟分析软件PAM-CRASH以及采用SPH弹体对冲击模型进行仿真，结果显示在相同冲击能量下，加了支承结构的蒙皮在损伤抗性方面有了明显提升，并在此基础上分析不同的纤维铺层角度和铺层方式对FMLs蒙皮性能的影响。     

多铺层碳纤维蜂窝板模型修正

 蜂窝板是现代飞行器的主要承力结构,通过分析各形式响应面适用范围,提出Linear-and-Gaussian组合核支持向量机(SVM)响应面和基于分组控制策略的改进粒子群优化(IPSO)算法。用ANSYS的SHELL91单元建立多铺层碳纤维蜂窝板的有限元模型(FEM),并通过正交试验设计和F值检验确定待修正结构参数,构造Linear-and-Gaussian响应面以拟合待修正结构参数与蜂窝板模态频率的关系并检验响应面模型有效性。最后,用基于分组控制策略的IPSO算法对响应面模型中的结构参数进行修正,修正后参数代入原有限元模型得到修正模型。通过对修正前后模型模态频率与基准模型模态频率在测试频段内外的对比,证实了修正后模型具有良好的复现能力和预测能力。     

飞机副油箱液体晃动动力学分析

针对液体晃动重心变化对航空航天器、载液货船等载液系统运动及姿态稳定性的影响,结合某型飞机副油箱的晃振试验,采用光滑粒子流体动力学（SPH）方法对该油箱进行了5个晃动周期的数值模拟。推导了任意时刻液体晃动重心的计算表达式,获得了晃动过程中的液体重心变化时间历程曲线,体现了周期性激励作用下液体晃动轨迹的周期性。