弹射救生数值仿真及不利姿态下救生性能分析

 国内弹射座椅救生性能预测分析主要依赖地面弹射试验。由于国内相关试验设备的缺乏,不利姿态下弹射座椅的救生性能很难通过试验获得,因此国内不利姿态下弹射座椅救生性能的分析研究比较薄弱。采用数值仿真的方法对弹射座椅的救生性能进行预测和分析,针对弹射座椅弹射过程的4个阶段分别建立了数学模型,其中自由飞阶段采用四元数法代替欧拉速率方程,以解决传统的六自由度方程出现的奇异性问题。采用四阶龙格-库塔法对数学模型进行求解,计算结果与地面弹射试验结果吻合较好。在此基础上,对某新型弹射座椅的弹射姿态轨迹进行计算,分析研究了弹射座椅在不利姿态下的救生性能,得到不利姿态下弹射座椅救生性能不佳的主要原因是座椅高速稳定性差以及飞机向下的牵连速度和飞机滚转角的影响,并根据分析结果提出了改善弹射座椅不利姿态下救生性能的基本方法。     

风对弹射座椅救生性能的影响

 针对某型弹射座椅建立了考虑风速的弹射过程动力学模型。选取不同风速风向和不同弹射速度作为计算状态,对弹射救生过程进行数值仿真,根据仿真结果分析风对弹射座椅救生性能的影响。通过在低速和中速两个弹射速度下,前向风、侧向风和大气垂直运动对弹射座椅救生性能影响的分析可知:较大的逆风不但会降低伞衣充满的轨迹高度,而且会产生人伞系统的振荡和摇摆,对安全救生存在一定的影响;大气的垂直运动对弹射救生系统的救生性能影响最大,它直接影响到救生系统的纵向运动轨迹。研究结果表明:前向风、侧向风和大气垂直运动均会对弹射座椅的救生性能产生不利影响,在真实的弹射过程中必须考虑风速对弹射救生性能的影响。     

弹射座椅救生性能研究

针对座椅在铅垂面内弹射的简化模型,建立了系统的非线性运动方程,然后用推进阵面法建立了人－椅系统平面的非结构网络,并用Ｅｕｌｅｒ方程作为主控方程对某型座椅的气动阻 力系数,升力系数和气动力矩系数进行了验证性计算,最后对非线性运动方程在时域内进行积分,得到人－椅系统运动轨迹,运动速度和旋转角速度等性能参数,并与座椅弹射测试结果进行了比较分析,结果表明,用非结构网络计算的座椅气动特性与座椅吹风数据吻合,计算了弹射救生性能曲线与试验数据的趋势基本一致。     

两级弹射筒与三级弹射筒座椅性能的对比分析

弹射筒作为火箭弹射座椅的一级动力,其作用是为人-椅系统弹射出舱提供一定初速。原三级弹射取消一段中筒后变为两级弹射筒,其弹射行程变短、出舱初速降低、出舱时间缩短,这些对座椅的弹射出舱性能以及弹射性能产生一定影响。本文对三级弹射筒和两级弹射筒从出舱受载、出舱姿态、总压信号采集、救生性能等方面特点进行了对比分析。通过试验数据和仿真结果的综合分析,认为采用两级弹射筒,座椅在出舱受载、出舱姿态等方面较三级弹射筒座椅得到了一定改善。     

飞机弹射座椅椅载设备载荷谱获取方法研究

椅载设备作为飞机弹射座椅的重要组件,是弹射救生过程有序、可靠、安全实现的重要保障,其在振动环境下的力学行为直接关系到座椅弹射救生过程的成败,因此准确获取椅载设备的载荷谱并开展椅载设备在动力学环境下的力学性能分析具有重要的理论价值和工程意义。以某型飞机弹射座椅为研究对象,将获取的弹射座椅载荷谱作用于弹射座椅,通过数值仿真分析提取并包络椅载设备安装位置处的响应,得到椅载设备的载荷谱。获得的载荷谱相比之前直接将弹射座椅载荷谱作用于椅载设备更符合实际情况,分析结果能够为椅载设备研究的可靠性提供数据支撑。     

某型火箭弹射救生系统空弹性能分析

某型火箭弹射座椅是为某型飞机专门设计的一种新型救生系统，该火箭弹射座椅采用了多项新技术，通过空中弹射试验，验证该救生系统在实际飞行条件下的救生性能。经过6次平飞和机动状态弹射试验，结果表明．该火箭弹射座椅救生性能满足设计指标要求。     

过载与弹射速度关系研究及神经网络实现

 弹射速度是弹射座椅双态程序控制的主要输入参数之一,其和弹射高度一同决定了救生伞的开伞时间。试验发现,在某些特定的条件下,弹射速度的测量会出现较大误差从而严重影响弹射救生系统的救生性能。提出一种根据弹射座椅出舱瞬间人椅系统体轴 x 方向过载( n_x )值判断弹射速度的方法。建立了人椅系统出舱阶段的数学模型,在MSC.EASY5基础平台上开发了模块化的仿真模型,并基于批处理原理进行了求解器设计。通过数值仿真,建立了平飞状态不同弹射高度及弹射离机质量下体轴 x 方向过载值与弹射速度之间的关系曲线。利用基于误差反向传播算法的人工神经网络,即BP神经网络实现了输入向量（弹射高度及体轴 x 方向过载）到输出值（弹射速度）之间的连续非线性映射。分析了不利姿态参数对关系曲线的影响,在满足工程要求的情况下,可以忽略其影响。用本文方法判断得到的弹射速度与地面弹射试验数据进行了比较,结果表明误差满足工程要求,可以作为弹射速度测量的一种余度设计。     

美国ACESⅡ弹射座椅稳定系统的发展

<正>与战斗机一样,弹射座椅也经历了更新换代的发展。最具代表性的是美国配装F-22等飞机的ACESII弹射座椅,其稳定性经历了一系列的技术改进。增强弹射座椅的稳定性是提高救生性能的基本要素之一。这主要是因为人/椅系统是一个不规则运动体,如果没有专门的稳定措施,很容易在弹射中产生剧烈旋转。过大的旋转会影     

穿盖弹射分析与虚拟仿真平台研究

建立了战斗机穿盖弹射救生动力学分析模型,并对穿盖碰撞过程涉及的理论问题进行了描述。通过瞬态动力学工具MSC Dytran仿真得到了人椅系统在穿盖过程中的动态响应以及座舱盖的破坏情况,并与试验进行了对比。在此基础上,以VC/MFC(Microsoft Foundation Class)为工具,借助OpenCASCADE虚拟成形技术,开发了飞机座椅弹射过程的仿真分析平台,具有一定工程使用价值。     

未来弹射救生系统对飞行试验的新要求

弹射座椅飞行弹射试验是验证新型弹射救生系统是否满足技战术指标的最终手段，世界航空强国都非常重视弹射试验机的研制和飞行弹射试验技术的研究。我国空中弹射试验机与国外弹射试验机在试验机飞行性能、飞行试验方法、测试技术方面相比存在一定差距。从弹射救生技术的发展看，研制新型弹射试验机是弹射救生技术发展的需要。文中提出用某型歼击轰炸机改装成为高速弹射试验机，能满足近来弹射救生系统发展的需要，也符合我国的国情。     

Full-scale crash test and FEM simulation of a crashworthy helicopter seat

Crashworthy seat structure with considerable energy absorption capacity is a key component for aircraft to improve its crashworthiness and occupant survivability in emergencies.According to Federal Aviation Administration(FAA) regulations,seat performance must be certified by dynamic crash test which is quite expensive and time-consuming.For this reason,numerical simulation is a more efficient and economical approach to provide the possibility to assess seat performances and predict occupant responses.A numerical simulation of the crashworthy seat structure was presented and the results were also compared with the full-scale crash test data.In the numerical simulation,a full-scale three-dimensional finite element model of the seat/occupant structure was developed using a nonlinear and explicit dynamic finite element code LS-DYNA3D.Emphasis of the numerical simulation was on predicting the dynamic response of seat/occupant system,including the occupant motion which may lead to injuries,the occupant acceleration-time histories,and the energy absorbing behavior of the energy absorbers.The agreement between the simulation and the physical test suggestes that the developed numerical simulation can be a feasible substitute for the dynamic crash test.      

人椅系统绕流流场的数值模拟

以某种成熟型号的弹射座椅为研究对象,对其进行合理简化、改进,获得了接近实体的人椅系统几何模型.借助CFD软件FLUENT,采用控制容积法,对N-S方程、壁面函数、标准湍流方程进行了求解.在验证计算数据与实验数据相吻合的基础上,考察了马赫数为0.2,0.6,1.2,攻角为0°60°,偏转角为0°30°条件下可压缩人椅系统绕流流场情况,得到了人椅系统绕流流场的流速、压力、马赫数、表面压力及气动力参数分布情况和变化规律.结果表明:高马赫数、零攻角、大偏转角对人体造成的损害程度最大.      

直-9系列直升机机械师座椅研究

通过对直-9系列直升机机械师座椅使用现状的调研,提出了新型机械师座椅的改造方案,使新型机械师座椅具备抗坠毁性能,并能满足乘员使用舒适性要求,从而保护乘员的人身安全,保障作战训练任务的圆满完成.     

A new landing impact attenuation seat in manned spacecraft biologically-inspired by felids

When manned spacecraft comes back to the earth, it relies on the impact attenuation seat to protect astronauts from injuries during landing phase. Hence, the seat needs to transfer impact load, as small as possible, to the crew. However, there is little room left for traditional seat to improve further. Herein, a new seat system biologically-inspired by felids’ landing is proposed.Firstly, a series of experiments was carried out on cats and tigers, in which they were trained to jump down voluntarily from different heights. Based on the ground reaction forces combined with kinematics, the experiment indicated that felids’ landing after self-initial jump was a multi-step impact attenuation process and the new seat was inspired by this. Then the construction and work process of new seat were redesigned to realize the multi-step impact attenuation. The dynamic response of traditional and new seat is analyzed under the identical conditions and the results show that the new concept seat can significantly weaken the occupant overload in two directions compared with that of traditional seat. As a consequence, the risk of injury evaluated for spinal and head is also lowered, meaning a higher level of protection which is especially beneficial to the debilitated astronaut.     

战斗机飞行姿态对最低安全救生高度影响的仿真研究

战斗机飞行员在飞机出现危险情况时采用火箭弹射座椅作为救生装备的主要形式,在低空不利姿态下弹射时,往往需要一定的最低安全高度来保证弹射救生的成功率,在座椅性能确定的情况下,最低安全救生高度取决于弹射时飞机的飞行姿态。为此,根据火箭弹射座椅的工作原理,针对弹射过程的不同阶段,建立相应的数学模型,用仿真计算的手段来研究不同飞行姿态对最低安全救生高度的影响,以期为飞行员如何选择正确的弹射时机提供一定的理论支撑。     

运输类飞机旅客座椅动态冲击仿真方法研究

介绍了使用瞬态有限元软件与经SAE 1999-01-1609修正的Hybrid III ATD(Anthropomorphic Test Dummy)模型的组合进行运输类飞机旅客座椅动态冲击仿真分析的方法,重点描述仿真模型的评估原则和仿真分析过程中的关键要素和审定判据,运用计算机模型来精确预测物理试验的结果,将目前最佳的实践方法展现给工程分析人员以达到节省研发与取证成本的目的。     

水平冲击下头排乘员损伤及保护姿势研究

为研究水平冲击下不同参数对于头排乘员损伤的影响及不同保护姿势的保护效果。首先进行水平16g动态冲击试验，建立相应的数值模型，验证模型有效性；其次通过正交试验设计进行参数研究，揭示头排座椅间距、安全带刚度、隔板刚度、安全带固定点位置对于乘员损伤的影响；最后研究直立式、抱脚式、手顶式3种姿势对于头排乘员的保护效果。结果表明头排座椅间距以及隔板刚度对乘员头部损伤影响显著；头排乘员头部、颈部、股骨、胫骨损伤对安全带材料特性及安全带固定点位置不敏感；抱脚式、手顶式保护姿势均对头排乘员头部有较好的保护效果。在水平冲击下采用头部前倾的抱脚式保护姿势可使头排乘员头部、颈部、股骨及胫骨损伤均小于限定值。     

弯曲段冲击扰流柱/逆向对流/气膜冷却效率的研究(1)——实验

为了研究回流燃烧室弯曲段冲击扰流柱/逆向对流/气膜冷却结构形式对冷却效率的影响规律,设计了5种不同几何尺寸的实验件并进行了实验研究,研究结果表明:①扰流柱的存在使得弯曲段冲击扰流柱/逆向对流/气膜冷却效率得到了提高,特别是在小吹风比时更为突出;②吹风比对复合冷却效率有很大的影响,在相同冷却壁面处冷却效率随吹风比的增加而...     

先进的变载吸能器

传统的定载吸能器以50百分位男性乘员满足95％生存率为条件设计，它不能为全体乘员提供保护，变载吸能器能够根据乘员重量而调节动作载荷，为全体乘员提供最合理的保护，同时可以大大降低吸能器的冲击行程。     

栅格翼外形特征对减阻影响的研究

栅格翼相对平板翼有其独特的优越性,对其气动特性进行优化很有必要。采用风洞实验和数值计算的方法,分别对不同翼弦格宽比的栅格翼及不同后掠方式的栅格翼进行了研究,风洞实验结果显示,栅格翼的翼弦格宽比存在一个气动性能的最佳值,使得升阻比最大;数值计算结果证明栅格翼前缘局部后掠能有效减小波阻,是一种新的减小栅格翼阻力的方式。