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。     

大展弦比复合材料前掠翼气动弹性分析与优化

对具有不同前掠角和蒙皮偏轴角的大展弦比复合材料机翼进行了气动弹性建模与计算,以分析前掠角和蒙皮偏轴角对这类结构的静、动气动弹性特性的影响。使用遗传／敏度混合优化算法对几种典型前掠角和蒙皮偏轴角情况下的机翼进行了气动弹性优化设计研究,在满足强度、位移、发散速度和颤振速度等约束条件的前提下,以机翼各部件复合材料铺层的厚度为设计变量,对结构进行重量最小化设计。此外,还分析了蒙皮和突缘的铺层厚度沿展向变化的函数的幂次对优化结果的影响。     

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.     

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.      

四种飞机蒙皮材料抗鸟撞性能对比研究

以伊尔76飞机尾翼前缘结构为对象,对铝合金、GLARE层板、金属面板蜂窝夹芯结构以及复合材料面板蜂窝夹芯结构等四种不同蒙皮材料的抗鸟撞性能进行了对比研究;运用大型非线性动力学软件PAM-crash建立结构有限元模型,通过数值仿真进行计算,并通过试验对分析方法的正确性进行了验证,从结构破坏和吸能特性两个方面进行分析,发现相同条件下,GLARE层板蒙皮重量最小,抗鸟撞能力最强,吸能效率最高,性能最优。     

全尺寸复合材料垂尾前缘抗鸟撞仿真与试验

基于Pam/crash软件,建立SPH鸟体模型,仿真分析了两种工况:芳纶与玻璃钢全尺寸复合材料垂尾前缘分别在3.6 kg鸟体以114 m/s速度冲击下的动力学特性;通过模拟与试验结果的对比,验证了仿真方法有效。结果表明:在鸟体与结构接触区域以及前缘与盒段连接区域,需要划分更为精细的网格以真实模拟实际情况;芳纶及玻璃钢前缘的抗鸟撞性能与蒙皮的具体铺层信息相关。仿真及试验方法对工程设计具有实际参考价值。     

一种面向工程的气动弹性剪裁技术

以COMPASS为平台研究了蒙皮铺层主方向角对机翼气动弹性的影响,以及采用不同形式的多项式函数表示蒙皮厚度的方法,分析了设计变量的敏度计算方法,并运用优化的方法对两个复材机翼结构进行了位移、频率、发散和颤振速度约束下的剪裁设计,获得了结构响应与主方向角的变化曲线和机翼表面的厚度分布等高线.研究结果表明本方法拓宽了复材机翼的设计手段,具有广阔的应用前景.     

民机典型前缘结构抗鸟撞分析研究

为保障飞行安全,CCAR25部对民机结构抗鸟撞性能提出了严格的指令性要求,须对机翼前缘、平尾前缘和垂尾前缘等典型前缘结构进行鸟撞分析。鸟撞分析涉及到结构的动力学分析、鸟体的本构关系模拟、材料的高速非线性效应以及结构大变形等多方面因素的影响,相关的计算复杂,会耗费结构设计人员大量的精力和时间。通过采用经验公式和仿真分析方法对前缘结构抗鸟撞性能进行快速的分析,可达到对结构的抗鸟撞能力进行快速预估并从而指导设计的目的。     

民机典型前缘结构抗鸟撞分析研究

为保障飞行安全,CCAR25 部对民机结构抗鸟撞性能提出了严格的指令性要求,须对机翼前缘、平尾前缘和垂尾前缘等典型前缘结构进行鸟撞分析。鸟撞分析涉及到结构的动力学分析、鸟体的本构关系模拟、材料的高速非线性效应以及结构大变形等多方面因素的影响,相关的计算复杂,会耗费结构设计人员大量的精力和时间。通过采用经验公式和仿真分析方法对前缘结构抗鸟撞性能进行快速的分析,可达到对结构的抗鸟撞能力进行快速预估并从而指导设计的目的。     

飞机层合风挡鸟撞击有限元数值模拟

建立了鸟撞击层合风挡三维有限元分析模型,对层合材料采用具有失效模型的率型本构模型,用非线性接触-碰撞有限元程序模拟了飞机层合风挡的鸟撞击动响应过程,给出了层合风挡鸟撞的计算实例,讨论了层合风挡结构被鸟冲击变形破坏的机理,数值模拟结果为层合风挡抗鸟撞击叠层设计提供了理论依据。     

Damage sensitivity of a wing-type leading edge structure impacted by a bird

On the windward side of an aircraft, the components with higher probability of impact with birds are the wing-type leading edge structures, such as the wing and tail. A study on the damage sensitivity of a wing-type leading edge structure under bird strikes was presented in this paper. First, a bird strike test was carried out on a wing. The principles of the bird strike test equipment and method were introduced in detail, including the bird strike test system, bird projectile production process and data acquisition system. The dynamic strain measurement results, the high-speed camera videos, and the final deformation and damage morphology observations of the structure were obtained. Based on the coupled Smooth Particle Hydrodynamics (SPH) - Finite Element Method (FEM), the commercial software PAM-CRASH was used to simulate the process of a bird strike with the wing. The good agreement between the finite element simulation results and the experimental results shows that the calculation method and the numerical model presented in this paper were reasonable. On this basis, wing-type leading edge structures can be designed by adding triangular support. The bird strike resistances of an original structure and improved structure were studied by numerical simulation. The calculated results show that the improved wing-type leading edge structure is less damaged than the original structure under bird strike. The improved leading edge structure satisfied the anti-bird strike airworthiness requirements, as the thickness of the triangular support was 1.2 mm, and the weight of the structure was reduced by 0.87 kg compared with the original structure. This indicated that the bird strike resistance of the improved structure is better than that of the original structure, and the improved design of the wing-type leading edge structure presented in this paper is reasonable.     

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。     

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.     

Mass and performance optimization of an airplane wing leading edge structure against bird strike using Taguchi-based grey relational analysis

Collisions between birds and aircraft are one of the most dangerous threats to flight safety. In this study, smoothed particles hydrodynamics (SPH) method is used for simulating the bird strike to an airplane wing leading edge structure. In order to verify the model, first, experiment of bird strike to a flat aluminum plate is simulated, and then bird impact on an airplane wing lead-ing edge structure is investigated. After that, considering dimensions of wing internal structural components like ribs, skin and spar as design variables, we try to minimize structural mass and wing skin deformation simultaneously. To do this, bird strike simulations to 18 different wing structures are made based on Taguchi’s L18 factorial design of experiment. Then grey relational analysis is used to minimize structural mass and wing skin deformation due to the bird strike. The analysis of variance (ANOVA) is also applied and it is concluded that the most significant parameter for the performance of wing structure against impact is the skin thickness. Finally, a validation simu-lation is conducted under the optimal condition to show the improvement of performance of the wing structure.     

民用飞机方向舵抗鸟撞分析研究

民用飞机方向舵结构通常位于垂尾后部,通过连接铰链与垂直安定面后缘相连,并通过作动器驱动其偏转,从而为飞机提供偏航力矩。对民用飞机方向舵鸟撞相关适航条款要求进行了分析,明确了方向舵抗鸟撞需要满足的具体要求。在完成上述工作后,对某型民机方向舵的抗鸟撞性能进行了全面的评估。首先通过工程算法,初步评估了该方向舵不同偏角下的鸟体撞击力,并以此为依据筛选出了鸟撞的严酷工况,避免了大量计算方向舵不同偏角的鸟撞情况,从而大大降低了仿真分析的工作量。通过SPH方法,使用PAM-Crash软件对方向舵结构进行了抗鸟撞分析,得到了方向舵翼面本体结构的损伤情况、连接铰链的受载情况和方向舵作动器的受载情况,并以此为依据,完成了对方向舵抗鸟撞性能的完整评估。     

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...     

Glare层板基本成形性能研究与实验验证

为了探索Glare层板的成形性能特点,采用单向拉伸实验和三点弯曲实验,分析研究了Glare 2A,Glare 2B和Glare 3层板的基本成形性能,并借助扫描电子显微镜分析了Glare层板的失效特征。结果表明:纤维铺层方向对材料的成形性能存在显著影响,Glare 2A层板抵抗塑性变形的能力强,且难以发生厚向变形:采用σ=σy+Kεn硬化模型拟合真实应力-应变曲线,其相关系数最大,拟合结果最好:Glare 2A的弯曲回弹量最大,其弯曲破坏时,内表层受压应力,以皱缩和压缩断裂为主,外表层受拉应力,以纤维拉伸断裂和分层为主;对于Glare 2B层板,其弯曲回弹量最小,主要以基体破坏为主:通过滚弯成形验证了实验所得结果的准确性。     

CFRP层合板雷击烧蚀损伤模拟的电流加载方式分析

通过改进加载方式减小数值模拟与试验结果误差对于提高仿真准确性具有一定意义。本文探究复合材料层合板在不同形式雷击电流下的烧蚀损伤特性，改进Braginskii 电弧半径扩展公式，建立适用于雷击过程的电弧扩展半径数值模型；基于ABAQUS 建立CFRP 层合板有限元模型，分析不同电流加载方式下的烧蚀损伤情况。结果表明：建立的有限元模型能够模拟CFRP 层合板雷击烧蚀损伤；扩展移动加载造成的损伤面积、损伤深度和损伤体积与试验结果对比误差均约为7%，较其他加载方式仿真结果与试验结果对比具有良好的一致性，模拟复合材料雷击烧蚀损伤时应同时考虑电流扩展和移动的影响。     

基于ANSYS Workbench鸟撞飞机风挡有限元分析

利用ANSYS Workbench三维有限元软件,建立了鸟撞飞机风挡的力学分析模型,形成了一套完整合理的鸟撞飞机动态响应分析方法。其中,对模型建立和约束施加等提出了简便的处理方法,并且进行了比较详细的描述。通过有限元分析模拟计算鸟撞飞机前风挡的动态响应,得出了风挡的应力、位移及其分布规律,并与试验结果进行比较,两者吻合较好,可为新型风挡结构设计提供参考。