坠撞环境下乘员伤害分析及飞机适坠性评估

为了分析坠撞环境下的机身框段和客舱乘员的动态响应以及乘员伤害情况,开展了大型飞机典型机身框段（含2套三联座椅及4名乘员假人）在6.02 m/s速度下的垂向坠撞试验,获得了机身框段结构坠撞及乘员坠撞响应数据,进行了机身框段结构坠撞破坏及乘员伤害分析,并通过可生存空间、系留强度、乘员损伤、应急撤离4个方面对飞机适坠性进行评估。坠撞试验结果表明,客舱地板下部结构发生较大变形与破坏,在货舱地板下部结构中间支撑件区域和两侧客舱地板支撑立柱与机身框连接处产生3处塑性铰;客舱区域基本保持完整,可生存空间得到保持;座椅与客舱地板导轨的连接保持完好,且乘员安全带保持在原位;乘员假人头部伤害判据最大值为31.47,腰椎压缩载荷最大峰值为3 997.2 N;乘员假人向过道倾斜,过道仍保持通畅。通过飞机适坠性评估,在6.02 m/s的垂向坠撞速度下,乘员伤害风险较小。     

典型民用飞机全机坠撞实验研究

民机全机坠撞实验是评价民用飞机适坠性的最直接手段,也是民机适坠性领域的世界性技术难题。提出全机坠撞实验高精度提升控制与高可靠投放方法,给出了结构响应、假人响应等关键物理量的测试方法,引入了分布式多目相机全场大变形连续测试方法。构建了全机坠撞动响应测试系统,使用统一时间基准触发,对坠撞后地面撞击载荷、结构加速度响应、假人响应以及飞机破坏变形进行了分析,获得了机体不同部位的响应分布规律;提出了修正的适坠性综合评估指数ICI。结果表明：全机坠撞实验测试数据完整可信,实验飞机在5.71 m/s垂直坠撞后,客舱地板下部结构变形严重,机翼的惯性效应导致中央翼区域机身上部结构产生明显变形;不同机身段的刚度差异造成该部位坠撞载荷和动响应的显著差异,刚度越大变形越小加速度响应越大;坠撞后乘员受载在安全范围内,客舱座椅结构完好,舱门可正常打开,乘员生存空间足够,乘员撤离通道畅通。实验飞机在给定状态下具有较好的适坠性,相比原始ICI指数,修正后的评估结果具有更好的工程适用性。     

典型金属民机机身结构坠撞特性试验

为验证典型金属飞机机身结构的适坠性,开展了机身等直段结构在5.91 m/s下的垂直坠撞试验,得到了地面撞击载荷、机身结构变形及机身结构典型位置和假人的动态响应数据,分析了坠撞过程中机身结构的变形失效机理、载荷传递规律及能量吸收特性,提出了提高机身结构适坠性的设计方法。试验研究表明,在坠撞冲击载荷作用下,客舱地板横梁以下结构出现较为严重的变形,机身结构呈现非对称的破坏模式。在坠撞过程中,由于机身框和横梁变形吸收了大部分冲击能量,因此,相较于立柱处加速度峰值,传递至乘员处加速度峰值减小了90%左右。由综合适坠性评估指数可知,机身结构在5.91 m/s的坠撞速度下,具有良好的适坠性。     

运输类飞机的机身抗烧穿性适航要求解析

运输类飞机可生存坠撞后的火灾是客舱安全范畴内的重要问题之一.提高机身抗烧穿性,即推迟火焰进入客舱的时间,可为乘员应急撤离提供时间保证.介绍了运输类飞机坠撞后的池火火焰特征,包括最高温度、热流密度等特征的范围及其影响因素,重点论述了机身结构烧穿过程,剖析了适航规章中的抗烧穿符合性判据,梳理了抗烧穿性试验方法的发展过程,最后对我国未来运输类飞机机身抗烧穿研究的发展进行了展望.     

运输类飞机适坠性审定技术研究进展

为了提高坠机事故中乘员的生存率．飞机应当具备良好的适坠性,将乘客的冲击过载限制在人体所能承受的范围内。本文综述了近年来国内外有关飞机适坠性试验与数值模拟应用的研究成果与发展前景,在此基础上指出了我国民用飞机适坠性审定技术中存在的主要问题。     

民用飞机典型机身段适坠性仿真分析

<正>飞机耐撞性是民用运输机安全性能的一个重要体现,在飞机设计初始阶段已经被当作和静强度性能、疲劳强度性能同等的因素来考虑。世界各国的研究机构及学者对飞机适坠性展开了大量的试验和仿真分析研究。20世纪70年代开始,美国国家航空航天局(NASA)将登月着陆模拟装置改装为轻型飞机和旋翼飞机坠撞试验平台,开展了全尺寸坠撞试验以及机身段试验~([1-5]);90年代中后期,欧盟开展了"CRASURV"计划,研究了复合材料机身结构的抗坠撞设计以及坠撞安全评估     

民用飞机机身燃油管路适坠性适航要求和验证方法研究

民用运输类飞机机身内燃油管路系统的适坠性设计是提供飞机在坠撞情况下的安全性和乘员生还率的重要技术。通过对相关适航规章立法背景的研究以及行业实践,总结分析了条款的适航要求,形成了机身燃油管路的适坠性设计指南和符合性验证方法。     

民用飞机机身舱段的适坠性数值仿真分析

以民用飞机典型机身舱段下部结构为研究对象,建立了结构坠撞有限元模型,利用Pam-Crash软件进行了结构能量吸收特性仿真分析,得到机身舱段的变形、零组件吸能情况及座椅滑轨处的加速度计算结果。分析结果显示飞机在9m/s的垂直速度撞击地面时,原机身结构设计乘员处的过载超过了人体加速度的耐受极限,不满足垂直撞击适坠性要求;而加装副框缘后的机身结构,乘员处的过载在人体可承受的加速度范围内,地板以上的生存空间不小于原来空间的85%,更改后的机身舱段结构设计满足垂直撞击适坠性要求。     

运输类飞机舱内材料防火适航要求及符合性验证试验方法

在现代运输类飞机舱内,非金属材料的装饰和设备被大量使用。这些易燃材料是导致飞机火灾的重要原因之一,为了保障运输类飞机客舱安全,要求舱内材料防火。这也是当飞机发生坠撞事故后,为机上乘员逃离飞机争取时间的必要手段之一。通过研究和分析中国民用航空规章CCAR第25部中的适航条款要求,梳理出运输类飞机舱内不同非金属材料装饰和设备的防火适航要求,并为之提供具体的符合性验证试验方法,为运输类飞机舱内材料防火符合性验证工作规划和实施提供指导。     

民机机身段和舱内设施坠撞试验及结构适坠性评估

为研究典型民机机身段和内部设施的适坠性,设计并制造了7个框距的全尺寸机身段结构,安装了典型的舱内设施,包括3排航空座椅和2套行李架,建立了机身段结构和舱内设施的撞击有限元模型,通过预试验分析,确定乘员可生存的垂直坠撞速度为7 m/s.坠撞试验中,撞击平台材料为木质,撞击平台下方放置了12个载荷传感器,乘员由15个假人模拟,其中4个假人安装了传感器,行李用配重替代.撞击载荷、结构和假人的加速响应由动态数据采集设备(DAS)测量,并与图像测量同步,给出了数据处理方法和典型的结构、假人响应曲线.通过对撞击过程中机身段结构的能量吸收过程和机理进行分析,提出了3条提高机身结构适坠性的设计思路.根据适航条例对结构适坠性的要求和人体伤害指标,提出了综合适坠性评估指数(ICI)的概念,可对民机结构适坠性进行量化评估,并根据该评估方法和试验结果,对典型机身段的结构适坠性进行了评估.评估结果表明,在给定的坠撞环境下,机身段结构的适坠性满足适航规章的要求.     

浅谈商用飞机客舱安全设计

本文重点讨论了商用飞机客舱设计的安全性要求。实际上仅在设计时考虑客舱安全是远远不够的,训练有素的机组乘员,才是关键时刻让这些客舱安全设计和设备发挥作用的关键。     

民用飞机舱内装饰与设备的适坠性研究

民用飞机的安全性是民机是否符合适航的标志,也一直是一个非常重要而不断追求的命题,由于无法避免失效和差错,也就无法完全消除飞机产生事故,作为一门专门研究如何提高事故中生存率的学科——适坠性的研究也越来越受到人们的重视。详细介绍了民用飞机舱内装饰与设备的适坠性设计及适航验证思路,为民用飞机特别是舱内装饰与设备的设计提供参考。     

民机客舱下部吸能结构分析与试验相关性研究

以民机典型机身段客舱下部结构为研究对象,建立了结构坠撞有限元模型,利用LS-Dyna软件进行了结构能量吸收特性分析。基于吸能结构思想,以降低传递到客舱地板的加速度载荷为设计目标,提出了一种民用飞机客舱地板下部结构吸能设计方法。设计制造了全尺寸的吸能结构试件,并进行了垂直坠撞试验。为评估坠撞分析与试验的相关性,提出了一种基于能量的能量吸收特性评估方法。首先对预试验分析结果与试验结果进行了相关性分析,根据相关性分析结果对分析模型进行了修正。修正后坠撞分析结果与试验结果的相关性表明,乘员质心处的平均加速度响应峰值误差为16.44%,最大平均反弹速度误差为10.53%,修正后模型的总体刚度与实际结构一致,分析获得的结构总体变形模式与试验结果基本一致。但能量吸收时间和加速度峰值出现的时间与试验结果相比误差较大,表明结构连接失效等结构建模细节对计算结果有显著的影响。     

通用飞机机身结构耐撞性仿真分析

随着我国通用航空业的不断发展,对飞机的耐撞性能力研究有比较迫切的要求,需要对乘员提供更好的安全保障。本文介绍了AC500型飞机的抗坠撞设计要求和该机的抗坠撞设计特点,在该机三维电子样机的基础上建立了机身结构有限元模型,然后根据规范规定的实验条件对该机进行了瞬态动力学仿真模拟研究,并对结果进行了分析和比较。     

工业动态

我国首次进行民机适坠性试验8月24日,中航工业强度所顺利完成了民机典型机身段结构坠撞试验,这是我国首次进行的民机适坠性研究试验。该项目历时5年,主要针对民机应急着陆过程中造成机体严重破坏和乘员生存     

民机地板以下结构参数变化对机身适坠性能的影响研究

为了确保乘员在可生存事故中存活,民机结构必须具备适坠特性.适坠性设计的关键部位为地板以下结构,包括底框、行李舱底部结构和行李舱支柱三个元素.对民机典型机身结构进行了简化,利用LS-DYNA建立了1/4缩比动力学仿真模型,利用该模型考察了行李舱支柱位置、角度及行李舱高度变化对机身坠撞特性的影响,仿真结果表明合理选择行李舱支柱位置、角度及行李舱高度参数可以大大改善民机机身结构的适坠性能.     

大型运输类飞机典型机身框段坠撞特性分析

为了研究大型运输类飞机坠撞特性及失效模式，发展机身框段结构有限元建模及坠撞仿真技术，首先设计加工三框两段全尺寸机身框段试验件(含2套三联座椅和4个FAA混Ⅲ假人)；其次通过开展坠撞试验获得其坠撞变形及响应特性；最后建立经试验验证的机身框段有限元模型，并进一步评估其撞击不同地面(混凝土地面和软土地面)时的响应特性。结果表明，在6.02 m/s坠撞速度下，客舱地板上部区域基本保持完整，客舱地板下部区域发生了较大变形与破坏，产生3处塑性铰；货舱地板横梁一侧在其与机身框连接处发生断裂，导致同侧的客舱地板峰值加速度明显大于另一侧，最大峰值加速度和撞击力分别为427.7 m/s²和290.8 kN。有限元模型能够准确模拟客舱地板下部的3处塑性铰、货舱地板横梁与机身框连接处的失效情况等，且在速度、加速度等方面与试验结果吻合较好，仿真结果表明机身框是主要的吸能部件，占总吸能量的40.7%；当机身框段撞击不同地面时，由于软土地面发生变形并吸收了部分冲击能量，导致机身变形模式发生改变，并降低了传递给乘员的峰值加速度。     

民用飞机客舱地板滑轨结构研究

客舱地板结构是民用飞机机身结构的重要组成部分,其中滑轨结构与客舱地板横梁连接,是比较关键的结构,直接承担着飞机旅客载荷以及座椅的载荷。 首先介绍说明了民用客机地板结构的受力情况,其次针对目前国际典型机型的客舱地板滑轨结构形式、材料选材以及滑轨与横梁的连接形式等内容进行了分析说明,给出了各机型客舱滑轨结构形式的结构特点,再者从民用飞机客舱的滑轨冠部的设计、滑轨上缘条的设计以及滑轨高度的设计三个方面对客舱滑轨结构设计进行了分析与说明,给出了民用飞机客舱地板滑轨结构设计分析的要点和一般方法。 最后对民用飞机客舱地板滑轨结构设计方案进行了总结归纳与分析,为民用飞机客舱地板滑轨结构设计提供参考和借鉴。     

飞机客舱工业设计要素分析和设计方法研究

安全、舒适、经济、美观的飞机客舱可为乘客提供良好的乘坐体验,增强国产商用飞机的市场竞争力。本文学习国外成功经验,研究飞机客舱工业设计的发展,分析客舱工业设计的四个要素,介绍三种适用于飞机客舱的工业设计方法;结合航空市场趋势,寻求客舱经济性和舒适性之间的平衡点,确定合适的客座数和客舱座位布局;采用感性工学设计法和虚拟现实设计法,从安全、乘客需求、CMF 和航空公司的角度,以某宽体飞机为例,设计其客舱内部空间及舱内设施设备。结果表明：本文的设计方法正确、可行,可为正在研制中的大型客机提供理论依据和设计参考。     

民机应急撤离实验与仿真研究进展

民机乘员的应急撤离是人-机-环境多系统耦合作用过程,涉及人员行为、客舱环境、灾害情况等复 杂因素,客舱布局、人员属性、应急措施等均对应急撤离过程及结果有显著影响。由于应急撤离与民机安全性 直接相关,运输类飞机适航标准规定44座以上的民用飞机需进行全尺寸应急撤离适航符合性演示试验,要求 在指定环境条件下于90s内完成撤离过程。本文梳理了适航标准对民机应急撤离的要求,对应急撤离实验研 究方法和数值仿真方法进行了总结归纳,并结合未来民机安全设计需求和相关技术的发展对应急撤离问题研 究的发展趋势进行了展望。