基于数值仿真的飞机雷电流传导通路评估方法

飞行器的雷电防护设计和验证是保障飞行员及飞机安全的必要措施,尤其是随着雷电防护能力较差的复合材料广泛应用。复合材料对雷电流的传导能力远弱于金属,需要为雷电流传导提供额外的通路。本文从国内相关研究极少提及的飞机内部结构电磁建模出发,提出一套飞机内部结构的电磁建模及精度控制方法;构建 F22 飞机左机翼到右机翼的内部金属结构作为雷电流传导通路,基于通用电磁仿真软件进行飞机雷电间接效应仿真;对复合材料蒙皮、金属网蒙皮、金属网蒙皮加内部金属结构三种情况下飞机内部的电磁场及线缆耦合仿真结果进行对比。结果表明:合理的雷电流传导通路设计能够使飞机内部线缆感应的电流强度减半,起到良好的雷电防护效果;该评估方法适用于固定翼飞机的雷电流传导通路设计,能够作为飞机机载设备雷电间接效应试验指标分配的参考依据,便于定位飞机雷电间接效应防护的薄弱环节。     

飞机雷电直接效应综述

飞机的雷电直接效应对飞行安全构成危害,在飞机设计时必须充分考虑这些危害。对比了金属飞机和复合材料在雷电直接效应上的差异,分析了雷电直接效应对各种复合材料的影响,并对燃油系统、电力系统和推进系统等关键部位的雷电危害机理及危害程度进行了全面分析,可为飞机雷电防护设计及试验提供参考。     

民用航空发动机短舱雷电防护设计及验证

为了有效降低短舱雷电防护设计和验证的难度,针对短舱的雷电防护设计和验证,提出一种导电路径仿真与关键连接结构仿真、试验迭代的研究方法。对整个短舱进行雷电流传导路径设计及简化建模,分别讨论不同传导路径方案对雷电直接效应和间接效应的影响。结果表明:优化的多路径传导可有效减小传导结构的雷电流分量和短舱内的脉冲电磁场;依据整体短舱电流分布仿真结果,可导出具体连接结构的电流分量作为其设计和验证的依据。所提出的方法可作为短舱雷电防护设计和验证的理论依据。     

民用飞机雷电间接效应防护设计与适航验证

基于雷电耦合机理的分析,提出了飞机雷电间接效应防护的设计原则、设计流程和设计过程中应考虑的细节。针对系统受雷电间接影响失效等级的不同,研究了不同等级系统雷电间接效应防护的验证流程,介绍了飞机级验证和系统级验证中不同的验证方法,尤其是重点阐述了缩比模型雷电分区试验、全机雷电间接效应试验和相似性分析等方法。随着民用飞机受雷电间接效应的危害日益凸显,本文将会对我国民用飞机雷电间接效应防护设计和适航取证起到一定的借鉴作用。     

飞机新型抗雷击复合材料研究进展

复合材料导电性差,一旦遭受雷击,便会产生严重的损伤。随着复合材料在飞机上的用量越来越大,如何对复合材料进行雷电防护,保证飞机遭遇雷击后能够继续安全飞行,成为飞机设计中的一个难点。文中首先分析了复合材料在雷击时的损伤机理,之后介绍了近几年来新型的复合材料雷电防护方法,并结合上述方法,为新型飞机复合材料雷电防护提出了建议。     

民用飞机第23.867条款要求及适航审定研究

随着越来越多先进复合材料应用在民用飞机上以及民用飞机上使用的电子电气设备重要度和集成度越来越高,飞机的闪电防护设计越来越重要。CCAR-23第23.867条对民用飞机机体结构闪电直接效应防护进行了规定。研究了该条款的制定和修订的背景和历程,明确了条款的实质要求。23部飞机的使用用途和设计特点使得23部飞机的闪电防护设计和符合性验证也有自己的特点,为此,重点研究了23.867条款的基本设计、审定步骤和审查关注要素等,梳理出了飞机机体结构的闪电直接效应防护设计和适航审定的基本流程,给出了可接受的符合性方法,提出了23部飞机闪电直接效应防护设计、审定各流程的主要工作、可指导或可参考的文件、重点关注要素和技术审查要点,为民用飞机的闪电直接效应防护的设计和适航审定提供了参考。     

机载电子电气系统雷电间接效应防护与验证

越来越多的机载电子电气系统替代传统机电系统执行飞机关键/重要系统功能,而这类机载电子电气系统雷电间接效应防护技术水平直接关系到飞行安全与完成预期任务.囚此,飞机系统雷电间接效应防护能力是基于飞机系统防护和机载电子电气系统雷电间接效应防护水平.     

复合材料整体油箱雷电防护试验研究

为了验证采用铺贴铝网复合材料整体油箱雷电防护设计效果,设计了雷电防护试验件,给出了试验方法,并通过模拟雷电环境,对整体油箱进行了雷电直接效应试验。结果表明:做了钉头密封并在结构表面采取了铝网防护的区域,没有火花产生,油箱内部温度均低于800℃;入击点直接入击到钉头上时,破坏性最大,周边结构烧蚀面积和内部分层面积都比其他情况严重;在连接件处没有覆盖铝箔网时钉损伤严重,且部分钉内部有火花产生。采用铺贴铝箔网设计的复合材料整体油箱雷电防护方法有效,但结构设计一定要保持电连续。     

动力失效对起飞纵向气动特性影响数值研究

研究民用飞机动力失效对飞机起飞阶段纵向气动特性的影响规律及其机理,对保证飞机有效操纵和安全飞行具有重要意义.采用在点对点多块结构化网格系统上求解三维可压缩雷诺平均N-S方程的数值方法,研究发动机动力失效对某民用飞机起飞构型纵向气动特性的影响.通过DLR-F11模型验证研究方法对民用飞机高升力构型气动特性的预测能力;针对安装动力短舱的某翼吊涡扇发动机民用飞机起飞构型,通过对比其发动机在正常工况和失效时飞机气动特性的差异,得出动力失效对飞机纵向气动特性的影响规律及机理.结果表明:动力失效后,不但溢流效应会使飞机阻力系数增大;还会导致发动机进、排气特性较正常工作状态明显不同,恶化短舱附近流场,对飞机的升力、失速特性带来不利影响.     

民用飞机发动机短舱灭火适航验证试验研究

为验证民用飞机发动机短舱灭火系统满足CCAR25.1195(b)、(c)条款的要求,需进行地面验证试验和飞行验证试验,以证明发动机短舱灭火系统足以灭火。在介绍某型民用飞机灭火系统功能和结构组成的基础上,给出了短舱灭火系统的试验要求,试验方案和试验结果可接受判据。为CCAR25.1195(b)、(c)条款的地面和飞行验证试验提供了有效途径,对民用飞机型号合格审定中有关短舱灭火验证试验的相关工作具有指导意义。     

无人机雷电防护设计技术综述

随着无人作战飞机纳入作战体系,全天候的作战使用需求对无人机雷电防护提出了更高需求,由于无人机通过地面测控系统进行人机交互,无法向有人机一样具备主动避开复杂气象环境的能力,其雷电总体防护设计显得尤为重要。基于MBSE的系统工程理论,描述了无人作战飞机雷电防护设计总体需求,阐述了无人机雷电防护总体设计流程及主要设计内容,对雷电效应对飞机机体和机载系统的损伤机理进行了分析和研究;综述了飞机系统雷电效应的总体防护设计原则和技术措施,对机体结构和外部设备给出了雷电直接效应防护设计措施,并给出了机载设备雷电间接效应的防护总体设计原则及典型技术方案。     

飞机结构雷电防护试验符合性验证

简要阐述了飞机结构雷电防护验证试验的种类、主要试验参数和试验规范,并具体介绍了复合材料平尾、整体油箱口盖、复合材料翼梢小翼和复合材料方向舵等飞机典型结构件的雷电防护试验方案设计     

外物损伤对民用飞机短舱内/外流气动特性的影响

根据民用飞机动力装置/机体适航验证研究需要,结合三维有限元碰撞冲击仿真,进行了外物损伤(FOD)条件下发动机短舱内/外流数值模拟分析,初步获得了外罩变形对短舱气动特性的影响。结果表明:结合三维有限元碰撞冲击仿真进行的民用飞机短舱气动特性数值模拟,可以较好地分析FOD对发动机短舱内/外流气动特性和安全性能的影响;在内流方面,外罩和唇口的变形导致了巡航状态和低速大流量等状态短舱内流品质降低,一定程度上影响了进气道流通能力并进一步降低了发动机效率;在外流方面,外物损伤变形导致的气流分离致使局部唇口的前缘吸力丧失,这使得FOD短舱的阻力系数始终比光滑短舱的大,但是当外罩流动均处于失速状态时,两者的阻力特性差异降低。通过对严重影响短舱气动特性或飞机安全性的FOD进行评估,表明该研究成果可以为短舱结构设计的优化和民用飞机安全性分析提供技术依据与建议。     

飞机结构雷电防护试验

简要阐述飞机结构雷电防护验证试验的种类、主要试验参数、试验方法和试验规范。介绍了飞机典型结构件一复合材料平尾、整体油箱非受力维修口盖、整体油箱通气口盖和复合材料翼梢小翼的雷电防护试验方案设计。     

大型民机复合材料整体油箱雷电、静电防护设计

复合材料的电性能相比铝、钛合金之类的金属材料差别很大,且是各向异性的。其有效电导率比金属材料小得多,用复合材料制成大型飞机蒙皮后,将大大降低蒙皮隔离外部电磁场的屏蔽效能和传导电荷的能力。复合材料整体油箱在雷电、静电防护及电荷传导以及油箱内设备电磁防护设计方面不同于金属材料,有其特殊的设计要求和方案。     

发动机短舱对翼身组合体跨音速气动特性影响研究

为了达到增升减阻的目的,现代民用飞机设计越来越重视飞机各个部件之间的相互影响。部件之间的气动干扰影响着飞机的气动特性,合理的气动布局可以产生有利的气动干扰,获得满意的气动特性。针对民用飞机超临界机翼——翼吊式发动机短舱气动布局,通过数值模拟方法,研究了跨音速飞行时,发动机短舱对整机的气动特性影响。     

民机飞行载荷的试飞验证

飞机飞行载荷的试飞验证是一种验证设计载荷可靠性的直接方法,在民用飞机飞机的适航验证中通常作为必要的符合性方法（Meansof Compliance,简称MOC,飞行试验为MOC6）用于验证飞机设计对规章的符合性。在详细描述了进行飞行载荷试飞验证的规章依据、飞行载荷试飞验证的过程和方法的同时,给出了国外飞机进行载荷试飞验证的情况和验证的实例。     

复合材料延性雷电防护金属网仿真与试验研究

延性雷电防护金属网是防护飞机复合材料雷电直接效应的重要方法,本文采用了数值仿真方法对雷电防护金属铝网和金属铜网在雷电流作用下的损伤进行了分析。并在实验室用模拟的联动的雷电流分量A、B、C*对金属铝网和金属铜网进行雷电损伤试验研究。结果表明,数值仿真与试验结果具有较好的一致性,95 gm2的金属铝网和200 gm2金属铜网能对复合材料提供很好的防护。同时,本文通过对雷电损伤机理分析,总结金属网试验损伤比仿真分析偏大的主要原因是雷电流分量B、C*除了电阻热效应外,还有等离子体热效应。     

一种柔性蒙皮设计技术及其在后缘变弯度机翼结构中的应用

变体飞机可在飞行包线内的不同飞行状态下获得最优气动效能,增强执行多种任务目标的能力,实现变体飞机结构的关键技术之一是柔性蒙皮的设计。本文介绍一种基于可变形蜂窝的柔性蒙皮结构,并研究了这种柔性蒙皮在后缘变弯度机翼结构上的应用,通过仿真分析和全尺寸原理样件地面试验验证,该结构满足真实飞行载荷条件下对变形能力和承载能力的要求。     

国内外飞机雷电直接效应试验标准对比

飞机雷电直接效应的试验依据,国内可参照的标准只有HB6129-1987《飞机雷电防护要求和试验方法》与GJB3567-99《军用飞机雷电防护鉴定试验方法》,这两部标准发布年代较早,相对于国外近年发布的标准有较大差异。本文将GJB3567-99与国外主流标准进行全面比较,分析国内外雷电直接效应试验标准的差别,并对试验依据的选择提出了建议。