适应未来大型飞机的水泥混凝土道面设计方法

现行水泥混凝土道面设计规范,采用"设计飞机"按疲劳等效原则将各型飞机的作用次数换算成"设计飞机"的作用次数,并假定飞机轮迹在通行宽度内均匀分布,实际上飞机轮迹在跑道横断面上服从正态分布.未来大型飞机的起落架更加复杂,各型飞机对道面的累积疲劳损伤峰值不在同一位置,采用"设计飞机"换算的方法日益暴露出不足.按轮迹服从正态分布采用覆盖通行率计算覆盖作用次数,用累积疲劳损伤替代了"设计飞机"在交通量换算中的作用,直接计算各型飞机对道面结构总的累积疲劳损伤,探讨了基于累积疲劳损伤的道面设计方法.实例分析表明:采用累计疲劳损伤作为设计指标的道面设计方法计算结果更精确,更适合未来大型飞机复杂起落架作用下的水泥混凝土道面设计.      

机场道面承载力对大型运输机ACN及胎压的要求

为了使未来的大型运输机尽量与我国现有机场道面能达到的承载力相适应,在调查大量机场道面结构类型、结构层厚度、道面承载强度、所受过的最大胎压的基础上,根据机场道面超载使用的相关规定,从尽量减少机场改造的角度,对未来大型运输机的ACN(Aircraft Classification Number)及胎压提出了建议值.建立了足尺9块道面板三维有限元分析模型,对大型运输机采用建议值以单轮、IL-76飞机以及C-5运输机等不同起落架构型作用下的道面结构响应进行了求解.为了达到尽量少改造现有机场的目的,未来大型运输机的ACN在16.1~24.2之间取值以及胎压不高于0.80 MPa比较合理,现有机场道面承载力可保障其在50%以上的机场上正常起降.      

含初始裂缝水泥混凝土路面对冲击荷载响应分析

冲击荷载对水泥混凝土路面的破坏与普通交通荷载有很大不同。采用数值模拟方法,探索了冲击荷载作用下面层具有不同初始裂缝长度和位置的水泥混凝土路面的动态响应特性。研究发现水泥混凝土路面最终扩展的裂缝长度和沉降随初始裂缝长度的增加而增大,随初始裂缝与荷载作用中心距离的增加而减小。当初始裂缝长度与面层厚度的比超过某一值时,水泥混凝土路面会产生贯穿性的裂缝。初始裂缝长度的不同主要影响的是面层以下约5倍水泥混凝土面层厚度范围内石灰土和黄土的压缩变形。初始裂缝长度和位置的不同对荷载作用中心1 m范围内水泥混凝土路面的沉降有较显著的影响。      

飞机滑行下道基动静模量相关分析模型

为了建立飞机滑行下道基动静模量相关分析模型,结合飞机滑行下道基应力水平、典型道基压实度和含水率范围、飞机滑行时常见频率区间,通过动静三轴试验分析了应力水平、压实度、含水率和频率对道基动静模量的影响规律,发现动静模量均与压实度和围压成正相关,与含水率成负相关,其中动模量在频率低于3 Hz时变化较为显著;同时借助动静模量试验数据,建立并验证了基于多因素的飞机滑行下道基动静模量相关分析模型,为机场场道工程设计和检测提供参考。      

反射器夹层面板精密成形原理

对高精度、大面积不可展双曲反射面的制造问题,提出了基于"离散钉模、真空负压、蜂窝夹层、应力释放、回弹补偿"的高精度反射面板成形原理;建立了四边自由面内多点约束的薄板大挠度弯曲解法及夹层板成形过程仿真模型,用于确定成形工艺参数;利用动力显式和静力隐式算法相结合的方法实现成形过程仿真;通过开缝和开槽方法释放面内压应力,确定了面板开缝和开槽方案;通过逆向修正离散模包络面,使其与成形模拟得到的夹层板型面误差最小,得到模具修正因子,补偿回弹误差.在此基础上开发了夹层板精密成形CAE系统.该方法制造的面板型面精度RMS达到25 μm以下,已成功地应用于多项大型紧缩场和毫米波天线的制造.      

飞机跑道荷载响应深度变化规律

针对目前刚性道面未考虑道面结构参数、起落架机型及滑跑速度与响应深度之间关系的现状,借助ANSYS软件建立45m×15m×10m的有限元模型,计算了8种面层厚度、6种面层模量、5种基层厚度、5种基层模量和5种土基模量下B737-800动荷载的响应深度,并类比另4种机型的计算结果,分析了起落架构型对结果的影响;同时形成了B737-800起飞过程中响应深度的动态变化曲线.研究结果表明,响应深度随面层厚度、面层模量、基层厚度与基层模量的增大呈线性减小趋势,随土基模量的增大而增大,两者关系服从二次函数,且土基模量对响应深度最为敏感;同时起落架构型对响应深度也有较大贡献;飞机起飞过程中,响应深度呈先小幅增加而后迅速减小的非线性变化.研究结果为机场道面结构参数的选取和场道维护提供了理论依据和参考.      

湿热问题全复合材料夹层板面芯分层屈曲研究

根据含面芯分层损伤的均衡复合材料夹层板在面内载荷作用下的变形特点,建立了一个基于分析椭圆分层局部屈曲变形的二维模型,考虑了分层边界附近未脱胶芯子对分层子板的影响,利用复合材料层板湿热本构关系式和瑞利-里兹法对面芯分层的屈曲进行具体的研究,分析了不同材料面板,不同铺层以及各种湿热情况对临界屈曲载荷的影响.结果表明,湿热情况便夹层结构刚度和强度下降.     

高精度反射面板的形面调节新技术

提出了一种基于形面多点调节的紧缩场反射器面板精密柔性成形新技术,对面板形面调节机理进行了分析,提出了确定调节点位置、数量、调节量的形面调节核心技术,借助数值模拟方法确定了矩形面板调节点位置、数量,在实验基础上建立了调节量计算方法.设计、开发了面板形面调节实验平台;针对具有不同初始形面误差的面板进行了形面调节可行性数值模拟分析及实验验证.结果表明,利用所提出的调节技术和开发的形面调节实验平台能够实现双夹层金属蜂窝面板形面的有效调节,获得很高的形面精度.该项技术可以在现行成形技术的基础上进一步提高形面精度,可明显提高面板制造成品率,解决大尺寸高精度面板和较大曲率面板的制造难题,并能改善面板的使用及维护性能,延长紧缩场的使用寿命.     

双曲率开槽板精密成型有限元数值模拟

通过有限元数值模拟方法对双曲率开槽板的贴模性问题进行了系统研究.建立了开槽板在离散钉模上贴模性分析的有限元模型,研究了槽深、槽宽等开槽参数对面板型面精度的影响规律,其中相对槽深是影响开槽板贴模性的主要因素.通过分析计算确定了优化的开槽参数,为开槽方案的制定提供了可用的数据和重要依据.数值模拟和实验验证表明,工作板开槽可以解决紧缩场双曲率连续表面面板的胶接成型问题.      

基于变权重-正态云模型的飞机轮胎滑水风险

针对飞机轮胎滑水行为的随机性和模糊性特征，提出基于正态云模型的滑水安全评价分析方法。引入变权理论动态调整权值，采用惩罚性变权函数降低常权权值对评价结果的主观影响。构建飞机轮胎滑水流固耦合仿真分析模型，选取飞机轮载、滑行速度、积水厚度、道面摩擦系数及刻槽深度作为风险影响因素，基于单因素云模型数字特征及变权向量求解综合隶属度，建立多元决策下的飞机滑水风险等级及划分标准。以某山区多雨机场轮胎滑水事件为实例进行验证，结果表明：以传统临界滑水速度指标进行条件判定仅得出允许起降的一般结论；对比常权和变权评价结果，工况1安全系数由1.09提高至1.17，工况2由2.09提高至2.94，可定量描述道面起降环境差异，滑水风险仍在可接受范围内，变权评价结果偏于保守；工况3安全系数由3.13提高至3.74，滑水风险上升至Ⅳ级，即使道面积水厚度符合上限要求，轮胎滑水发生几率仍有可能显著提高，与实际风险情况基本一致，对道面运行安全分级管理具备参照性。     

一种考虑腐蚀影响的飞机结构疲劳试验方法

考虑腐蚀环境的影响,提出了一种关于飞机结构在一般环境下的疲劳试验方法.该方法综合考虑地面停放预腐蚀和空中腐蚀疲劳对结构疲劳寿命的影响,由腐蚀环境下结构设计疲劳寿命要求和年平均飞行小时数反推出一般环境下的疲劳寿命指标,从而确定结构疲劳试验目标寿命,为结构疲劳试验提供指导,具有重要的工程实用价值.     

腐蚀条件下疲劳寿命评定的名义应力法

提出了腐蚀条件下飞机结构疲劳寿命评定的名义应力法.以地面停放腐蚀影响系数C-T曲线为基础,通过计算反推建立飞机结构疲劳关键危险部位对应不同地面停放时间的p-S-N曲线族,应用线性累积损伤(Miner)理论估算飞机结构在使用环境谱载下的疲劳安全寿命;考虑空中腐蚀疲劳影响对疲劳安全寿命加以修正.该方法为腐蚀条件下飞机结构寿命的评定提供了有效可行的技术途径,具有重要的工程应用价值.     

腐蚀条件下飞机结构使用寿命的评定与监控

本文提出了一种对腐蚀条件下飞机结构使用寿命进行评定和监控的方法，该方法以室温大气环境的寿命评定结论为基础，考虑地面停放预腐蚀和空中环境中腐蚀疲劳的影响而对使用寿命进行修正，并针对歼击机的使用特点而进行工程简化，简化方案已在两种歼击机的关键部位中实施。     

温度/机械载荷作用下裂纹扩展的随机化分析

为描述温度/机械载荷共同作用下裂纹扩展速率,基于疲劳和蠕变裂纹扩展的线性叠加模型,给出了结合试验的修正方法.该方法根据试验结果提取新的材料参数,解决了原模型中由于交变载荷对蠕变裂纹扩展的影响所导致的材料参数不独立的问题.在此修正模型基础上,引入对数正态随机过程,建立了温度/机械载荷共同作用下的裂纹扩展随机模型,并采用泰勒级数展开法获得了指定裂纹长度下寿命分布和指定寿命下裂纹长度分布的表达式.通过算例比较随机模型和试验结果获得的寿命分布,证实了该随机化处理方法的可靠性.     

飞机软道面安全拦阻系统建模与仿真

飞机在起飞或降落时,如果冲出跑道,拦阻系统能够有效地将飞机拦停,避免对飞机和乘客造成伤害.飞机安全拦阻系统是机场正常工作的重要保障设施.基于此设计了一种新的软道面(soft ground)安全拦阻系统(arresting system),该系统具有结构简单、可靠性高、机动性大、通用程度高等特点.结合飞机六自由度模型和精确的阻力模型,建立了系统的数学模型.此模型能够仿真拦阻系统的工作过程,通过仿真得到拦停距离和起落架载荷等重要参数.与国外真实试验结果进行比较,仿真结果验证了该系统模型的有效性,表明该方法在新机场的建设和现有机场改造中具有广阔的应用前景.     

变更载荷谱情况下的耐久性分析技术与应用

针对全尺寸飞机结构疲劳(耐久性)试验过程中更改载荷谱情况下对全尺寸结构疲劳试验机(单机)进行耐久性评定的需求,基于耐久性分析的概率断裂力学方法和改进的裂纹萌生方法,提出了综合不同谱下耐久性试验数据集确定描述结构细节原始疲劳质量的当量初始缺陷尺寸分布的方法,给出了载荷谱变更情况下计算各应力区裂纹超越概率的损伤累加方法,从而建立了能够准确预测载荷谱变更情况下结构经济寿命的耐久性评定方法.这种方法已成功应用于某型飞机结构全尺寸试验中更改载荷谱情况的耐久性评定,有着重要的工程应用价值.      

阵风载荷谱的损伤分散性研究

载荷谱的分散性是影响机群疲劳可靠性寿命的重要因素,阵风载荷是运输类飞机重要的损伤来源。为研究运输类飞机阵风载荷谱的损伤分散性,基于离散阵风模型,对调研得到的多个运输机型号的实测阵风速度超越数数据进行了统计分析;假定指定阵风速度下的超越数服从对数正态分布,建立了阵风速度超越数的分散性模型。采用Monte Carlo方法抽样得到单机阵风速度超越数曲线,得到单机随风载荷过载谱,计算得到单机阵风载荷谱损伤,对机群的阵风载荷谱损伤分散进行了研究,结合3个机型的使用剖面进行了算例分析。结果表明:运输类飞机的阵风载荷谱损伤服从对数正态分布,分散性取值与使用剖面密切相关。