民用飞机后机身结构静力试验方案设计

针对某民用飞机后机身结构特点和受载形式,设计了相应的静力试验方案。该方案合理模拟了后机身结构的支持和边界条件,同时对后机身严重载荷情况进行分析处理,实现了飞行载荷和惯性载荷在后机身结构上的施加,顺利完成了大部段复杂结构的静强度试验。试验结果表明,后机身结构能够承受极限载荷,其刚度和强度满足设计要求。     

基于地板结构的机身双层双向加载技术

以民机结构试验机身垂向加载方式为研究对象,分析对比了3种加载方案（蒙皮胶布带加载、客舱地板单层加载、客舱和货舱双层地板结构加载）。结果表明双层地板结构加载方案能够更真实地模拟机身框结构内力分布,更适合作为全机结构试验机身加载方案。在此基础上提出了基于地板结构的机身双层双向加载技术。通过开发一种机身载荷施加策略及配套的加载装置设计技术,解决了固定杠杆比加载系统实现不同工况机身有效加载的问题,并通过全尺寸模拟试验,证明加载装置末端节点载荷分配误差小于1%,加载装置设计满足试验使用要求。该技术被成功应用于某型在研飞机全机静强度适航验证试验,提高了试验质量与效率,并可为同类试验提供技术参考。     

民用飞机全机静力试验前机身工况配平载荷设计

民用飞机全机静力试验中由于加载方案复杂,为了简化试验加载数量,传统的配平方案主要保证考核区的加载准确性,对于非考核区的载荷简化到若干加载点上。对于飞机机身这种薄壁结构,非考核区的配平对考核区影响较大。以某飞机前机身严重工况为例,基于飞机全机有限元模型,研究静力试验的载荷配平方案;通过对比分析态载荷与传统试验态配平载荷方案下的内力解,对传统全机静力试验载荷配平方案进行优化。结果表明：优化后的试验态内力解与分析态内力解基本吻合;对于飞机机身薄壁结构,圣维南原理并不适用,全机静力试验的载荷配平要与真实工况受力情况吻合,才能达到试验验证目的。     

机身加筋壁板复合加载损伤容限性能试验

为研究机身加筋壁板裂纹扩展规律和剩余强度特性,按照机身壁板承受内压和轴拉载荷边界条件的要求,设计并制造试验装置,通过静力试验验证了试验方案的正确性和合理性。损伤容限试验结果表明:纵向裂纹沿直线扩展,左右两侧裂纹扩展对称性较好,半裂纹长度小于80mm时呈缓慢裂纹扩展特性,该裂纹可检性好,检出概率较高;纵向裂纹失稳扩展导致最终破坏,在最远的框处呈现"T"字状的裂纹扩展破坏模式。研究结果可为新型客机机身结构损伤容限分析与设计提供数据支持。     

大型机身壁板复杂应力场试验技术

机身壁板在拉伸、压缩、剪切、气压等多种载荷形式下的静强度及耐久性/损伤容限是飞机强度研究中的重要课题,以往的试验技术仅能模拟机身壁板在以上几种载荷单独或联合作用下的均匀应力/应变场。然而飞机机身在舱门或舷窗等大开口结构周围的应力分布十分复杂,单一载荷或少数几种载荷的叠加无法准确模拟复杂的应力场。为了实现对机身壁板大开口结构周围应力分布的准确模拟,开展了大型机身壁板复杂应力场试验技术研究,研发了一套多载荷联合施加试验装置,具有单独或联合施加轴向(拉伸/压缩)、弯曲、面内剪切、端部剪切、地板梁(轴力和弯曲)及气压载荷的能力,各载荷施加系统相互解耦无干涉,通过优化计算各类载荷比例,并按比例联合施加各载荷可使考核区的应力/应变分布与全机有限元解保持一致。经静力和疲劳试验验证,本试验技术和装置能够实现对机身壁板复杂应力/应变状态的准确模拟。     

舰载无人机拦阻着舰中机身冲击响应分析

针对某舰载无人机拦阻着舰过程中的机体强度问题,以其中机身结构为主要研究对象,首次设计了包括中机身结构与前后机身、机翼假件以及拦阻钩等构件的地面拦阻模拟试验方案,并搭建了相应装置,采用地面试验和刚柔耦合仿真模拟2种方法,对拦阻着舰过程中拦阻力冲击下中机身结构的动态响应特性进行了全面分析。试验与仿真结果表明：中机身最大航向过载沿两条主传力路径自后机身到前机身方向衰减,下传递路径点的过载峰值明显大于上传递路径点的峰值;发现最大过载点位于拦阻接头处,应变危险点位于机腹梁前段处;中机身结构上各测点的试验和仿真过载误差均在5%以内,应变误差均在8%以内,验证了试验结果的有效性和刚柔耦合数值仿真方法的可行性。地面拦阻试验及数值仿真的联合分析可为舰载无人机机身结构强度设计提供重要参考,并为后续舰载无人机的拦阻着舰分析以及机身结构响应预测提供依据。     

飞机结构强度试验商载施加技术研究

根据中后机身连续开口区强度试验技术需求,提出了一种新型的商载加载装置设计思想,通过分离引出加载方式解决了以往机身商载不能按理论载荷施加到各框的问题。该加载方式显著降低了加载杆拉力和杠杆弯矩,对机身的改动较小,加载装置更轻巧、试验换装简便。试验结果表明,该方法试验加载装置稳定,载荷传力明确,能更真实地模拟机身的受载情况。试验实施简便,可推广应用于同类型机身试验设计、载荷处理、加载夹具设计及载荷加载方案设计。     

大型民用飞机缝翼全尺寸静力试验载荷设计

研究了大型民用飞机前缘缝翼全尺寸静力试验载荷设计技术,以实现对缝翼结构安全性的考核和强度分析方法的验证。针对前缘缝翼尺寸小、曲率大、受载工况复杂的特点,提出了试验基准载荷筛选、试验实施载荷转换和试验加载方案优化的方法,形成了一套符合适航要求的试验载荷设计流程。基于最小安全裕度原则进行试验基准载荷的筛选,建立试验加载局部坐标系将气动分布载荷转换成试验集中载荷,为了准确模拟机翼大变形状态下缝翼的受载状态,对试验载荷进行斜加载。与理论载荷的对比分析结果表明了试验载荷设计的有效性,试验结果表明了所形成的载荷设计技术可以实现对前缘缝翼结构静强度的适航验证。     

A320飞机方向舵载荷计算软件开发*

飞机静力试验是验证其结构静强度的重要手段。本文在国内相关飞机机身和机翼静力试验设计的基础上，选取空客A320飞机方向舵，基于有限元思想模型简化，确定加载点及加载方式，并使用MATLAB软件对方向舵的结构静强度和飞行过程中舵面上的载荷进行初步数据分析，开发了计算载荷分布软件。该软件可用于民航专业教学，有助于学生了解方向舵受力的特点，同时为A320方向舵静力试验实验室的建造提供理论依据。     

小鹰-500全机静力试验技术

根据轻小型薄壁结构飞机重量轻、蒙皮薄、框架少的特点，在LE-500飞机全机静力试验中先后采用两种不同的试验机支持方案完成了全部试验。在后机身处支持进行前机身、机翼、襟翼、起落架和发动机架等试验；在起落架接地点处支持进行6框以后的机身和垂尾等试验。试验中对飞机分布点载荷的施加，对配平载荷的施加，对试验件支持夹具的设计及加载控制等方面都采取了新的尝试，为今后轻小型薄壁结构飞机的全机静力试验打下了良好的基础。     

Ω型加筋壁板连接结构在拉伸载荷下的破坏研究

考察机身收缩段的复合材料Ω型加筋壁板前段和后段连接结构在拉伸载荷下的承载能力,开展了拉伸破坏试验研究。试验件为壁板与框呈75°夹角的倾斜结构,试验考核了加筋壁板、连接框、连接角盒和紧固件的应变水平、试验件的载荷-位移曲线和破坏载荷。试验结果表明,Ω型加筋壁板前后段连接结构在拉伸载荷下,角盒和框的连接处的紧固件以及框的转角处最先发生破坏。试验结果可作为飞行机身复合材料结构连接的设计和评定依据。     

民用飞机后机身与尾段在球面框处对接研究

民用飞机后机身与尾段的对接往往选择球面框(后压力隔框)位置,球面框是机身气密线的末端,该处的对接设计需要从传力、重量、成本、装配、维修、排水等多方面进行考虑,是民用飞机机体结构设计中非常重要的一个环节。针对民用飞机中后机身与尾段的连接特点,从传力等考虑要素入手,介绍了目前国际上典型机型的成熟方案,并进行方案优缺点分析、比较和总结,为我国民用飞机结构设计提供借鉴。     

民用飞机后机身壁板控制失效模式和控制载荷工况分析

为了明确载荷对典型民用飞机的后机身加筋壁板结构设计的影响,建立低平尾式飞机后机身的有限元模型,计算分析了壁板的应力应变分布,计算分析了壁板不同区域的控制载荷工况、控制失效模式。通过对比不同失效模式各自所占的比例,证明后机身壁板结构的主要失效模式是屈曲以及最大应变准则。通过对比不同控制载荷工况各自所占的比例,选出后机身壁板结构的主要控制载荷工况。     

飞机机身着陆滑跑动态性能分析

飞机着陆滑跑过程中,机身结构将受到地面较大的冲击作用和振动激励。为预判结构局部危险部位,给结构强度设计提供参考,需对机身着陆滑跑过程中的动态性能进行分析。创新性地考虑了飞机滑跑速度和气动力的变化,计算得出飞机在着陆滑跑过程中较准确的气动力和起落架力,为有限元计算提供了可靠的外载输入。为降低计算规模,应用Patran合理设置约束条件,建立半机体有限元模型。最后将外载荷添加到半机体模型上,提交Nastran计算,提取机身各站位处的载荷响应峰值,做出动响应包线,预判结构局部危险部位,如机翼和机身框架连接处,为结构强度设计提供参考。     

下单翼飞机主起落架舱补强结构设计与分析

主起落架舱(以下简称主起舱)位于主起落架所在的机身腹部翼身开口处,该区域连接结构复杂,是飞机外部载荷、应力集中、疲劳问题最为严重的区域,是机身载荷传递实现平衡的必经区域。主起舱的补强与一般机身开口补强不同,一方面要能够有效缓解开口应力集中,另一方面要参与外翼、主起落架与机身之间的传力以降低周围结构应力。补强结构设计的好坏直接影响翼身传力和主承力结构设计,通过主起舱补强结构进行力学和有限元对比,分析说明下单翼飞机主起舱补强方案。     

复合材料机身壁板的强度分析与试验验证

复合材料在大型客机机身主承力结构应用是近年来的发展趋势，通过分析与大型壁板试验结合的方式研究了复合材料机身壁板的静力承载能力，以及疲劳与损伤容限特性。采用理论公式、半经验公式、有限元模态分析研究了蒙皮的屈曲载荷、壁板的承载能力。依靠创新的机身壁板多轴载荷试验系统，模拟机身壁板的实际受载情况，实现充压载荷、拉伸/压缩、剪切载荷的独立施加与组合施加。通过静力试验验证蒙皮屈曲的工程及有限元分析方法和壁板的剩余强度承载分析方法。引入预埋缺陷、BVID、VID冲击损伤，通过试验研究了损伤对应变分布的影响，并通过疲劳、损伤容限试验，验证了壁板的设计以及损伤的无扩展特性。     

爆炸冲击载荷下典型机身结构动响应及破坏

确定满足适航要求的最小风险炸弹位置,必须研究爆炸冲击载荷下机身结构动响应及破坏模式。以某型飞机典型机身结构为研究对象,采用LS-DYNA商用软件,建立了爆炸冲击载荷下机身典型结构动响应数值模型。采用控制变量法分析了爆炸物当量、爆炸冲击距离以及爆炸冲击位置对典型机身结构动响应及破坏模式的影响,同时研究了损伤后典型机身结构的剩余强度。研究结果表明,造成机身结构有效破坏的爆炸物临界当量与爆炸冲击距离密切相关;爆炸冲击距离对典型机身结构损伤及剩余强度影响不明显;典型机身结构筋条位置对剩余强度影响较大。在此基础上,提出了表征剩余强度的无量纲系数,并建立了剩余强度无量纲系数与爆炸物当量及爆炸冲击距离之间的函数关系。     

运输类飞机“最小风险炸弹位置”的研究进展

"最小风险炸弹位置"(LRBL)是运输类飞机型号合格审定最新的客舱安保要求之一。基于LRBL适航要求及相关的咨询通告,针对LRBL周围结构和系统的设计与布局、以及爆炸发生后的次生影响和应对措施,综述了飞机结构在内爆冲击载荷作用下的响应特性及失效模式的研究进展,梳理了人体在爆炸冲击波作用下的损伤机理及损伤模型,明确了爆炸碎片的破坏概率模型,总结了国内外抗爆容器的设计特征及优缺点,最后简述了中国民航大学天津市民用航空器适航与维修重点实验室为研究机身结构在内爆载荷下的响应特性所做的相关技术研究。     

气密载荷下机身球面框的强度分析

采用大型有限元分析软件MSC PATRAN/NASTRAN,对某型飞机前机身球面框进行有限元建模;计算了球面框结构在纯气密载荷工况下的最大应力、应变,并对其放射辐条、球形蒙皮等进行了弯矩校核.分析结果表明球面框的设计满足强度和刚度要求,为结构设计提供了参考依据.