飞机油箱水锤效应研究方法及进展

油箱是飞机生存力研究中的关键部件,水锤效应是油箱的主要破坏方式之一。综述了国内外在水锤效应研究方面的三种不同方法,发现试验方法简单直接,却易受试验条件限制;理论分析方法由于引入过多的假设,适用范围有限;数值模拟方法操作简单,参数可控,但其准确性受材料本构参数的影响。单一地使用一种方法不能解决飞机油箱的水锤效应问题。本文在总结前人研究水锤效应的基础上,指出只有结合使用三种方法才能真正解决水锤效应问题,从而设计高生存力的油箱。     

飞机油箱水锤效应影响因素及其影响程度研究

水锤效应是飞机燃油箱的一种主要损伤模式,它可能引起油箱结构灾难性的破坏,分析水锤效应的影响因素及其影响程度,对燃油箱易损性的评估、燃油箱防护性设计具有重要意义。以破片速度衰减、箱内液体压力和壁板变形为对比参量,模拟一个等效飞机油箱在不同破片速度、质量(材料)、形状、入射角度、入射方向打击下及不同充液率时的水锤效应;并采用最小二乘法拟合油箱的入/出射壁板变形公式。结果表明:随着破片速度、质量和油箱充液率的增大,水锤效应的破坏能力显著增强;破片形状对液体压力和壁板变形均具有一定的影响;破片的入射角度、方向将改变其在油液中的运动路径,进而影响水锤效应。     

水锤效应影响因素及防护结构的数值研究

燃油箱作为飞机上易损性最高的部件,当其遭受高速射弹袭击时会产生破坏严重的液压水锤效应,直接威胁飞机安全,对水锤效应问题的数值研究具有重要意义。采用CEL 方法对水锤效应问题进行数值模拟,首先同已有试验结果进行对比,验证数值计算模型的准确性;然后分析射弹入射速度、充液率对水锤效应的影响;最后对水锤效应的防护设计进行数值分析,优选防护结构设置形式。结果表明：水锤效应的破坏威力来自于冲击波,射弹动能越大、充液率越高,油箱破坏性越大;设置防护挡板能够在一定程度上降低冲击波对油箱结构的破坏程度,空气防护挡板结构的防护效果最佳。     

油箱水锤效应试验方法研究

通过动力学有限元工具构建经验公式对水锤效应进行撞击穿透数值模拟分析研究,得到比较有效的水锤效应模拟分析方法;对比研究文献资料的分析方法,得到合理有效的建模方法,通过分析摸清水锤效应的原理及其破坏机理。利用二级气炮发射子弹撞击充液的箱体进行试验,根据试验结果进一步验证水锤效应的原理;在此过程中,研究了试验控制方法,得到了该试验方法的控制流程;通过对速度、应变及压力的动态测试方法研究,得到了试验测试方法,最终建立油箱水锤效应试验方法。     

高速子弹穿透充液油箱的数值模拟

高速子弹击穿充液油箱产生水锤效应,造成油箱全面且灾难性的破坏,因而对子弹穿透油箱的过程进行模拟分析具有重要价值。使用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,模拟900 m/s的子弹穿透装有60%水的4340钢制油箱以及空油箱的过程,模拟再现了水锤的产生过程,得到了不同时刻的物理图像和各种瞬变现象,确定了水锤效应的成因以及对油箱的破坏方式。研究表明,油箱中水压峰值出现在子弹入射板内侧,油箱底板和子弹出射板变形更严重。     

高速弹头打击下机翼油箱的动态响应分析

机翼油箱是飞机作战生存力研究中的关键部位,而水锤效应是油箱的主要破坏方式之一。本文采用大型有限元软件MSC.Patran建立简化的机翼油箱与高速弹头模型,利用壳元模拟机翼油箱、拉格朗日单元模拟高速弹头、欧拉单元模拟航空燃油与空气,综合考虑弹头与油箱的接触、几何非线性变形、应变破坏准则、弹头与燃油以及油箱与燃油的流固耦合,运用MSC.Dytran进行计算,得到弹头击穿油箱过程中油箱壁板的动态响应。结果表明,空油箱与充油油箱壁板上弹孔附近的变形不同,流固耦合的作用显著提高了油箱的应力水平,增加了油箱被全面破坏的概率。     

机动行为下飞机油箱晃动流固耦合动力学分析

飞机执行机动飞行时整体处于大过载状态,此时的油箱晃动流固耦合问题较为复杂。针对这一问题,以某型飞机整体油箱为研究对象,建立ABAQUS与Star-CCM+联合仿真流固耦合方法,对飞机半滚倒转机动行为下的油箱晃动流固耦合效应进行分析,得到了半滚倒转过程中燃油的形态变化,流体域压力以及油箱部件的应力时程曲线等结果,并探究了油箱充液率变化对流固耦合效应的影响。结果表明：机动过载对油箱部件应力应变的影响大于燃油晃动冲击,除上蒙皮外部件应力均随着充液率增加而增加。     

大飞机整体油箱用密封剂性能分析及应用

整体油箱密封剂是确保飞机油箱安全的重要因素之一,高性能、长寿命密封剂是目前大飞机油箱选用的趋势。介绍了三种大飞机整体油箱用密封剂(高粘附力贴合面密封剂、低密度填角密封剂、低粘附力密封剂)材料,重点分析了密封剂工艺、物理力学及耐环境性能特点;结合大飞机整体油箱结构密封形式及要求,给出了大飞机整体油箱不同部位密封剂的选用建议,以期为大型飞机整体油箱密封剂选材提供参考和借鉴,从而促进油箱用密封剂材料的推广和应用。     

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。     

选择快速拆装油箱口盖密封材料的研究

通过模拟飞机机翼整体油箱试验盒段的密封、充压疲劳和高低温环境振动试验的对比。进行选择油箱口盖快速拆装密封材料的研究。从中选择最佳密封材料,以便尽早应用于我国飞机系列型号上。使飞机尽快提高可靠性能及维修性能。     

机翼油箱口盖的抗冲击性能研究进展

机翼油箱口盖与其周围的机翼外板共同构成飞机气动外形的一部分，飞机在服役过程中，油箱口盖无法避免地会遭受外物的撞击，确保油箱口盖的抗冲击性能对保证飞机安全性具有重要的意义。本文从适航法规要求、常用材料和结构形式、考核方法与评价3 个方面系统地介绍了机翼油箱口盖抗冲击性能的研究进展，总结了目前的研究结论，并对未来机翼油箱口盖的发展进行了展望，可为后续新型口盖的设计和制造提供一定的理论和技术参考。     

民用飞机惰化系统富氮气体分配方案分析与研究

提出了飞机惰化系统富氮气体(nitrogen-enriched air,简称NEA)分配系统的主要设计要求,并以A320和波音737飞机为代表,分析了窄体机的NEA分配系统。进一步分析了波音787和A350飞机的惰化系统NEA分配方案,发现其采用限流孔、气体喷嘴、排气笛形管、引射器等相结合的方案来实现NEA在燃油箱内的快速均匀分配,然而这两种方案并不能根据各燃油箱气相空间的实时变化而及时、主动地调节气流量的大小。提出利用燃油液面进行自动流量调节的NEA分配方案,通过在油箱内布置垂直向下的排气管路,并在管路分支上不断增加排气孔来实现排气量随着燃油箱气相空间实时正向变化的目的,达到按照每个隔舱气相空间的变化,调节排气量和排气位置的效果。对比A350和波音787飞机的NEA分配方案的主要特点在于能够主动根据燃油箱内液面变化,及时调节NEA流量,以达到更好的快速、均匀分配的效果,值得进行深入的理论和试验研究。     

基于STL模型处理的飞机燃油质量特性计算

飞机燃油系统是飞机不可或缺的系统,燃油量占据了飞机近50%的重量和机翼翼盒80%多的空间,而且现代飞机愈加依赖燃油质量特性来调整重心,机电系统必须基于实时的燃油量状态和系统状态的精确获取,因此现代先进飞机复杂燃油箱中的燃油量测量和燃油质量特性计算成为燃油系统最为关注的基本问题。本文给出了以STL模型为基础的飞机燃油箱燃油量、燃油质量特性计算的主要实现方法和优点。     

民用飞机辅助燃油箱系统燃油转输油出口位置研究

面对不同的市场需求,民用飞机通常在取得型号合格证之后,通过改装,形成公务机~([1])、遥感机、海监机等在内的特种飞机。大航程、长航时是众多特种飞机的重要特点。民用飞机通常在货舱内加装辅助燃油箱~([2-3])以增加额外的燃油存储空间,增加载油量,从而增大航程。然而辅助燃油箱内的燃油不直接供给发动机,需在巡航阶段将辅助燃油箱内的燃油转输至基本燃油箱内,通过基本燃油箱内供油系统供给发动机~([4-8])。转输动力可以来自转输泵或者闭式通气增压系统,即辅助燃油箱与基本燃油箱产生一定的压差,通过该压差将燃油转输到基本燃油箱内。然而不同的转输口位置,将会导致燃油转输的控制逻辑不同。基于某民用飞机的基本油箱构型,通过不同的转输口位置分析,给出较为合理的转输口位置。     

民机燃油箱防爆闪电防护新适航要求研究

民用飞机燃油箱系统防爆设计是飞机设计的一个重要方面,其中适航对燃油箱系统闪电防护设计要求作为燃油箱防爆设计及验证的一个重要组成部分,历来受到航空工业界及美国联邦航空局(FAA)的普遍关注。通过研究FAA 关于民用飞机燃油箱系统防爆方面闪电防护的最新适航要求,总结了相关条款的变化内容及相应的符合性验证方法,并预判了未来航空工业界由此产生的影响,对民用飞机适航验证有一定借鉴意义。     

运输类飞机辅助燃油系统转输参数权衡分析

在保持原有的设计架构尽可能不变的情况下,运输类飞机可通过增加辅助燃油箱来实现短期内快速增程的目的,以达到大航程、长航时的设计目标,同时后续可作为多类特种飞机的改装平台。由于辅助燃油系统并不直接向发动机供油,而是在巡航阶段将燃油转输至基本型燃油箱内,因此在早期运输类飞机辅助燃油箱系统架构设计阶段,需尽早确定辅助燃油箱到基本型燃油箱的转输参数与转输策略,以便作为输入开展系统架构的权衡与多轮迭代。参考已有运输类飞机设计工程经验,通过对不同权衡方案进行对比分析,给出了在当前某型飞机辅助燃油箱最大设计载油量条件下的燃油转输速率和转输策略,同时考虑了最大载油量变化对分析结果的影响。研究形成的分析思路和方法对其余运输类飞机辅助燃油系统的设计具有一定的参考。