民用飞机着陆载荷第25.473条款要求及符合性验证研究

《中国民用航空规章第25部:运输类飞机适航标准》(CCAR-25)第25.473条,对民用飞机地面载荷的着陆情况计算进行了规定。对其具体内容和符合性验证方法进行研究,包括条款与其它相关条款的约束关系、可接受的符合性方法,以及着陆载荷计算涉及的着陆重量、下沉速度、着陆姿态等所有工况和工况参数的确定方法,还有起落架动态特性、轮胎摩擦系数的符合方法研究等,为民用飞机着陆地面载荷的设计和符合性验证提供参考。     

直升机机身振动响应有限元分析

某型直升机的响应计算通过建立该机全机有限元模型，采用标准软件MSC．nastran提供的求解序列SOL111，即频率响应的模态求解法完成全机传递函数计算。然后根据该型机旋翼桨毂载荷，计算了频率等于旋翼一阶通过频率的旋翼桨毂载荷作用下的机身的加速度振动响应，计算结果为该型机全机振动水平预估提供原始数据。     

舰载机全机落震试验方法

舰载机全机落震试验是在实验室环境下测试舰载机着舰时结构动态载荷、动态响应以及机载设备冲击环境下功能可靠性的重要试验手段。本文提出了舰载机全机落震试验的试验方法,并对试验过程中机翼升力模拟、试验件下沉速度控制、试验件航向速度模拟及机体动态载荷测试等试验过程中的关键技术问题提出了解决方案,并通过试验对技术方案进行了验证。最后通过全机落震试验系统验证了试验方法的可行性及有效性,为舰载机着舰动态载荷及响应的测试提供了可行的试验方法,并为舰载机研制提供可靠的试验数据。     

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。     

大型民用飞机概念方案气动弹性综合分析方法研究

现代大型民用飞机在概念设计阶段需要对机体弹性的影响进行充分考虑。本文利用气动和结构各自学科的工程方法对大型民用飞机概念方案进行气动弹性建模与计算,利用全速势方法进行初步气动载荷分析,利用亚声速偶极子格网法进行非定常气动力的计算,利用梁架模型和刚度缩比方法对结构进行初步建模,利用统计方法计算得到各结构部件的分类重量并在结构模型中完成质量分配,形成可用于概念方案阶段静气弹载荷分析、颤振分析的气动弹性模型,并以大型民用飞机为算例进行分析研究,得到结构弹性对于全机气动特性、变形以及颤振特性的影响。     

民用飞机地面转弯时重心侧向过载系数的分析与研究

对民用飞机地面疲劳载荷进行计算分析,对于结构减重和保证飞行安全具有至关重要的作用。根据民用飞机地面转弯时的受载情况,重点分析地面转弯速度与转弯半径的变化关系,并基于现有的地面转弯侧向载荷谱,确定民用飞机地面转弯时的重心侧向过载系数的取值范围。通过对比国外机型的实测数据,给出进行疲劳当量分析时,地面转弯时的侧向过载系数的建议值。     

直升机全机动态特性有限元分析

本文以某直升机的研制为背景，在设计过程中借助大型标准通用分析软件MSC／NASTRAN对此直升机的全机动态特性进行了有限元分析，计算结果与后续的全机动态特性试验结果比较，主要的固有频率值吻合较好，为全机的结构动态特性设计提供了依据．并且验证了理论分析的正确性。     

民用飞机失配平状态飞行载荷计算研究

国内权威专家指出,我国发展大型客机需要突破的10项关键技术之一就有大型客机的载荷确定技术。与军用飞机追求高性能、高机动性不同,民用飞机更强调飞机的安全性、经济性与舒适性。飞机载荷设计得准确,不仅能减小结构重量,满足可靠性和安全性要求,还能提高经济性。民用飞机的飞行载荷设计必须满足适航要求。探讨了满足CCAR-25部§25.331（a）（2）适航要求的民用飞机失配平状态的飞行载荷计算方法,并在某型飞机上进行计算验证,获得了适航的认可,将对大型客机的飞行载荷计算起到一定的借鉴作用。从计算结果来看,失配平状态飞行载荷情况有可能构成飞机设计的严重载荷情况,在载荷计算时必须考虑。     

起落架轮轴偏角对轮毂结构强度影响分析

在飞机结构设计图纸上各类零部件都以静态刚体的形式表达,起落架机轮轮轴通常设计成与地面水平的形式,在地面载荷计算与结构强度分析时也通常以图纸为准进行计算分析,但在真实的地面使用物理场景中机体结构和起落架都会在受载后产生变形,轮轴轴线将与地面产生一个偏角,或者由于制造偏差和装配偏差等原因也会产生偏角,这些因结构柔性或者制造偏差原因造成的偏角对轮轴结构强度分析过程中准确性的影响有多大,在飞机设计精确化发展趋势的今天有较大的意义。本文基于有限元方法研究了典型地面载荷工况下,通过分析相同载荷状态、不同偏角状态下,某型民用飞机主起落架轮轴轮毂结构强度的变化情况,判断计算分析中是否应考虑轮轴偏角,为后续民机相关的结构强度设计提供参考。     

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。     

弹性飞机跨声速机动载荷计算方法

基于跨声速非定常气动力求解的重叠场源法,开展了弹性飞机跨声速机动载荷计算方法研究,为现代飞机结构强度设计提供更加可靠和精确的临界载荷计算方法。首先通过采用重叠场源法求解关于62%根弦俯仰振荡的LANN机翼在马赫数为0.822的非定常气动力并与实验结果进行对比,验证了重叠场源法对跨声速激波效应预测和非定常气动力计算的能力;其次应用频域气动力有理近似技术拟合场源法计算得到的广义气动力系数矩阵,建立了机动载荷分析的状态空间模型;然后完成了某型民用飞机俯仰机动载荷分析,研究了俯仰机动飞行情况下飞机机体状态量及飞机部件载荷响应规律。计算结果表明：考虑机体弹性变形后,机翼和平尾气动载荷响应最大值分别减小了5.1%和10.6%,升降舵气动载荷响应最大值增大了16.2%,在飞机结构强度设计中必须考虑机体弹性效应对飞机部件载荷的影响。     

民用飞机增升装置载荷设计技术研究

增升装置是机翼上用来改善气流状态和增加升力的一套活动面板,可在飞机起飞、着陆和低速机动飞行时增加机翼剖面弯曲度和有效迎角,因此对提升大型民用飞机的起飞和降落等低速性能,包括进场姿态有着决定性的影响。飞机在起降中一般要求尽量减小飞行速度和缩短滑行距离,同时要达到比较大的升力系数,这就意味着增升装置此时也具有较大的偏度,作用在上面的载荷也会比较大。因此,大型民用飞机增升装置的载荷计算是其设计工作中的重中之重,在民用飞机载荷设计过程中有非常重要的意义。主要介绍了民用飞机增升装置载荷的计算原理及设计方法,给出了一套襟缝翼气动和惯性载荷的工程算法。     

民机全机有限元计算方法研究

全机有限元内力计算是飞机机体结构强度评定的输入条件,从全机有限元内力计算用载荷、方案、结果检查三方面对全机解方法进行了研究。遵循该思路,分析所得到的内力解可以有效的用于后续工作,供结构强度等专业设计分析使用。     

先进舰载战斗机强度设计技术发展与实践

舰载战斗机是航空母舰上的主要武器,为满足舰面起飞、着舰和停放等要求,舰载机需围绕起落架系统、拦阻钩系统和翼面折叠系统等"特征结构"进行设计。先进舰载战斗机着舰冲击能量是陆基飞机的6倍以上、拦阻带来的水平载荷超过陆基飞机的15倍,因此特征结构的高载荷对强度设计提出了更高的要求。围绕舰载机"特征结构"及"特征载荷",开展了主要的设计工作,包括："特征载荷"计算,即起落架载荷、拦阻载荷和折叠载荷计算;"特征结构"的强度设计及试验验证,包括起落架系统、拦阻系统、翼面折叠系统的动力学仿真计算、静/疲强度分析、折叠翼面的非线性颤振分析以及综合试验验证;"特征载荷"对其他机体结构强度的影响分析,包括着舰载荷对起落架支撑结构强度的影响、拦阻载荷对后机身支撑结构强度的影响、拦阻着舰的全机动力学响应以及着舰载荷与拦阻载荷的共同作用对全机结构强度的影响;体现舰载机"特征结构"强度特点的试验验证方法等。上述研究成果已成功应用于先进舰载战斗机设计中。     

民用飞机放宽静稳定性的效益分析研究

分析了放宽静稳定性改善飞机性能的基本原理,并结合具体算例给出了民用飞机飞行性能的改善结果和所获得的结构质量收益。研究了放宽静稳定性对飞机动态响应特性的影响。所给出的计算方法和结果可用于我国民用飞机放宽静稳定性的设计。     

大型民用飞机全机系统地面综合验证试验平台研究

由于大型民用飞机采用了多种新理念、新功能和新技术,给机载系统综合验证增加了复杂性和难度。为了提高机载系统综合验证能力,从全机地面综合试验验证具体需求出发,借鉴国内外飞机系统集成验证经验,提出了桌面仿真、硬件在环实时仿真与物理试验一体化的全机系统地面试验验证平台方案,详细研究了机载系统试验件、硬件在环实时仿真、测试设备与驱动设备、综合试验管理系统等技术方案和特殊要求,为进行实际工程合理、有效的全机系统地面综合验证试验提供技术参考。     

浅析民用飞机的结构安定性分析概念

民用飞机机体结构无论本体结构及连接区如何复杂,基本是在弹性力学的基础上开展结构静强度计算分析的。极限载荷工况下全机自然网格有限元模型内力求解均是限制载荷的1.5倍线性解析获得。而实际上除有特殊设计要求外的大部分结构允许限制载荷下无有害永久变形,极限载荷下不破坏,如果极限载荷结构仍为线性分布,只能说明结构效率低下,商用飞机的竞争力和先进性无从谈起。那么这种线性假设成立的条件和前提是什么呢？通过对结构安定性概念的研究指出该假设成立的前提,并提出了一种对民用飞机机体结构设计及强度分析方法的新理念,即结构安定性概念。通过诠释结构安定性,延伸对CCAR25部第25.303和25.305(a)条款的解读,为飞机型号合格审查活动提供支持。     

某机地面实测载荷谱编制方法研究

结合某机全机载荷谱实测工作，主要从地面实测载荷谱编制的角度论述了地面载荷实测数据的处理、过载谱的编制以及与编谱相关的飞机参数的确定等。     

CFD/CSD方法分析动力效应对民机气动特性影响

基于Reynolds average Navier-Stockes(RANS)的三维Navier-Stokes流场控制方程耦合结构静力学方程时域分析方法,研究了带有发动机的民用飞机其动力效应对全机气动性能的影响。首先采用数值方法对发动机进排气边界条件进行了模拟,分析了带动力的涡扇发动机模型的流场,并将计算结果与实验进行比较,验证边界条件处理的准确性;以此为基础,考虑结构弹性变形,采用计算流体动力学/计算结构动力学(CFD/CSD)耦合的方法,分别对通气和带动力的翼吊发动机全机的气动性能进行了研究。结果表明:基于通气构型预测的升阻力系数,气动载荷和压心位置与考虑动力效应后的计算结果存在明显不同。弹性变形又会加剧这一差异,使得全机的升阻比下降约12.6%,升力系数下降约8.9%,压心位置后移。数值算例显示,在靠近发动机区域气动载荷受动力效应影响显著,远离该区域,弹性变形效应占主要影响因素,因此在进行带动力效应的民机气动性能分析时,考虑弹性变形的影响是十分必要的。      

飞机连续阵风载荷计算方法应用研究

描述了连续阵风载荷计算的方法及其应用。在紊流气动力、结构振动附加气动力、弹性力及惯性力的耦合作用下,通过在频域内联立求解结构振动方程,获得了响应量(位移、载荷)的频响函数。并依据民用飞机适航条例要求进行了垂向阵风载荷计算。