滚转角度对民机机身结构耐撞性能的影响

适坠性已经并将继续是飞机安全的一个重要关注点。为了研究不同滚转角度对机身结构动态响应特性的影响,针对典型的运输类飞机机身结构,建立货舱地板下部为波纹板布局形式的机身段有限元模型,分析该机身段在0°、5°、10°和15°的滚转角度下,以6.67 m/s的坠撞速度撞击刚性地面时的坠撞特性,对比分析不同滚转角度下机身段的破坏模式和座椅与地板连接处的加速度—时间历程曲线。结果表明:不同滚转角度会对机身结构的变形以及座椅处加速度响应产生显著影响,采用合适的应急着陆方式可以有效提高飞机的适坠性能。     

滚转角度对民机机身结构耐撞性能的影响

适坠性已经并将继续是飞机安全的一个重要关注点。为了研究不同滚转角度对机身结构动态响应特性的影响,针对典型的运输类飞机机身结构,建立货舱地板下部为波纹板布局形式的机身段有限元模型,分析该机身段在0°、5°、10°和15°的滚转角度下,以6.67 m/s的坠撞速度撞击刚性地面时的坠撞特性,对比分析不同滚转角度下机身段的破坏模式和座椅与地板连接处的加速度—时间历程曲线。结果表明:不同滚转角度会对机身结构的变形以及座椅处加速度响应产生显著影响,采用合适的应急着陆方式可以有效提高飞机的适坠性能。     

民机机身结构适坠性数值研究

以某型民机机身舱段结构为研究对象,建立了机身舱段结构有限元模型,通过LS-Dyna软件进行了机身结构坠撞过程模拟,得到了不同条件下机身结构坠撞响应,研究了机身结构适坠性与其局部结构布局、坠撞边界条件及吸能材料应用间的关系,分析了机身变形、客舱地板加速度变化等适坠性关键因素。结果表明:机身结构变形随着初始撞击速度的增加而增大,变形部位由机舱底部扩展至舱内地板结构;通过采取支撑结构、在客舱地板下填充泡沫材料等抗坠毁吸能设计,延缓客舱地板加速度峰值出现的时间,可降低客舱地板加速度峰值,有效提高机身结构适坠性。     

含货舱门的大型民机机身段垂直坠撞仿真分析

建立了含货舱门的大型民机机身框段结构适坠性分析的全尺寸非线性有限元模型,模型中考虑了机身框、长桁、蒙皮、货舱及行李、客舱地板、客舱吊柜和座椅。利用该模型对机身框段进行了垂直坠撞仿真分析,坠撞速度为9.14 m/s,采用动力学软件MSC.Dytran进行求解,计算得到机身框段结构的变形和试验中各测量点处的加速度响应。计算结果与试验结果的吻合验证了所建模型的有效性。在该模型的基础上,对机身框段在不同滚转角垂直坠撞工况下的适坠性进行了分析。结果表明:在所计算的工况中,当飞机左滚12°和右滚8°坠撞时,机身结构破坏最严重,乘员承受的过载最大。货舱门结构增加了舱门侧的机身结构刚度,使机身结构左右变形不对称,含舱门侧的机身变形较小,含舱门侧的乘员承受过载较大。     

斜撑杆对复合材料机身段适坠性能的影响研究

适坠性已经并将继续是飞机安全的主题。针对典型的运输类飞机复合材料机身段,研究斜撑杆对机身框段适坠性能的影响。建立复合材料机身段有限元模型,通过改变斜撑杆角度和刚度,分析复合材料机身结构在坠撞速度为6.67 m/s时的坠撞特性。对比分析各种情况下座椅与地板连接处的加速度—时间历程曲线和机身段的破坏模式。仿真结果表明,选取合适的复合材料机身段斜撑杆角度和刚度,可显著降低座椅处的过载峰值,有效提高复合材料机身框段适坠性能。     

复合材料蒙皮对机身段适坠性能的影响研究

针对运输类飞机复合材料机身段适坠性设计的需要,研究了复合材料蒙皮对典型机身段适坠性能的影响。利用HyperMesh建立机身段模型,采用LS-DYNA设置复合材料蒙皮铺层角度和铺层数,分析模型在6.67 m/s坠撞速度时的动态响应特性。仿真结果得到了机身段结构的变形、位移、应变和应力等数据,给出了座椅与地板连接处的加速度-时间历程曲线和机身段的破坏模式。仿真结果表明选取合适的蒙皮铺层角度和铺层数,可显著降低座椅处的过载峰值,有效提高复合材料机身段适坠性能。     

民机地板以下结构参数变化对复合材料机身适坠性能的影响研究

为了确保乘员在可生存事故中存活,民机结构必须具备适坠特性。复合材料结构坠撞后的材料破坏形式与常规的金属材料破坏有所不同,复合材料民机的适坠性设计需要对地板以下结构参数变化对复合材料机身适坠特性的影响进行深入的评估。这里对某金属材料民机典型机身结构通过刚度等代设计得到复合材料机身简化模型,利用LS-DYNA3D建立了1/4缩比动力学仿真模型,利用该模型考察了行李舱支柱位置、角度、刚度及行李舱高度变化对复合材料机身适坠性能的影响。仿真结果表明地板以下结构参数变化对复合材料机身和金属机身坠撞响应的影响是不同的,考察的参数中行李舱支柱角度、刚度是影响坠撞响应的关键因素。     

基于乘员响应的民机典型机身段结构适坠性分析与评估

保护乘员的生命安全是飞机适坠性设计的最终目标。为了更为准确的模拟乘员在坠撞过程中的动响应及伤害情况,利用LS-Dyna构建了包含假人及座椅约束系统的机身段坠撞仿真模型,对机身段在垂向撞击速度为9. 14 m/s时结构及乘员的动响应进行了详细分析,包括机身结构的吸能特性及破坏模式、舱内设施的系留状况、乘员的运动及伤害情况等,并通过与试验数据的对比验证了坠撞仿真模型的可信性;最后,开展了民机适坠性评估方法研究,通过对相关适航条款、咨询通告及标准的解读和梳理,提出了以生存空间、系留强度、乘员伤害、撤离通道和坠撞后环境为考核指标的民机适坠性综合评估方法。机身段适坠性分析表明,垂直坠撞环境下乘员的伤害模式主要为腰椎和小腿伤害,坠撞过程中乘员腰椎最大压缩载荷为6. 78 kN,小腿胫骨最大轴向压缩载荷为7. 46 kN;利用提出的适坠性综合评估方法对所构建民机的适坠性进行了系统评估,可知其适坠性较好,除乘员腰椎载荷稍微超出适航规定值而需要进行相应的设计改进之外,其余评估指标皆符合要求。     

农林飞机简化框体模型坠撞仿真及优化

适坠性研究近年来得到各航空大国的重视,具有良好适坠性的飞机结构设计能大大改善飞机的坠撞性能.文中简介某农林飞机前机身结构的简化框体模型及在落震试验台的适坠性试验结果,利用LS-DYNA3D对其动力学特性进行评估,表明现有的商用有限元软件可以用于适坠性研究.采用遗传算法结合经试验验证的显式有限元分析模型进行框体耐撞性优化设计,采用部分复合材料取代框体钢管件,可控制坠撞破坏模式,有效地改进该农林飞机的坠撞特性.     

民用飞机客舱地板下部吸能结构坠撞特性评估

先对民用飞机客舱地板下部结构进行了坠撞响应分析,获得了该结构的原始坠撞特性;通过对结构变形模式及各个部件对撞击能量耗散情况的分析,提出了提高结构吸能特性的具体措施。数值仿真结果表明:该措施可有效控制结构的变形模式及降低初始接触刚度,提高了结构的吸能特性。制造了一个典型机身下部吸能结构试验件,并进行了垂直坠撞试验。试验结果与仿真分析结果存在较大偏差。通过对试验结果的分析,发现了仿真模型中一些被忽略的细节以及试验件制造过程中的工艺细节等是引起偏差的主要原因。通过对模型的修正,分析结果与试验结果吻合较好。     

民机货舱支柱对机身段抗坠撞性能的影响

针对某小型民机典型机身段,采用对货舱支柱结构预制缺口的措施实现支柱压缩刚度的改变。运用Hyper Mesh软件建立3种不同刚度支柱的3框段机身结构有限元模型,应用LS-Dyna有限元软件对模型进行了坠撞仿真,对比分析在垂直坠撞速度为7m/s时,3种机身段的变形模式、吸能模式、速度时间历程曲线和加速度时间历程曲线。结果表明,在坠撞过程中,支柱刚度过大或过小均会对乘员的生存带来严重威胁,对支柱进行合理的缺口预制可有效控制机身段变形模式,改善飞机抗坠撞性能。     

不同冲击条件对机身结构适坠性的影响

针对某型飞机FS380到FS500确定机身段,研究了不同冲击条件对机身结构动态响应特性的影响。建立了机身试验段的等比简化有限元模型。分析了0滚转角、带有10°左滚转角以及带有纵向加速度的情况下,垂直坠撞速度v=9.133 m/s时的冲击特性。对比分析了各种情况下机身框段的变形情况和座椅位置处的加速度-时间历程曲线。结果表明:冲击条件的改变会对机身结构的变形以及座椅处加速度的变化产生影响:左滚转角的出现会改变机身的变形量以及峰值加速度的出现时间,纵向冲击的加入会增加地板的变形量但会有限地减小座椅处的峰值加速度,采用合适的应急着陆方式能提高飞机的耐坠毁性能。     

基于乘员腰椎损伤指标的座椅垂直冲击波形包线研究

结合某型号飞机的机身结构适坠性(乘员生存力包线)设计需求,首先开展了满足AC 25.562-1B规章要求的“地板-座椅-乘员”系统的标准14g垂直冲击试验,并基于Ls-Dyna有限元软件进行仿真,与试验对标;在完成仿真模型标定后,为了模拟垂直坠撞工况下的乘员腰椎损伤情况,开展了80°工装角度的不同峰值和脉宽的三角波形设计、仿真分析和试验验证,获得了符合乘员腰椎损伤指标的座椅垂直冲击波形包线,为飞机机身结构适坠性设计提供参考。另外,基于乘员腰椎载荷损伤指标提出了座椅“传力系数K”的概念,以及坐垫在不同波形工况下对乘员腰椎载荷的滞后性影响。     

不同波纹梁结构吸能特性仿真分析

运用LS-DYNA有限元软件对方形、三角形、正弦形和梯形4种金属波纹梁结构进行了准静态加载和动态冲击加载试验仿真分析。从其变形模式和吸能特性两个方面,对仿真结果的数据进行对比分析。仿真结果表明:正弦波纹梁和梯形波纹梁形状保持较好;正弦波纹梁比吸能最大,且其初始峰值载荷和平均压溃载荷明显最小。所以选取正弦波纹梁作为机身货舱地板以下吸能结构能够取得良好的吸能特性和缓冲效果。     

飞机机身结构非正常着陆耐撞性仿真分析

飞机结构在非正常着陆情况下,必须保证飞机内乘员的安全,这是飞机适航条例CCAR-23中明确规定的。文中首次以某小型飞机机身结构为研究对象,建立飞机结构非正常着陆的仿真模型,针对各种非正常着陆状态下的地板加速度、撞击载荷和结构吸收能量占总动能比例等进行分析,给出这些分析结果与飞机撞击速度之间的关系。研究指出,水平撞击速度对飞机撞击过程影响很大,并且可以降低飞机的撞击载荷。研究结果显示,该小型民用飞机的地板下结构可以进行改进设计,以获得更佳的耐撞性能。     

金属薄壁吸能结构耐撞性研究进展

金属薄壁吸能结构耐撞设计广泛应用于飞机、汽车、铁路列车和轮船等几乎所有交通工具的碰撞动能耗散系统的设计中。本文归纳了轴向载荷作用下薄壁吸能件的变形模式和评价吸能结构耐撞性的参数，叙述了薄壁吸能件轴向力学特性的研究成果，最后分析了薄壁吸能件的主要研究方向。     

客车耐撞性结构优化设计

以计算机仿真为主,对客车正面碰撞结构优化设计技术进行了探讨。通过研究车身前地板处碰撞减加速度时间历程与客车耐撞性结构间的相关关系,来指导对客车耐撞性结构的修改,使最大减加速度的峰值降到满意的程度。样车实车碰撞试验表明,优化后客车耐撞性结构在吸能段长度、吸能数量、吸能平稳性、吸能时间和吸能量百分比等方面均较原结构有所改善,假人各伤害指标有明显下降。     

结构型吸波材料电磁特性的设计计算

结构型吸波材料兼具吸波与承载的双重功能,且具有可设计性,是一个重要的吸波材料的研究方向。夹芯结构吸波复合材料因其质轻、强度高,又能较好地吸收电磁波而广泛应用于飞机的机翼、尾翼和机身等部位。应用时域有限差分法(FDTD)建立正六边形蜂窝夹芯结构和波纹板型夹芯结构的电磁散射模型,通过数值仿真手段,计算了两种夹芯吸波结构和全金属结构的RCS值,对不同结构形状的夹芯结构的吸波性能进行了分析。     

连续变截面板(TRB板)在汽车前纵梁中的应用及优化分析

汽车前纵梁结构设计不仅要满足整车布置和承载要求,还需满足耐撞性要求。为实现耐撞性和轻量化双重目标,在前纵梁结构中引入连续变截面板(TRB板),充分利用其材料特性,满足前纵梁结构的吸能与变形模式。分别对TRB板材和等厚板材结构件进行台车碰撞试验及有限元仿真分析;建立加速度和质量的多项式响应面模型,以最小加速度峰值为优化目标,对TRB板的薄壁梁尺寸参数进行优化设计。结果表明,相对于等厚板,TRB板材的薄壁梁结构变形量较小、加速度峰值较小,具有更好的耐撞性;优化后的薄壁梁质量减轻5.21%且加速度峰值减少1.63%,且响应面近似模型具有较好的预测精度。     

接触强度和诱导槽对泡沫铝锥管耐撞性分析

针对汽车前纵梁耐撞部件吸能盒结构形式,研究了功能密度梯度泡沫铝填充铝合金锥管在低速冲击下的耐撞性模型优化。通过对泡沫铝填充锥管的轴向低速压溃仿真分析,获得仿真变形状态、载荷及比吸能量对位移的曲线,并对比分析仿真和实验数据,证明仿真模型的有效性。以泡沫铝内核与锥管的接触强度为研究对象,研究其对泡沫铝填充锥管吸能性能的影响。最后提出基于强粘结接触模型的含有诱导槽的功能密度梯度泡沫铝填充模型,并研究其耐撞性。研究表明,具有诱导槽的强粘结泡沫铝填充锥管在碰撞中的峰值载荷更低,载荷变化更平稳,比吸能更大,是一种在汽车制造工程应用中可以考虑的新型吸能结构。