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。     

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。     

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。     

货舱载荷对复合材料机身框段适坠性影响分析

针对复合材料飞机结构适坠性验证及适航审定需求,建立货舱地板下部为波纹板的复合材料蒙皮机身框段有限元模型及货舱货物刚体简化模型,研究其在7 m/s垂直坠撞条件下的适坠性能。通过与无货舱货物情况进行对比,分析货舱载荷对机身结构变形模式、加速度响应特性和机身结构吸能特性的影响,进而为飞机结构适坠性设计及分析提供参考。仿真结果表明,货舱载荷导致货舱下部波纹板严重变形,但吸能量增加,外侧座椅与地板连接处的加速度低于无货舱货物情况,坠撞过程中机身各部分结构吸能是同时进行的。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

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。     

不同侧碰试验形态的车辆结构耐撞性研究

基于侧面碰撞对乘员伤害的严重性,应用计算机仿真方法开展轿车侧面碰撞研究,通过对车身侧面结构变形、能量响应、加速度响应、乘员逃生空间等方面的深入分析,揭示不同侧面碰撞形态的碰撞特性,并据此提出了相应的改进措施。结果表明:与车对车侧面碰撞相比,车对障碍物侧面碰撞增大了对乘员造成更严重的损伤的风险,对车身的耐撞性提出了更高的要求,通过提高门槛梁、地板横梁强度可以有效的提高车辆抗柱撞的车身结构安全性。     

某型无人机回收冲击有限元分析及试验验证

基于有限元方法对某型无人机三种坠撞速度下机体冲击进行仿真,得到相应速度下机体所受加速度峰峰值。通过坠撞试验,将试验数据与冲击仿真结果进行比较,一致性较高,说明有限元模型能够表征真实机体动态特性。预测分析回收冲击响应,为下一阶段该型无人机回收冲击强度校核提供了可靠依据。     

水陆两栖飞机着水响应模型与数值分析

水陆两栖飞机需要在水面反复起降,其着水响应特性相对陆基飞机水上迫降要求更为苛刻.文中基于LS-DYNA仿真平台建立了飞机结构和水体耦合的数值模型,采用ALE耦合算法分析了飞机着水时重心过载、机身底部压力的变化过程,同时研究了着水攻角、下沉速度及升力对着水过载特性的影响.结果表明:着水后瞬间重心过载和机身底部压力达到峰值;着水攻角、下沉速度和升力均对机体着水过载特性有较大影响.分析结果为水陆两栖飞机的结构设计提供了参考.     

基于Lagrange算法的飞机水面降落过程研究

采用Lagrange算法开展飞机水面降落的动力学研究。飞机与水体的接触力采用罚函数方法求解。分析飞机入水过程,得到飞机水面降落过程的运动规律以及机身应力波的传递规律,结果表明,降落速度和飞行速度在飞机入水的初始阶段变化较快,随后变化幅度趋于平缓。应力集中先后出现在机尾和机身中部,应力由近及远向机身其他部位传播。最后,应力主要集中在机头部分,该部分应力的传播并不明显。分析不同降落速度的机身结构响应,得到飞机水面降落时结构响应随时间的变化规律。机身结构应力在入水的初始阶段达到最大值,随后迅速下降,最后保持稳定。飞机结构的最大变形也出现在入水的初始阶段,随后迅速回复到初始状态。     

不同铺层角度GLARE层板复合材料的抗鸟撞性能

采用大型非线性动力学软件PAM-CRASH,分别建立了三种铺层角度GLARE层板复合材料简单平板和飞机尾翼典型前缘结构的有限元模型,对三种平板和结构进行抗鸟撞有限元模拟,研究了不同铺层角度GLARE层板复合材料的抗鸟撞性能,并进行了试验验证。结果表明:对于厚度相同的GLARE层板复合材料,铺层角度为±45°正交铺层方式的平板和结构的吸能量效果最佳,抗鸟撞性能最优;铺层角度为0°/90°正交铺层方式的次之,0°/45°/-45°/90°铺层方式的最差;试验得到的三种铺层结构的破坏形态、面积以及撞击点附近某点的应变时程曲线与模拟结果一致,说明建立的有限元模型正确。     

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。