鸟撞飞机风挡数值模拟研究

目前,鸟撞是威胁航空安全的重要因素之一,飞机风挡抗鸟撞是飞机安全飞行的重要保证。首先介绍了鸟撞飞机风挡的研究现状,利用LS-DYNA3D对鸟撞飞机风挡进行数值模拟,通过建立飞机全尺寸圆弧风挡模型及鸟体简化模型,计算得到风挡结构的变形、位移、有效应力、可能发生破坏的位置、鸟体水平与垂直方向速度、加速度等数据结果。仿真结果表明,鸟撞飞机风挡是发生在毫秒量级的非线性冲击动力学行为,整个撞击过程约5.6 ms,在T=1.8 ms时刻,风挡承受的有效应力最大,为8.304×10~7Pa,鸟体垂直方向加速度达到1.5228×10~4m/s~2。同时,通过选取风挡三个网格单元,得到位移及有效应力变化历程,综合考虑位移和应变结果可知风挡正中心为受到鸟撞后最危险的部位,利用数值模拟方法进行鸟撞风挡分析,可减小时间成本,提高分析问题工作效率,为飞机风挡鸟撞适航验证提供更有效的方法。     

基于SPH方法的鸟撞飞机风挡的数值模拟

风挡抗鸟撞是飞机安全飞行的重要保证.文中基于飞机圆弧风挡受鸟体撞击的实验观察,建立了国产某型军用飞机圆弧风挡及鸟体的有限元分析模型,利用光滑粒子流体动力学法(SPH)耦合有限元法对圆弧风挡受鸟撞击的过程进行了数值模拟,计算得到风挡结构的变形、位移、应变、撞击力、应力、临界撞速、发生破坏的可能位置及其破坏方式等几方面的数据,并考察了SPH粒子疏密对计算结果的影响.研究表明,数值模拟结果与实验结果基本吻合;鸟撞整个过程约4ms,撞击中点、前1/3处和后1/3处,风挡发生破坏(包括安全破坏)的临界撞速分别约为(540±5)、(600±5)和(470±5)km/h;鸟撞过程中,风挡的位移与其厚度是同一量级,风挡的最大应变已达到10~(-2)量级;风挡首先发生破坏的位置在后弧框附近,然后向与风挡中线成45°角的方向发展;SPH粒子数越多,鸟体变形模态越好.     

基于SPH方法鸟撞飞机风挡问题的数值模拟

鸟与飞行中的飞机相撞是飞机结构损坏的重要因素,严重时会引发机毁人亡的灾难性事故。 对高速低空飞行的军用飞机而言,风挡部分抗鸟撞的研究对保证飞行安全尤其重要。本文基于飞 机圆弧风挡受鸟体撞击的实验观察,建立了国产某型军用飞机圆弧风挡及鸟体的有限元分析模型, 利用基于SPH的流固耦合方法分析了圆弧风挡受鸟撞击问题。计算结果得到了风挡结构的变形、 位移、应变等几方面的数据,与实验结果基本吻合,同时给出了500~650km/h速度范围内的撞击 力和应力时程曲线、风挡发生破坏的临界撞速、圆弧风挡在经受鸟体撞击时发生破坏的可能位置 及其破坏方式。研究结果验证了SPH方法在分析鸟撞问题中的优越性,也为风挡的安全设计和研 制新机型提供了有价值的数据。     

基于SPH法的飞机风挡鸟撞失效破坏研究

运用SPH方法模拟了鸟撞飞机风挡的过程,鸟体模型采用SPH法建立,风挡模型采用Lagrange法定义,鸟体以515km/h、562km/h和600km/h的速度分别撞击风挡对称线上前1/3点。通过仿真模拟,获取了鸟体撞击风挡的应变、位移、应力曲线,风挡失效损伤演化过程,并与试验结果对比,证明所建鸟撞风挡有限元模型可以准确预测风挡的鸟撞动态响应。研究表明：鸟体撞击风挡对称线前1/3点时,风挡最大变形发生在风挡中间部位;风挡在弯曲作用下首先会在内表面发生失效破坏;撞速为600km/h的风挡发生失效破坏后,在撞击区域形成多条与风挡对称线呈大约50°夹角的裂纹及少部分横向裂纹。     

基于光滑粒子流体动力学法的飞机风挡鸟撞失效破坏模拟

运用光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)方法模拟了鸟撞飞机风挡的过程,鸟体模型采用SPH法建立,风挡模型采用Lagrange法定义,鸟体以515 km/h、562 km/h和600 km/h的速度分别撞击风挡对称线上前1/3点。通过仿真模拟,获取了鸟体撞击风挡的应变、位移、应力曲线,风挡失效损伤演化过程,并与试验结果对比,证明所建鸟撞风挡有限元模型可以准确预测风挡的鸟撞动态响应。研究表明:鸟体撞击风挡对称线前1/3点时,风挡最大变形发生在风挡中间部位;风挡在弯曲作用下首先会在内表面发生失效破坏;撞速为600 km/h的风挡发生失效破坏后,在撞击区域形成多条与风挡对称线呈大约50°夹角的裂纹及少部分横向裂纹。     

夹层玻璃结构的抗鸟撞分析

抗鸟撞设计是飞机设计过程中一个复杂、关键的步骤.通过建立SPH-FEM耦合的鸟撞夹层结构数值计算模型,分析由常用的航空透明材料,如无机玻璃、聚氨酯（PU）、聚碳酸酯（PC）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）组合构成的夹层玻璃（板）风挡的鸟撞响应.PU、PC和PMMA的材料参数通过材料各自的准静态、动态试验结果得到.在有限元软件LS-DYNA中计算夹层结构的鸟撞过程,得到夹层结构的破坏失效过程,并分析不同材料组成的夹层结构的抗鸟撞性能.发现由无机玻璃和高分子聚合物组成的夹层结构的抗鸟撞性能最佳.     

机翼前缘结构抗鸟撞分析研究

鸟撞是飞机在飞行中遇到的重要危害之一,同时也是一种突发性和多发性的飞行事故,造成了重大的经济损失和人员伤亡。因此,抗鸟撞设计成为飞机设计中必须考虑的要素之一。以机翼前缘缝翼结构为研究对象,通过大型非线性有限元分析软件PAM—CRASH,开展了飞机结构的抗鸟撞仿真设计研究。分析过程考虑了材料的非线性和结构的大变形特性;鸟体在高速撞击下采用SPH方法模拟。通过分析整个结构鸟撞的损伤失效过程,以及各部件能量耗散机理,明确机翼前缘缝翼结构各个部件在抗鸟撞设计中的作用,这些对于我国的大型飞机抗鸟撞设计将有参考价值。     

飞机风挡结构抗鸟撞数值模拟

在实验研究的基础上,建立了某型飞机风挡及其相关部件的全尺寸有限元模型,应用非线性有限元程序LS-DYNA3D对整个鸟撞击过程进行了数值模拟,得到鸟撞风挡结构动态响应计算结果.分析了鸟撞风挡结构的应力、应变动态时程曲线,讨论了引起风挡结构破坏的主要因素.数值计算结果与实验结果吻合较好,表明所建立的有限元计算模型可靠、计算数据有效.     

飞机圆弧风挡的抗鸟撞击问题研究

完成了国产某型飞机圆弧风挡的抗鸟撞击实验,得到了风挡抗鸟撞击的临界速度及关键点的位移、应变时程曲线等数据.在实验研究的基础上,建立了飞机风挡及其相关部件的全尺寸有限元模型,应用非线性有限元程序LS-DYNA3D对整个鸟撞击过程进行了数值模拟.对比风挡和鸟体的变形过程以及位移和应变的动态时程曲线可知,实验结果和数值结果吻合较好.文中同时给出了不同速度下撞击力随时间的变化曲线,分析了圆弧风挡在经受鸟体撞击时发生破坏的可能位置.     

飞机通风窗运动机构的抗鸟撞分析

适航要求通风窗结构不能被鸟撞穿,鸟体不能进入飞机内部。相对于固定的通风窗结构在分析中只考虑强度因素,运动机构支持的通风窗还必须考虑结构刚度,避免由于大的变形出现缝隙而使鸟体进入飞机内部。基于PAM-CARSH软件,结合SPH方法,巧妙选择梁元节点自由度模拟机构转动副,对通风窗进行数值模拟,找到结构在强度和刚度上的薄弱部位,并进行结构改进。分析计算结果显示,改进后的结构能够满足鸟撞的强度和刚度要求。     

采用流固耦合方法的直升机桨叶鸟撞数值模拟

在鸟撞直升机桨叶过程中,鸟体与桨叶撞击相对速度很大,呈现出流体特性,属于典型的流固耦合瞬态冲击动力学问题。首先针对文献中的鸟撞铝板试验采用ALE流固耦合方法进行了分析,对计算方法与鸟体模型进行了验证。然后进行了桨叶鸟撞数值模拟。数值模拟结果表明ALE 方法能够准确模拟鸟撞过程,适用于直升机桨叶鸟撞分析。通过应力、位移以及撞击压力等计算结果的详细分析,对直升机旋翼抗鸟撞设计具有一定的参考价值。     

鸟体羽毛对通风窗抗鸟撞试验的影响分析

运动机构支持的飞机通风窗在鸟撞时由于部件之间变形不协调会产生缝隙. 鸟体的羽毛在进入缝隙过程中会扩大缝隙. 对于该问题,首先基于PAM-CARSH软件,结合SPH方法,通过选择合适的梁元节点自由度模拟机构的运动副,计算分析不考虑羽毛情况下通风窗的强度和刚度,然后通过与真鸟撞击试验结果进行对比,分析鸟体羽毛对抗鸟撞安全的影响. 分析结果发现,羽毛对结构应力影响较小,但对缝隙影响较大,对于类似结构应重点考察.     

碳纤维织物材料鸟撞动力学分析参数试样级试验与仿真研究

根据复合材料鸟撞适航取证要求,制定了积木式复合材料鸟撞符合性验证方法。完成了一种典型碳纤维织物复试样级试验,对试验数据研究发现碳纤维织物在45°方向吸能约是0°方向的2倍,可供复材结构抗冲击吸能铺层设计使用。以试样级试验数据为基础通过编程处理得到基于Pam-crash软件鸟撞动力学参数,随后完成了拉压剪三种受载方式的仿真计算,计算结果表明分析和试验结果基本一致。因此,基于试样级试验数据处理得到的参数可用于更高级别的鸟撞动力学仿真模拟,供飞机设计使用。     

机翼前缘局部填充泡沫铝抗鸟撞特性

在保证飞机机翼前缘质量特性的前提下,通过一种泡沫铝局部填充机翼前缘的优化结构来提高机翼前缘的抗鸟撞性能。通过LS-DYNA软件分别开展机翼前缘未填充和局部填充泡沫铝材料抗鸟撞分析,研究两者撞击响应、前墙响应和吸能特性的差异性,并基于D80气炮开展鸟撞铝板试验来验证鸟体本构参数的准确性和有效性。研究结果表明:通过减少蒙皮厚度并局部填充泡沫铝的方式能够在优化机翼前缘质量的同时有效地增强机翼前缘的抗冲击强度;机翼前缘局部填充泡沫铝之后前墙面板中心点位移以及等效应力得到有效降低,填充机翼前缘结构比空机翼前缘结构能够更有效地抵御鸟体撞击;在蒙皮和泡沫铝的共同作用下,局部填充泡沫铝的机翼前缘能够比空机翼前缘在相同撞击工况下吸收更多的能量。     

机场鸟情研究方法探析

按照飞行阶段,将机场分成8个区进行鸟情研究,日观察记录数据的统计分析能反映出鸟情与鸟撞及二种规律变化间的关系,能反应鸟类生态分布、飞翔行为与飞机部位、飞行阶段间的鸟撞发生关系,特别是鸟撞发生的概率,为鸟情预报和避免鸟撞发生奠定科学的数据基础.     

单元尺寸对复合材料层压板蒙皮鸟撞模拟的影响分析

通过仿真与试验的对比分析,分析结构单元尺寸对飞机尾翼复合材料蒙皮鸟撞模拟精度的影响。基于PAM-CRASH软件,用光滑粒子流体动力学方法建立适航条例所规定鸟体结构模型,用二维壳单元模拟层压板结构,通过试算计算出多种单元尺寸下结构破损的临界速度。结果表明,在层压板不发生破损的情况下,单元尺寸对位移计算结果影响很小;临界破损速度的计算值随着单元尺寸的增大而增大;当层压板单元尺寸为5 mm时,临界破损速度和应变响应与实测结果吻合最好。     

鸟撞需要综合防治

所谓“鸟撞”是指飞机等飞行器与在天空中飞行的鸟相撞所造成的事故。对飞机和飞机上的人员所造成的伤害,即使是一只麻雀,对高速飞行的飞机的破坏力也不亚于一颗炸弹;而一只体重为3千克左右的鸟儿与飞机相撞时可以产生16吨的冲击力,对飞机来说无异于遭到一枚导弹的袭击。如果鸟儿从飞机涡轮机的进气口处被吸入发动机,轻则造成每片价值数万美元的叶片因扭曲变形而损坏,重则造成发动机停机,甚至因鸟体在机内摩擦而起火爆炸坠毁,造成重大空难。近几年来,欧洲就发生3000多次鸟撞事故,不仅有100多架飞机的发动机被严重损坏,甚至还有一些飞机坠毁,造成150多人死亡。我国的军用和民用机场也频繁发生鸟撞事故,仅去年一年就有20多起。     

飞机座舱风挡反射眩光分析方法研究

为解决眩光问题,对飞机座舱眩光分析方法进行研究。针对飞机座舱视环境分析方法与实际情况存在较大差距,初步设计阶段无法较为真实的体现飞机座舱在各飞行阶段的视觉环境与光污染问题,提出了一种飞机座舱风挡反射眩光分析评估方法。以视光学理论和光线追踪算法为理论基础,利用视觉仿真软件,建立能够模拟接近真实人眼视觉感受的座舱视觉仿真环境,并通过实际应用获得了夜航风挡反射眩光的验证结果与实际情况进行对比。经实验表明：该方法可以有效的对驾驶舱可能产生的风挡眩光进行分析,判断反射眩光出现的区域,并对结构优化方案进行评估。     

刚度匹配设计在民机机头抗鸟撞设计的应用

民机机头抗鸟撞设计是机头结构设计最为重要的工作之一,本文论述了通过优化刚度分布来改善机头抗鸟撞能力的设计方法,并通过试验对优化方法进行验证。     

机场鸟害综合防治措施研究

结合安全飞行实际,运用环境生态学原理,提出鸟撞飞机的综合防治措施。