航空餐车-织物袋组合装置的抗爆特性研究

为了提高民机客舱安保技术水平,提出将航空餐车与织物袋组合形成民机客舱爆炸包容装置,来作为客舱内应急处置疑似爆炸物的潜在解决方式。针对航空餐车及航空餐车-织物袋组合装置,开展了内爆试验且进行了有限元仿真,对比了内爆场下二者的响应历程及失效形式,通过试验验证有限元模型的准确性,并分析了内部填充物及织物袋厚度对结构抗爆性能的影响。研究结果表明:爆炸冲击载荷下,织物袋赋予了航空餐车显著的抗爆能力,航空餐车弥补了织物袋的易燃短板;增加座椅垫作为内部填充物时,座椅垫吸能占吸能总量的74%,并降低了航空餐车的变形及失效规模,对于爆炸能量的耗散起到了关键作用;航空餐车-织物袋组合装置各自可拆卸,织物袋厚度对相同药量下各部分的吸能能力影响不明显。组合装置可用作民机客舱爆炸包容装置,作为客舱内应急处置疑似爆炸物的解决方案。

内爆载荷作用下泄压容器准静态压力特性

为了研究泄压容器内部准静态压力特性,采用AUTODYN软件提出并建立了3种柱形泄压容器的数值模型,分别包括一端开口的敞口泄压容器、在开口处设有可冲出端盖的带泄压盖容器、将泄压盖与容器通过剪切销连接的带剪切销泄压容器.以Bernoulli方程为基础建立了理论简化模型,模拟了敞口泄压容器内部的准静态压力;以能量守恒方程为基础建立理论简化模型,模拟了不同起爆药量下带泄压盖容器的准静态压力;最后,探讨了剪切销在剪断和未剪断时对带剪切销泄压容器内部压力的影响.该文建立了文献中的数值模型,准静态压力计算结果与文献中的实验结果吻合情况良好,验证了计算方法的可靠性.结果表明:敞口泄压容器内部压力衰减迅速,准静态阶段持续时间较短,以Bernoulli方程为基础的理论简化模型能够较好地预测泄压容器内部压力衰减至大气压力的时间;带泄压盖容器内冲击波沿轴向做往复式传播,以能量守恒方程为基础的理论模型能够较好地预测在泄压过程中的准静态压力;剪切销未剪断时,容器内部准静态压力呈现明显的平台效应;对比无剪切销的工况,18 mm直径的剪切销剪断后,容器内部压力变化趋势基本一致,泄压盖的飞出时间提前了0.25 ms.研究结果可为泄压容器的结构设计提供理论基础和参考.

内爆场下航空餐车的动态响应研究

航空餐车可为客舱内应急处置疑似爆炸物提供一种潜在的解决方案。本文以全尺寸航空餐车为研究对象,开展内爆试验与数值模拟研究,揭示内爆场下航空餐车的动响应与失效特性,研究航空餐车内不同起爆位置以及不同药量下的动态响应,对比分析内部填充物对航空餐车变形模式与失效行为的影响。研究结果表明:与航空餐车其他结构相比,侧板的吸能能力最强,但其飞出速度最大,并且速度随着药量的增加呈线性提高;将炸药放置于中挡板位置时航空餐车侧板的飞出速度最小,因此可作为疑似爆炸物的放置位置;内爆场下座椅垫能够阻止火焰蔓延,吸收内爆能量,降低了航空餐车结构的变形与吸能,对降低爆炸伤害程度起到重要作用。

纤维织物袋的内爆响应与抗爆性能

针对小型简易爆炸装置,设计了芳纶和超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维织物防爆袋,开展了织物袋内爆试验,同时建立了织物袋内爆数值分析模型。从外部超压和临界厚度两个角度对比了两种材料织物袋的抗爆能力,分析了初始内爆距离和织物袋厚度对织物袋抗爆性能的影响。结果表明:内爆载荷下织物袋的主要失效模式为中心区域破孔和封口拉链失效。在20~100 g药量范围内,织物袋的临界厚度与药量近似呈线性增长关系。同一药量下,芳纶织物袋的临界厚度明显大于UHMWPE织物袋,在不考虑爆炸火球对织物烧蚀的影响时,UHMWPE织物袋具有更好的抗爆效果。厚度相同时,芳纶织物袋外部的超压峰值更小,表明芳纶织物袋的超压衰减能力更强。随着织物袋初始内爆距离的增大,织物袋的临界厚度减小。织物袋外部一定范围内存在高于人体能够承受的超压,以30 g TNT、3 mm厚芳纶织物袋为例,在距织物袋中心665 mm处的超压为34.2 kPa,超过鼓膜损伤阈值。

爆炸冲击载荷下机身壁板的动态响应

为了满足“最小风险炸弹位置(LRBL)”的设计要求,有必要针对爆炸冲击载荷下机身壁板的动态响应开展研究。参考典型客机机身结构建立了铝合金机身壁板有限元模型,分析了增压、爆炸冲击位置与药量对机身壁板变形模式与失效行为的影响。研究结果表明,当机身壁板蒙皮未发生失效时,增压对整体变形模式的影响较小。当机身壁板蒙皮发生失效时,增压对整体失效行为的影响剧烈;爆炸冲击不同位置时,冲击长桁及隔框位置造成的开口损伤较小,但是结构产生了更长的裂纹损伤;随着药量的增加,冲击波更快传递到结构,冲击位置获得了更大的变形速度。