民机典型机身框段垂直入水冲击特性研究

为了研究民机典型机身框段垂直入水冲击特性,采用入水冲击试验系统开展不同高度下的圆柱体入水冲击试验,研究其入水冲击响应;基于LS-DYNA任意拉格朗日-欧拉(arbitrary Lagrange-Euler,ALE)方法建立流体域均匀网格及局部加密网格模型,通过对比圆柱体入水冲击试验结果验证网格收敛性及流体域模型;基于验证的流体域模型及机身框段模型,研究机身框段在6.02 m/s速度下的入水冲击特性,并分析与刚性地面冲击特性的差异性以及不同入水冲击速度下的机身框段冲击响应特性。结果表明:ALE方法在结构入水冲击方面具有较高的模拟精度,且采用局部加密网格时可以极大减少流体域模型网格数量和入水冲击计算时间。机身框段入水冲击时的失效模式与刚性地面冲击时的失效模式较为一致,但机身框段结构整体变形程度减小,客舱地板横梁变形程度增大;机身框仍是吸能最多的部件,但水也吸收了大量的冲击能量,使得地板导轨处的加速度始终小于刚性地面冲击时的加速度;随着机身框段入水冲击速度的增大,机身框发生弯折和上翘的程度加剧。

带油箱结构的机身框段坠撞仿真分析

主要研究了任意拉格朗日/欧拉耦合方法计算带油箱的机身框段的坠撞过程。首先,建立了带油箱结构的机身框段坠撞分析模型,包括机身框段结构模型和欧拉流体模型。采用水代替油箱内部燃油,考虑了不同装水量对机身框段耐撞性的影响。分析了坠撞过程中的液体晃动和泼溅与机身坠撞响应的影响,给出了装水量和机身框段最大垂向压缩位移、最大过载和能量吸收等参数之间的关系。通过仿真分析,揭示了冲击载荷作用下油箱内部燃油量对机身框段各个部分结构的损伤破坏的影响。研究指出,在垂直撞击环境下,机身加强框和蒙皮是主要的吸能结构。在油箱内装水量多的情况下,油箱结构的吸能作用不能忽略。给出了应急着陆或可生存坠撞事故发生前,飞行员所应采取的紧急措施。

大型运输类飞机典型机身框段坠撞特性分析

为了研究大型运输类飞机坠撞特性及失效模式,发展机身框段结构有限元建模及坠撞仿真技术,首先设计加工三框两段全尺寸机身框段试验件(含2套三联座椅和4个FAA混Ⅲ假人);其次通过开展坠撞试验获得其坠撞变形及响应特性;最后建立经试验验证的机身框段有限元模型,并进一步评估其撞击不同地面(混凝土地面和软土地面)时的响应特性。结果表明,在6.02 m/s坠撞速度下,客舱地板上部区域基本保持完整,客舱地板下部区域发生了较大变形与破坏,产生3处塑性铰;货舱地板横梁一侧在其与机身框连接处发生断裂,导致同侧的客舱地板峰值加速度明显大于另一侧,最大峰值加速度和撞击力分别为427.7 m/s^(2)和290.8 kN。有限元模型能够准确模拟客舱地板下部的3处塑性铰、货舱地板横梁与机身框连接处的失效情况等,且在速度、加速度等方面与试验结果吻合较好,仿真结果表明机身框是主要的吸能部件,占总吸能量的40.7%;当机身框段撞击不同地面时,由于软土地面发生变形并吸收了部分冲击能量,导致机身变形模式发生改变,并降低了传递给乘员的峰值加速度。

某飞机机身框段缩比模型坠撞分析

运用MSC．Dytran的显式算法对某飞机机身框段的1／5缩比模型进行了瞬态有限元数值仿真分析，并与NASA技术报告中的分析结果和试验值进行了比对，证明了建模方法的可靠性。

长航时飞行器多元件随机失效模型与损伤评估

为评估飞机服役过程中出现的多元件损伤,根据元件疲劳特性建立了随机失效模型,基于元件失效寿命计算广布疲劳损伤平均行为,从而确定飞机检查修理时刻。通过五隔框机身段算例验证所提模型的有效性,研究模拟次数及概率分布模型对多元件损伤结构检修时间的影响。根据七隔框机身段疲劳试验结果进行多元件损伤评估,给出结构检查修理时刻。结果表明,评估结果与算例数据吻合良好,正态回归模型能够更好地模拟结构失效特性。

坠撞环境下乘员伤害分析及飞机适坠性评估

为了分析坠撞环境下的机身框段和客舱乘员的动态响应以及乘员伤害情况,开展了大型飞机典型机身框段(含2套三联座椅及4名乘员假人)在6.02 m/s速度下的垂向坠撞试验,获得了机身框段结构坠撞及乘员坠撞响应数据,进行了机身框段结构坠撞破坏及乘员伤害分析,并通过可生存空间、系留强度、乘员损伤、应急撤离4个方面对飞机适坠性进行评估。坠撞试验结果表明,客舱地板下部结构发生较大变形与破坏,在货舱地板下部结构中间支撑件区域和两侧客舱地板支撑立柱与机身框连接处产生3处塑性铰;客舱区域基本保持完整,可生存空间得到保持;座椅与客舱地板导轨的连接保持完好,且乘员安全带保持在原位;乘员假人头部伤害判据最大值为31.47,腰椎压缩载荷最大峰值为3997.2 N;乘员假人向过道倾斜,过道仍保持通畅。通过飞机适坠性评估,在6.02 m/s的垂向坠撞速度下,乘员伤害风险较小。