航空轮胎着陆冲击动力学仿真与安全分析

本文针对飞机着陆冲击动力学建立了飞机单轮主起落架有限元模型,并进行着陆冲击动力学仿真和安全分析。首先,通过对机身、起落架、轮胎和道面结构的简化构建了飞机单轮主起落架三维模型,并利用Hypermesh完成模型的网格划分。其次,采用Ogden模型描述轮胎橡胶的应力-应变关系,建立了轮胎有限元模型,验证了轮胎变形的仿真结果与经验公式计算结果基本一致。最后,采用隐式动力学算法研究了不同着陆速度下轮胎的承受载荷和变形情况,并结合适航标准对轮胎着陆冲击的安全性进行分析,得到了飞机着陆速度的安全阈值,为航空轮胎着陆安全性评估提供了新的研究方法。

人体坐姿着陆冲击(+Gz)耐限区间的研究

研究证明了选择猕猴群中部分成龄猴模拟健康成年人进行坐姿冲击试验是可行的。对试验所得数据进行统计处理和数学推导求出了猴与人之间的修正值，结合医学指标改变，得出了人对坐姿着陆冲击的耐受曲线，并求出了人的安全、轻伤、中伤和重伤不同区间的耐受值。这一结果可作为制订人体对坐姿着陆冲击耐限标准的科学依据。

着陆冲击对人体影响及医学评价问题评述

载人飞船完成飞行任务后 ,着陆冲击是必然要遇到的动力学因素 ,而冲击力的作用可能引起人体组织或器官的损伤甚至死亡。本文简要地介绍了不同冲击作用下 ,人体产生病理损伤的特点及人体对冲击的动态响应 ,并对着陆冲击条件下可能影响人体反应的因素 ,如着陆角度和姿态、束缚系统、椅垫及地形地貌等进行了分析 ,对 +Gx、+Gz。

着陆冲击生物效应及动态反应特点的研究

为研究着陆冲击时生物效应及动态反应,我们选择了8名健康男性青年和成年狗25只,在垂直坐姿条件下,分别承受15～30G,30～80ms 和30～100G,10～100ms 的着陆冲击.记录座椅及人体髂、肩、头部加速度和ECG,EEG SEP 和身体位移。实验得到了:(1)高G 值作用下,动物损伤特点。(2)人体对冲击的一系列生理反应。(3)人体各部位的动态响应、传递比与冲击要素的关系。(4)人体压缩量与损伤关系。(5)真人、假人、动物以及三种冲击波形动态反应特点的比较。

人体对胸-背向(+Gx)着陆冲击反应特点的研究

为了研究人体对飞船返回着陆冲击的反应,4名健康男青年,以仰卧位姿势承受6～18Gx,30～120ms,三角形脉冲的着陆冲击。记录冲击塔平台、人体头、胸、腹部的加速度及人的ECG、EEG、血压、身体位移。结果表明,在+Gx冲击后,被试者反应头、胸震痛,血压增加,心律异常,EEG慢波增加。当胸部响应加速度达26Gx左右时,胸部产生剧痛而终止实验。实验中还观察到,将背带拉紧或松弛,身体的响应加速度可以相差约60%。椅垫选择不合适可使人体响应加速度增加1倍。人体不同部位动态响应与冲击要素有关。

不同体位着陆冲击时人体的动态响应

目的探讨不同体位着陆冲击时人体动态响应的变化。方法 5名健康男青年 ,承受峰值 1 0G ,作用时间为 50ms的半正弦脉冲的着陆冲击 ,冲击方向与人体纵轴的夹角 (体位角 )从 30°～ 70°间隔 1 0°增加 ,分别在人体头、肩、胸、髂部安装二维加速度计记录人体的动态响应。结果在本实验条件下 ,人体头Z向 (头盆向 )响应在 50°角时达最小 ,其值为 1 0 .36± 2 .44G ;在 70°角时响应达最大 ,其值为 1 8.0 7± 3.2 9G。胸Z向响应在 70°时达最小 ,其值为 1 0 .39± 3.97G ;在 60°时达最大 ,其值为 1 5.42± 3.61G。头X向 (胸背向 )响应在 30°时达最小 ,其值为 7.58± 1 .1 8G ;在 70°时响应达最大 ,其值为 1 8.89± 1 .85G。胸X向响应在 30°达最小 ,其值为 7.2 1± 1 .99G ;在 70°角时响应达最大 ,其值为 1 7.67± 2 .1 6G。结论在本实验条件下 ,人体对抗着陆冲击的最佳体位角为 50°。

土壤参数对返回舱着陆冲击特性的影响分析

建立合理可靠的土壤模型是返回舱着陆冲击仿真分析的关键问题。利用显式动力有限元软件LS-DYNA模拟了返回舱着陆冲击过程,并采用正交试验设计对土壤模型中主要材料参数对着陆冲击响应特性的影响显著性进行了分析。结果表明:土壤材料体积模量、屈服参数A2对最大加速度、冲击脉宽影响较大,土壤材料屈服参数A0、A1对最大加速度、冲击脉宽的影响较小,各参数的交互效应不显著。这些结论可为返回舱着陆冲击过程的相关试验和返回舱设计分析提供参考。

月球探测器软着陆冲击力学环境研究

针对我国月球探测二期工程中将会遇到的月面软着陆任务,分析探测器的着陆冲击力学环境。提出一种适用于探测器方案设计阶段的着陆冲击力学环境预示方法:利用探测器着陆稳定性试验中测得的缓冲机构作用力作为激励,采用有限元方法求解系统的动力学响应;采用加速度响应的冲击响应谱描述探测器着陆冲击力学环境;用响应谱的包络加上一定的安全系数来确定探测器着陆冲击的最大期望环境。对某探测器的具体分析表明:由于着陆缓冲机构的缓冲特性,软着陆冲击力学环境的能量主要集中在接近准静态的低频段,而在高频段没有比运载发射阶段力学环境更严酷。因此在低频段需要设计专门的试验标准来考核设备。

空降车着陆冲击累积损伤评估方法研究

空降车在空降着陆过程中承受的冲击载荷对车辆结构的损伤和车辆的技术状况有明显的影响,受空投条件和环境因素的影响,空降车着陆工况复杂并难以预测,实施各种工况条件下的实车空投试验需要耗费巨大的人力和物力,因此,数值仿真的方法是解决这一问题的有效技术手段之一。基于空降车和缓冲气囊的有限元模型,研究提出了针对多次着陆冲击作用下的空降车结构累积损伤的计算与评估方法,并通过典型工况下的实车空投试验验证空降车有限元模型的可信性,结合勒梅特损伤模型和材料损伤演变方程对空降车结构的累积损伤量进行计算,研究结果可以为空降车的结构设计和维修保障规范的制订提供理论参考和技术指导。

＋Gx着陆冲击损伤特点的实验研究

为了探讨＋Ｇｘ着陆冲击造成损伤的特点，２２只家犬以仰卧姿势承受了１０～６０Ｇｘ，３０～１００ｍｓ的冲击，记录了冲击平台、动物胸部、脊柱的加速度和ＥＣＧ、呼吸、心内压、胸内压、腹内压、身体位移等指标。结果表明，在＋Ｇｘ冲击作用下出现以肺脏、心脏为主的广泛内脏损伤。在冲击时右心房、右心室和胸腹内压都明显增加。胸部响应加速度发生超调，脊柱响应加速度低于输入。胸最大相对压缩量为４４％。当胸部加速度峰值＞６０Ｇ、０．０３ｓ时，出现可恢复性中度损伤。实验结果对制定着陆冲击防护措施的研究是有意义的。

人体对模拟着陆冲击动态响应特性研究

为了探讨飞船返回着陆时不同强度不同姿态冲击下人体动态响应特性，５名健康男青年，以仰卧２０°承受４～１０ｇ，５０～８０ｍｓ；仰卧３０°～６０°，１０ｇ，５０ｍｓ，半正弦脉冲的着陆冲击。分别记录冲击塔平台，座椅及人体头、肩、胸和髂处的Ｚ和Ｘ向加速度及被试者心电图。经分析计算，给出了人体动态响应与冲击强度以及它与仰卧角的关系式。为进一步研究人体冲击损伤的防护和人体冲击动态响应的建模提供了依据。

不同骨密度下人体脊柱着陆冲击响应的数值模拟

目的用数值模拟方法探讨人体骨密度改变对人体脊柱着陆冲击响应的影响。方法通过人体扫描CT图片构建人体头骨、颈椎、胸椎、腰椎、尾椎、骨盆、韧带的三维物质点模型,并将这些模型固定连接作为人体脊柱模型固定置于利用MPM3D程序构建的长方体椅背物质点模型上,构建人体脊柱着陆冲击模型。在椅背上施加加速度载荷,模拟人体脊柱仰卧于椅背受到着陆冲击载荷的情况。通过改变脊柱骨骼密度及对应骨骼弹性模量模拟计算不同骨密度下人体脊柱的着陆冲击响应。结果正常骨骼密度时,人体脊柱的整体损伤评价γ值为1.589 3;骨密度分别减小2%、4%、6%、8%、10%时,对应人体脊柱的整体损伤评价γ值分别为1.608 6、1.634 7、1.641 0、1.662 5、1.680 5。结论在受到相同的冲击载荷时,人体骨骼密度越小,人体对冲击载荷的响应越大,越容易受伤。

月球探测器着陆冲击试验及关键技术研究(英文)

中国正在开展月球探测活动,下一步将发射月球着陆器并实现月面软着陆。为确保着陆器在月面着陆时的稳定性和可靠性,发射前需在地球表面进行着陆冲击试验。对会影响月球着陆器着陆性能的月貌和月壤进行了详细的叙述,以便在试验过程中进行相应环境特征的模拟。用图表详尽阐述了三种月球重力场模拟器的原理和装置,并对各自的优缺点进行了评述。根据试验模型的不同,将月球着陆器着陆冲击试验分为原尺寸试验(模拟的月球重力场下)和1/6模型试验(地球重力场下)两类,分别介绍了两类模型的结构以及试验模型与着陆器原型机之间缩放关系。分别给出了原尺寸试验和1/6模型试验的试验平台和试验步骤,以及初始试验参数的给定方法。根据试验研究的需要以及月球探测器在月球表面着陆时的真实情况,给出了在地球上进行着陆模式模拟的方法。研究表明两种试验结果之间有良好的一致性,但是这两种试验的花费很高,且对试验场地有较高的要求。再者,由于在试验中对月壤没有太好的模拟方法,试验数据与真实着陆时数据存在一定差异。

人体卧姿着陆冲击动态响应特性研究(英文)

目的探讨飞船返回着陆时不同强度和不同姿态冲击下人体动态响应的规律。方法 5名健康男青年 ,以仰卧 2 0°,承受 4～ 1 0G、5 0～ 80ms ;仰卧 30°～ 60° ,1 0G、5 0ms,半正弦脉冲的着陆冲击。分别记录冲击塔平台 ,座椅及人体头、肩、胸和髂处的Z和X向加速度及被试者心电图。结果随着陆冲击强度的增加 ,人体头、肩、胸和髂处X向加速度响应值均增大 ;2 0° ,1 0G冲击时 ,头Z向和X向加速度峰值超调量分别为 93%和 1 0 2 % ;随仰卧角度的增加 ,人体头、肩、胸和髂X向加速度响应均下降 ,而头Z向加速度及超调量在 40°仰卧角时最小。结论人体对着陆冲击的传递函数表明 ,人体具有多阶共振频率 ,分别为 2 5Hz、34Hz、39Hz、43Hz、5 0Hz、64Hz和 70Hz。

＋Gx着陆冲击人体胸部动力学响应的模型及实验研究

着陆冲击是载人飞船返回着陆必然要遇到的动力学因素，而胸部疼痛是人体对＋Ｇｘ着陆冲击的主要反应之一。为了研究胸部在＋Ｇｘ着陆冲击下的动态响应情况，做了３６人次的＋Ｇｘ冲击实验，实验中同时测量了冲击加速度和人体胸部的响应加速度。根据实验测量结果建立了人体胸部的动力学响应模型，模型计算的响应结果与实验测量的结果符合良好。用该模型计算了高６值＋Ｇｘ冲击下胸部的动力学响应，并根据计算结果推导出３５Ｇｘ作为＋Ｇｘ冲击胸部损伤的响应加速度限值，这个推导出的限值可以为胸部冲击损伤耐受限值的研究提供参考，本研究表明胸部的冲击响应具有非线性的特点，另外，为了减小胸部响应加速度的超调量，应避免使冲击加速度脉宽的倒数接近人体胸部的固有频率。

基于高速开关阀的起落架着陆冲击载荷控制

选用并联组合高速开关阀作为起落架半主动控制执行器。针对起落架的着陆冲击这一瞬间过程,本文未采用常规的脉冲流量控制方法而是采用直接电压控制方法;考虑了高速开关阀的离散性和迟滞性,建立了基于高速开关阀的起落架半主动控制缓冲动力学模型;按给定吸收功量时峰值载荷最小的准则设计PD控制律。仿真结果表明,基于高速开关阀的起落架半主动控制方法对着陆冲击振动有较好的控制效果。

深空探测着陆器着陆冲击动力学相似技术研究

针对未来目标天体表面低重力场模拟,推导了探测器软着陆动力学相似性关系,提出了一种通过改变探测器着陆初始条件,并对试验数据进行后续处理来模拟目标天体表面低重力场的新方法,通过算例验证了该方法对于不同的探测器状态及土壤状态均具有广泛的适应性。通过该方法进行探测器的相关低重力场模拟试验,可以使用探测器原型且试验设备简单、操纵容易,具有很强的实用性,方便进行探测器主要参数的优化设计,该方法可用于后期月球探测、火星探测及其他地外天体低重力模拟试验中。

高G值着陆冲击下头、颈、胸、脊椎损伤因子及评价指标的研究

目的:研究在+Gx和+Gz复合冲击作用下,人体响应和损伤的一般特点。方法:通过HybridIII型假人,在航天返回舱座椅环境中,进行不同输入量级的复合冲击实验和相关的数据分析。结果:实验数据呈现出良好的一致性。在6～30g不同输入加速度情况下,随输入加速度的增加,人体头、颈、胸、脊椎等部位的响应损伤均分别呈现良好的二次线性响应增长规律,R2在0.9以上。结合不同的评价指标,分别进行了损伤因子评价分析,从而获得了不同身体部位损伤评价的影响程度。结论:头、颈、胸、脊椎等不同身体部位的冲击响应损伤规律不同,针对损伤敏感部位进行高G值复合着陆冲击下的损伤规律和防护原则研究是必要的。

SZM510与Hyrid Ⅲ假人着陆冲击响应特性的比较研究

目的测定在固定支撑和有缓冲器支撑方式下两种假人对系统着陆冲击的响应;检验人椅系统内冲击测量位置的设置是否正确。方法采用两种支撑方式,分别对两种假人在水刹车冲击塔上进行冲击测试比较。结果两种假人在固定支撑和缓冲器支撑时对系统的响应是一致的;HyridⅢ假人身体上的响应与在座垫、座椅摆动中心等位置上所测得结果是一致的。结论把冲击的测量位置放在人椅系统的硬结构上能够反映人体的响应情况,SZM510假人能够适用于高冲击过载下的乘员安全性评价。

恒河猴坐姿着陆冲击内耳损伤的观察

为研究机体及各组织器官对冲击力的耐受限值，探讨致伤原因及提出防护措施，利用着陆冲击塔，使实验动物恒河猴在坐姿状态下，进行冲击试验，试验后１ｈ左右处死，作大体解剖观察并取心、肝、脾、肺、颞骨等组织，固定、切片、镜检。同时重点观察了内耳的损伤。结果表明，冲击载荷不大（平台过载值为≤２５Ｇ）时内脏虽然有轻度损伤，但内耳可避免受损，当冲击力加大到一定程度（平台过载值为３０～３５Ｇ）导致内脏中等损伤时，内耳也有相应损伤，如囊斑耳石脱落、壶腹嵴上皮剥离等。