航空发动机鸟撞适航符合性数值模拟研究

航空发动机鸟撞适航认证通常基于整机试验,整机鸟撞数值仿真,受发动机结构复杂性影响,存在计算效率、吸鸟关键参数不易确定等问题,而不被工程采纳。而为验证航空发动机吸鸟符合性,进行整机鸟撞数值分析是一种经济高效的方式。基于航空发动机整机鸟撞数值仿真需求,开展航空发动机模型简化建模和关键吸鸟参数提取方法研究。首先,基于光滑流体动力学方法,考虑工作条件下发动机鸟撞损伤和传力路径上关键部件关系和相互作用,建立了基于航空发动机整机关键零部件等效建模的鸟撞有限元模型。其次,对航空发动机鸟撞适航符合性要求进行分解,确定了造成叶片结构损伤的关键吸鸟参数。最后,基于最严苛情况的整机鸟撞有限元模型,研究了大鸟、中鸟鸟群和大型群鸟导致的转动不平衡、不平衡载荷传递和叶片损伤。数值模拟结果表明大鸟的撞击对航空发动机结构安全的威胁最大,鸟群撞击导致的叶片损伤范围更广。基于整机的鸟撞数值模拟对于航空发动机的结构安全性设计和适航认证是非常具有价值的。

飞机座舱加载装置试验研究

座舱操纵系统是驾驶员传递操纵飞机飞行指令的重要系统,用于在飞行中调整飞机姿态。某型飞机铁鸟试验台座舱操纵系统有操作试验的需求,为验证座舱操纵系统在承载下的性能,判断操纵系统在加载条件下是否无过度变形、过度摩擦、卡阻,对某型飞机操作试验的试验装置进行设计,并介绍试验的整体方案,将该试验装置成功运用到某型飞机操作试验中,试验数据分析表明,该装置能满足试验需求。

鸟撞高速飞机风挡若干问题的冲击动力学研究

对鸟撞飞机风挡的动态响应问题作了冲击动力学的分析研究。由航空有机玻璃在应变率10^(-4)s^(-1)～10~3s_(-1)和温度-60～100℃的试验研究表明其本构关系的应变率效应和温度效应是不可忽略的。由铸镁合金的试验研究则表明其表观的应变率敏感性与铸态缺陷所引起的试验数据分散性相比是可忽略的。用特征线数值法对撞击界面载荷特性的计算分析表明,撞击载荷与结构动态响应间的耦合作用是不可忽视的。

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.

模糊故障树分析方法在机场环境安全中的应用

采用故障树分析法,对引起鸟击飞机的各个因素进行系统分析,并建立了故障树。通过定性分析,可得引起顶事件发生的2580个最小割集。采用专家判断和模糊集理论相结合的方法,评估故障树底事件发生概率的模糊性,并以"垃圾堆对鸟的吸引"这一底事件为例,计算出其模糊失效率。通过定量分析,计算出顶事件的发生概率为0.00241,同时可计算各底事件的重要度。

黄山机场鸟类调查与鸟击防范对策探讨

2006年4月至2007年11月对黄山机场及其周边地区的鸟类进行了调查,共记录鸟类111种,隶属14目36科,构成鸟击航空器隐患的主要种类有池鹭、赤腹鹰、家鸽、小云雀、家燕和麻雀6种,其次是白鹭、凤头麦鸡、黄斑苇鳽、山斑鸠、豆雁、鸢、棕背伯劳等。对该区域鸟类的区系成份、居留特点和主要威胁鸟类的活动情况进行了分析,并提出了一些鸟击防范对策。

飞机风挡鸟撞破坏的一种耦合接触碰撞数值模拟

推导了ZWT犁非线性粘弹性本构方程的增量迭代形式;介绍了LS-DYNA3D中材料子程序和破坏准则的定义方法:通过计算实例编写ZWT型非线性粘弹性材料子程序,并将关键字定义方法应用于鸟撞飞机风挡的破坏准则研究,鸟撞有限元数值模拟采用接触碰撞耦合解法。结果表明:结合编写材料子程序和关键字定义可以开展飞机风挡的鸟撞破坏研究。

航空发动机吸鸟适航验证关键参数分析方法

发展了一种确定航空发动机风扇叶片吸鸟适航验证用关键参数的分析方法。首先分析关键参数,提出用综合关键撞击参数SCIP评估鸟撞击叶片损伤效果及确定试验用关键吸鸟参数CIP的方法,建立SPH法鸟撞旋转风扇叶片有限元模型,进行鸟撞击数值模拟,分析鸟速、风扇转速、撞击位置等参数对鸟撞击数值模拟结果的影响,得出各个状态下综合损伤参数。结果表明,在CIP=F(72 m/s,70%,100%)试验条件下,鸟撞击叶片的综合损伤最为严重,并据此确定一组吸鸟适航验证用关键吸鸟参数。

无人机飞鸟撞击机翼损伤程度预测仿真

日益普及的无人机"黑飞"现象频频发生,严重危及航空安全和正常航班运行,无人机撞击民机关键部位损伤程度的研究是航空冲击动力学的一个新型热点问题。此前,各民航大国都致力于外来物(Foreign Object Debris,FOD)尤其是鸟撞和冰雹撞击等,而对无人机撞击的研究成果屈指可数。依据鸟撞适航研究思路,采用有限元仿真软件ABAQUS分别用SPH法和拉格朗日法建立鸟撞和无人机撞击机翼的有限元模型,对二者撞击机翼过程的某个工况下进行损伤程度预测仿真。在相同的冲击初始条件下进行计算,得出了鸟体和无人机冲击机翼损伤耗散能、应变能随时间变化规律和机翼前缘变形规律。通过对比分析二者撞击机翼的损伤机理和失效过程,相同条件下鸟体撞击机翼蒙皮产生塑性变形,而无人机冲击机翼蒙皮会产生撕裂,甚至会穿透蒙皮造成更严重后果,得出了无人机撞击飞机比鸟体撞击飞机具有破坏性的结论。

民机风挡结构抗鸟撞仿真分析与设计

针对某民机风挡结构鸟撞试验,采用LS-DYNA有限元软件再现了风挡结构的鸟撞动响应结果,计算所得结构破坏区域与破坏形式及试验结果吻合。分析认为导致龙骨破坏的原因是夹持玻璃的龙骨整体刚度不够,而局部刚度又相对过强。为此参考波音飞机风挡结构构型,提出将原风挡夹持结构改为螺栓连接悬挂结构,并对新构型的风挡结构进行了动响应分析。计算结果表明:风挡玻璃采用螺栓连接悬挂于龙骨结构上的安装构型能有效提高风挡结构的抗鸟撞特性。

鸟击风险计算方法研究

鸟击已成为中国民用机场运行安全的风险之一,但目前尚无成熟的风险计算方法。为计算航空器遭遇鸟群发生鸟击的概率,建立了鸟击碰撞风险概率模型。模型计算采用全概率计算方法,以A320为例计算了碰撞风险概率。计算结果表明,该方法可较准确地计算鸟击发生的概率,为机场驱鸟人员及航空安全飞行决策提供了鸟击风险概率的定量值,对飞行安全具有重要意义。

吉林市猎鹰驯养及发展的研究

吉林省吉林市驯化的猎鹰种类主要是苍鹰。猎鹰的驯养技术分为3个步骤:捕鹰、驯养、巡猎。在猎鹰的人工繁殖方面,于2009—2010年间进行了人工繁育试验,已经获得了一定的经验;在鸟撞防护方面,军用机场的实际操作表明,猎鹰的驱鸟效果远远高于其他驱鸟方法,但也存在一些不足的地方,目前正在改进。

鸟撞飞机风挡动态响应数值模拟方法研究现状

总结了目前用于鸟撞飞机风挡动态响应的数值模拟方法，主要有解耦解法、耦合解法和光滑质点动力学法，其中耦合解法涉及接触-碰撞耦合解法和流固耦合解法。各种方法围绕鸟体（鸟撞载荷）的模拟和风挡的模拟，部分内容针对鸟撞击发动机叶片、雷达罩和垂直尾翼等，但其方法同样适用于飞机风挡，最后指出应进一步深入研究的内容。

基于神经网络方法的鸟撞飞机风挡冲击载荷反演

以鸟撞实验中传感器实测信号为基础 ,结合有限元正问题计算方法与神经网络理论 ,构造小波动态延时反馈神经网络 ,并详细分析了该网络的结构参数、对比了网络单点应变输入法、两点应变输入法以及三点 (多点 )应变输入法的训练效率与反演精度 .构造的神经网络可以高精度地反演出鸟撞飞机风挡过程中冲击载荷时间历程 ,同时具有较高的抗干扰能力 ,且训练过程平稳、训练效率高 .根据已有的研究成果 ,提出了鸟撞实验应变传感器建议布置 ,可以在满足实验测量要求的基础上简化实验过程 ,提高实验效率 .

飞机铁鸟舵面加载系统

设计飞机铁鸟舵面加载系统,在地面模拟飞机飞行时舵面铰链力矩,检测舵面收放性能。用MOOG多通道协调加载控制系统、计算机测控工作站、液压伺服加载、反射内存网、时钟同步网、以太网等先进装备和现代技术,建立加载系统总体设计架构。论述铁鸟舵面加载的工作原理,对各个分系统功能和接口进行界定,对关键设备进行选型,对加载安全保护措施进行说明,描述加载系统的功能。基于本设计组建了某型号飞机铁鸟舵面加载系统。试验结果表明,该设计合理、可行。

DYB-3航空有机玻璃风挡鸟撞数值模拟

运用LS-DYNA有限元软件模拟了鸟撞飞机风挡的过程,风挡模型采用Lagrange方法定义,建立4种鸟体力学模型,定义撞速为450~650km/h,撞击位置为风挡对称线前1/3点、中点、后1/3点.重点研究了不同鸟体力学模型、不同撞击点对风挡鸟撞响应的影响,并对比两种常见的风挡材料在鸟撞下的响应.结果表明:采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法和自定义材料的鸟体模型可以模拟鸟体高速撞击风挡呈流体状飞溅的过程,并能准确预测风挡的鸟撞动态响应;风挡前部抵抗飞鸟撞击能力最强,中后部较弱.DYB-3航空有机玻璃风挡在鸟撞仿真中表现出较高的耐冲击性.

飞机层合风挡鸟撞击有限元数值模拟

建立了鸟撞击层合风挡三维有限元分析模型，对层合材料采用具有失效模型的率型本构模型，用非线性接触—碰撞有限元程序模拟了飞机层合风挡的鸟撞击动响应过程，给出了层合风挡鸟撞的计算实例，讨论了层合风挡结构被鸟冲击变形破坏的机理，数值模拟结果为层合风挡抗鸟撞击叠层设计提供了理论依据。

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。

力学在飞机结构设计中的应用与发展

首先阐述了飞机结构中的力学问题。基于我们近几年的研究工作,从若干方面介绍了力学在飞机结构设计中的应用与发展,如机身的广布疲劳损伤蔓延的断裂力学计算和风险评估,鸟撞驾驶舱盖和起落架落震的强度问题,以及低速冲击作用下机翼的复合材料层合板的脱层和基体断裂问题等。

基于可靠性的飞机风挡抗鸟撞优化设计

传统的飞机风挡设计通常在确定的工况下进行,未能充分考虑实际鸟撞风挡过程中不确定性因素的影响,导致飞机鸟撞风挡的故障多发。综合考虑鸟撞飞机风挡过程中鸟体材料参数、质量、撞击速度等不确定因素的影响,以飞机风挡抗鸟撞的可靠度为约束,风挡质量为目标,基于双循环方法和近似技术建立了风挡抗鸟撞可靠性优化设计系统,利用一阶矩法进行可靠性分析,对某飞机风挡进行了基于可靠性的优化设计。实例分析证明所建风挡抗鸟撞可靠性优化设计系统可行有效。