发动机一级转子抗鸟撞试验与数值模拟研究

鸟撞发动机在鸟撞事故中最容易造成飞机损坏失事的情况,为了研究发动机一级压气机转子抗鸟撞适航性能,对发动机转子在工作状态下进行鸟撞试验,鸟体质量为1000 g,撞击速度为195 m/s,发动机一级转子转速为8525 r/min;基于显式碰撞动力学分析软件PAM-CRASH建立相应的叶片鸟撞数值计算模型,通过与试验结果的对比来验证本文计算模型的合理性;根据发动机适航条例分析不同工况下发动机一级转子抗鸟撞性能。结果表明:大鸟撞击相比于中鸟鸟群和小鸟鸟群,对于叶片的撞击结果更加恶劣;叶尖位置撞击会引起叶尖部位的大变形,叶根和叶中位置撞击会引起叶片根部较大的集中应力,导致叶片断裂。

人工鸟研究进展及在飞机结构抗鸟撞中的应用

鸟撞是飞行安全的重要威胁,军机强度规范、民机和发动机适航标准均明确要求,须通过鸟撞试验等手段对结构抗鸟撞能力进行验证,并对鸟撞关键部位、鸟撞速度和鸟弹规格等给出明确规定。家禽鸟弹因个体差异因素导致鸟撞响应出现较大分散性,人工鸟弹成为该领域的重要研究方向,相关标准指出可使用人工鸟替代家禽实施鸟撞试验。介绍了明胶人工鸟的制备工艺,基于国内外鸟撞试验结果梳理,分析了人工鸟弹与家禽鸟弹动态一致性和可替代性;阐释了人工鸟弹形状和尺寸等因素对撞击响应的影响,给出了人工鸟本构模型及本构参数识别方法的最新进展与不足;梳理了人工鸟在鸟撞试验研究方面的应用现状及人工鸟标准化方面的展望。

泡沫夹层结构鸟撞仿真分析与试验验证

采用瞬态非线性有限元方法进行鸟撞仿真已成为鸟撞设计工作的主要内容。运用PAM-CRASH软件通过对泡沫夹层结构进行了鸟撞仿真分析。同时,对该泡沫夹层结构进行了鸟撞试验,并将试验结果与分析结果进行了对比,为模型及分析方法的验证提供了依据。

宽弦空心风扇叶片大鸟撞击试验研究

为了建立钛合金空心风扇单叶片大鸟撞击试验方法,针对宽弦钛合金空心风扇叶片开展了大鸟撞击叶片位置敏感性分析、鸟撞参数设计及鸟弹姿态控制研究,制定了大鸟撞击风扇叶片试验方案,完成了试验装置设计并进行了验证试验。结果表明:钛合金空心风扇叶片对大鸟撞击位置敏感性强,撞击最危险位置为50%叶高处;通过采用人工明胶鸟弹、优化弹托和增加泄压段,可有效提高鸟弹姿态控制精度;验证试验结果与设计预期吻合度良好,表明风扇叶片静止且鸟与风扇叶片的相对速度为工作状态下的大鸟撞击试验可有效模拟大鸟撞击叶片的冲击历程。

机翼前缘结构鸟撞仿真分析与试验验证

采用瞬态非线性有限元方法进行鸟撞仿真已成为鸟撞设计工作的主要内容。运用PAM-CRASH软件对四种不同前缘结构进行了仿真计算分析,选出了四种结构中的最优结构。同时,对选出的最优前缘结构进行了鸟撞试验,将试验得到的应变曲线和撞击力曲线与仿真结果进行对比,曲线趋势基本一致,说明仿真计算结果是合理的,为前缘结构的抗鸟撞设计及改型提供了参考。

民用客机短舱进气道唇口抗鸟撞试验研究与仿真分析

为了研究民用客机短舱进气道结构的抗鸟撞性能,本文针对复合材料层合板结构的短舱进气道开展了鸟撞试验研究,试验研究结果表明:短舱进气道结构出现了唇口与搭接带板铆接处发生撕裂、唇口与前墙连接处紧固件发生拉脱、前墙与内外壁板连接处发生凹陷变形、进气道外壁板出现裂纹等损伤。此外,采用PAM-CRASH软件对短舱进气道结构进行鸟撞试验的有限元仿真验证,数值仿真结果表明:鸟体撞击模式、撞击过程、唇口结构损伤形貌、进气道前墙以及内外壁板上的应变与试验结果基本一致,表明建立的鸟撞数值仿真模型能够较好地模拟短舱进气道唇口的变形和失效行为。鸟撞试验及数值仿真分析研究结果表明短舱进气道唇口尽管损伤严重但前墙未被击穿,验证了结构的抗鸟撞性能。该研究所得结果可为短舱进气道的结构设计提供参考。

民用飞机吊挂指形罩鸟撞分析

指形罩结构位于吊挂前缘,作为动力装置整流罩体的一部分,为吊挂及发动机提供气动外形,并为燃油、液压、电气、环控等系统管路提供保护和通路。指形罩的位置及功能决定了其结构必须满足鸟撞要求,承受鸟体撞击后不能影响飞机安全。通常采用鸟撞试验对指形罩结构抗鸟撞性能进行适航验证。为了降低适航验证周期和成本,一般通过鸟撞分析来降低取证试验的撞击点数量。介绍了一种吊挂指形罩鸟撞分析过程和方法,并对分析方法进行了工程试验验证,得到一种可靠的指形罩鸟撞分析方法,为类似的飞机整流结构的鸟撞分析提供了参考。

鸟撞风挡问题分析方法研究

因鸟撞问题引起的飞机结构破损等损失问题需要解决,采用对比分析的方法,对目前鸟撞风挡问题的地面试验法、工程计算法及有限元仿真法进行详细介绍,比较不同方法的适用条件、范围及其优劣。选取某飞机风挡层合玻璃作为研究对象,采用有限元仿真法,建立风挡鸟撞模型,利用任意拉格朗日欧拉耦合法(ALE)完成相关分析,结果得到鸟撞风挡的变形及其速度、加速度等参数,并总结鸟撞风挡问题的三种分析方法的优劣性,为飞机风挡设计提供参考。

钛合金空心风扇叶片模拟鸟撞研究

针对某钛合金空心风扇叶片,根据适航鸟撞条款的要求,开展叶片静止状态撞击参数敏感性分析,包括中鸟撞击不同叶片高度、不同鸟撞速度、不同发动机转速下叶片应力应变分布和叶片变形程度,以及大鸟撞击不同叶片高度叶片应力应变分布和叶片变形程度,得到中鸟鸟撞最危险的工况和大鸟鸟撞最危险、次危险工况。开展了叶片静止状态下的中鸟最危险工况试验,试验后叶片无损伤。开展了叶片静止状态下的大鸟次危险工况试验,试验后叶片有损伤,但未断裂。两个试验与仿真结果吻合良好,研究可为空心风扇叶片强度设计验证和旋转状态下鸟撞试验提供支撑。

挡风玻璃抗鸟撞性能仿真分析

本文对一种新头型列车用挡风玻璃进行了抗鸟撞性能仿真分析,提供了一种挡风玻璃抗鸟撞性能的仿真分析方法,对一种新头型司机室挡风玻璃夹层风挡抗鸟撞性能进行冲击仿真分析,给出了该风挡受到冲击后的损伤结果,供挡风玻璃设计、生产使用。

扩散连接空心瓦伦结构抗冲击强度分析

针对发动机空心叶片的钛合金三层空心瓦伦结构,分析了不同瓦伦结构特征参数对抗冲击强度的影响试验。通过有限元数值模拟和逆向分析的手段,估算出钛合金空心瓦伦焊缝的失效强度。对数值模拟结果进行分析,得到在冲击载荷下相邻瓦伦夹角、焊缝长度与扩散连接焊焊缝失效强度之间的关系,为空心风扇叶片等空心瓦伦结构零部件的设计和抗冲击强度分析提供参考。

基于满足民用、军用飞机规范要求的八磅鸟撞试验室规划设计

提出一种八磅鸟撞试验室设计规划、需配置的基本系统。简单介绍鸟撞试验发射系统、速度测量系统、瞬态应力测量系统、瞬态位移测量系统、高速摄影录相、撞击力测量系统、仿真分析与数据处理系统的基本实施原理。概述八磅鸟撞试验室建成后的实际应用成果。

用于鸟撞试验的仿真鸟弹研究

对用于飞机结构抗鸟撞试验的仿真鸟弹进行了研究,给出了配方,其基体材料为明胶和水。密度是仿真鸟弹的关键参数,通过工艺流程和添加调质材料对其进行控制。鸟弹外形尺寸和重量由模具保证,制作出了满足规范要求的1.8kg标准形态鸟弹。利用4块12mm厚的铝板,进行了3次真实鸟弹试验和1次仿真鸟弹的鸟撞对比试验。试验结果表明,仿真鸟弹具有足够的强度可承受发射过载。同时仿真鸟弹与真实鸟弹的动态变形模式以及结构动态应变响应时间历程基本一致。其结构动态应变响应最大值仅相差3.2%,而结构残余变形相差8.7%。上述结果证明了本文研制的仿真鸟弹可以在结构抗鸟撞试验研究中替代真实鸟弹。

某夹芯结构抗鸟撞分析与设计

为了对某飞机中的挡板结构进行优化设计,以PAM-CRASH显式有限元分析软件作为平台,对某飞机中的蜂窝夹芯挡板结构地面抗鸟撞试验过程进行了数值仿真分析,并将挡板结构破坏失效的数值模拟结果与试验结果进行了对比,二者的一致性表明了抗鸟撞计算方法的合理性。在此基础上对原挡板结构设计进行改进,并利用鸟撞计算方法考核其抗鸟撞性能。最后,对改进结构进行了地面鸟撞试验。试验结果表明改进结构能够满足抗鸟撞设计要求,表明了设计方法的合理性,为飞机结构抗鸟撞设计提供了一定的技术支持。

某型飞机平尾前缘抗鸟撞优化设计

进行了某型飞机部分平尾前缘结构的抗鸟撞优化设计。通过有限元分析对比研究了蒙皮厚度、翼肋个数、隔板对平尾前缘抗鸟撞性能的影响。从分析结果可以看出,增加隔板的方案对结构抗鸟撞性能的提高最明显。然后,进行了增加隔板的平尾前缘结构鸟撞试验,试验结果与模拟结果吻合良好,满足结构的抗鸟撞要求。

发动机风扇转子旋转状态下鸟撞试验研究

以发动机风扇转子为研究对象,参考适航标准完成真空、旋转状态下的风扇转子鸟撞击试验。对试验后的风扇转子叶片进行损伤分析,试验结果显示:风扇转子叶片出现了叶尖断裂,前缘撕裂、凹陷、卷边,凸肩错位、搭接,掉块等损伤。利用PAM-CRASH冲击分析软件进行仿真分析,仿真结果显示:鸟弹撞击模式、撞击过程、叶片及凸肩损伤模式与试验结果基本一致,叶片最大损伤与试验结果基本相同,但损伤叶片数量少于试验结果。通过试验及仿真分析完成了该发动机风扇转子鸟撞击能力考核,叶片损伤严重但仍在风扇机匣包容性控制范围内,不会出现高能碎片飞出从而影响飞机安全的情况。本文试验及仿真分析方法可为其他风扇转子类鸟撞击试验提供参考依据。

鸟撞平板试验与鸟体本构参数识别方法

准确可靠的鸟体本构模型与参数是开展结构抗鸟撞分析和设计的基础。为获取鸟体本构参数,在139m/s的速度下,开展鸟体撞击铝合金薄板试验,并测得了撞击载荷、平板变形和应变数据;结合ISIGHT和PAM-CRASH软件,以薄板被撞击位置的法向变形为优化目标,提出一种鸟体本构参数识别方法。将识别得到的参数代入数值模型并开展数值分析,提取平板变形结果和撞击载荷数据,并与试验测试数据进行比较。结果表明,平板变形仿真结果与试验数据具有很好的一致性,撞击载荷分析结果与试验数据基本一致,证明了本文所建立的鸟体本构参数识别方法的有效性。