某夹芯结构抗鸟撞分析与设计

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaJan．252012Vol33No．168—76ISSN1000—6893CN11—1929／Vhttp：#hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cn文章编号：1000—6893(2012)01—0068—09某夹芯结构抗鸟撞分析与设计石霄鹏1，李玉龙1’*，刘军1，王意2，王冰2，陈鲁峰2，孙薇薇21．西北工业大学航空学院，陕西西安7100722．中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院，上海200232摘要：为了对某飞机中的挡

2、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。关键词：鸟撞；PAM-CRASH；鸟撞试验；数值模拟；蜂窝夹芯结构中图分类号：V214

3、．6文献标识码：A鸟撞事故是指飞机等飞行器与天空中飞行的鸟类相撞造成的飞行事故。随着航空事业的发展，近年来鸟撞引发的灾难性事故越来越多。据美国联合航空有关报告显示，1990--2008年间，美国民航共报告89727起动物与民航飞机相撞的事故，其中97．4％是由飞鸟造成的[1]。中国民航总局制定的《运输类飞机适航标准》中规定，对可能引起灾难性破坏的每一结构部分，在海平面至2450m的各种高度上，在巡航速度下，受到1．80kg(尾翼结构为3．6kg)的鸟的撞击时，飞机必须能够成功地完成该次飞行。为了满足适航标准的要求，必须对飞机典型结

4、构进行鸟撞试验。然而鸟撞试验费用高、周期长，数值模拟以其费用低、周期短的优点成为飞机结构抗鸟撞设计的重要手段，大大提高了飞机典型结构抗鸟撞设计的效率。由于鸟撞问题的高度非线性以及早期试验条件和计算机技术的限制，早期的鸟撞研究非常困难，多数设计都停留在反复改进、反复试验上。在德国学者Kuckuck[21于13届欧洲鸟撞委员会会议上提出的报告中，记载了为确定某种飞机风挡结构和机头雷达罩结构所进行的抗鸟撞试验过程。系列试验从1962年一直持续到1970年。在此过程中，设计者不断变换结构材料，改进风挡玻璃形式，改进前端框形式，对整体结构进

5、行加强，耗费了大量人力物力。利用数值模拟进行飞机结构抗鸟撞设计的历史可以追溯到20世纪90年代。Boroughs[3]在他的文章中记载了美国在一种飞机前风挡的研制中成功应用DYNA3D显式有限元分析软件进行抗鸟撞设计的全过程。初期的试验并不成功，工程师针对该飞机风挡建立了有限元模型，并对风挡上在试验中破坏的关键部位进行了鸟撞计算，从结果中分析破坏原因，并在原结构上加以改进。收稿日期：2011．04·18；退修日期：2011-05．18：录用日期：2011-09-06；网络出版时间：2011-10-3110：56网络出版地址：WWW

6、．cnki．net／kcms／detail／11．1929．V．20111031．1056．001．htTnlDOI：CNKI：11-1929／V．20111031．1056．001基金项目：国防科技工业民用专项科研技术研究项目"K-通讯作者．Tel．：029-88494859E-mail：liyulong@nwpu．edu．∞戮用格式tShiXP．LiYL．LiuJ．etal．Analysisanddesignforabird-strikeresistancesandwichstrl忙tur8．ActaAeronauticaet

7、AstronauticaSinica。2012．33(1)：68—76．石霉蓦．李玉竞．翘军．等．蓑夹芯结构抗鸟撞分斩与设计．航空学报，2012．33(1)：68．76．fi霄鹏等：某夹芯结构抗鸟撞分析与设计反复计算，直到风挡达到了抗鸟撞设计要求。在这一例子巾，有限元分析软件大大缩短rb机抗鸟撞结构设计的周期，节约了大量设计成本，充分体现了它作为抗鸟撞设计T具的高效性。意大利的Airoldi和Tagliapietra¨1也描述了一种飞机垂尾前缘抗鸟撞设计的全过程。他们首先建立了结构的有限元模型，而后分别对鸟体和结构材料进行了验证性

8、计算。之后对原始结构建立了有限元模型并进行了有限元分析计算，并在原始模型的基础上对模型进行改进。他们将最终的模拟结果与试验结果进行了对比，二者吻合良好。Ker—manidis等”3将数值计算与地面试验相结合，设计出一种新型的抗鸟撞复合材料平尾前缘。