民机机身段和舱内设施坠撞试验及结构适坠性评估.pdf

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaSep252013Vol34No92130—2140ISSN1000—6893ON11-1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cn民机机身段和舱内设施坠撞试验及结构适坠性评估刘小川1，郭军2，孙侠生1’2一，牟让科21．西北工业大学航空学院，陕西西安7100722．中国飞机强度研究所，陕西西安710065摘要：为研究典型民机机身段和内部设施的适坠性，设计并制造了7个框距的全尺寸机身段结构，安装了典型的舱内设施，包括3排航空座椅

2、和2套行李架，建立了机身段结构和舱内设施的撞击有限元模型，通过预试验分析，确定乘员可生存的垂直坠撞速度为7m／s。坠撞试验中，撞击平台材料为木质，撞击平台下方放置了12个载荷传感器，乘员由15个假人模拟，其中4个假人安装了传感器，行李用配重替代。撞击载荷、结构和假人的加速响应由动态数据采集设备(DAs)测量，并与图像测量同步，给出了数据处理方法和典型的结构、假人响应曲线。通过对撞击过程中机身段结构的能量吸收过程和机理进行分析，提出了3条提高机身结构适坠性的设计思路。根据适航条例对结构适坠性的要求和人体伤害指标，提出了综合适坠性评估指数(ICI)的概念

3、，可对民机结构适坠性进行量化评估，并根据该评估方法和试验结果，对典型机身段的结构适坠性进行了评估。评估结果表明，在给定的坠撞环境下，机身段结构的适坠性满足适航规章的要求。关键词：民机；机身段；适坠性；坠撞试验；适坠性评估中图分类号：V271．1文献标识码：A文章编号：10006893(2013)09—2130—11我国正在研制大型客机，未来大型客机的四大特征是安全、经济、环保和舒适[1]，安全是最基本的要求，民机结构适坠性指的是民用飞机结构在应急着陆情况下抵抗坠撞载荷、保护乘员生命安全的能力，是结构安全性的重要体现，我国运输类飞机适航标准对结构适坠性

4、都提出了明确要求[2]，欧美航空工业界已将结构适坠性纳入飞机结构设计流程中，作为结构设计的约束条件之一。对于常规布局民用飞机，机身客舱下部结构在坠撞能量吸收过程中起着显著作用，对于同等撞击条件，在满足结构完整性要求的前提下，其能量吸收能力越强，客舱平均过载就越低，相应的乘员生存可能性就越高。民机典型机身结构坠撞试验是评估结构适坠性最直接的手段，由于坠撞试验为破坏性试验，试验成本极高，难以通过全机试验来研究各种坠撞环境下的结构适坠性。因此，可行的方法是以民机典型机身段结构为研究对象，建立其分析模型，通过特定环境下的坠撞试验对分析方法和评估方法进行验证，

5、并基于经过验证的分析方法和评估方法，对不同坠撞环境下的民机典型机身段结构的适坠性进行综合评估，最终给出相关设计包线。美国国家航空航天局(NASA)兰利研究中心开展了3次波音707机身框段垂直坠撞试验，并收稿日期：2012—11—25；退修日期：2013-01—21；录用日期：2013—03—21；网络出版时间：2013—04—2318：41网络出版地址：WWWcnkinet／kcms／delail／11．1929．V．201304231841．001htmI基金项目：工信部民机科研项目*通讯作者Tel．：029—88268868E—mail：sunx

6、s623@avic．com．CR朝髑格式：LIuXC，GuoJ·SunXS，etal．Droptestandstructurecrashworthinessevaluationofcivilairplanefuselagesectionwithcabinin．teriors．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2013．34(9)：2130-2140．胡小期．郭军，孙侠生。等民枧机身段和舱内设施坠撞试验及结构适坠性评估航空学报．2013，34(9)：2130-2140．刘I]、JlI等：民机机身段和舱内设施坠撞试验

7、及结构适坠性评估对分析和试验的相关性进行了评估[3]。美国联邦航空局(FAA)以波音737飞机机身框段为研究对象H。6]，进行了2次全尺寸坠撞试验，撞击速度均为9．13m／s，撞击姿态为垂直正撞。其中一个框段在客舱内安装了两种不同类型行李箱，在客舱地板下部放置了行李；另一个是在地板下部安装了副油箱。两个框段进行坠撞试验时均安装了座椅和假人，测试了撞击过程中的假人响应、典型部位的加速度、行李架连接件的载荷等数据。同时建立了相关的有限元模型，通过试验结果验证了分析模型和分析方法，并研究了行李对能量吸收过程的影响和行李箱连接件在坠撞载荷下的响应。FAA还开

8、展了水平冲击状态下行李架连接件的动态响应特性研究。日本航空研究院以YS一11A飞机机身段为对象进行了坠撞试验