【摘要】：風(fēng)擋是飛機(jī)上重要且易遭鳥(niǎo)撞擊的部件之一,其抗鳥(niǎo)撞研究一直是每個(gè)國(guó)家在飛機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中一個(gè)必不可少的過(guò)程。風(fēng)擋鳥(niǎo)撞問(wèn)題的研究一般采用試驗(yàn)或數(shù)值模擬等方法,鳥(niǎo)撞風(fēng)擋的試驗(yàn)研究是最早、最基本的方法,而有限元仿真是最方便且有效的工具。本文采用ANSYS/LS-DYNA有限元軟件仿真模擬了飛機(jī)風(fēng)擋鳥(niǎo)撞過(guò)程,主要開(kāi)展研究了以下工作:(1)本文建立四種不同的有限元模型,通過(guò)與實(shí)驗(yàn)對(duì)比研究并確定最適合的風(fēng)擋鳥(niǎo)撞模型。研究表明,采用SPH方法和自定義材料模型的模型四能較好地模擬鳥(niǎo)體高速撞擊風(fēng)擋呈流體狀飛濺的過(guò)程,且風(fēng)擋鳥(niǎo)撞響應(yīng)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果接近,可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)風(fēng)擋的鳥(niǎo)撞動(dòng)態(tài)響應(yīng)。(2)以撞擊速度和撞擊位置為變量,研究鳥(niǎo)體在速度450km/h~650km/h情況下和撞擊位置在風(fēng)擋前三分之一、中點(diǎn)、后三分之一點(diǎn)時(shí)風(fēng)擋的響應(yīng)情況以及風(fēng)擋發(fā)生失效破壞的過(guò)程。研究表明,風(fēng)擋表面的位移、應(yīng)變、應(yīng)力等隨著鳥(niǎo)體撞擊速度的增大而增大,且達(dá)到峰值的時(shí)間提前;風(fēng)擋前部抗鳥(niǎo)撞能力最強(qiáng),中點(diǎn)次之,后部抗鳥(niǎo)撞能力最差;風(fēng)擋在彎曲作用下首先會(huì)在內(nèi)表面發(fā)生失效破壞,撞速為600km/h的風(fēng)擋發(fā)生失效破壞后,在撞擊區(qū)域形成多條與風(fēng)擋對(duì)稱線呈大約50°夾角的裂紋及少部分橫向裂紋。(3)以風(fēng)擋材料和風(fēng)擋曲率為對(duì)象,研究不同參數(shù)下風(fēng)擋抗鳥(niǎo)撞性能,并為風(fēng)擋改型設(shè)計(jì)提供建議。研究表明,DYB-3 PMMA風(fēng)擋和曲率較大的風(fēng)擋在鳥(niǎo)撞仿真中表現(xiàn)出較高的耐沖擊性,對(duì)風(fēng)擋改型設(shè)計(jì)建議是:在巡航速度較大的飛機(jī)或飛機(jī)氣動(dòng)載荷較大的部位選擇DYB-3 PMMA這種經(jīng)定向拉伸的有機(jī)玻璃,并且在滿足飛行員視野的同時(shí)盡量增大風(fēng)擋曲率以提高風(fēng)擋抗鳥(niǎo)撞性能。
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：V244.11
【圖文】：

器在空中飛行時(shí)與飛鳥(niǎo)或鳥(niǎo)群相撞所造成的事故通常稱發(fā)展，現(xiàn)服役戰(zhàn)機(jī)能執(zhí)行更多低空高速的飛行任務(wù)，因[2-3]。1903 年萊特兄弟發(fā)明了第一架飛機(jī)，鳥(niǎo)撞事故隨 1905 年 9 月 7 日，萊特兄弟駕駛飛機(jī)撞死一只飛鳥(niǎo)。1員死亡的鳥(niǎo)撞飛機(jī)事件，飛行員 Carl Rogers 駕駛飛機(jī)撞，致使飛機(jī)操縱失靈并墜海，造成飛行員殉難。截止的因鳥(niǎo)撞而墜毀的民用飛機(jī) 9 架、軍用飛機(jī) 65 架，共來(lái)，世界各國(guó)鳥(niǎo)撞事件大幅度增加；美國(guó)空軍發(fā)生的鳥(niǎo)；英國(guó)空軍每年發(fā)生 700 起；德國(guó)空軍和民航年平均 123～1997 年美國(guó)空軍的鳥(niǎo)擊事件每年多達(dá) 3000 起，經(jīng)濟(jì)損機(jī)的鳥(niǎo)擊損失每年高達(dá) 2.6 億美元，年停飛時(shí)間超過(guò) 68機(jī)鳥(niǎo)相撞要付出 100 多億美元的代價(jià)[4]。圖 1.1 為飛鳥(niǎo)

圖 1.4 鳥(niǎo)撞飛機(jī)風(fēng)擋實(shí)驗(yàn)圖 圖 1.5 風(fēng)擋試驗(yàn)件鳥(niǎo)撞破壞圖姚小虎、賈建東等采用國(guó)際通用測(cè)試飛機(jī)風(fēng)擋玻璃抗鳥(niǎo)撞的實(shí)驗(yàn)方法，對(duì) J7F 飛機(jī)圓弧風(fēng)擋進(jìn)行鳥(niǎo)撞試驗(yàn)，試驗(yàn)圖見(jiàn) 1.6；風(fēng)擋玻璃是錐角為 4°、厚度為 18mm 的圓錐面材料分別為進(jìn)口（法國(guó)）S-1000 材料和國(guó)產(chǎn) DYB-3 航空有機(jī)玻璃；實(shí)驗(yàn)測(cè)得 9 點(diǎn) 27 個(gè)方向的應(yīng)變及 3 點(diǎn)的位移，結(jié)果表明：鳥(niǎo)體撞擊風(fēng)擋中點(diǎn)時(shí)，當(dāng)鳥(niǎo)體速度在 570km/h 以下時(shí)，大部分風(fēng)擋完好無(wú)損，個(gè)別風(fēng)擋表面發(fā)生裂縫，在安全破壞范圍內(nèi)；鳥(niǎo)體速度在570 到 580km/h 之間時(shí)，所有風(fēng)擋玻璃均發(fā)生破裂，但未發(fā)生嚴(yán)重破碎現(xiàn)象；當(dāng)鳥(niǎo)體速度在 580km/h 以上時(shí)，所有玻璃均被擊穿，碎塊發(fā)生飛濺。如圖 1.7；鳥(niǎo)體撞擊風(fēng)擋前三分之一位置時(shí)，風(fēng)擋的抗鳥(niǎo)撞速度可達(dá)到 627km/h；而鳥(niǎo)體撞擊風(fēng)擋后弧框部位時(shí)，鳥(niǎo)體速度為 519km/h 時(shí)風(fēng)擋就發(fā)生了破壞。

圖 1.4 鳥(niǎo)撞飛機(jī)風(fēng)擋實(shí)驗(yàn)圖 圖 1.5 風(fēng)擋試驗(yàn)件鳥(niǎo)撞破壞圖姚小虎、賈建東等采用國(guó)際通用測(cè)試飛機(jī)風(fēng)擋玻璃抗鳥(niǎo)撞的實(shí)驗(yàn)方法，對(duì) J7F 飛機(jī)圓弧風(fēng)擋進(jìn)行鳥(niǎo)撞試驗(yàn)，試驗(yàn)圖見(jiàn) 1.6；風(fēng)擋玻璃是錐角為 4°、厚度為 18mm 的圓錐面材料分別為進(jìn)口（法國(guó)）S-1000 材料和國(guó)產(chǎn) DYB-3 航空有機(jī)玻璃；實(shí)驗(yàn)測(cè)得 9 點(diǎn) 27 個(gè)方向的應(yīng)變及 3 點(diǎn)的位移，結(jié)果表明：鳥(niǎo)體撞擊風(fēng)擋中點(diǎn)時(shí)，當(dāng)鳥(niǎo)體速度在 570km/h 以下時(shí)，大部分風(fēng)擋完好無(wú)損，個(gè)別風(fēng)擋表面發(fā)生裂縫，在安全破壞范圍內(nèi)；鳥(niǎo)體速度在570 到 580km/h 之間時(shí)，所有風(fēng)擋玻璃均發(fā)生破裂，但未發(fā)生嚴(yán)重破碎現(xiàn)象；當(dāng)鳥(niǎo)體速度在 580km/h 以上時(shí)，所有玻璃均被擊穿，碎塊發(fā)生飛濺。如圖 1.7；鳥(niǎo)體撞擊風(fēng)擋前三分之一位置時(shí)，風(fēng)擋的抗鳥(niǎo)撞速度可達(dá)到 627km/h；而鳥(niǎo)體撞擊風(fēng)擋后弧框部位時(shí)，鳥(niǎo)體速度為 519km/h 時(shí)風(fēng)擋就發(fā)生了破壞。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2804789