飞机风挡鸟撞数值模拟研究

发布时间：2020-08-26 05:51

【摘要】：风挡是飞机上重要且易遭鸟撞击的部件之一,其抗鸟撞研究一直是每个国家在飞机设计过程中一个必不可少的过程。风挡鸟撞问题的研究一般采用试验或数值模拟等方法,鸟撞风挡的试验研究是最早、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有限元软件仿真模拟了飞机风挡鸟撞过程,主要开展研究了以下工作:(1)本文建立四种不同的有限元模型,通过与实验对比研究并确定最适合的风挡鸟撞模型。研究表明,采用SPH方法和自定义材料模型的模型四能较好地模拟鸟体高速撞击风挡呈流体状飞溅的过程,且风挡鸟撞响应结果与实验结果接近,可以准确预测风挡的鸟撞动态响应。(2)以撞击速度和撞击位置为变量,研究鸟体在速度450km/h~650km/h情况下和撞击位置在风挡前三分之一、中点、后三分之一点时风挡的响应情况以及风挡发生失效破坏的过程。研究表明,风挡表面的位移、应变、应力等随着鸟体撞击速度的增大而增大,且达到峰值的时间提前;风挡前部抗鸟撞能力最强,中点次之,后部抗鸟撞能力最差;风挡在弯曲作用下首先会在内表面发生失效破坏,撞速为600km/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。(3)以风挡材料和风挡曲率为对象,研究不同参数下风挡抗鸟撞性能,并为风挡改型设计提供建议。研究表明,DYB-3 PMMA风挡和曲率较大的风挡在鸟撞仿真中表现出较高的耐冲击性,对风挡改型设计建议是:在巡航速度较大的飞机或飞机气动载荷较大的部位选择DYB-3 PMMA这种经定向拉伸的有机玻璃,并且在满足飞行员视野的同时尽量增大风挡曲率以提高风挡抗鸟撞性能。
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V244.11
【图文】：

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器在空中飞行时与飞鸟或鸟群相撞所造成的事故通常称发展，现服役战机能执行更多低空高速的飞行任务，因[2-3]。1903 年莱特兄弟发明了第一架飞机，鸟撞事故随 1905 年 9 月 7 日，莱特兄弟驾驶飞机撞死一只飞鸟。1员死亡的鸟撞飞机事件，飞行员 Carl Rogers 驾驶飞机撞，致使飞机操纵失灵并坠海，造成飞行员殉难。截止的因鸟撞而坠毁的民用飞机 9 架、军用飞机 65 架，共来，世界各国鸟撞事件大幅度增加；美国空军发生的鸟；英国空军每年发生 700 起；德国空军和民航年平均 123～1997 年美国空军的鸟击事件每年多达 3000 起，经济损机的鸟击损失每年高达 2.6 亿美元，年停飞时间超过 68机鸟相撞要付出 100 多亿美元的代价[4]。图 1.1 为飞鸟

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图 1.4 鸟撞飞机风挡实验图图 1.5 风挡试验件鸟撞破坏图姚小虎、贾建东等采用国际通用测试飞机风挡玻璃抗鸟撞的实验方法，对 J7F 飞机圆弧风挡进行鸟撞试验，试验图见 1.6；风挡玻璃是锥角为 4°、厚度为 18mm 的圆锥面材料分别为进口（法国）S-1000 材料和国产 DYB-3 航空有机玻璃；实验测得 9 点 27 个方向的应变及 3 点的位移，结果表明：鸟体撞击风挡中点时，当鸟体速度在 570km/h 以下时，大部分风挡完好无损，个别风挡表面发生裂缝，在安全破坏范围内；鸟体速度在570 到 580km/h 之间时，所有风挡玻璃均发生破裂，但未发生严重破碎现象；当鸟体速度在 580km/h 以上时，所有玻璃均被击穿，碎块发生飞溅。如图 1.7；鸟体撞击风挡前三分之一位置时，风挡的抗鸟撞速度可达到 627km/h；而鸟体撞击风挡后弧框部位时，鸟体速度为 519km/h 时风挡就发生了破坏。

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【参考文献】