飞机风挡鸟撞数值模拟研究

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。

目录

声明

1 绪论

1.1 引言

1.2 国内外研究现状及发展动态

1.3飞机风挡鸟撞过程仿真的复杂性

1.4本文主要工作

2 鸟撞风挡有限元模型研究

2.1引言

2.2 鸟撞飞机风挡基本控制方程

2.3 飞机风挡有限元模型

2.4鸟体有限元模型

2.5 鸟撞风挡有限元模型选择

2.6 鸟撞风挡有限元模型验证

2.7 本章小结

3 风挡鸟撞动响应分析

3.1 引言

3.1 不同撞速下的风挡动响应分析

3.3 风挡不同撞击位置的鸟撞响应

3.4 能量分析

3.5 风挡失效破坏研究

3.6 本章小结

4 飞机风挡改型设计与分析

4.1 引言

4.2 不同风挡材料抗鸟撞性能对比分析

4.3 风挡改型设计与分析

4.4 小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢