客机中央翼舱段坠撞性能研究

摘要

飞机的坠撞安全性是指民用飞机应急着陆时机体结构具有的保护乘员生命安全的能力。中国民用航空总局颁布的《运输类飞机适航标准》中规定了飞机应急着陆时的动力要求。因此民用飞机的坠撞安全性成为飞机设计中不得不考虑的重要因素。目前国内外对大型客机中央翼舱段的坠撞性能研究还是一个空白。
　　本文首先阐述了针对于像中央翼舱段这种构造复杂、连接件众多的大尺寸结构的有限元模型简化方法，以及建模过程的几何清理和模型属性标注方法。然后使用这种建模方法建立了带中央翼舱段坠撞有限元模型。除机翼外，舱段结构的有限元模型用的都是板壳单元，其目的是希望得到比使用各种混合单元（板壳单元、梁单元等）更精确地模拟冲击过程中的弯曲和断裂情况，同时能更精确的计算出结构失效的能量吸收情况。最后使用这个模型分别在五个初始撞击速度下（2m/s，4m/s，6m/s，8m/s和10m/s）进行坠撞仿真，以此来分析中央翼舱段的坠撞性能。结果表明：
　　（1）该舱段结构坠撞过程中会发生回弹。中央翼舱段在2 m/s、4 m/s、6m/s、8m/s和10m/s初始撞击速度下舱段底部与蒙皮接触的接触载荷峰值都达到了106 N量级。随着初始撞击速度的增大，蒙皮与地面的最大接触载荷近似线性的增大。
　　（2）客舱舱段结构塑性变形的区域随着撞击速度增大而由舱段底部扩展到中央翼梁腹板。各工况下的结构变形都是舱段底部变形最大，中央翼盒结构次之，地板结构变形最小；各工况的结构变形对乘员空间的影响都不大。
　　（3）客机中央翼舱段结构的塑性变形和失效的材料随着初始撞击速度的增大而增多，距离接触面越近，失效的材料越多。坠撞过程的能量主要由中央翼下的龙骨梁、框来吸收。除2m/s初始速度的工况外，其它工况下机身框都发生了断裂。初始速度为2m/s、4m/s、6m/s、8m/s和10m/s的工况下塑性应变能占初始动能的比例分别为45.66％、84.31%、92.25%、85.58%和85.17%。
　　（4）地板导轨加速度幅值随着初始撞击速度的增大而呈非线性增大。10 m/s初始撞击速度下的加速度幅值为30g，与初始撞击速度为9.144 m/s波音737舱段坠撞试验最大加速度20.3g对比，中央翼舱段加速度峰值比文献的试验数据大很多。

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第一章 绪论

1.1 研究背景和研究意义

1.2飞机结构适坠性研究现状

1.3本文研究方法

1.4本文主要内容

第二章 飞机结构坠撞数值模拟方法

2.1飞机结构坠撞动力学特点

2.2冲击动力学数值模型网格

2.3拉格朗日控制方程求解方法

2.4接触约束条件

2.5 材料本构模型

2.6 本章小结

第三章 中央翼舱段结构动力学建模方法

3.1中央翼舱段结构动力学建模流程

3.2 中央翼舱段结构建模中的几何清理方法

3.3 中央翼舱段结构有限元模型单元类型

3.4 本章小结

第四章 中央翼舱段结构动力学模型

4.1中央翼舱段结构组成

4.2 中央翼舱段结构有限元模型

4.3本章小结

第五章 中央翼舱段结构坠撞仿真分析

5.1接触载荷分析

5.2 结构破坏与吸能分析

5.3 加速度响应分析

5.4本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

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