民機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和水上迫降分析與應(yīng)用研究.pdf

1、隨著我國(guó)大型民用飛機(jī)研制項(xiàng)目的啟動(dòng)，開發(fā)設(shè)計(jì)新型機(jī)身結(jié)構(gòu)是提高大型客機(jī)壽命、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、安全性和舒適性的有效手段。因此迫切需要開展民用飛機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的系統(tǒng)研究，其中包括對(duì)目前民機(jī)機(jī)身壁板結(jié)構(gòu)進(jìn)行剪切，軸壓載荷的試驗(yàn)與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析，以及整機(jī)水上迫降計(jì)算分析。
　　 首先，進(jìn)行了民機(jī)機(jī)身十六種構(gòu)型組裝壁板在剪切載荷下試驗(yàn)研究，得出壁板失效形式，破壞載荷以及許用剪流與桁條剖面積、框剖面積和蒙皮板厚的關(guān)系曲線。通過(guò)國(guó)外材料與國(guó)

2、產(chǎn)材料的壁板試驗(yàn)結(jié)果比較對(duì)使用張力場(chǎng)法計(jì)算的壁板剪切許用力進(jìn)行修正，修正后的壁板剪切應(yīng)力許用值只有4種構(gòu)型壁板的估算值略高于試驗(yàn)值，且偏差小于5％，滿足工程使用要求。通過(guò)名義壁板厚度與實(shí)測(cè)壁板厚度的許用剪流計(jì)算對(duì)比發(fā)現(xiàn)壁板破壞剪流計(jì)算值十分相近，說(shuō)明蒙皮厚度只要控制在合理的公差范圍內(nèi)，則蒙皮厚度的偏差對(duì)壁板剪切強(qiáng)度影響很小。
　　 其次，進(jìn)行了民機(jī)機(jī)身十一種構(gòu)型組裝壁板在軸壓載荷下試驗(yàn)研究，得出壁板失效形式和破壞載荷。在試驗(yàn)的基

3、礎(chǔ)上對(duì)三種工程算法進(jìn)行對(duì)比評(píng)估，發(fā)現(xiàn)“Johnson拋物線法”對(duì)此類構(gòu)型壁板計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)最為接近。建立了基于試驗(yàn)驗(yàn)證的壁板非線性有限元模型，進(jìn)行了組裝壁板截面尺寸敏感度分析，發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)桁的剖面積是壁板軸壓破壞載荷主要影響因素，敏感度指標(biāo)為44.2％，同時(shí)給出了該構(gòu)型壁板精確的軸壓載荷二次響應(yīng)面多項(xiàng)式。通過(guò)等重量設(shè)計(jì)的整體壁板有限元計(jì)算發(fā)現(xiàn)，其破壞形式與組裝壁板不同；整體壁板長(zhǎng)桁沒有明顯的彎扭，最終蒙皮達(dá)到塑性屈曲應(yīng)力發(fā)生壁板破壞；并且軸壓

4、破壞載荷相對(duì)組裝壁板提高了18.4％。根據(jù)有限元計(jì)算結(jié)果對(duì)整體壁板的“Johnson拋物線法”中的蒙皮有效寬度取法進(jìn)行定義。在試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，采用多島遺傳算法和序列二次規(guī)劃算法對(duì)整體壁板結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化后的壁板結(jié)構(gòu)強(qiáng)度保持不變，重量減輕了8.8％，對(duì)整體壁板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有很好的參考價(jià)值。
　　 最后分別建立了某型飛機(jī)的剛體與彈性體水上迫降模型，通過(guò)對(duì)水體用光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)（SPH）無(wú)網(wǎng)格單元進(jìn)行模擬，所得結(jié)果體現(xiàn)了

5、水體飛濺、晃動(dòng)對(duì)機(jī)體結(jié)構(gòu)墜撞的影響。通過(guò)飛機(jī)水上迫降剛體模型計(jì)算，得到飛機(jī)在迫降過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)軌跡和飛機(jī)各個(gè)部位的過(guò)載曲線，分析結(jié)果表明飛機(jī)起落架放下使迫降過(guò)程中整個(gè)機(jī)體產(chǎn)生橫向擺動(dòng)，增加了飛機(jī)橫向不穩(wěn)定性，因此最終確定了該型飛機(jī)最佳的水上迫降姿態(tài)為：起落架全收，襟翼全偏，最佳著水姿態(tài)角為7o。進(jìn)行了民機(jī)機(jī)身乘客段的局部彈性體水上迫降模型計(jì)算，得到機(jī)身結(jié)構(gòu)在水上墜撞過(guò)程中的沖擊響應(yīng)，校核了飛機(jī)在最大下沉速率情況下的機(jī)體結(jié)構(gòu)完整性，為民機(jī)機(jī)