民用客机轮起着陆载荷计算方法研究开题报告
2020-04-21 16:06:15
1. 研究目的与意义(文献综述)
1 国内外研究发展现状
1.1 试验测试阶段
20世纪70年代起, 美国就开展了大量的飞机结构坠撞试验,为飞机适坠性设计提供了可靠的试验数据。【1】【2】faa以b737窄体机身段为研究对象就进行了不少的试验,提供了典型位置的加速度情况、全尺寸机身段结构的变形、假人所受到的冲击力响应以及客舱内部乘客的可生存空间的变形评估等。欧盟的适坠性研究虽然晚于美国,但投入力度却很大, 开展了覆盖内容十分广泛的研究, 在飞机结构适坠性的研究方面已取得了一定成果。这一阶段,最主要的试验就是积累数据,对以后的数值模型提供了大量的试验数据。对于国内而言,我国的航空工业发展较晚,由于经费和技术的原因,因此只能是在仿照国外试验的基础上,做了些小型试验,研究主要集中在单纯施加垂直初速度下民用飞机机身结构的适坠性 。
美国国家航空航天局(nasa)兰利研究中心开展了3次波音707机身框段垂直坠撞试验,并对分析和试验的相关性进行了评估口。美国联邦航空局(faa)以波音737飞机机身框段为研究对象],进行了2次全尺寸坠撞试验,撞击速度均为9.13m/s,撞击姿态为垂直正撞。同时建立了相关的有限元模型,通过试验结果验证了分析模型和分析方法,并研究了行李对能量吸收过程的影响和行李箱连接件在坠撞载荷下的响应。faa还开展了水平冲击状态下行李架连接件的动态响应特性研究。日本航空研究院以ys一11a飞机机身段为对象进行了坠撞试验和分析研究,开展了2次试验,一次撞击速度为6.1m/s,撞击姿态为垂直正撞,目的是模拟一种既严重、又可生存的坠撞环境,用于评估客舱冲击环境,并计算模型和分析方法;另一次撞击速度为9.13m/s,目的是在更严重的撞击环境下进行客舱冲击环境评估。欧盟开展了a320机身段坠撞试验,撞击速度为7m/s,安装了座椅、行李架和假人,撞击姿态为垂直正撞,利用获得的数据,验证了分析模型和分析方法的有效性。
1.2 模型的开发建立以及产生的之间的相关性的验证阶段
当然随着计算机技术的不断进步以及试验的高费用、长周期,就不得不运用计算机来模拟这一坠撞过程。【2】【3】【4】这一阶段主要是运用已经发展的计算机数值模型,建立和试验相当的数值模型,计算得到预定的碰撞条件下机身结构的各种响应,与已有的试验数据进行比较,特别是地板梁、座椅轨道处的加速度、假人身上的载荷以及客舱内生存空间的一系列数据都是衡量一个运输机/民用客机适坠性的指标,因此在进行比较时,试验和模型分析之间的相关性就显得非常重要,也由此产生的一系列模型的不断改进,来和试验数据相匹配【6】。
2. 研究的基本内容与方案
1 基本内容
飞机应急着陆wul坠撞载荷的分析计算往往是在其它设计载荷确定的基础上进行的。坠撞载荷的分析计算并非单独完成的,而是通过与其它静强度设计载荷情况进行对比并不断优化,直至获得相对完善的结果,因此要求飞机应急着陆wul坠撞载荷的计算模型和分析方法必须与飞机结构设计的其它静强度设计载荷模型和分析方法,特别是适航认证条款cs25.473、cs25.478和cs25.481所要求的飞机动态着陆载荷的模型与分析方法保持一致,从而使得动态载荷结果具有更可靠的可比性。本课题采用了分段模型法,拟通过建立局部触地部位的有限元模型,解决局部触地部位的载荷-变形本构,并采用局部等效单元得到着陆载荷。
2 目标
建立有效的部分机身分析模型,采用合理的荷载分析方法,得到部分触底的结构的荷载-变形本构关系以及荷载情况,利用得到的模型来分析传统的飞机结构参数对飞机轮起着陆载荷的影响,进而形成比较完善的飞机轮起着陆载荷分析模型。
3 采用的研究方法
采用通用显式动力分析程序ls-dyna,采用了分段模型法,拟通过建立局部触地部位的有限元模型,来模拟真实飞机轮起着陆高速碰撞过程的非线性动力冲击过程,得到载荷-变形(应力-应变)本构关系以及并采用局部等效单元得到着陆载荷。。因为与实验的无数次对比证实ls-dyna计算的可靠性,在工程应用领域被广泛认可为最佳的分析软件,所以采用ls-dyna分析程序具有一定的高效性和可靠性
3. 研究计划与安排
第1-3周:查阅相关书籍,了解论文研究所需要的相关知识,并且完成开题报告和外文翻译;
第4-6周:学习和了解飞机结构和轮起着陆的相关知识以及学习、熟练分析软件ls-dyna的使用;
第7-9周:建立飞机轮起着陆载荷分析模型,得到载荷-变形关系;
4. 参考文献(12篇以上)
【1】abramowitz a,smith t g, vu t, et al. vertical drop test of a narrow-body transport fuselagesection with overhead stowage bins[j], 2002.
带有顶置行李仓的窄体运输机机身段的垂直跌落试验。 2000年11月29日,美国联邦航空管理局(faa)对窄体运输飞机机身部分进行了垂直冲击试验,其中包括两种不同类型的舱内置物箱。从波音737-100飞机上的一个10英尺长的机身部分从14英尺高的跌落测试平台上掉下来,从而产生了每秒30英尺的撞击速度。测试的目的是评估在严重的、但可生存的影响条件下,两种负荷置物箱装置和机身结构的响应行为。
【2】jackson k e,fasanella e l. crash simulation of vertical drop tests of two boeing 737fuselage sections[j]. crash simulation of vertical drop tests of two boeingfuselage, 2002.
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