文档介绍：南京航空航天大学
博士学位论文
飞机典型结构抗鸟撞设计与分析
姓名:贾建
申请学位级别:博士
专业:飞行器设计
指导教师:丁运亮
2010-06
南京航空航天大学博士学位论文
摘要
飞机在起飞和着陆过程中以及在低空、高速飞机过程中,都可能和飞鸟发生碰
撞,鸟撞问题日益成为危及飞行安全的隐患,飞行器结构鸟撞问题越来越引起人们
的注意。飞机典型结构(如挡风玻璃、雷达罩、翼面前缘等)的抗鸟撞研究是各国
在飞机设计环节中需要注意的问题。对于结构抗鸟撞的设计最初通过实验来进行研
究,鸟撞试验也是最终、最有效的检验方法。常规的、全尺寸试验方法存在费时、
费力、成本高昂的缺陷。而且现有的鸟撞试验数据分散严重,因而对结构设计的指
导作用较低。随着计算机技术和有限元理论的发展,为了避免大量的鸟撞实验引起
过高的成本,通过引入有限元数值模拟办法对鸟撞问题进行研究,最终通过试验验
证的办法解决抗鸟撞设计是十分有效的方法。
本文首先分析了飞机鸟撞事故对飞机结构不同部位的破坏,在对鸟撞问题的特
点和国内外所运用研究方法进行总结的基础上开展了全面系统的研究。结合作者多
年来对军用飞机结构设计的经验,首先针对军用飞机特别是军用作战飞机的任务剖
面特点,对其复合材料结构和金属结构的抗鸟撞设计目标进行了探讨,提出了比较
明确的设计指标,对当前已有军、民用鸟撞规范进行了有益的补充。在鸟撞试验方
面,详细介绍了国内鸟撞试验方法、实验测量装置,结合作者所在成飞公司近年来
对某型飞机风挡开展的大量鸟撞试验,讨论和总结了鸟撞破坏过程、破坏位置、影
响因素等。在此基础上,利用大变形、粘弹性、接触—碰撞等有限元分析的基本理
论、首次在国内的飞机结构鸟撞仿真计算中,引入了光滑粒子法(SPH)与有限元
耦合的算法。通过与试验结果的对比,对该算法在鸟撞仿真中的应用进行了成功的
验证。本文系统阐述了该算法的基础理论,并利用 SPH 算法对飞机典型结构雷达罩、
机尾翼前缘模型进行了鸟撞仿真研究,得到了很有意义的结论。最后在对飞机典型
结构风挡、雷达罩、机尾翼前缘的试验与仿真研究的基础上,对飞机典型结构的抗
鸟撞设计准则进行了探讨。本文的研究成果对于今后新机研制中,结构抗鸟撞设计
与分析工作有一定的参考价值。
关键词: 飞机典型结构,鸟撞,SPH 方法,试验研究,有限元
I
飞机典型结构抗鸟撞设计与分析
ABSTRACT
With the development of high-speed performance at low altitude aircraft and highly
effective work on protecting eco-environment engineering, the problem of bird strike has
been ing a hidden trouble which increasingly endangers the flight safe. The
problem of aircraft structure bird strike has been brought to people’s notice more and
more. Great attention to anti-bird impact design of aircraft typical structures is paid by
aircraft designers in all countries. Anti-bird impact research starts from test that is final
and most effective verification method. But the full dimensional test is time-consuming,
laborious and high cost. Due to the dispersal result of bird strike test, it is difficult to
guide the structure design. Along with development puter techniques and finite
element theories, method which conjoins finite element numerical simulation and bird
strike test has been growing up in engineering practice, whic