民机机身框段和全机坠撞响应的对比研究

作     者：惠旭龙 刘小川 白春玉 韩鹤朝 张欣玥 李肖成 薛璞 牟让科 杨先锋 

作者机构：中国飞机强度研究所强度与结构完整性全国重点实验室 结构冲击动力学航空科技重点实验室 陕西省飞行器振动冲击与噪声重点实验室 西北工业大学航空学院 北京航空航天大学航空科学与工程学院 

出 版 物：《航空学报》 (Acta Aeronautica et Astronautica Sinica)

年 卷 期：2025年

核心收录：

学科分类：08[工学] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

主　　题：冲击动力学 民用飞机 全机坠撞 框段坠撞 坠撞响应 对比分析 

摘      要：飞机的坠撞性能是其结构安全性设计和评价的关注焦点，而机身框段与全机结构坠撞响应的关系是一直未厘清的问题之一。本文首先以典型民机全机和含舱门机身框段为对象，开展垂直坠撞实验研究，对实验结果进行对比分析。然后建立典型民机全机坠撞动力学模型，基于全机坠撞实验数据对模型进行验证。进一步通过模型剪裁方法获得含舱门机身框段、前机身等直段以及后机身等直段坠撞动力学模型，开展实验工况下的仿真分析，并基于仿真计算结果探讨不同机身框段坠撞响应与全机坠撞响应之间的差异性。结果表明：建立的全机坠撞动力学模型具有较高的预测精度，机体动响应和损伤预测结果与实验结果一致性较好，机身框段模型的剪裁方法准确；含舱门机身框段和后机身等直段的地板下部结构变形、地板加速度均小于全机结构，加速度峰值最大偏差达13.6%，破坏模式也相差较大。而前机身等直段的地板下部结构变形大于全机结构，但地板加速度仍小于全机结构，加速度峰值最大偏差达17.2%，揭示了全机与机身框段实验件的边界条件和能量输入差异是造成坠撞响应存在较大区别的本质原因；在飞机适坠性验证和评估中，针对不同的验证目标要采用不同的验证方法和对象，采用全机结构进行适坠性验证最为真实，采用框段结构可对坠撞仿真模型进行验证，可以支撑基于仿真分析的飞机适坠性评估；此外，含舱门机身段和后机身等直段在坠撞过程中受飞机机头和尾部收缩段的影响较大，不宣作为飞机适坠性的验证对象。采用前机身等直段作为飞机适坠性验证对象时，需要对实验件的端框进行加强，尽可能模拟实际的边界刚度条件。