图 11 洛克西德 2马丁公司研究的采用记忆合金作为作动器的智能结构舵面 [11 ] Fig111 Smart material structure demonstration using a memory al2 loy by Lockheed Martin[11]
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下 ,随着计算能力的提高 ,结构分析技术有以下几
自从 20世纪 90年代末 ,随着发动机技术的
方面的进展。 发展 ,飞机降落过程中的主要噪声已变为起落架、增升装置和飞机机翼机身干扰产生的噪声。为减
51 1 求解液固耦合的问题
少舱外噪声 ,波音公司和空客公司都对飞机的襟
目前影响该技术的主要问题是在作动器的速率、作动力和作动行程尚不能完全满足飞机结构变形的要求。通常采用的压电陶瓷材料作动器 ,其反应速率很快 ,但作动行程很小 ,力也相对小 ;另一种是钛合金记忆合金作动器 ,该作动器的变形和力较大 ,但反应速率较低。目前在无人机上进行了试用 ,但在民用飞机上尚未使用。
5 飞机结构分析技术的发展动向
在目前的有限元分析技术广泛应用的情况
箱中油的晃动等。英国 Cranfeild大学的 Rade Vignjevic教授利用有限元计算液固耦合问题和采用离散元与结构元混合算法 ,求解鸟撞到飞机结构上的问题、直升机着水撞击问题等 ,取得了和试验结果相符合的计算结果。图 12和图 13描述了这一方法计算的仿真情况。
51 2 结构噪声问题的研究
降低噪声 ,保护环境成为民用飞机的重要设计要求。 NASA从 2001年开始实施了“安静飞机技术项目 (QA T) ”。该项目的目标是到 2007年将实现飞机噪声降至 1997年的 50 %;进一步研究 ,将实现降低噪声至 25 %。欧洲的 ACARE (Advisory Council for Aeronautical Research in Europe)计划 2020年的环境目标是 :降低环境噪声 50 %,二氧化碳排放 50 %,氮化物 80 %。
翼和起落架设计进行了深入的研究 ,在满足增升效果和着陆功能的同时 ,降低进场噪声。图 14展示了飞机着陆过程中飞机噪声分布情况。目前各国开展的优化襟翼合理位置的研究和采用带包覆的多轮小车式起落架的研究 ,就是为了降低噪声。
图 14 飞机降落时的机外噪声分布情况的仿真 [13 ]
Fig114 Simulation of noise distribution outside an air2
craft during landing situation[13]
51 3 结构稳定性技术的应用和发展
通常满足飞机静强度是结构设计的出发点 ,在此基础上进一步满足气动弹性等设计要求。对于满足静强度的设计 ,一般采用设计的工作应力和结构的承载能力 (许用应力 )力求相等方法 ,即通常称为 “满应力设计”。
工作应力可以通过有限元方法进行计算 ,如用 NASTRAN程序。如果模型正确 ,可以得到较高的计算精度。对于结构受拉面的许用应力 ,主要取决于材料疲劳特性和结构的损伤容限设计。但受拉面通常不是静载荷的主要破坏情况。对于结构受压面的许用应力 ,主要取决于结构稳定性。
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稳定性破坏是结构静力试验的主要破坏情况。图 15描述了上述关系。
图 15 满足静强度的 “满应力”准则 [14 ] Fig1 15 Principle for static strength design[13]
结构稳定性是与结构设计密切相关的。如加筋板的稳定性是和加筋条的密度和参数、翼肋间距、蒙皮和加筋条的组合有密切的联系。解决结构稳定性对于提高结构承载能力 ,对减轻结构重量起着重要作用。对于加筋板进入大变形几何非线性的 “过屈曲”的研究 ,是当前仍在进行的研究领域。特别是复合材料的稳定性问题成为确定该结构承载能力的关键 ,也是该结构的损伤容限研究的主要问题之一。所以欧盟仍将稳定性问题列为当前结构强度研究的课题之一。
6 防雷击技术
民用飞机飞行的时间远远大于军用飞机。根据英国宇航公司的统计 ,每架飞机每年将遇到一次雷击情况。由于飞机处于高速运动状态下 ,在通过雷击区时 ,雷击对机体直接造成的损伤要比静止的情况轻许多。但雷击给飞机带来了以下问题。
(1)静电释放
:目前通常采用良好的搭铁和放电刷解决。空客公司采用镀银不锈钢螺栓作为搭铁与蒙皮的连接 ,以保证电流通路质量。
(2)
雷击的直接损伤 :通常采用金属机体前缘结构 ,增强导电性能。
(3)
雷电电磁场对航电设备的干扰 :采用电磁屏蔽措施。
(4)
雷电感应电流烧蚀 :当机体较长的民用飞机穿过雷电区的巨大磁场时 ,就像电动机的动子切割磁力线一样 ,在飞机结构中造成了巨大的
感应电流。这种电流将会造成结构烧毁的后果。一些飞机由于没有采取足够的措施而造成了结构的严重烧蚀。特别是大面积采用了导电性能不好的复合材料机体结构情况下 ,解决防雷击成为又一关键技术。
空客公司 A350飞机项目启动时 ,复合材料防雷击问题成为该机是否大面积采用复合材料以代替金属结构的争议的焦点。最终空客工程技术人员提出了
“混合结构概念” ,即采用碳纤维复合材料壁板、加筋和接头 ,而机身纵向构件、梁是铝合金 ,以作为复合材料的导电框架 ,保证电流的良
关于复合材料结构的抗雷击问题 ,至今仍在研究之中。铺设金属网已得到普遍应用 (图 16)。但如何防止金属网在使用过程中的损伤仍是需研究问题之一。
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