圖 11 洛克西德 2馬丁公司研究的采用記憶合金作為作動器的智能結構舵面 [11 ] Fig111 Smart material structure demonstration using a memory al2 loy by Lockheed Martin[11]
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下 ,隨著計算能力的提高 ,結構分析技術有以下幾
自從 20世紀 90年代末 ,隨著發動機技術的
方面的進展。 發展 ,飛機降落過程中的主要噪聲已變為起落架、增升裝置和飛機機翼機身干擾產生的噪聲。為減
51 1 求解液固耦合的問題
少艙外噪聲 ,波音公司和空客公司都對飛機的襟
目前影響該技術的主要問題是在作動器的速率、作動力和作動行程尚不能完全滿足飛機結構變形的要求。通常采用的壓電陶瓷材料作動器 ,其反應速率很快 ,但作動行程很小 ,力也相對小 ;另一種是鈦合金記憶合金作動器 ,該作動器的變形和力較大 ,但反應速率較低。目前在無人機上進行了試用 ,但在民用飛機上尚未使用。
5 飛機結構分析技術的發展動向
在目前的有限元分析技術廣泛應用的情況
箱中油的晃動等。英國 Cranfeild大學的 Rade Vignjevic教授利用有限元計算液固耦合問題和采用離散元與結構元混合算法 ,求解鳥撞到飛機結構上的問題、直升機著水撞擊問題等 ,取得了和試驗結果相符合的計算結果。圖 12和圖 13描述了這一方法計算的仿真情況。
51 2 結構噪聲問題的研究
降低噪聲 ,保護環境成為民用飛機的重要設計要求。 NASA從 2001年開始實施了“安靜飛機技術項目 (QA T) ”。該項目的目標是到 2007年將實現飛機噪聲降至 1997年的 50 %;進一步研究 ,將實現降低噪聲至 25 %。歐洲的 ACARE (Advisory Council for Aeronautical Research in Europe)計劃 2020年的環境目標是 :降低環境噪聲 50 %,二氧化碳排放 50 %,氮化物 80 %。
翼和起落架設計進行了深入的研究 ,在滿足增升效果和著陸功能的同時 ,降低進場噪聲。圖 14展示了飛機著陸過程中飛機噪聲分布情況。目前各國開展的優化襟翼合理位置的研究和采用帶包覆的多輪小車式起落架的研究 ,就是為了降低噪聲。
圖 14 飛機降落時的機外噪聲分布情況的仿真 [13 ]
Fig114 Simulation of noise distribution outside an air2
craft during landing situation[13]
51 3 結構穩定性技術的應用和發展
通常滿足飛機靜強度是結構設計的出發點 ,在此基礎上進一步滿足氣動彈性等設計要求。對于滿足靜強度的設計 ,一般采用設計的工作應力和結構的承載能力 (許用應力 )力求相等方法 ,即通常稱為 “滿應力設計”。
工作應力可以通過有限元方法進行計算 ,如用 NASTRAN程序。如果模型正確 ,可以得到較高的計算精度。對于結構受拉面的許用應力 ,主要取決于材料疲勞特性和結構的損傷容限設計。但受拉面通常不是靜載荷的主要破壞情況。對于結構受壓面的許用應力 ,主要取決于結構穩定性。
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穩定性破壞是結構靜力試驗的主要破壞情況。圖 15描述了上述關系。
圖 15 滿足靜強度的 “滿應力”準則 [14 ] Fig1 15 Principle for static strength design[13]
結構穩定性是與結構設計密切相關的。如加筋板的穩定性是和加筋條的密度和參數、翼肋間距、蒙皮和加筋條的組合有密切的聯系。解決結構穩定性對于提高結構承載能力 ,對減輕結構重量起著重要作用。對于加筋板進入大變形幾何非線性的 “過屈曲”的研究 ,是當前仍在進行的研究領域。特別是復合材料的穩定性問題成為確定該結構承載能力的關鍵 ,也是該結構的損傷容限研究的主要問題之一。所以歐盟仍將穩定性問題列為當前結構強度研究的課題之一。
6 防雷擊技術
民用飛機飛行的時間遠遠大于軍用飛機。根據英國宇航公司的統計 ,每架飛機每年將遇到一次雷擊情況。由于飛機處于高速運動狀態下 ,在通過雷擊區時 ,雷擊對機體直接造成的損傷要比靜止的情況輕許多。但雷擊給飛機帶來了以下問題。
(1)靜電釋放
:目前通常采用良好的搭鐵和放電刷解決。空客公司采用鍍銀不銹鋼螺栓作為搭鐵與蒙皮的連接 ,以保證電流通路質量。
(2)
雷擊的直接損傷 :通常采用金屬機體前緣結構 ,增強導電性能。
(3)
雷電電磁場對航電設備的干擾 :采用電磁屏蔽措施。
(4)
雷電感應電流燒蝕 :當機體較長的民用飛機穿過雷電區的巨大磁場時 ,就像電動機的動子切割磁力線一樣 ,在飛機結構中造成了巨大的
感應電流。這種電流將會造成結構燒毀的后果。一些飛機由于沒有采取足夠的措施而造成了結構的嚴重燒蝕。特別是大面積采用了導電性能不好的復合材料機體結構情況下 ,解決防雷擊成為又一關鍵技術。
空客公司 A350飛機項目啟動時 ,復合材料防雷擊問題成為該機是否大面積采用復合材料以代替金屬結構的爭議的焦點。最終空客工程技術人員提出了
“混合結構概念” ,即采用碳纖維復合材料壁板、加筋和接頭 ,而機身縱向構件、梁是鋁合金 ,以作為復合材料的導電框架 ,保證電流的良
關于復合材料結構的抗雷擊問題 ,至今仍在研究之中。鋪設金屬網已得到普遍應用 (圖 16)。但如何防止金屬網在使用過程中的損傷仍是需研究問題之一。
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