圖 11 洛克西德 2馬丁公司研究的采用記憶合金作為作動(dòng)器的智能結(jié)構(gòu)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(jì)算能力的提高 ,結(jié)構(gòu)分析技術(shù)有以下幾
自從 20世紀(jì) 90年代末 ,隨著發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的
方面的進(jìn)展。 發(fā)展 ,飛機(jī)降落過(guò)程中的主要噪聲已變?yōu)槠鹇浼堋⒃錾b置和飛機(jī)機(jī)翼機(jī)身干擾產(chǎn)生的噪聲。為減
51 1 求解液固耦合的問(wèn)題
少艙外噪聲 ,波音公司和空客公司都對(duì)飛機(jī)的襟
目前影響該技術(shù)的主要問(wèn)題是在作動(dòng)器的速率、作動(dòng)力和作動(dòng)行程尚不能完全滿(mǎn)足飛機(jī)結(jié)構(gòu)變形的要求。通常采用的壓電陶瓷材料作動(dòng)器 ,其反應(yīng)速率很快 ,但作動(dòng)行程很小 ,力也相對(duì)小 ;另一種是鈦合金記憶合金作動(dòng)器 ,該作動(dòng)器的變形和力較大 ,但反應(yīng)速率較低。目前在無(wú)人機(jī)上進(jìn)行了試用 ,但在民用飛機(jī)上尚未使用。
5 飛機(jī)結(jié)構(gòu)分析技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向
在目前的有限元分析技術(shù)廣泛應(yīng)用的情況
箱中油的晃動(dòng)等。英國(guó) Cranfeild大學(xué)的 Rade Vignjevic教授利用有限元計(jì)算液固耦合問(wèn)題和采用離散元與結(jié)構(gòu)元混合算法 ,求解鳥(niǎo)撞到飛機(jī)結(jié)構(gòu)上的問(wèn)題、直升機(jī)著水撞擊問(wèn)題等 ,取得了和試驗(yàn)結(jié)果相符合的計(jì)算結(jié)果。圖 12和圖 13描述了這一方法計(jì)算的仿真情況。
51 2 結(jié)構(gòu)噪聲問(wèn)題的研究
降低噪聲 ,保護(hù)環(huán)境成為民用飛機(jī)的重要設(shè)計(jì)要求。 NASA從 2001年開(kāi)始實(shí)施了“安靜飛機(jī)技術(shù)項(xiàng)目 (QA T) ”。該項(xiàng)目的目標(biāo)是到 2007年將實(shí)現(xiàn)飛機(jī)噪聲降至 1997年的 50 %;進(jìn)一步研究 ,將實(shí)現(xiàn)降低噪聲至 25 %。歐洲的 ACARE (Advisory Council for Aeronautical Research in Europe)計(jì)劃 2020年的環(huán)境目標(biāo)是 :降低環(huán)境噪聲 50 %,二氧化碳排放 50 %,氮化物 80 %。
翼和起落架設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入的研究 ,在滿(mǎn)足增升效果和著陸功能的同時(shí) ,降低進(jìn)場(chǎng)噪聲。圖 14展示了飛機(jī)著陸過(guò)程中飛機(jī)噪聲分布情況。目前各國(guó)開(kāi)展的優(yōu)化襟翼合理位置的研究和采用帶包覆的多輪小車(chē)式起落架的研究 ,就是為了降低噪聲。
圖 14 飛機(jī)降落時(shí)的機(jī)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(jié)構(gòu)穩(wěn)定性技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展
通常滿(mǎn)足飛機(jī)靜強(qiáng)度是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn) ,在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步滿(mǎn)足氣動(dòng)彈性等設(shè)計(jì)要求。對(duì)于滿(mǎn)足靜強(qiáng)度的設(shè)計(jì) ,一般采用設(shè)計(jì)的工作應(yīng)力和結(jié)構(gòu)的承載能力 (許用應(yīng)力 )力求相等方法 ,即通常稱(chēng)為 “滿(mǎn)應(yīng)力設(shè)計(jì)”。
工作應(yīng)力可以通過(guò)有限元方法進(jìn)行計(jì)算 ,如用 NASTRAN程序。如果模型正確 ,可以得到較高的計(jì)算精度。對(duì)于結(jié)構(gòu)受拉面的許用應(yīng)力 ,主要取決于材料疲勞特性和結(jié)構(gòu)的損傷容限設(shè)計(jì)。但受拉面通常不是靜載荷的主要破壞情況。對(duì)于結(jié)構(gòu)受壓面的許用應(yīng)力 ,主要取決于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
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穩(wěn)定性破壞是結(jié)構(gòu)靜力試驗(yàn)的主要破壞情況。圖 15描述了上述關(guān)系。
圖 15 滿(mǎn)足靜強(qiáng)度的 “滿(mǎn)應(yīng)力”準(zhǔn)則 [14 ] Fig1 15 Principle for static strength design[13]
結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)密切相關(guān)的。如加筋板的穩(wěn)定性是和加筋條的密度和參數(shù)、翼肋間距、蒙皮和加筋條的組合有密切的聯(lián)系。解決結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性對(duì)于提高結(jié)構(gòu)承載能力 ,對(duì)減輕結(jié)構(gòu)重量起著重要作用。對(duì)于加筋板進(jìn)入大變形幾何非線性的 “過(guò)屈曲”的研究 ,是當(dāng)前仍在進(jìn)行的研究領(lǐng)域。特別是復(fù)合材料的穩(wěn)定性問(wèn)題成為確定該結(jié)構(gòu)承載能力的關(guān)鍵 ,也是該結(jié)構(gòu)的損傷容限研究的主要問(wèn)題之一。所以歐盟仍將穩(wěn)定性問(wèn)題列為當(dāng)前結(jié)構(gòu)強(qiáng)度研究的課題之一。
6 防雷擊技術(shù)
民用飛機(jī)飛行的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于軍用飛機(jī)。根據(jù)英國(guó)宇航公司的統(tǒng)計(jì) ,每架飛機(jī)每年將遇到一次雷擊情況。由于飛機(jī)處于高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下 ,在通過(guò)雷擊區(qū)時(shí) ,雷擊對(duì)機(jī)體直接造成的損傷要比靜止的情況輕許多。但雷擊給飛機(jī)帶來(lái)了以下問(wèn)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(zhì)量。
(2)
雷擊的直接損傷 :通常采用金屬機(jī)體前緣結(jié)構(gòu) ,增強(qiáng)導(dǎo)電性能。
(3)
雷電電磁場(chǎng)對(duì)航電設(shè)備的干擾 :采用電磁屏蔽措施。
(4)
雷電感應(yīng)電流燒蝕 :當(dāng)機(jī)體較長(zhǎng)的民用飛機(jī)穿過(guò)雷電區(qū)的巨大磁場(chǎng)時(shí) ,就像電動(dòng)機(jī)的動(dòng)子切割磁力線一樣 ,在飛機(jī)結(jié)構(gòu)中造成了巨大的
感應(yīng)電流。這種電流將會(huì)造成結(jié)構(gòu)燒毀的后果。一些飛機(jī)由于沒(méi)有采取足夠的措施而造成了結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重?zé)g。特別是大面積采用了導(dǎo)電性能不好的復(fù)合材料機(jī)體結(jié)構(gòu)情況下 ,解決防雷擊成為又一關(guān)鍵技術(shù)。
空客公司 A350飛機(jī)項(xiàng)目啟動(dòng)時(shí) ,復(fù)合材料防雷擊問(wèn)題成為該機(jī)是否大面積采用復(fù)合材料以代替金屬結(jié)構(gòu)的爭(zhēng)議的焦點(diǎn)。最終空客工程技術(shù)人員提出了
“混合結(jié)構(gòu)概念” ,即采用碳纖維復(fù)合材料壁板、加筋和接頭 ,而機(jī)身縱向構(gòu)件、梁是鋁合金 ,以作為復(fù)合材料的導(dǎo)電框架 ,保證電流的良
關(guān)于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的抗雷擊問(wèn)題 ,至今仍在研究之中。鋪設(shè)金屬網(wǎng)已得到普遍應(yīng)用 (圖 16)。但如何防止金屬網(wǎng)在使用過(guò)程中的損傷仍是需研究問(wèn)題之一。
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