航空轮胎爆破防护设计研究

飞机轮胎爆破引发的航空事故屡见不鲜,造成的事故甚至是灾难性的,因此民用飞机轮胎爆破防护设计必须通过适航认证.飞机起落架舱内布置有液压、压力信号器等系统关键设备,因此必须针对关键系统设备加装防护罩,保证在飞机轮胎发生爆破的情况下尽量减小对关键系统设备的伤害,以保障飞机系统安全.本文系统地研究了起落架舱内防护设计流程及方法,具体包括轮胎爆破防护设计准则和设计流程、轮胎爆破空气喷流模式试验研究、防护罩方案及防护验证试验技术等,航空轮胎爆破防护设计是系统性工作,本文的研究将对航空轮胎爆破防护设计提供一定的参考.     

飞机轮胎爆破模式浅析

轮胎和机轮失效在航空事故中较为常见,失效过程通常是突然而且剧烈的,后果不容忽视,需要对轮胎爆破进行适航认证.轮胎失效通常与胎内裂缝、外来物体损坏、轮胎过热或大过载有关.而失效通常是在飞机轮胎处于恶劣环境下发生,实际上,在此之前轮胎上可能已经产生了损伤,一直未被发现.飞机轮胎爆破是一种复杂现象,失效模式有多种,目前还没有相关的适航条款和AC通报明确轮胎和机轮失效的危害模式,对考虑轮胎和机轮失效的起落架舱内设计仍处于摸索阶段.对轮胎和机轮失效的危害模式进行了简要分析,可为起落架舱内设计提供参考.     

飞机着陆下沉速度最大值的确定方法

飞机着陆下沉速度是起落架设计和飞机设计定型试飞的起落架强度检查中的最主要的参数之一.本文按军用飞机强度和刚度规范中规定的要求,通过对皮尔逊Ⅲ型概率密度分布函数的推导,完成了在不同偏态系数Cs下的离均系数Φp和超越概率P的对应数值编程计算,并得到了相应的计算结果.据此可以确定各类飞机在各种着陆类型下的着陆下沉速度的最大值.这对飞机的设计研究提供指导.     

飞机起落架着陆与滑跑性能分析

阐述了一个能准确模拟飞机着陆与滑跑冲击特性的起落架分析模型,并通过落震试验的真实载荷-行程与该模型模拟计算结果的对比,显示了这种模型的有效性.为起落架设计与改进设计提供了一个实用的工程方法.     

基于Bezier曲面的子午线轮胎自由振动分析

基于一般壳体理论和Reddy型剪切精化理论，发展出适用于充气轮胎自由振动分析的曲面壳模型，为获得近似解。用Bezier函数描述分片的轮胎几何形状和位移场，应用Ritz法构造轮胎的内力，菜从而获得充气轮胎在自由状态下的固有频率特性；讨论了充气压力对轮胎自由振动的影响，与有限元数值解的试验值综合比较表明，当前方法的计算结果不仅精确可靠，而且大大节省计算量。     

涡桨飞机整机振动响应预计与乘员舒适性评估

为了在设计阶段预估涡桨飞机的振动水平并分析舱内振动环境的影响，亟需建立一套全机级振动响应预计与评估技术。从人体舒适性和健康风险指标出发，建立涡桨飞机振动控制设计流程，识别关键环节及要素。研究解决振动载荷获取、振动分析模型建立、振动响应计算、舱内振动环境评估等核心问题。通过全机地面共振试验和缩比模型振动响应测试风洞试验结果，验证了整机振动分析模型和振动响应计算方法的准确性。所建立的方法、实施流程和途径可为涡桨飞机的振动控制正向设计提供参考。     

起落架舱声场激励下的客舱地板减振设计研究

某型机在飞行过程中,起落架舱上方的客舱地板振动比较剧烈。本文首先对起落架舱的内部声场进行了计算,获得了舱内的非定常流场脉动信息以及舱内壁面的噪声频谱信息,此声场激励引发了气密地板的模态振动,导致气密地板和客舱地板振动比较剧烈;然后针对客舱地板的振动过度区域进行了减振隔振设计,并基于全机动力学有限元模型进行了仿真验证,优选了一套减振设计方案,使得客舱地板的振动响应水平明显下降,表明减振措施是合理有效的。     

基于SST-SAS方法与FW-H方程的串列双圆柱数值模拟研究

在飞机起降过程中,起落架噪声作为主要的机体噪声,越来越受到广泛的关注。串列双圆柱绕流是飞机起落架的简化模型,能够体现起落架复杂流动现象以及气动噪声的主要特征。本文采用基于SST湍流模型的自适应尺度模拟方法(SST-SAS),结合FW-H(Ffowcs Williams-Hawkings)方程的数值计算方法研究了来流雷诺数为1.66×105且两圆柱圆心之间的距离与圆柱直径之比为3.7的串列双圆柱绕流的流动特征和声场特性。将结果与已有文献中的数据作了详细地比较,二者吻合很好,平均误差在5%以内。验证了本文气动声学数值计算方法对高雷诺数下大分离流动模拟的可靠性和有效性。     

爆轰波碰撞聚能无网格MPM法数值模拟

爆轰聚能经常被应用于工程爆破切割,为了探索新的聚能爆破形式,本文应用无网格MPM法对圆柱筒装药和导爆索多点起爆形式的爆轰波碰撞聚能问题进行三维数值模拟,采用显式积分算法完成爆轰波形成和汇聚过程以及爆轰压力场分布的数值计算,并将数值模拟结果与实验结果做了对比分析。由此验证了无网格MPM法的准确性,也为炸药聚能爆破提供了新的思路和高效的操作方法。     

一种自适应双腔缓冲器动力特性研究

建立了一种基于弹簧自适应控制油孔面积的双气腔双油腔缓冲器动力学模型和分析方法,同时也建立了一种三维摇臂式起落架着陆动力学模型.对某型号飞机起落架着陆缓冲性能进行了计算分析,并进行了落震试验验证,结果证明了本文建立的动力学模型和分析方法是正确的,并已成功地应用于工程.     

轮胎滑水的CFD计算方法研究

针对轮胎滑水现象,采用VOF模型(Volume of Fluid Model)进行了CFD数值模拟计算。建立了分析对象的物理模型(轮胎模型、水模型和边界条件及初始条件)和RNGk-ε湍流模型;采用多块网格技术对计算域进行了离散,重点模拟分析三种不同入口速度下的动水压力变化和轮胎附近流场变化。最后和国外学者所做的试验和相关文献结果进行了对比,表明本文介绍的方法是可行的,该方法为轮胎产品开发提供了有效经济的技术支持。     

飞机起落架着陆撞击动力分析

根据现有沿－气式缓冲器结构形式,针对模拟起落架着陆撞击过程的落 震试验模型,考虑起落架航向刚度和阻尼的影响,依据撞击过程中各变量间的运动关系,建立了描述着陆过程中的运动微分方程组,并采用龙格库塔法对运动微分方程组进行求解。最后采用该方法对Ｋ８飞机主起落架（单腔）和某机起落架（双腔）落震试验过程进行了模拟,并与试验结果进行了比较,发现计算结果与试验结果吻合较好。     

井内流动与传热的三维耦合数值模型

钻井过程中,井内的压力、流场及温度分布是钻井作业必需的重要参数。本文提出了一个描述井内流动和传热的三维数学模型,用SIMPLER方法获得了该数学模型的数值解。该数值模型考虑了温度、压力对钻井液的流变性、密度以及各种介质的热物理参数的影响。现场试验数据与数值模拟结果的对比表明：本文提出的数学模型及采用的数值计算方法是可行的。     

隧道中高速列车空气阻力的数值计算

对高速列车在隧道中行驶时所引起的湍流场进行了数值模拟，计算了列车所受到的空气阻力。数值计算采用变密度、轴对称的ｋ～ε模型和ＰＩＳＯ算法，并将粗糙面速度分布公式和尼古拉兹公式引入壁函数法中，以反映壁面粗糙度的影响，提出了对不规则边界的速度修正法。针对不同的车速、阻塞比和车头细长比，分别进行了模拟，获得了全场的压力分布，以及空气阻力与基本参数的关系，并与传统的经典方法阻力计算结果进行了对比分析。     

基于落震试验的油—气式起落架气体压缩多变指数变化规律研究

气体压缩多变指数是油气式起落架缓冲性能计算中的重要参数。通过对某型飞机油气式起落架落震试验中气腔压力数据的监测,对不同落震投放高度下气体压缩多变指数进行识别。利用最小二乘法,对多变指数变化曲线进行三次拟合,得出活塞杆压缩过程中气体多变指数的变化规律。本文建立了某型飞机起落架落震试验仿真分析模型,将拟合曲线引入仿真计算模型,对比了定常多变指数计算模型和非定常多变指数计算模型仿真结果。相对于定常多变指数模型,非定常多变指数计算模型仿真结果和试验对比误差小于定常多变指数计算模型,提高了仿真分析精度。     

全机绕流Euler方程多重网格分区计算方法

全机三维复杂形状绕流数值求解只能采用分区求解的方法,本文采用可压缩Euler方程有限体积方法以及多重网格分区方法对流场进行分区计算。数值方法采用改进的van Leer迎风型矢通量分裂格式和MUSCL方法,基于有限体积方法和迎风型矢通量分裂方法,建立一套处理子区域内分界面的耦合条件。各个子区域之间采用显式耦合条件,区域内部采用隐式格式和局部时间步长等,以加快收敛速度。计算结果飞机表面压力分布等气动力特性与实验值进行了比较,二者基本吻合。计算结果表明采用分析“V”型多重网格方法,能提高计算效率,加快收敛速度达到接近一个量级。根据全机数值计算结果和可视化结果讨论了流场背风区域旋涡的形成过程。     

初始应力下岩体爆破损伤特性及破裂机理

钻爆法在岩体开挖工程中应用广泛，其工作效率与岩体结构及地质环境密切相关。初始应力会显著影响岩体爆破裂纹的扩展行为及破坏特征，导致深部岩体超/欠挖等问题。本文采用理论分析和数值模拟相结合的方法研究了不同初始应力下岩体的爆破损伤特性及破裂机理。基于弹性力学建立单孔爆破动静组合理论模型，分析了静态应力分布及动态应力演化特征，揭示了初始应力作用下岩体爆破损伤机制。通过经验公式及动态力学试验对RiedelHiermaier-Thoma (RHT)模型参数进行标定与修正，并结合室内爆破实验及理论结果对数值模型进行验证。此外，在单孔爆破数值模型中分析了爆炸压力演化规律、裂纹扩展行为及分形特征，结果表明数值模拟结果可以较好地论证理论模型的合理性。研究发现：环向拉应力是影响爆破裂纹扩展的重要因素，当初始应力较大时，合理调整环向应力分布可改善岩体爆破碎裂效果，实际工程中可结合预裂技术进行地压调控改变应力分布。     

全机跨音速大迎角绕流的数值分析

应用有限体积法求解Ｅｕｌｅｒ方程计算了真实飞机外形的跨音速大迎角绕流流场及空气动力特性。本方法能自动捕获大后掠机翼前缘脱体涡，侧缘涡，机身体涡以及它们间的相互干扰。计算的机翼压力分布及全机气动力系数与实验值符合良好。表明了本文所采用的计算网格生成技术及流场计算方法是有效、可行的。     

考虑温度效应的起落架落震缓冲性能研究

为了研究环境温度对起落架缓冲性能的影响，以某型飞机起落架为研究对象，考虑温度对起落架动力学模型中空气弹簧力和油液阻尼力的影响，提出了一个包含温度效应的起落架动力学分析模型，并通过试验在一定温度范围内(-35℃～60℃)进行了验证。结合试验数据和仿真模型给出了空气多变指数、油液阻尼系数的设计指导值，并研究了温度对起落架缓冲性能的影响规律。结果表明：环境温度对起落架缓冲性能影响显著，表现为起落架落震动载荷的变化；同时发现缓冲器腔内气体较油液受温度影响更为敏感，低温状态时气压的变化以及油液物理状态的改变会使得缓冲器性能明显恶化，缓冲支柱行程变化率达到25%;对于可能工作在复杂环境下的起落架，设计阶段需要充分考虑温度对缓冲器内气压和油液的影响，确保飞机着陆安全。     

海堤越浪的数值模拟

基于RANS方程和两方程湍流模型，采用有限体积法，将人射波波场作为人工的分布源项加人动量方程，提出了适用于VOF方法的源造波一消波技术。通过对行波及驻波的计算，分别考察了数值波浪水槽前端及末端消波段的有效性。在本文建立的数值波浪水槽内对规则波在海堤上爬高和越浪过程进行了数值模拟，并将计算结果与现有实验结果进行了比较。验证计算结果表明，数值模拟结果较好地复演了海堤越浪过程。为了研究模型尺度对越浪量的影响，文中设计了一组满足重力相似但具有不同几何比尺的数值实验模型。系列数值实验结果表明，若按重力相似换算越浪量，计算结果与实验预报值间的偏差随模型比尺的增大和堤前波浪破碎强度的增强而增大，建议在进行越浪物理模型实验时需进一步考虑模型比尺对原型预报值的影响。