Динамическое взаимодействие элементов конструкции летательного аппарата с птицей

• Автор: Семышев, Сергей Владимирович
• Шифр специальности: 05.07.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Жуковский
• Количество страниц: 121 с. : ил

Аннотация
Численным моделированием процесса динамического взаимодействия решена комплексная задача соударения птицы с элементами конструкции летательного аппарата: определены характеристики силового
взаимодействия и напряженно-деформированное состояние в зоне контакта с использованием достоверных критериев разрушения материала. Разработаны эмпирические формулы оценки скорости пробития различных элементов конструкции для практического применения.
Динамическое взаимодействие
элементов конструкции летательного аппарата с птицей
Содержание
Введение.
Глава 1. Постановка задачи и методика исследования.
1.1. Цели работы.
1.2. Расчетная модель процесса динамического взаимодействия.
1.3. Принципы описания лагранжевых и эйлеровых пространств.
1.4. Моделирование взаимодействия.
1.5. Верификация расчетной методики по данным натурных испытаний.
Глава 2. Нагрузки при ударе птицы.
2.1. Теория давления при соударении цилиндрической струи
жидкости с твердыми телами. ,
2.2. Расчетное исследование силового взаимодействия птицы с
жесткой и упругой конструкцией.
2.3. Анализ результатов. 2
Глава 3. Инженерная методика оценки прочности элементов конструкции летательного аппарата при соударении с птицей.
3.1. Прочность плоских стенок лонжеронов.
3.2. Прочность криволинейных панелей передней кромки крыла и оперения.
3.3. Прочность подкрепленных панелей кабины пилотов.
Глава 4. Расчетные исследования динамической прочности элементов конструкции при соударении с птицей.
4.1. Транспортный самолет.
4.2. Магистральный самолет.
4.3. Анализ конструктивных решений, повышающих безопасность конструкции при соударении с птицей.
Основные результаты и выводы.
Литература.

Введение.
Повышение требований к безопасности полетов пассажирских самолетов выдвигает на передний план комплекс новых проблем, связанных с обеспечением прочности планера конструкции. В частности, среди разнообразных воздействий на летательный аппарат (ЛА), в последнее время стал актуальным класс так называемых ударных нагрузок. Природа этих воздействий может быть различной: взрыв в салоне, соударение с посторонними предметами в полете и при наземной эксплуатации. Типичной характеристикой ударов является действие локальных нагрузок в течение короткого промежутка времени. Удар приводит к резкому скачку напряжений и деформаций в локальной зоне конструкции ЛА. К числу таких воздействий, безусловно, следует отнести столкновение летательного аппарата в полете с птицами.
Соударение элементов конструкции летательного аппарата с птицей понижает характеристики безопасности полета. Последствия такого рода ударов, как показывает практика, могут стать причиной аварии или катастрофы. Столкновение с птицей может привести к разрушению силового элемента конструкции, а затем и к потере несущей способности всего агрегата. Пробитие птицей лобового стекла кабины является причиной разгерметизации фюзеляжа, вызывая необратимые последствия для конструкции и находящихся внутри самолета пассажиров. Попадание крупной птицы в двигатель практически всегда оканчивается разрушением лопаток компрессора, потерей его работоспособности, а также повреждением конструкции летательного аппарата. Рассматриваемая проблема актуальна не только для самолетов и ракет, но и для вертолетов, где столкновение лопастей вращающего винта в полете с любым объектом, как правило, приводит к катастрофе.
Ежегодно регистрируются все возрастающее число происшествий, включая катастрофы, связанных с соударением ЛА в полете с птицами. Так статистика происшествий ВВС США дает следующий рост числа столкновений: за период 1942-1946 гг. зафиксировано около 500 столкновений с птицами, за 1946-1956 гг. произошло более 1100 случаев, за 1956-1966 гг. - более 1500, за период с 1976 года по 1986 гг. только столкновений с остеклением кабины - 2721. По сообщению германского агентства ДПА, только в 1986 году в ФРГ зарегистрировано более тысячи аварий, связанных с соударением с птицами, экономический ущерб от которых составил более 30 миллионов марок. В гражданской авиации СССР в 60-х годах происходило ежегодно примерно 1500 столкновений с птицами. С 70-х годов эта причина аварий вышла на третье место в мире после отказов в работе системы и ошибок летного состава [1]. Самой крупной

^ Рассмотрено изменение давления по времени в центре удара при взаимодействии с жесткой стенкой и упругой конструкцией. Амплитуда начального пика давления при ударе птицы в упругую конструкцию может быть на порядок меньше по сравнению с ударом в жесткую стенку.
^ Получено хорошее согласие для амплитуды и длительности начального ударного пика давления, а также для амплитуды и длительности давления торможения Бернулли с натурными испытаниями и известными решениями.