《通用飛機(jī)抗墜撞設(shè)計(jì)指南》闡明了民用飛機(jī)墜撞安全性的設(shè)計(jì)理念,系統(tǒng)地介紹了通用飛機(jī)抗墜撞設(shè)計(jì)的基本概念、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、可生存事故的墜撞設(shè)計(jì)條件,以及計(jì)算機(jī)仿真的建模技術(shù)、計(jì)算軟件和計(jì)算方法,對(duì)機(jī)體結(jié)構(gòu)及各系統(tǒng)的抗墜撞設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)方法也做了詳細(xì)介紹!锻ㄓ蔑w機(jī)抗墜撞設(shè)計(jì)指南》可供從事結(jié)構(gòu)抗墜撞研究人員、從事民用飛機(jī)設(shè)計(jì)的技術(shù)人員和管理人員參考使用。
《通用飛機(jī)抗墜撞設(shè)計(jì)指南》由航空工業(yè)出版社出版發(fā)行。
乘員安全性是民用飛機(jī)重要的設(shè)計(jì)指標(biāo)之一,各國(guó)民用飛機(jī)適航條例和飛機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范都對(duì)此提出了具體的嚴(yán)格要求。事實(shí)證明,如果在飛機(jī)設(shè)計(jì)中考慮了抗墜撞性能要求,乘員的生存率將會(huì)得到很大的提高。
國(guó)外自20世紀(jì)60年代起,就對(duì)民用飛機(jī)的墜撞安全性及抗墜撞設(shè)計(jì)展開(kāi)了系統(tǒng)、深入的研究。通過(guò)對(duì)可生存事故的調(diào)查統(tǒng)計(jì)和分析,確定了可生存事故及生存力包線等設(shè)計(jì)要求。通過(guò)對(duì)全尺寸飛機(jī)分段結(jié)構(gòu)與整機(jī)結(jié)構(gòu)的計(jì)算分析和試驗(yàn)研究,系統(tǒng)地建立了飛機(jī)結(jié)構(gòu)墜撞設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和計(jì)算機(jī)仿真分析與試驗(yàn)驗(yàn)證方法,大大改善了現(xiàn)代民用飛機(jī)抗墜撞性能,提高了飛機(jī)的墜撞安全性。國(guó)內(nèi)自20世紀(jì)90年代起,陸續(xù)開(kāi)展了飛機(jī)結(jié)構(gòu)的抗墜撞設(shè)計(jì)、分析與試驗(yàn)研究工作,取得了良好的效果。
為了推動(dòng)和深化飛機(jī)結(jié)構(gòu)的抗墜撞研究,我們收集、整理、消化了國(guó)內(nèi)外關(guān)于飛機(jī)墜撞安全性和抗墜撞設(shè)計(jì)、分析、試驗(yàn)等方面的研究資料,結(jié)合“農(nóng)林飛機(jī)抗墜撞設(shè)計(jì)技術(shù)研究”課題組的研究成果,編著了這本《通用飛機(jī)抗墜撞設(shè)計(jì)指南》(簡(jiǎn)稱指南)。本《指南》共分10章,其中前三章介紹了飛機(jī)抗墜撞設(shè)計(jì)的基本概念、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、仿真計(jì)算建模技術(shù)及計(jì)算軟件、計(jì)算方法,后七章介紹了抗墜撞設(shè)計(jì)和試驗(yàn)方法。本《指南》可供從事通用飛機(jī)設(shè)計(jì)的技術(shù)人員和管理人員參考使用。
本《指南》編著的單位有江西洪都航空工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司、南京航空航天大學(xué)、原中國(guó)一航中國(guó)飛機(jī)強(qiáng)度研究所、石家莊飛機(jī)工業(yè)公司。本《指南》的編寫(xiě)得到了原國(guó)防科工委系統(tǒng)三司及原中航二集團(tuán)科技部有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)的指導(dǎo)和大力幫助,在此表示感謝。
由于飛機(jī)結(jié)構(gòu)抗墜撞設(shè)計(jì)技術(shù)尚在不斷的發(fā)展和完善之中,加上編著人員對(duì)各種專業(yè)技術(shù)知識(shí)的認(rèn)識(shí)和理解有限,書(shū)中難免有不當(dāng)之處,懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。
第1章 飛機(jī)結(jié)構(gòu)抗墜撞設(shè)計(jì)概念和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
1.1 概述
1.2 基本設(shè)計(jì)思想
1.3 基本術(shù)語(yǔ)的定義與解釋
1.3.1 可生存事故
1.3.2 生存力及生存力包線
1.3.3 機(jī)體結(jié)構(gòu)的抗墜撞性能
1.3.4 可生存事故中飛機(jī)速度變化的累計(jì)頻率曲線
1.3.5 可生存事故中飛機(jī)的撞擊過(guò)載
1.3.6 人對(duì)瞬時(shí)加速度的耐受力
1.4 坐標(biāo)系與飛機(jī)姿態(tài)
1.4.1 坐標(biāo)系
1.4.2 飛機(jī)姿態(tài)
1.4.3 撞擊時(shí)的角度定義
1.5 墜撞載荷及相關(guān)項(xiàng)
1.5.1 向前載荷
1.5.2 向后載荷
1.5.3 向下載荷
1.5.4 向上載荷
1.5.5 側(cè)向載荷
1.5.6 墜撞合力
1.6 提高機(jī)體結(jié)構(gòu)抗墜撞性能的措施和途徑
1.6.1 正確的設(shè)計(jì)觀念
1.6.2 一般設(shè)計(jì)要求
第2章 抗墜撞設(shè)計(jì)條件和狀態(tài)
2.1 概述
2.2 撞擊條件和墜撞狀態(tài)
2.2.1 MIL-STD-1290(AV)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定
2.2.2 JSSG一2010-7和MIL-STD-1290A的規(guī)定
2.3 兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的主要區(qū)別
2.4 墜撞設(shè)計(jì)條件確定的例子
第3章 抗墜撞分析方法和計(jì)算軟件
3.1 概述
3.2 飛行器墜撞問(wèn)題的描述方法
3.2.1 有限元法簡(jiǎn)介
3.2.2 顯式解法和隱式解法的一般過(guò)程
3.2.3 墜撞分析中幾個(gè)值得注意的問(wèn)題
3.2.4 顯式有限元的發(fā)展
3.3 飛機(jī)墜撞對(duì)計(jì)算軟件的基本要求
3.4 機(jī)體結(jié)構(gòu)的數(shù)值模型
3.5 座椅的要求
3.6 飛機(jī)墜撞分析軟件的評(píng)價(jià)和選擇
3.6.1 目前通用的分析軟件及其功能
3.6.2 軟件對(duì)抗墜撞分析適用性評(píng)價(jià)
3.6.3 結(jié)構(gòu)元件破壞失效模式與處理方法
3.7 多剛體動(dòng)力學(xué)人體模型
3.7.1 人體模型的簡(jiǎn)化
3.7.2 多剛體計(jì)算程序ATB簡(jiǎn)介
3.8 模型的確認(rèn)
3.8.1 模型確認(rèn)所需的試驗(yàn)認(rèn)證
3.8.2 分析結(jié)果的檢驗(yàn)
3.9 一般性分析流程簡(jiǎn)介
3.10 小結(jié)
第4章 機(jī)體結(jié)構(gòu)抗墜撞設(shè)計(jì)
4.1 概述
4.2 抗墜撞設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
4.2.1 一般要求
4.2.2 強(qiáng)度和變形
4.2.3 結(jié)構(gòu)材料和制造工藝
4.3 導(dǎo)致乘員受傷的結(jié)構(gòu)損壞類型
4.3.1 作用于駕駛艙結(jié)構(gòu)的縱向(擠壓)載荷引起的損壞
4.3.2 作用于機(jī)身殼體的垂直(擠壓)載荷引起的損壞
4.3.3 作用于機(jī)身殼體的側(cè)向(擠壓)載荷引起的損壞
4.3.4 作用于機(jī)身殼體的橫向(彎曲)載荷引起的損壞
4.3.5 地板結(jié)構(gòu)的變形(壓曲)
4.3.6 起落架穿透機(jī)身殼體
4.3.7 燃油箱的斷裂
4.4 機(jī)身結(jié)構(gòu)的抗墜撞設(shè)計(jì)
4.4.1 機(jī)身結(jié)構(gòu)抗墜撞性能指標(biāo)
4.4.2 墜撞時(shí)的能量關(guān)系
4.4.3 墜撞時(shí)的動(dòng)量關(guān)系
4.4.4 改善抗墜撞性能可能采用的設(shè)計(jì)方案
4.5 機(jī)翼與尾部結(jié)構(gòu)的抗墜撞設(shè)計(jì)
4.5.1 簡(jiǎn)要說(shuō)明
4.5.2 抗墜撞設(shè)計(jì)要求
第5章 起落架抗墜撞設(shè)計(jì)
5.1 概述
5.2 結(jié)構(gòu)抗墜撞設(shè)計(jì)的一般原則
5.2.1 材料選擇及結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度要求
5.2.2 布局設(shè)計(jì)
5.2.3 高吸能緩沖器設(shè)計(jì)
5.3 特殊的緩沖器設(shè)計(jì)技術(shù)
5.3.1 建立緩沖器模型
5.3.2 計(jì)算結(jié)果
第6章 乘員座椅/約束系統(tǒng)抗墜撞設(shè)計(jì)
6.1 概述
6.1.1 主要設(shè)計(jì)思想
6.1.2 準(zhǔn)則適用范圍
6.1.3 舒適性
6.1.4 驗(yàn)收準(zhǔn)則
6.1.5 選擇準(zhǔn)則
6.2 一般設(shè)計(jì)原則
6.2.1 座椅的朝向選擇
6.2.2 座椅材料
6.2.3 結(jié)構(gòu)的連接
6.2.4 強(qiáng)度分析
6.2.5 墜撞力的衰減
6.3 座椅強(qiáng)度和變形要求
6.3.1 設(shè)計(jì)座椅時(shí)建議使用的乘員質(zhì)量
6.3.2 縱向強(qiáng)度和變形要求
6.3.3 垂直方向強(qiáng)度和變形要求
6.3.4 側(cè)向強(qiáng)度和變形要求
6.4 椅墊要求
6.4.1 充填型椅墊
6.4.2 網(wǎng)狀椅墊
6.5 座椅的連接件
6.5.1 一般要求
6.5.2 座椅部件的連接件
6.5.3 適當(dāng)?shù)倪B接件
6.6 結(jié)構(gòu)試驗(yàn)要求
6.6.1 一般要求
6.6.2 要求附加試驗(yàn)的設(shè)計(jì)更改
6.6.3 墜撞試驗(yàn)裝置及假人
6.6.4 座椅靜力試驗(yàn)要求
6.6.5 動(dòng)力試驗(yàn)
6.6.6 FAA側(cè)向座椅試驗(yàn)要求
6.7座椅結(jié)構(gòu)完整性及乘員約束確認(rèn)
6.8 專業(yè)術(shù)語(yǔ)
第7章 約束裝置抗墜撞設(shè)計(jì)
7.1 概述
7.1.1 專業(yè)術(shù)語(yǔ)
7.1.2 約束裝置的驗(yàn)收
7.1.3 約束裝置設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的因素
7.2 一般設(shè)計(jì)原則
7.2.1 材料
7.2.2 結(jié)構(gòu)連接
7.2.3 束帶的連接方法
7.3 乘員束帶系統(tǒng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
7.3.1 一般要求
7.3.2 前向束帶裝置
7.3.3 后向束帶裝置
7.3.4 側(cè)向束帶裝置
7.4 貨物約束系統(tǒng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
7.4.1 概述
7.4.2 貨物約束
7.5 試驗(yàn)準(zhǔn)則
7.5.1 乘員束帶裝置試驗(yàn)
7.5.2 擔(dān)架束帶裝置試驗(yàn)
7.5.3 貨物約束系統(tǒng)試驗(yàn)
第8章 發(fā)動(dòng)機(jī)安裝及燃油系統(tǒng)抗墜撞設(shè)計(jì)
8.1 概述
8.2 發(fā)動(dòng)機(jī)安裝系統(tǒng)的抗墜撞設(shè)計(jì)
8.3 燃油系統(tǒng)抗墜撞設(shè)計(jì)
8.3.1 燃油箱
8.3.2 燃油導(dǎo)管
8.4 放油
8.4.1 分離燃油箱系統(tǒng)
8.4.2 小結(jié)
第9章 艙門(mén)/應(yīng)急艙門(mén)抗墜撞設(shè)計(jì)
9.1 概述
9.2 專業(yè)術(shù)語(yǔ)
9.3 應(yīng)急艙門(mén)
9.3.1 艙門(mén)的尺寸
9.3.2 所需應(yīng)急艙門(mén)的數(shù)目
9.3.3 艙門(mén)位置
9.3.4 艙門(mén)的使用
9.3.5 艙門(mén)通路
9.4 應(yīng)急照明
9.4.1 人員方位照明
9.4.2 釋放應(yīng)急艙門(mén)用的應(yīng)急照明設(shè)備
9.4.3 應(yīng)急照明燈的電源
第10章 墜撞試驗(yàn)驗(yàn)證方法與試驗(yàn)技術(shù)
10.1 概述
10.2 國(guó)內(nèi)外墜撞試驗(yàn)簡(jiǎn)介
10.3 飛機(jī)結(jié)構(gòu)縱向撞擊試驗(yàn)驗(yàn)證方法和技術(shù)
10.3.1 縱向撞擊試驗(yàn)說(shuō)明
10.3.2 縱向撞擊試驗(yàn)方法
10.3.3 農(nóng)5A飛機(jī)全機(jī)縱向撞擊試驗(yàn)方案
10.4 垂直墜落地面的墜撞試驗(yàn)驗(yàn)證方法和技術(shù)
10.5 墜撞試驗(yàn)數(shù)據(jù)與墜撞仿真分析數(shù)據(jù)的處理及相關(guān)性分析
10.5.1 數(shù)據(jù)處理與評(píng)估技術(shù)
10.5.2 仿真分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的相關(guān)性分析評(píng)估
附錄:CCAR23.561和23.562條款
參考文獻(xiàn)
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第1章 飛機(jī)結(jié)構(gòu)抗墜撞設(shè)計(jì)概念和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
飛機(jī)的飛行事故嚴(yán)重地威脅著乘員的生命安全。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、適航部門(mén)審查監(jiān)督的加強(qiáng)以及人們?yōu)楸苊馐鹿拾l(fā)生作出的不懈努力,使當(dāng)今世界民用航空的安全性已大為提高。但是事實(shí)表明,無(wú)論飛機(jī)設(shè)計(jì)和制造得多么先進(jìn)、可靠,由于各種不能完全準(zhǔn)確預(yù)測(cè)的原因(如設(shè)計(jì)、制造、維護(hù)、氣象以及人為差錯(cuò)等),飛機(jī)的墜撞事故總是難以完全避免的。根據(jù)1967~1972年美國(guó)陸軍旋翼機(jī)發(fā)生的多起墜撞事故的調(diào)查結(jié)果,如果能在飛機(jī)設(shè)計(jì)的最初階段就考慮到墜撞安全性設(shè)計(jì),那么墜撞事故中的92.80k,都將成為可生存或部分生存的,從而可大大提高飛機(jī)墜撞后乘員的生存率。正因?yàn)槿绱,?guó)內(nèi)外對(duì)與飛機(jī)墜撞安全性直接有關(guān)的抗墜撞設(shè)計(jì)技術(shù)給予了高度的關(guān)注,尤其是對(duì)民用飛機(jī)開(kāi)展了很多的研究工作。
美國(guó)和歐洲的一些國(guó)家很早就開(kāi)展了有關(guān)飛機(jī)結(jié)構(gòu)抗墜撞問(wèn)題的研究,美國(guó)軍方為此制定了飛機(jī)生存率設(shè)計(jì)指南和相應(yīng)的結(jié)構(gòu)抗墜撞設(shè)計(jì)規(guī)范,并把飛機(jī)結(jié)構(gòu)的抗墜撞性能作為初始設(shè)計(jì)階段的一項(xiàng)重要指標(biāo)來(lái)考慮,使之成為與飛機(jī)設(shè)計(jì)的重量、過(guò)載、疲勞壽命等同等重要的關(guān)鍵問(wèn)題。
20世紀(jì)70年代美國(guó)聯(lián)邦航空局(FAA)和美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)在工業(yè)部門(mén)的幫助下,對(duì)小型通用航空飛機(jī)的墜撞動(dòng)力特性及墜撞安全性等問(wèn)題進(jìn)行了大量的研究。在充分研究飛行事故數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步研究了民用航空器的可生存事故的墜撞環(huán)境和乘員生存所需的條件,并進(jìn)行了一系列全機(jī)分段結(jié)構(gòu)和整機(jī)結(jié)構(gòu)的墜撞試驗(yàn)。這些試驗(yàn)結(jié)果用于檢驗(yàn)和修正抗墜撞分析方法和計(jì)算機(jī)程序,最終建立起確定飛機(jī)結(jié)構(gòu)墜撞安全性問(wèn)題的數(shù)據(jù)庫(kù),進(jìn)一步為確定民用飛機(jī)設(shè)計(jì)使用的墜撞動(dòng)力設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)奠定了基礎(chǔ)。