军用航空技巧跨界发展,技巧商店

日期:2019-07-06编辑作者:威尼斯手机娱乐官网

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  实习记者 于紫月

实习记者 于紫月

法律顾问:赵建英律师

近年来,中国高铁发展日新月异,改变着人们的出行方式。当你乘坐着高铁,体验着一日千里的便捷,赞叹中国速度时,一定很难想到,地上跑的高铁跟天上飞的飞机有一段割不断的情谊,更与航空工业飞机强度研究所有一段不解之缘。强度所是我国唯一的航空强度研究和验证中心,主要开展飞机结构强度技术预先研究,为新机研制和改进、改型提供强度设计与分析关键技术和软件,承担飞机结构地面强度鉴定与验证实验,代表国家对新研与改型飞机结构强度进行验证实验并给出强度结论。如今强度所不仅为飞机研制提供技术支撑,同时将航空强度技术延伸应用于轨道交通领域,为高铁研制保驾护航。高铁近年来一直保持着高昂的发展势头,其便捷性和舒适性也一直为旅客所称道。中国铁道科学研究院集团有限公司首席研究员赵红卫介绍,1978年,我国铁路线路里程只有5.2万公里,到2018年已经发展到12.7万公里;高铁发展更是迅猛,我国高铁运营里程已达2.7万公里,占世界高铁运营里程的66%。另外,我国还具备了全套完备的技术体系,实现了从“追赶”到“领跑”的关键性转变。初次牵手高铁设计师为了实现车体“轻量化”,采用了铝合金材料,新材料在车体上应用亟需进行疲劳性能评估。强度所跟铝合金材料早就是“老熟人”了,飞机机体有大量的铝合金结构件,强度所在铝合金材料上积累了丰富的疲劳强度分析与验证技术,创建了全寿命范围概率疲劳分析方法,该方法成功应用于ARJ21、C919和AG600等型号飞机结构的设计与分析中。2006年南车青岛四方机车有限公司与强度所签订了“铝合金A6N01S-T5薄壁型材丛林系列疲劳强度实验”。强度所金属强度团队基于航空材料的疲劳评定方法,完美地分析并评估了铝合金A6N01S-T5薄壁型材的疲劳性能,为高铁车体材料的疲劳性能评定提供了准确的实验数据。航空强度技术在高铁上的首次应用给高铁工程师们留下了深刻的印象,航空强度技术与高铁验证首次牵手成功。相见恨晚我们在乘坐高铁往往留意到两车交会时对面来车一闪而过,相对速度非常高,这时车体需要承受巨大的空气压力波,这个压力波在出入隧道时也会产生。另外,列车高速交会或出入隧道,高铁列车面临的气密性问题也很严重。气密性的好坏乘坐者感受最为直观,为追求舒适,中国高铁目前的气密性指标为车内压力波动小于200 Pa/秒,这个数值小于飞机舱内的指标,所以坐高铁耳鸣的人少些。车体上的气压载荷及气密性问题,需要对车体结构的疲劳性能进行验证。对于整体结构的疲劳评估技术,强度所多年来在多个型号飞机结构的实验验证过程中已经建立了整体结构疲劳敏感性分析、裂纹扩展路径控制技术及实验验证技术体系,达到了国际先进水平。高铁车体结构与飞机结构的诸多相似性,正好让强度所的整体结构疲劳评估验证技术在高铁车体结构的疲劳问题上焕发了新的活力。继2006年的首次合作之后,强度所金属强度研究室分别于2008年和2010年相继承担了“时速200公里铁路动车车体气载疲劳实验”和“新一代铁路动车组用铝合金型材评价用气密实验”,实验过程严格依照整体结构疲劳敏感性分析验证技术体系,实施过程高标准严要求,有效解决了车体整体结构的疲劳敏感性问题,为高铁工程师们上交了一份满意的答卷。2017年又与中车唐山机车车辆有限公司签订协议完成了“吸能装置静强度加载实验”,该项实验对边界条件的准确模拟具有很高的要求,对此强度所胸有成竹。强度所在C919飞机结构强度实验过程中,突破了多种载荷干涉分离、复杂边界准确模拟和一体化自平衡设计等技术,解决了用壁板代替全尺寸机身段进行设计选型的验证实验的技术难题,该技术现已达到了国际先进水平。“吸能装置静强度加载实验”基于复杂边界准确模拟技术,准确模拟了高铁结构上吸能装置的复杂边界,为高铁设计师提供了准确的静强度实验数据。强度所金属强度研究室主任董登科在回顾这些实验时多了几分激动,他说:“我们目前在不同型号飞机结构完整性评估方面积累的重要技术,例如机翼盒段的复杂边界模拟技术,机身等直段的一体化自平衡设计技术,都恰到好处地在高铁车体实验中得到应用,取得了不错的效果。航空强度技术能在高铁领域继续大展拳脚,我们团队今后干劲又足了。”他表示航空强度应用领域的扩展延伸,看到了强度技术的新价值,是对航空强度人的肯定和鼓励,也给了他们很多启发。共创未来针对高铁的其他“疑难杂症”,强度所还有不少“绝活”。搅拌摩擦焊就是其中一例,搅拌摩擦焊具有缺陷率低、节约成本的优点,随着其工艺的发展和成熟,采用搅拌摩擦焊技术逐渐成为高速列车制造的主流趋势。中车株电公司引进了国内第一条全搅拌摩擦焊列车产品生产线;2016年,青岛四方列车公司采购了52m长的大型数控动龙门搅拌摩擦焊设备,这些新的变化带来了摩擦焊接强度分析与评估技术的难题。强度所针对飞机结构上的摩擦焊接问题已经构建了摩擦焊接性能及可靠性评估系统,这套评估系统有待在高铁的研制中再次擦出火花,为高铁排忧解难。其他诸如高铁车体的腐蚀防护、结构健康检测、车体撞击实验等诸多方面的问题,航空强度技术都有对症的妙招。对于未来的合作发展,强度所所长王彬文信心满满。“我们瞄准未来400公里时速的高铁对隔音减振承载结构和车厢仪表减振器的新要求,成立专门团队,首先研制出适合400公里和高寒高速铁路列车的高铁车厢仪表减振器,目前已经做出样品,将安装在标准动车车厢上进行测试。这是最近我们军民融合发展的亮点之一。”强度所所长王彬文如是说,他表示对航空强度技术在高铁领域的应用充满期待并且信心十足。航空工业强度所在多年飞机型号验证任务中,突破了大型飞机长寿命/高可靠性要求的耐久性/损伤容限技术、结构冲击动力学技术和全机虚拟实验技术等多项关键技术,为多个飞机型号的研制提供了技术支撑,标志着我国大型飞机的强度实验和研究能力达到了国际先进水平。这些先进的航空强度技术不仅能够继续为祖国航空事业贡献力量,同时也为强度所在军民融合道路上的发展找到了契合点,期待着在高铁领域加强深度合作,持续为高铁安全保驾护航。 来源:国防科工局网站

军用航空结构冲击动力学技术目前已应用于ARJ21等十余型民用飞机图片来源于网络

  跌落的手机如何受力?兵乓球受到球拍撞击时怎样变形?“这些问题实际上隶属于固体力学中的一个重要分支学科——冲击动力学的范畴。”中国飞机强度研究所(以下简称强度所)所长、结构冲击动力学航空科技重点实验室主任王彬文表示。

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  一只小鸟就足以让一架高速飞行的飞机机毁人亡,那么如何科学分析飞鸟撞击时飞机结构件的受力、变形甚至破坏情况?“这便是航空领域中的冲击动力学技术需要回答的问题。”一位业内人士告诉科技日报记者。

一只小鸟就足以让一架高速飞行的飞机机毁人亡,那么如何科学分析飞鸟撞击时飞机结构件的受力、变形甚至破坏情况?“这便是航空领域中的冲击动力学技术需要回答的问题。”一位业内人士告诉科技日报记者。

涉事客机风挡

  跌落的手机如何受力?兵乓球受到球拍撞击时怎样变形?“这些问题实际上隶属于固体力学中的一个重要分支学科——冲击动力学的范畴。”中国飞机强度研究所(以下简称强度所)所长、结构冲击动力学航空科技重点实验室主任王彬文表示。

  近日,一项由强度所申报、以航空结构冲击动力学技术为重要支撑要素的《军工科研院所基于“三融三通”的技术产业生态链构建》摘得了2018年度国防科技工业企业管理创新成果一等奖的桂冠。

近日,一项由强度所申报、以航空结构冲击动力学技术为重要支撑要素的《军工科研院所基于“三融三通”的技术产业生态链构建》摘得了2018年度国防科技工业企业管理创新成果一等奖的桂冠。

5月26日,执飞CZ3101航班(广州白云至北京首都)的一架大型客机在降落过程中遭冰雹撞击,挡风玻璃破裂,雷达罩受损。机组按手册程序处置,飞机安全降落北京首都机场,未造成严重后果。

  一只小鸟就足以让一架高速飞行的飞机机毁人亡,那么如何科学分析飞鸟撞击时飞机结构件的受力、变形甚至破坏情况?“这便是航空领域中的冲击动力学技术需要回答的问题。”一位业内人士告诉科技日报记者。

  该创新成果旨在以融合大航空、大防务、大工业的市场领域,贯通技术、市场、人才核心要素的“三融三通”发展思路,破解军工基础科研院所产业发展机制不活、路径不畅、活力不足等难题,助推军工基础技术军民融合技术应用。

该创新成果旨在以融合大航空、大防务、大工业的市场领域,贯通技术、市场、人才核心要素的“三融三通”发展思路,破解军工基础科研院所产业发展机制不活、路径不畅、活力不足等难题,助推军工基础技术军民融合技术应用。

也许大家对于飞鸟撞击飞机的危害性有所耳闻,其实冰雹撞击飞机产生的危害也不可小觑。此类事件同样受到各方高度关注。

  近日,一项由强度所申报、以航空结构冲击动力学技术为重要支撑要素的《军工科研院所基于“三融三通”的技术产业生态链构建》摘得了2018年度国防科技工业企业管理创新成果一等奖的桂冠。

  常见的冲击现象背后有大学问

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冰雹是如何形成的?

  该创新成果旨在以融合大航空、大防务、大工业的市场领域,贯通技术、市场、人才核心要素的“三融三通”发展思路,破解军工基础科研院所产业发展机制不活、路径不畅、活力不足等难题,助推军工基础技术军民融合技术应用。

  为何提出“三融三通”?面对记者的提问,王彬文列举了前文的例子。“冲击动力学是研究在短暂而强烈的动载作用下材料行为和结构响应的一门力学学科,其应用范围十分广泛。冲击动力学相关问题在日常生活普遍存在,它同时又与航天、兵器等国防工程息息相关,如载人航天器的回收着陆、子弹穿透装甲等。”

为何提出“三融三通”?面对记者的提问,王彬文列举了前文的例子。“冲击动力学是研究在短暂而强烈的动载作用下材料行为和结构响应的一门力学学科,其应用范围十分广泛。冲击动力学相关问题在日常生活普遍存在,它同时又与航天、兵器等国防工程息息相关,如载人航天器的回收着陆、子弹穿透装甲等。”

冰雹是从发展强盛的积雨云中降落的直径达5毫米以上的固态降水物,主要在对流层中形成。相较于鸟撞,冰雹撞击一般是小质量体群体撞击。

  常见的冲击现象背后有大学问

  具体到航空领域,不论民机还是军机,都会在服役过程中面临着复杂多变的环境。王彬文指出,地面滑行阶段可能遭受跑道碎石碰撞、其他滑行飞机碰撞等;起飞和低空爬升过程中,随时面临着飞鸟、冰雹、轻小型无人机等外来物的碰撞威胁;巡航或任务执行阶段的作战飞机,可能遭受射弹、战斗部破片杀伤等冲击载荷作用,而运输类飞机也会面临着高空劫机下的客舱防爆抗冲击问题,还可能遭受发动机叶片甩出造成的机匣包容性问题等;在下降和着陆阶段,除了可能遭受鸟撞等外来物的碰撞外,还面临着正常着陆或着舰过程的冲击以及非正常着陆下的应急坠撞等。

具体到航空领域,不论民机还是军机,都会在服役过程中面临着复杂多变的环境。王彬文指出,地面滑行阶段可能遭受跑道碎石碰撞、其他滑行飞机碰撞等;起飞和低空爬升过程中,随时面临着飞鸟、冰雹、轻小型无人机等外来物的碰撞威胁;巡航或任务执行阶段的作战飞机,可能遭受射弹、战斗部破片杀伤等冲击载荷作用,而运输类飞机也会面临着高空劫机下的客舱防爆抗冲击问题,还可能遭受发动机叶片甩出造成的机匣包容性问题等;在下降和着陆阶段,除了可能遭受鸟撞等外来物的碰撞外,还面临着正常着陆或着舰过程的冲击以及非正常着陆下的应急坠撞等。

冰雹直径一般为5~50毫米,最大可达300毫米,且冰雹自身刚度较鸟体大,相同速度和质量情况下,撞击载荷更高。同时冰雹撞击的威胁空域更广,在0-10000米高度范围内均可能发生撞击事故。

  为何提出“三融三通”?面对记者的提问,王彬文列举了前文的例子。“冲击动力学是研究在短暂而强烈的动载作用下材料行为和结构响应的一门力学学科,其应用范围十分广泛。冲击动力学相关问题在日常生活普遍存在,它同时又与航天、兵器等国防工程息息相关,如载人航天器的回收着陆、子弹穿透装甲等。”

  “飞机结构的抗冲击问题与服役安全密切相关,起落架是否具有良好的缓冲性能和冲击耐久性?在应急坠撞时机身是否能够最大程度吸收能量以保护乘员安全?关键部位结构是否以最小的代价取得最佳的抗鸟撞品质?诸如此类结构的冲击动力学问题在航空装备研制中都是被关注的焦点。”王彬文指出。

“飞机结构的抗冲击问题与服役安全密切相关,起落架是否具有良好的缓冲性能和冲击耐久性?在应急坠撞时机身是否能够最大程度吸收能量以保护乘员安全?关键部位结构是否以最小的代价取得最佳的抗鸟撞品质?诸如此类结构的冲击动力学问题在航空装备研制中都是被关注的焦点。”王彬文指出。

来势猛、数量多、强度大是冰雹撞击飞机的特点。

  具体到航空领域,不论民机还是军机,都会在服役过程中面临着复杂多变的环境。王彬文指出,地面滑行阶段可能遭受跑道碎石碰撞、其他滑行飞机碰撞等;起飞和低空爬升过程中,随时面临着飞鸟、冰雹、轻小型无人机等外来物的碰撞威胁;巡航或任务执行阶段的作战飞机,可能遭受射弹、战斗部破片杀伤等冲击载荷作用,而运输类飞机也会面临着高空劫机下的客舱防爆抗冲击问题,还可能遭受发动机叶片甩出造成的机匣包容性问题等;在下降和着陆阶段,除了可能遭受鸟撞等外来物的碰撞外,还面临着正常着陆或着舰过程的冲击以及非正常着陆下的应急坠撞等。

  相关研究表明,冲击载荷具有作用历程短、破坏性大、不可逆等特点,相较传统的静力学问题,需考虑材料的应变率效应、结构自身的惯性效应和应力波传递等特有的因素。在王彬文看来,航空结构冲击动力学问题还涉及每秒数米到每秒数千米的冲击速度,载荷的类型有外物碰撞、结构碰撞等多种载荷作用形式,通过实验或分析等手段开展研究会面临诸多困难,“其关键技术是世界性难题”。

相关研究表明,冲击载荷具有作用历程短、破坏性大、不可逆等特点,相较传统的静力学问题,需考虑材料的应变率效应、结构自身的惯性效应和应力波传递等特有的因素。在王彬文看来,航空结构冲击动力学问题还涉及每秒数米到每秒数千米的冲击速度,载荷的类型有外物碰撞、结构碰撞等多种载荷作用形式,通过实验或分析等手段开展研究会面临诸多困难,“其关键技术是世界性难题”。

飞机能否探测到前方冰雹?

  “飞机结构的抗冲击问题与服役安全密切相关,起落架是否具有良好的缓冲性能和冲击耐久性?在应急坠撞时机身是否能够最大程度吸收能量以保护乘员安全?关键部位结构是否以最小的代价取得最佳的抗鸟撞品质?诸如此类结构的冲击动力学问题在航空装备研制中都是被关注的焦点。”王彬文指出。

  航空技术在军工行业延伸

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由于天空中气象多变,光线强烈,飞行员很难看见比较小的物体。同事冰雹相对飞机作高速运动,飞行员对前方出现的冰雹立即做出反应不现实。

  相关研究表明,冲击载荷具有作用历程短、破坏性大、不可逆等特点,相较传统的静力学问题,需考虑材料的应变率效应、结构自身的惯性效应和应力波传递等特有的因素。在王彬文看来,航空结构冲击动力学问题还涉及每秒数米到每秒数千米的冲击速度,载荷的类型有外物碰撞、结构碰撞等多种载荷作用形式,通过实验或分析等手段开展研究会面临诸多困难,“其关键技术是世界性难题”。

  如何破题?这是以航空强度技术自立的强度所一直思考的问题。

如何破题?这是以航空强度技术自立的强度所一直思考的问题。

目前的机载气象雷达只能探测到与“水汽”相关的天气现象,比如大雨、湿雪、厚云等。最新雷达技术也只能根据气象学模型“预测”、无法探测冰雹存在。

  航空技术在军工行业延伸

  要知道,本世纪初我国航空结构冲击动力学专业还基本处于空白阶段。但近十年来,强度所在军用飞机型号研制中积累了大量的经验,形成了起落架缓冲性能设计与验证、军用飞机作战易损性评定等军工源的技术基础,掌握了一系列航空结构冲击动力学实验与分析关键技术,研发了多套国内唯一的专用实验设施,并于2015年获批成立了国内唯一的结构冲击动力学航空科技重点实验室。在这里,有聚焦基础科学的材料与结构冲击性能与损伤机理研究,也有“接地气”的起降装置冲击分析与实验、离散源冲击分析与实验平台。

要知道,本世纪初我国航空结构冲击动力学专业还基本处于空白阶段。但近十年来,强度所在军用飞机型号研制中积累了大量的经验,形成了起落架缓冲性能设计与验证、军用飞机作战易损性评定等军工源的技术基础,掌握了一系列航空结构冲击动力学实验与分析关键技术,研发了多套国内唯一的专用实验设施,并于2015年获批成立了国内唯一的结构冲击动力学航空科技重点实验室。在这里,有聚焦基础科学的材料与结构冲击性能与损伤机理研究,也有“接地气”的起降装置冲击分析与实验、离散源冲击分析与实验平台。

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  如何破题?这是以航空强度技术自立的强度所一直思考的问题。

  冲击动力学在航天、兵器等其他军工行业应用广泛。那么能否打破航空与其他军工行业的壁垒,让这项基于基础科学的技术向着更广阔的空间延伸?“强度所一直在汲汲探索并努力着。”王彬文告诉记者,基于材料的动态吸能特性研究成果,强度所对中国航天科技集团有限公司某型航天器新型着陆回收系统所采用的着陆吸能材料进行了动态力学实验,获得了精确的应力—应变关系等力学性能,为航天器安全着陆提供了技术支撑。此外,结构抗离散源冲击技术研究成果还支撑了兵器工业某新型毁伤战斗部研制;空气炮自主研发成果为中物院激光聚变研究中心能源靶发射系统研制助力,使其精度指标达到国际先进水平。

冲击动力学在航天、兵器等其他军工行业应用广泛。那么能否打破航空与其他军工行业的壁垒,让这项基于基础科学的技术向着更广阔的空间延伸?“强度所一直在汲汲探索并努力着。”王彬文告诉记者,基于材料的动态吸能特性研究成果,强度所对中国航天科技集团有限公司某型航天器新型着陆回收系统所采用的着陆吸能材料进行了动态力学实验,获得了精确的应力—应变关系等力学性能,为航天器安全着陆提供了技术支撑。此外,结构抗离散源冲击技术研究成果还支撑了兵器工业某新型毁伤战斗部研制;空气炮自主研发成果为中物院激光聚变研究中心能源靶发射系统研制助力,使其精度指标达到国际先进水平。

肉眼看不到,雷达扫不出来,所以飞机在天上要完全规避冰雹的袭击,那几乎是不可能的。

  要知道,本世纪初我国航空结构冲击动力学专业还基本处于空白阶段。但近十年来,强度所在军用飞机型号研制中积累了大量的经验,形成了起落架缓冲性能设计与验证、军用飞机作战易损性评定等军工源的技术基础,掌握了一系列航空结构冲击动力学实验与分析关键技术,研发了多套国内唯一的专用实验设施,并于2015年获批成立了国内唯一的结构冲击动力学航空科技重点实验室。在这里,有聚焦基础科学的材料与结构冲击性能与损伤机理研究,也有“接地气”的起降装置冲击分析与实验、离散源冲击分析与实验平台。

  “近五年来,相关技术已累计推广应用于除航空工业外的12家其他军工单位,使其在国防军工防务体系进行了互通融合。”王彬文说。

“近五年来,相关技术已累计推广应用于除航空工业外的12家其他军工单位,使其在国防军工防务体系进行了互通融合。”王彬文说。

冰雹撞击安全如何设计?

  冲击动力学在航天、兵器等其他军工行业应用广泛。那么能否打破航空与其他军工行业的壁垒,让这项基于基础科学的技术向着更广阔的空间延伸?“强度所一直在汲汲探索并努力着。”王彬文告诉记者,基于材料的动态吸能特性研究成果,强度所对中国航天科技集团有限公司某型航天器新型着陆回收系统所采用的着陆吸能材料进行了动态力学实验,获得了精确的应力—应变关系等力学性能,为航天器安全着陆提供了技术支撑。此外,结构抗离散源冲击技术研究成果还支撑了兵器工业某新型毁伤战斗部研制;空气炮自主研发成果为中物院激光聚变研究中心能源靶发射系统研制助力,使其精度指标达到国际先进水平。

  用“老本行”服务民用项目

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一般而言,迎风面积大的部位最易受损。

  “近五年来,相关技术已累计推广应用于除航空工业外的12家其他军工单位,使其在国防军工防务体系进行了互通融合。”王彬文说。

  与军工体系互通融合同时开展的还有“军民融合”。C919,我国第一款按照最新国际适航标准研制、具有自主知识产权的干线民用飞机,圆了中华民族的“大飞机梦”。此前,强度所按照民航局要求对这个“大块头”进行了鸟撞实验等强度测试。据相关媒体报道,一只1公斤的飞鸟以500公里/小时的速度撞击航空器结构时,冲击载荷峰值往往会达到20吨以上,传统做法是“真刀真枪”地将“鸟弹”从炮管里弹射出去,模拟飞鸟撞击飞机过程,从而评估结构的抗鸟撞安全性。但是,这种破坏性的试验是“一次性的”,一旦试验件受撞击破坏后,便无法再次利用。为此,强度所基于航空结构冲击动力学的研究基础,花费了8年的时间,最终采用物理试验和虚拟仿真进行“虚实”结合的方式缩短了试验周期,降低了成本。

与军工体系互通融合同时开展的还有“军民融合”。C919,我国第一款按照最新国际适航标准研制、具有自主知识产权的干线民用飞机,圆了中华民族的“大飞机梦”。此前,强度所按照民航局要求对这个“大块头”进行了鸟撞实验等强度测试。据相关媒体报道,一只1公斤的飞鸟以500公里/小时的速度撞击航空器结构时,冲击载荷峰值往往会达到20吨以上,传统做法是“真刀真枪”地将“鸟弹”从炮管里弹射出去,模拟飞鸟撞击飞机过程,从而评估结构的抗鸟撞安全性。但是,这种破坏性的试验是“一次性的”,一旦试验件受撞击破坏后,便无法再次利用。为此,强度所基于航空结构冲击动力学的研究基础,花费了8年的时间,最终采用物理试验和虚拟仿真进行“虚实”结合的方式缩短了试验周期,降低了成本。

如风挡玻璃、驾驶舱门窗、机头鼻锥、机翼前缘、发动机进气道、油箱、雷达整流罩等,且各部位受到冰雹撞击后的破坏模式不尽相同。

  用“老本行”服务民用项目

  王彬文谈到,结构冲击动力学技术不仅在C919、ARJ21、AG600、MA700等十余型民机的研制中得到了应用,还支撑了航空座椅、机载系统等民机配套产品的抗冲击评定。在航空领域的“老本行”打下了坚实基础之后,强度所把该技术也推广到了轨道交通、汽车等领域。高铁的车头有着吸能技术的支撑;吉利汽车、上海通用汽车等轻量化车体主干材料研发的背后是材料动态力学性能测试与表征技术的研究成果。如果有机会在强度所里漫步,那些脚步匆匆、与你擦身而过的人很可能是来自同济大学、北京理工大学、西安交通大学等高校的科研人员。实验仪器设施的开放共享,为多个高校的研究工作保驾护航。

王彬文谈到,结构冲击动力学技术不仅在C919、ARJ21、AG600、MA700等十余型民机的研制中得到了应用,还支撑了航空座椅、机载系统等民机配套产品的抗冲击评定。在航空领域的“老本行”打下了坚实基础之后,强度所把该技术也推广到了轨道交通、汽车等领域。高铁的车头有着吸能技术的支撑;吉利汽车、上海通用汽车等轻量化车体主干材料研发的背后是材料动态力学性能测试与表征技术的研究成果。如果有机会在强度所里漫步,那些脚步匆匆、与你擦身而过的人很可能是来自同济大学、北京理工大学、西安交通大学等高校的科研人员。实验仪器设施的开放共享,为多个高校的研究工作保驾护航。

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  与军工体系互通融合同时开展的还有“军民融合”。C919,我国第一款按照最新国际适航标准研制、具有自主知识产权的干线民用飞机,圆了中华民族的“大飞机梦”。此前,强度所按照民航局要求对这个“大块头”进行了鸟撞实验等强度测试。据相关媒体报道,一只1公斤的飞鸟以500公里/小时的速度撞击航空器结构时,冲击载荷峰值往往会达到20吨以上,传统做法是“真刀真枪”地将“鸟弹”从炮管里弹射出去,模拟飞鸟撞击飞机过程,从而评估结构的抗鸟撞安全性。但是,这种破坏性的试验是“一次性的”,一旦试验件受撞击破坏后,便无法再次利用。为此,强度所基于航空结构冲击动力学的研究基础,花费了8年的时间,最终采用物理试验和虚拟仿真进行“虚实”结合的方式缩短了试验周期,降低了成本。

  十年的上下求索,换来的是航空结构冲击动力学技术在60余家民营企事业单位或高等院校单位的互通融合。在这个过程中,强度所并非一帆风顺。它曾面临着诸多困难,如没有批量商业化的产品支撑、没有成熟可借鉴的参考经验等,但在王彬文这位掌舵人看来,强度所作为中国航空工业集团有限公司所属的基础性科研院所,应发挥出基础技术研究的优势,也应主动对接市场需求。

十年的上下求索,换来的是航空结构冲击动力学技术在60余家民营企事业单位或高等院校单位的互通融合。在这个过程中,强度所并非一帆风顺。它曾面临着诸多困难,如没有批量商业化的产品支撑、没有成熟可借鉴的参考经验等,但在王彬文这位掌舵人看来,强度所作为中国航空工业集团有限公司所属的基础性科研院所,应发挥出基础技术研究的优势,也应主动对接市场需求。

C919飞机雷达罩工况静力试验现场

  王彬文谈到,结构冲击动力学技术不仅在C919、ARJ21、AG600、MA700等十余型民机的研制中得到了应用,还支撑了航空座椅、机载系统等民机配套产品的抗冲击评定。在航空领域的“老本行”打下了坚实基础之后,强度所把该技术也推广到了轨道交通、汽车等领域。高铁的车头有着吸能技术的支撑;吉利汽车、上海通用汽车等轻量化车体主干材料研发的背后是材料动态力学性能测试与表征技术的研究成果。如果有机会在强度所里漫步,那些脚步匆匆、与你擦身而过的人很可能是来自同济大学、北京理工大学、西安交通大学等高校的科研人员。实验仪器设施的开放共享,为多个高校的研究工作保驾护航。

  “没有攻坚克难、转型升级,哪有航空结构冲击动力学技术的全要素融合、多领域跨越的发展格局?”王彬文说。

“没有攻坚克难、转型升级,哪有航空结构冲击动力学技术的全要素融合、多领域跨越的发展格局?”王彬文说。

对于风挡玻璃、驾驶舱门窗等部位,猛烈的冰雹撞击能够在较短时间内使其产生裂纹,极端情况下甚至可击穿玻璃,危及生命安全。

  十年的上下求索,换来的是航空结构冲击动力学技术在60余家民营企事业单位或高等院校单位的互通融合。在这个过程中,强度所并非一帆风顺。它曾面临着诸多困难,如没有批量商业化的产品支撑、没有成熟可借鉴的参考经验等,但在王彬文这位掌舵人看来,强度所作为中国航空工业集团有限公司所属的基础性科研院所,应发挥出基础技术研究的优势,也应主动对接市场需求。

对于机头鼻锥处,冰雹撞击可能直接导致机头错位甚至直接断裂脱落。在同一次冰雹撞击事故中,多种损伤形式很可能集中出现。

  “没有攻坚克难、转型升级,哪有航空结构冲击动力学技术的全要素融合、多领域跨越的发展格局?”王彬文说。

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C919飞机雷达罩

冰雹灾害因其突发性强、来势猛、数量多、强度大的特征,导致飞机结构破坏、影响飞行安全性,威胁成员安全并可能造成经济损失。中国民用航空规章第25部《运输类飞机适航标准》(CCAR-25R4)规定,结构元件不会因包括冰雹在内的离散源损伤而失效。

根据冰雹撞击的特点,当前民机抗冰雹撞击设计的主要思路为:

提高蒙皮等结构抗冲击能力,以避免或减轻撞击威胁内部元件和管路。

采用蜂窝等吸能结构填充,实现减缓撞击载荷,降低结构失效风险。

冰雹撞击研究手段有哪些?

冰雹碰撞过程发生在毫秒级,冲击特性上体现的是非线性的复杂冲击动力学问题。目前研究冰雹的主流手段是数值分析与物理实验。

雷达罩冲击损伤引入

冰雹撞击复杂性和技术难点体现在如下方面:

军用航空技巧跨界发展,技巧商店。冰雹从与靶体的接触到最后破碎变形,具有大变形、非线性特点,冰雹材料本身因其复杂晶体结构很难被模拟。

高速撞击过程,冰雹呈现显着应变率效应,应变-应力曲线的不明确性使其本构模型很难描述,且材料参数难获取。

自然冰雹为多晶结构,而实验室人工模拟冰雹多为单晶,两者力学属性差异性较大。此外,真实撞击为大面积连续撞击,冰雹撞击地面模拟实验较为困难。

我们的研究能力处于什么水平?

我国航空事业高速发展,将冰雹撞击影响降到最低是关系到国民经济的现实课题,相关研究将对提升我国自主设计飞机的安全性具有重要意义。

威尼斯手机娱乐官网 6冰弹撞击破碎过程" style="width:60%;margin:1rem auto">

{"type":1,"value":"在实验能力方面,航空工业自主设计了冰雹撞击实验系统,填补了我国在该领域验证能力的空白。同事掌握了实验室人工模拟冰雹制备技术,广泛应用结构抗冰撞测试。目前该试验系统在飞机结构、发动机抗冰雹撞击验证和评估方面取得广泛应用。

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冰雹撞击实验系统及应用

在分析水平方面,航空工业基于大量试验数据,开发了冰雹动态本构;建立了冰雹撞击数值分析方法,可靠性得到试验确认和验证;开展大量冰雹撞击飞机结构分析,有力支撑结构抗冰雹撞击设计和评估。

End

来源:航空工业

参考资料:航空工业强度所、航空工业特种所

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