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探究力学在飞机结构设计中的应用和
【摘 要】 在我国经济不断发展的今天,我国的飞机产业在不断的发展,在飞机的使用过程中,经常会承受各种类型的动力荷载,如果荷载过大,就可能使飞机的结构遭受损坏.即使近年来我国飞机各方面的性能都在不断提升,但其受到的冲击作用的种类也越来越多,这就严重影响了飞机的安全性能.因此,文章主要从飞机结构设计中经常遇到的一些问题入手,通过相关的力学理论对其进行了研究.
【关键词】 力学 飞机结构设计 应用 发展
引言：航空航天技术是我国现代化科技中最重要技术之一,其发展在一定程度上体现着一个国家的综合实力.对于我国航空事业来讲,飞机不仅是推动其发展的主要因素,也是其不断进步的重要标志.在我国科研人员不断的研究下,已经有越来越多的学科、技术被广泛应用到飞机的设计中,而且这些技术还取得了较大的应用成果,尤其是力学,已经成为了飞机结构设计中不可或缺的内容.
一、飞机结构中的力学问题
在我国航空航天技术不断发展的背景下,飞机的类型也越来越多,为了满足各种现实需求,飞机设计中会采用各种复合材料,这也出现了许多力学问题,这些问题会对飞机结构的硬度、刚度、连接强度等造成一定的影响.因此为保证飞机结构的科学性、合理性、可靠性,延长飞机的使用寿命,降低飞机结构的造价成本,就要相关研究人员从各个方面优化飞机的结构.现阶段,飞机的研究及制造工作要严格根据相关规定来执行,主要是从飞机结构的强度、硬度、抗疲劳度和损伤容限等方面来提升飞机的总体性能,使其达到标准要求.其中力学对于飞机结构设计具有重要意义,其应用可以有效减少飞机的裂纹,并控制扩张动力.由飞机机身结构产生疲劳而引发鸟撞驾驶舱盖、飞机机背油箱振动、起落架落震等问题也是飞机结构设计中需要重点关注的力学问题.
二、力学在飞机结构设计中的应用
2.1 驾驶舱盖的鸟撞事故
在飞机飞行过程中经常会发生鸟撞事故.鸟撞事故对于飞机机体带来的损害有多种程度,严重时可能威胁到飞机甚至乘客的人身安全.所以,相关研究人员要特别重视鸟撞事故.驾驶舱盖的鸟撞事故也反映出了动力学在飞机结构设计中的一些问题,主要可以从以下几方面进行分析：对飞机结构惯性效应的分析；飞机结构设计中非线性设计的应用,选择材料时应特别注意应变率效应；鸟撞是一种柔性撞击,所以撞击过程中产生的荷载力和飞机结构的动态响应间会有显著的耦合关系.通过构建相应的力学模型,对鸟撞事故给飞机驾驶舱盖结构造成的损坏进行详细的分析,可以将非线性冲击动力学应用于飞机结构设计中,而且可以得出鸟在与飞机风挡撞击的过程中所产生的相对速度与飞机的损伤程度以及损伤面积都有直接的关系,所以在对飞机风挡进行设计时,可以通过应用曲面设计方法,并选择柔性性质较好的材料,进而减小鸟撞对飞机结构带来的损害.
2.2 飞机机背油箱振动
要想有效避免油箱出现泄漏事故,提升飞行过程的安全性,必须对其振动响应进行详细的分析,从而通过动力学提升飞机油箱的使用寿命.1、主要研究流程.首先,对油箱飞行任务的相关实测数据进行分析和整理,以得到振动载荷谱；其次,通过应用MSC/NASTRAN 软件模拟机背油箱底部与机身接头位置的强迫运动,机背油箱有限元模型如图1 所示；最后,运用虚拟质量法来解决油箱的流———固耦合问题.2、相关结论.首先,分析油箱在载油以及无油情况下,其应力响应功率谱密度曲线以及相应的均方根值,可以找出油箱受应力较大的位置,即图1 中B 和C 之间的位置；其次,分析结果与试验结果相符,说明该模型具有较高的可行性,能够应用与飞机油箱结构设计中；最后,该分析能为求解金属油箱流———固耦合振动响应提供基础保障.
2.3 起落架落震性能分析
在飞机上安装起落架主要有以下两个作用：第一,减小飞机着陆过程中垂直速度产生的动能；第二,确保飞机可以顺利地完成地面上的各种动作.由于飞机着陆时对地面有较大的冲击力,所以会承受较大的冲击载荷.而起落架（包括缓冲器和轮胎两部分）能够对冲击荷载起到较大的缓冲作用.在飞机起落架设计中,需要通过落震实验检验其能否满足强度、耗能效率等实际要求.飞机着陆时,起落架的减震支柱主要承受3 种力：即气体载荷、油液阻尼力以及库仑力.气体载荷会随着内外筒产生的轴向位移发生相应的变化,其与轴向位移具有一定的函数关系；油液阻尼力实在内外筒沿轴向有相对速度时出现的,其与轴向速度有函数关系.库仑力由内外筒接触面间的摩擦系数决定.起落架通常为半摇臂式的双腔减震结构,计算工况包括以下3 种：设计着陆使用功、设计着陆最大功以及极限着陆使用功.
三、未来发展
随着我国航空技术的快速发展,动力学逐渐被广泛应用到飞机结构设计中.但现阶段力学的应用还在研究阶段,还不够完善,其在飞机结构设计中的应用还存在一些问题有待解决.目前,在飞机结构动力学领域中,已经出现了一些新的应用技术：一是结构动力学技术在应用越来越多,进而形成了动力荷载结构动力学技术；二是结构动力学技术与现代控制技术相结合形成的结构主动控制技术以及自适应控制技术.这些新技术能够使得飞机结构动力学理论得到有效的扩展和丰富,而将这些技术应用于飞机结构设计中,可以高效地解决飞机设计中各种结构问题,促进我国航空事业的发展.
结束语：总而言之,在航空航天技术中,力学具有非常重要的作用,要想使我国的飞机在结构设计方面取得较好的成果,就需要相关研究人员不断对力学进行深入的研究,并将其更好地应用于驾驶舱盖的鸟撞问题、飞机机背油箱振动、起落架落震性能等方面,进而推动我国事业的发展.
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