通用飛機抗墜撞設(shè)計指南

前言

乘員安全性是民用飛機重要的設(shè)計指標(biāo)之一，各國民用飛機適航條例和飛機設(shè)計規(guī)范都對此提出了具體的嚴(yán)格要求。事實證明，如果在飛機設(shè)計中考慮了抗墜撞性能要求，乘員的生存率將會得到很大的提高。國外自20世紀(jì)60年代起，就對民用飛機的墜撞安全性及抗墜撞設(shè)計展開了系統(tǒng)、深入的研究。通過對可生存事故的調(diào)查統(tǒng)計和分析，確定了可生存事故及生存力包線等設(shè)計要求。通過對全尺寸飛機分段結(jié)構(gòu)與整機結(jié)構(gòu)的計算分析和試驗研究，系統(tǒng)地建立了飛機結(jié)構(gòu)墜撞設(shè)計準(zhǔn)則和計算機仿真分析與試驗驗證方法，大大改善了現(xiàn)代民用飛機抗墜撞性能，提高了飛機的墜撞安全性。國內(nèi)自20世紀(jì)90年代起，陸續(xù)開展了飛機結(jié)構(gòu)的抗墜撞設(shè)計、分析與試驗研究工作，取得了良好的效果。為了推動和深化飛機結(jié)構(gòu)的抗墜撞研究，我們收集、整理、消化了國內(nèi)外關(guān)于飛機墜撞安全性和抗墜撞設(shè)計、分析、試驗等方面的研究資料，結(jié)合“農(nóng)林飛機抗墜撞設(shè)計技術(shù)研究”課題組的研究成果，編著了這本《通用飛機抗墜撞設(shè)計指南》（簡稱指南）。本《指南》共分10章，其中前三章介紹了飛機抗墜撞設(shè)計的基本概念、設(shè)計準(zhǔn)則、仿真計算建模技術(shù)及計算軟件、計算方法，后七章介紹了抗墜撞設(shè)計和試驗方法。本《指南》可供從事通用飛機設(shè)計的技術(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)集團有限責(zé)任公司、南京航空航天大學(xué)、原中國一航中國飛機強度研究所、石家莊飛機工業(yè)公司。本《指南》的編寫得到了原國防科工委系統(tǒng)三司及原中航二集團科技部有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)的指導(dǎo)和大力幫助，在此表示感謝。由于飛機結(jié)構(gòu)抗墜撞設(shè)計技術(shù)尚在不斷的發(fā)展和完善之中，加上編著人員對各種專業(yè)技術(shù)知識的認(rèn)識和理解有限，書中難免有不當(dāng)之處，懇請讀者批評指正。

內(nèi)容概要

　　《通用飛機抗墜撞設(shè)計指南》闡明了民用飛機墜撞安全性的設(shè)計理念，系統(tǒng)地介紹了通用飛機抗墜撞設(shè)計的基本概念、設(shè)計準(zhǔn)則、可生存事故的墜撞設(shè)計條件，以及計算機仿真的建模技術(shù)、計算軟件和計算方法，對機體結(jié)構(gòu)及各系統(tǒng)的抗墜撞設(shè)計原則和設(shè)計方法也做了詳細(xì)介紹?！锻ㄓ蔑w機抗墜撞設(shè)計指南》可供從事結(jié)構(gòu)抗墜撞研究人員、從事民用飛機設(shè)計的技術(shù)人員和管理人員參考使用。

書籍目錄

第1章　飛機結(jié)構(gòu)抗墜撞設(shè)計概念和設(shè)計準(zhǔn)則1.1　概述1.2　基本設(shè)計思想1.3　基本術(shù)語的定義與解釋1.3.1　可生存事故1.3.2　生存力及生存力包線1.3.3　機體結(jié)構(gòu)的抗墜撞性能1.3.4　可生存事故中飛機速度變化的累計頻率曲線1.3.5　可生存事故中飛機的撞擊過載1.3.6　人對瞬時加速度的耐受力1.4　坐標(biāo)系與飛機姿態(tài)1.4.1　坐標(biāo)系1.4.2　飛機姿態(tài)1.4.3　撞擊時的角度定義1.5　墜撞載荷及相關(guān)項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)計觀念1.6.2　一般設(shè)計要求第2章　抗墜撞設(shè)計條件和狀態(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 兩個標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的主要區(qū)別2.4　墜撞設(shè)計條件確定的例子第3章　抗墜撞分析方法和計算軟件3.1　概述3.2　飛行器墜撞問題的描述方法3.2.1　有限元法簡介3.2.2　顯式解法和隱式解法的一般過程3.2.3　墜撞分析中幾個值得注意的問題3.2.4　顯式有限元的發(fā)展3.3　飛機墜撞對計算軟件的基本要求3.4　機體結(jié)構(gòu)的數(shù)值模型3.5　座椅的要求3.6　飛機墜撞分析軟件的評價和選擇3.6.1 目前通用的分析軟件及其功能3.6.2　軟件對抗墜撞分析適用性評價3.6.3　結(jié)構(gòu)元件破壞失效模式與處理方法3.7 多剛體動力學(xué)人體模型3.7.1　人體模型的簡化3.7.2　多剛體計算程序ATB簡介3.8　模型的確認(rèn)3.8.1　模型確認(rèn)所需的試驗認(rèn)證3.8.2　分析結(jié)果的檢驗3.9　一般性分析流程簡介3.10 小結(jié)第4章　機體結(jié)構(gòu)抗墜撞設(shè)計4.1 概述4.2　抗墜撞設(shè)計準(zhǔn)則4.2.1　一般要求4.2.2　強度和變形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　作用于機身殼體的垂直（擠壓）載荷引起的損壞4.3.3　作用于機身殼體的側(cè)向（擠壓）載荷引起的損壞4.3.4　作用于機身殼體的橫向（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　起落架穿透機身殼體4.3.7　燃油箱的斷裂4.4　機身結(jié)構(gòu)的抗墜撞設(shè)計4.4.1　機身結(jié)構(gòu)抗墜撞性能指標(biāo)4．4．2 墜撞時的能量關(guān)系4．4．3 墜撞時的動量關(guān)系4．4．4 改善抗墜撞性能可能采用的設(shè)計方案4．5 機翼與尾部結(jié)構(gòu)的抗墜撞設(shè)計4．5．1 簡要說明4．5．2 抗墜撞設(shè)計要求第5章 起落架抗墜撞設(shè)計5．1 概述5．2 結(jié)構(gòu)抗墜撞設(shè)計的一般原則5．2．1 材料選擇及結(jié)構(gòu)的強度和剛度要求5．2．2 布局設(shè)計5．2．3 高吸能緩沖器設(shè)計5．3 特殊的緩沖器設(shè)計技術(shù)5．3．1 建立緩沖器模型5．3．2 計算結(jié)果第6章 乘員座椅／約束系統(tǒng)抗墜撞設(shè)計6．1 概述6．1．1 主要設(shè)計思想6．1．2 準(zhǔn)則適用范圍6．1．3 舒適性6．1．4 驗收準(zhǔn)則6．1．5 選擇準(zhǔn)則6．2 一般設(shè)計原則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 強度分析6．2．5 墜撞力的衰減6．3 座椅強度和變形要求6．3．1 設(shè)計座椅時建議使用的乘員質(zhì)量6．3．2 縱向強度和變形要求6．3．3 垂直方向強度和變形要求6．3．4 側(cè)向強度和變形要求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)試驗要求6．6．1 一般要求6．6．2 要求附加試驗的設(shè)計更改6．6．3 墜撞試驗裝置及假人6．6．4 座椅靜力試驗要求6．6．5 動力試驗6．6．6 FAA側(cè)向座椅試驗要求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)語第7章 約束裝置抗墜撞設(shè)計7．1 概述7．1．1 專業(yè)術(shù)語7．1．2 約束裝置的驗收7．1．3 約束裝置設(shè)計應(yīng)考慮的因素7．2 一般設(shè)計原則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)計準(zhǔn)則7．4．1 概述7．4．2 貨物約束7．5 試驗準(zhǔn)則7．5．1 乘員束帶裝置試驗7．5．2 擔(dān)架束帶裝置試驗7．5．3 貨物約束系統(tǒng)試驗第8章 發(fā)動機安裝及燃油系統(tǒng)抗墜撞設(shè)計8．1 概述8．2 發(fā)動機安裝系統(tǒng)的抗墜撞設(shè)計8．3 燃油系統(tǒng)抗墜撞設(shè)計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／應(yīng)急艙門抗墜撞設(shè)計9．1 概述9．2 專業(yè)術(shù)語9．3 應(yīng)急艙門9．3．1 艙門的尺寸9．3．2 所需應(yīng)急艙門的數(shù)目9．3．3 艙門位置9．3．4 艙門的使用9．3．5 艙門通路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 墜撞試驗驗證方法與試驗技術(shù)10．1 概述10．2 國內(nèi)外墜撞試驗簡介10．3 飛機結(jié)構(gòu)縱向撞擊試驗驗證方法和技術(shù)10．3．1 縱向撞擊試驗說明10．3．2 縱向撞擊試驗方法10．3．3 農(nóng)5A飛機全機縱向撞擊試驗方案10．4 垂直墜落地面的墜撞試驗驗證方法和技術(shù)10．5 墜撞試驗數(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)處理與評估技術(shù)10．5．2 仿真分析結(jié)果與試驗結(jié)果的相關(guān)性分析評估附錄：CCAR23．561和23．562條款參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：第1章　飛機結(jié)構(gòu)抗墜撞設(shè)計概念和設(shè)計準(zhǔn)則飛機的飛行事故嚴(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、適航部門審查監(jiān)督的加強以及人們?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。但是事實表明，無論飛機設(shè)計和制造得多么先進、可靠，由于各種不能完全準(zhǔn)確預(yù)測的原因（如設(shè)計、制造、維護、氣象以及人為差錯等），飛機的墜撞事故總是難以完全避免的。根據(jù)1967～1972年美國陸軍旋翼機發(fā)生的多起墜撞事故的調(diào)查結(jié)果，如果能在飛機設(shè)計的最初階段就考慮到墜撞安全性設(shè)計，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墜撞后乘員的生存率。正因為如此，國內(nèi)外對與飛機墜撞安全性直接有關(guān)的抗墜撞設(shè)計技術(shù)給予了高度的關(guān)注，尤其是對民用飛機開展了很多的研究工作。美國和歐洲的一些國家很早就開展了有關(guān)飛機結(jié)構(gòu)抗墜撞問題的研究，美國軍方為此制定了飛機生存率設(shè)計指南和相應(yīng)的結(jié)構(gòu)抗墜撞設(shè)計規(guī)范，并把飛機結(jié)構(gòu)的抗墜撞性能作為初始設(shè)計階段的一項重要指標(biāo)來考慮，使之成為與飛機設(shè)計的重量、過載、疲勞壽命等同等重要的關(guān)鍵問題。20世紀(jì)70年代美國聯(lián)邦航空局(FAA)和美國國家航空航天局(NASA)在工業(yè)部門的幫助下，對小型通用航空飛機的墜撞動力特性及墜撞安全性等問題進行了大量的研究。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，并進行了一系列全機分段結(jié)構(gòu)和整機結(jié)構(gòu)的墜撞試驗。這些試驗結(jié)果用于檢驗和修正抗墜撞分析方法和計算機程序，最終建立起確定飛機結(jié)構(gòu)墜撞安全性問題的數(shù)據(jù)庫，進一步為確定民用飛機設(shè)計使用的墜撞動力設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)奠定了基礎(chǔ)。

編輯推薦

《通用飛機抗墜撞設(shè)計指南》由航空工業(yè)出版社出版發(fā)行。

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