用SPH和有限元方法研究鸟撞飞机风挡问题

（ ， ， ， ） １ ． Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆＡ ｅ ｒ ｏ ｎ ａ ｕ ｔ ｉ ｃ ｓａ ｎ ｄＡ ｓ ｔ ｒ ｏ ｎ ａ ｕ ｔ ｉ ｃ ｓ Ｎ ａ ｎ ｉ ｎ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｆＡ ｅ ｒ ｏ ｎ ａ ｕ ｔ ｉ ｃ ｓａ ｎ ｄＡ ｓ ｔ ｒ ｏ ｎ ａ ｕ ｔ ｉ ｃ ｓ Ｎ ａ ｎ ｉ ｎ １ ０ ０ １ ６ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ２ ｊ ｇＵ ｙｏ ｊ ｇ （ ， ， ） ２． Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅｏ ｆＡ ｌ ｉ ｅ ｄＭ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ｓ Ｔ ａ ｉ ｕ ａ ｎＵ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｆＴ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ Ｔ ａ ｉ ｕ ａ ｎ ３ ０ ０ ２ ４， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ０ ｐ ｐ ｙ ｙｏ ｇ ｙ ｙ （ ， ） ， ， ） ３． Ｒ ｅ ａ ｒ ｃ ｈａ ｎ ｄＤ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｍ ｅ ｎ ｔＣ ｅ ｎ ｔ ｅ ｒ Ｃ ｈ ｅ ｎ ｄ ｕＡ ｉ ｒ ｃ ｒ ａ ｆ ｔ Ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｉ ａ ｌ（ Ｇ ｒ ｏ ｕ Ｃ ｏ ． Ｌ ｔ ｄ ． Ｃ ｈ ｅ ｎ ｄ ｕ １ ０ ０ ９ ２， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ６ ｐ ｇ ｐ ｇ ， ， ） （ ４． Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆＣ ｉ ｖ ｉ ｌＥ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｎ ｄＴ ｒ ａ ｎ ｓ ｏ ｒ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｓ ｏ ｕ ｔ ｈＣ ｈ ｉ ｎ ａＵ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｆＴ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ Ｇ ｕ ａ ｎ ｚ ｈ ｏ ｕ １ ０ ６ ４ ０， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ５ ｇ ｇａ ｐ ｙｏ ｇ ｙ ｇ 摘 要 ：鸟与飞行中的飞机相撞是飞机结构损坏的重要因素 ， 严重时会引发机毁人亡的灾 难 性 事 故 。 对 高 速 低空飞行的军用飞机而言 ， 风挡部分抗鸟撞的研究对保证飞行安全尤其重要 。 基于飞机圆弧风挡受鸟体撞击 建立了国产某型军用飞机圆弧风挡及鸟体的 计 算 模 型 ， 采用 Ｌ 的实验观察 ， Ｓ Ｄ ＹＮＡ ３ Ｄ 中有限元和光滑粒子 流体动力学 （ 耦合的数值分析方法 ， 对某飞机圆弧风挡受鸟体撞击的过程进行了数值模拟 。 计算结果得 Ｓ Ｐ Ｈ） ／ 到了风挡结 构 的 变 形 、 位移和应变等几方面的数据， 与实验结果基本吻合。同时， 给出了５ ０ ０～６ ５ ０ｋ ｍ ｈ速 风挡发生破坏的临界 撞 速 、 圆弧风挡经受鸟体撞击时发生破坏的可能位 度范围内的撞击力和应力时程曲线 、 置及其破坏方式 。 最后 ， 与鸟 体 采 用 任 意 拉 格 朗 日（ 和无网格伽辽金方法（ 进 行 了 对 比， 验证了 Ａ Ｌ Ｅ） Ｅ Ｆ Ｇ） Ｓ Ｐ Ｈ 方法在分析鸟撞问题中的优越性 。 研究结果为风挡的安全设计和研制新机型提供了有价值的数据 。 关键词 ：鸟撞 ；飞机风挡 ；光滑粒子流体动力学 ；有限元方法 中图分类号 ：Ｖ ２ １ ５． ２； Ｏ ３ ４ ７． ３ 文献标识码 ：Ａ ： Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｔ ｈ ｅ ｃ ｌ ａ ｓ ｈｂ ｅ ｔ ｗ ｅ ｅ ｎ ｆ ｌ ｉ ｎ ｉ ｒ ｄ ｓ ａ ｎ ｄａ ｉ ｒ ｌ ａ ｎ ｅ ｓ ｆ ｒ ｅ ｕ ｅ ｎ ｔ ｌ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｉ ｎｄ ａ ｍ ａ ｅｏ ｆ ａ ｉ ｒ ｃ ｒ ａ ｆ ｔ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｙ ｇｂ ｐ ｑ ｙｒ ｇ ｃ ｏ ｕ ｌ ｄｅ ｖ ｅ ｎｌ ｅ ａ ｄｔ ｏａ ｉ ｒ ｃ ｒ ａ ｆ ｔ ｃ ｒ ａ ｓ ｈａ ｎ ｄｄ ｅ ａ ｔ ｈｏ ｆ ｃ ｒ ｅ ｗｍ ｅ ｍ ｂ ｅ ｒ ｓ ｉ ｎｔ ｈ ｅｍ ｏ ｓ ｔｄ ｉ ｓ ａ ｓ ｔ ｒ ｏ ｕ ｓｃ ａ ｓ ｅ ｓ ． Ｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｏ ｎｔ ｈ ｅ ｇ ｗ ｉ ｎ ｄ ｓ ｈ ｉ ｅ ｌ ｄｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ｔ ｏｂ ｉ ｒ ｄ ｉ ｍ ａ ｃ ｔ ｉ ｓ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｆ ｏ ｒ ｅ ｃ ｒ ｕ ｃ ｉ ａ ｌ ｔ ｏｅ ｎ ｓ ｕ ｒ ｅ ｔ ｈ ｅ ｓ ａ ｆ ｅ ｆ ｌ ｉ ｈ ｔ ｏ ｆ ｈ ｉ ｈ ｓ ｅ ｅ ｄ ｌ ｏ ｗ ａ ｌ ｔ ｉ ｔ ｕ ｄ ｅｍ ｉ ｌ ｉ ｐ ｇ ｇ ｐ ， ｔ ａ ｒ ｉ ｒ ｃ ｒ ａ ｆ ｔ ． Ｂ ａ ｓ ｅ ｄｏ ｎｔ ｈ ｅｅ ｘ ｅ ｒ ｉ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｏ ｂ ｓ ｅ ｒ ｖ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｏ ｆｂ ｉ ｒ ｄ ｉ ｍ ａ ｃ ｔ ｏ ｎａ ｉ ｒ ｃ ｒ ａ ｆ ｔ ａ ｒ ｃｗ ｉ ｎ ｄ ｓ ｈ ｉ ｅ ｌ ｄ ｓ ａｃ ｏ ｍ ｕ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｙａ ｐ ｐ ｐ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌｏ ｆ ａ ｎａ ｒ ｃｗ ｉ ｎ ｄ ｓ ｈ ｉ ｅ ｌ ｄａ ｎ ｄｂ ｉ ｒ ｄ ｆ ｏ ｒ ａｃ ｅ ｒ ｔ ａ ｉ ｎｔ ｅｏ ｆ ａ ｉ ｒ ｃ ｒ ａ ｆ ｔｍ ａ ｄ ｅ ｉ ｎＣ ｈ ｉ ｎ ａ ｉ ｓｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ ． Ｉ ｓ ｓ ｕ ｅ ｓｏ ｎｔ ｈ ｅａ ｒ ｃ ｙ ｐ ｗ ｉ ｎ ｄ ｓ ｈ ｉ ｅ ｌ ｄ ｉ ｍ ａ ｃ ｔ ｅ ｄｂ ｉ ｒ ｄ ｓａ ｒ ｅｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｄｕ ｓ ｉ ｎ ｍ ｏ ｏ ｔ ｈ ｅ ｄｐ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅｈ ｄ ｒ ｏ ｄ ｎ ａ ｍ ｉ ｃ ｓ（ Ｓ Ｐ Ｈ） ａ ｎ ｄｔ ｈ ｅ ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｐ ｙｂ ｇｓ ｙ ｙ ， Ｆ ＥＭ） ｄ ｉ ｓ ｌ ａ ｃ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔａ ｎ ｄｓ ｔ ｒ ａ ｉ ｎｏ ｆｔ ｈ ｅ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ（ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ｄｂ Ｓ Ｄ ＹＮＡ ３ Ｄ． Ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓｉ ｎ ｃ ｌ ｕ ｄ ｉ ｎ ｈ ｅｄ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｐ ｙＬ ｇｔ ，ｗ ａ ｒ ｃｗ ｉ ｎ ｄ ｓ ｈ ｉ ｅ ｌ ｄａ ｒ ｅｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｅ ｄｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｈｎ ｕ ｍ ｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｈ ｉ ｃ ｈａ ｒ ｅ ｅｗ ｅ ｌ ｌｗ ｉ ｔ ｈｔ ｈ ｅｅ ｘ ｅ ｒ ｉ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｌｄ ａ ｔ ａ ． Ｍ ｏ ｒ ｅ ｇ ｇ ｐ ， ｕ ｓ ｅ ｆ ｕ ｌ ｃ ｏ ｎ ｃ ｌ ｕ ｓ ｉ ｏ ｎ ｓ ｓ ｕ ｃ ｈａ ｓｔ ｈ ｅｉ ｍ ａ ｃ ｔ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅｈ ｉ ｓ ｔ ｏ ｒ ｕ ｒ ｖ ｅａ ｎ ｄｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓｈ ｉ ｓ ｔ ｏ ｒ ｕ ｒ ｖ ｅｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｉ ｍ ａ ｃ ｔｖ ｅ ｌ ｏ ｃ ｉ ｔ ｉ ｅ ｓｉ ｎ ｐ ｙｃ ｙｃ ｐ ／ ， ｔ ｈ ｅｒ ａ ｎ ｅｏ ｆ ５ ０ ０ ６ ５ ０ｋ ｍ ｈ， ｔ ｈ ｅｃ ｒ ｉ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｉ ｍ ａ ｃ ｔｖ ｅ ｌ ｏ ｃ ｉ ｔ ｈ ｉ ｃ ｈｃ ａ ｎｌ ｅ ａ ｄｔ ｏｄ ａ ｍ ａ ｅｏ ｆ ｔ ｈ ｅｗ ｉ ｎ ｄ ｓ ｈ ｉ ｅ ｌ ｄ ｏ ｓ ｓ ｉ ｂ ｌ ｅ ｇ ｐ ｙｗ ｇ ｐ ， ｄ ａ ｍ ａ ｅ ｌ ｏ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓａ ｎ ｄｍ ｏ ｄ ｅ ｓｏ ｆ ｔ ｈ ｅｗ ｉ ｎ ｄ ｓ ｈ ｉ ｅ ｌ ｄａ ｆ ｔ ｅ ｒ ｉ ｍ ａ ｃ ｔ ｅ ｄｂ ｉ ｒ ｄ ｓ ａ ｒ ｅｄ ｒ ａ ｗ ｎｆ ｒ ｏ ｍｔ ｈ ｅｎ ｕ ｍ ｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｇ ｐ ｙｂ ， ｔ ｉ ｏ ｎ ． Ｆ ｉ ｎ ａ ｌ ｌ ａｃ ｏ ｍ ａ ｒ ｉ ｓ ｏ ｎｏ ｆ ｔ ｈ ｅａ ｒ ｂ ｉ ｔ ａ ｒ ａ ｒ ａ ｎ ｅＥ ｕ ｌ ｅ ｒ（ Ａ Ｌ Ｅ） ａ ｎ ｄｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｆ ｒ ｅ ｅＧ ａ ｌ ｅ ｒ ｋ ｉ ｎ（ Ｅ Ｆ Ｇ）ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ｙ ｐ ｙＬ ｇ ｇ ｗ ｉ ｔ ｈｔ ｈ ｅＳ Ｐ Ｈｆ ｏ ｒｂ ｉ ｒ ｄ ｉ ｍ ａ ｃ ｔ ｓｖ ｅ ｒ ｉ ｆ ｉ ｅ ｓ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅＳ Ｐ Ｈｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄｉ ｓｆ ｅ ａ ｓ ｉ ｂ ｌ ｅａ ｎ ｄｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ｆ ｏ ｒａ ｎ ａ ｌ ｚ ｉ ｎ ｉ ｒ ｄｉ ｍ ａ ｃ ｔ ｐ ｙ ｇｂ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍ ｓ ． Ｔ ｈ ｅｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓｃ ａ ｎｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅｖ ａ ｌ ｕ ａ ｂ ｌ ｅｄ ａ ｔ ａｆ ｏ ｒｔ ｈ ｅｄ ｅ ｓ ｉ ｎａ ｎ ｄｍ ａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅｏ ｆｒ ｅ ｌ ｉ ａ ｂ ｌ ｅｗ ｉ ｎ ｄ ｐ ｇ ｓ ｈ ｉ ｅ ｌ ｄ ｓ ． ： ； ； Ｋ ｅ ｏ ｒ ｄ ｓ ｂ ｉ ｒ ｄ ｉ ｍ ａ ｃ ｔ ａ ｉ ｒ ｃ ｒ ａ ｆ ｔｗ ｉ ｎ ｄ ｓ ｈ ｉ ｅ ｌ ｄ Ｓ Ｐ Ｈ； ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｐ ｙｗ
第１期
贾建东等 ： 用Ｓ Ｐ Ｈ 和有限元方法研究鸟撞飞机风挡问题
１ ３ ７
１］ ２］ 研究工作 。 龚尧南 ［ 和王礼立 ［ 等提出了合理分
（ 抗鸟撞的实验方法 ， 通过空气炮发射 “ 鸟弹 ” 取活 鸡代 ）撞击安装于台架上的全尺寸风挡来模拟鸟 撞过程 。 试件参照飞机上的安置角度安装于实验 ， 台架上 ， 呈斜 撞 击 姿 势 ， 角度为２ 安装状态保 ７ ° 。鸟 体 以 不 持原 设 计 的 空 间 状 态 （ 如 图 ２ 所 示） ／ 同 速 度ｖ 从 ３ 个 不 同 的 位 置 （ 风挡对称线前１ ３ 处、 中点以及后弧 框） 分 别 对 风 挡 进 行 撞 击。风 挡厚度 均 为 １ 材 料 为 航 空 ３ 号 有 机 玻 璃， ８ ｍｍ， ， 鸟重为 １ 鸟的撞击速度范围为４ ８ｋ ３ ９～６ ２ ７ ｇ ／ ｋ ｍ ｈ。 采用高速 摄 像 和 高 速 摄 影 装 置 从 不 同 角 度对鸟撞过程进行了拍摄 。 使用动态应变仪测量 激光位移传感器测量位移 。 应变 ，
行的军用飞机而 言 ， 风挡部分抗鸟撞的研究对保 证飞行安全 尤 其 重 要 。 目 前 ， 鸟撞问题的研究Βιβλιοθήκη Baidu 法主要集中在实验和数值模拟 。 由于这方面的实 验成本昂贵 ， 因此 数 值 模 拟 成 为 分 析 鸟 撞 问 题 的 主要手段 ， 并且国 内 外 学 者 对 此 都 展 开 了 大 量 的
它 风挡是现代 飞 机 上 极 为 关 注 的 关 键 部 件 ， 关系到飞行员和整个飞机的安全 。 对高速低空飞
收稿日期 ： ２ ０ ０ ８ １ ０ ２ ０；修订日期 ： ２ ０ ０ ９ ０ ４ ０ ３ ） 基金项目 ： 中国博士后科学基金 （ ２ ０ ０ ９ ０ ４ ５ ０ ８ ６ ８ ： 通讯作者 ： 李志强 Ｅ ｍ ａ ｉ ｌ ｚ ｌ ｉ ｔ ｕ ｔ ６ ３． ｃ ｏ ｍ ＠１ ｑ ｙ
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１３ ２４ ２ ２ ４ ， ， Ｊ ｉ ａＪ ｉ ａ ｎ ｄ ｏ ｎ Ｌ ｉＺ ｈ ｉ ｉ ａ ｎ Ｙ ａ ｎ ｉ ａ ｎ ｌ ｉ ｎ Ｚ ｈ ａ ｏＬ ｏ ｎ ｍ ａ ｏ Ｙ ａ ｏＸ ｉ ａ ｏ ｈ ｕ ｇ ， ｑ ｇ ， ｇＪ ｇ ， ，
１卷 第１期 第３ ０ １ ０ 年 １ 月 ２
航 空 学 报 Ａ Ｃ ＴＡ Ａ Ｅ Ｒ ＯＮＡＵＴ Ｉ Ｃ ＡＥ ＴＡ Ｓ Ｔ Ｒ ＯＮＡＵＴ Ｉ Ｃ ＡＳ Ｉ Ｎ Ｉ Ｃ Ａ
Ｖ ｏ ｌ ３ １Ｎ ｏ １ Ｊ ａ ｎ ． ２ ０ １ ０
（ ） １ ０ ０ ０ ６ ８ ９ ３ ２ ０ １ ０ ０ １ ０ １ ３ ６ ０ ７ 文章编号 ：
用Ｓ Ｐ Ｈ 和有限元方法研究鸟撞飞机风挡问题
３ ４ ，李志强２， ，杨建林２，赵隆茂２，姚小虎４ 贾建东１，
（ ） 南京航空航天大学 航空宇航学院 ，江苏 南京 ２ １． １ ０ ０ １ ６ （ ） 太原理工大学 应用力学研究所 ，山西 太原 ０ ２． ３ ０ ０ ２ ４ （ ） 成都飞机工业 （ 集团 ） 公司 技术中心 ，四川 成都 ６ ３． １ ０ ０ ９ ２ ） （ 华南理工大学 土木与交通学院 ，广东 广州 ５ ４． １ ０ ６ ４ ０