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高可靠单向爆破的民机防爆结构设计

航空学报 2023年第18期44卷 186-200页

作者：冯蕴雯林心怡薛小锋杨祥刘佳奇西北工业大学航空学院西安710072 中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院上海201210

基于适航条款FAR25.795和咨询通告AC25.795-6,结合灾难性故障状态对飞机和乘客的影响程度,确定最小风险炸弹位置(LRBL)结构的设计要求是结构实现单向爆破功能的概率大于1−10^(−9),提出了一种高可靠单向爆破的LRBL结构的设计技术。首先根... 详细信息

基于适航条款FAR25.795和咨询通告AC25.795-6,结合灾难性故障状态对飞机和乘客的影响程度,确定最小风险炸弹位置(LRBL)结构的设计要求是结构实现单向爆破功能的概率大于1−10^(−9),提出了一种高可靠单向爆破的LRBL结构的设计技术。首先根据LRBL结构将爆炸产生的能量沿指定方向释放到客舱外部的防爆原理,设计LRBL结构方案是由端盖、罐体以及剪切销三部分组成的圆筒结构,然后利用LS-DYNA软件对内爆作用下LRBL结构的塑性应变进行研究,分别讨论了不同炸药位置和结构尺寸对LRBL结构各危险部位塑性应变的影响,最后开展了LRBL结构实现单方向爆破功能的可靠性分析,利用拉丁超立方抽样获取输入样本,通过爆炸仿真获得输出样本,采用K-S检验分析其概率分布特征,并基于故障树模型计算可靠度。结果表明:所提出的结构厚度为20 mm、剪切销直径为14 mm的LRBL结构设计方案,其实现单方向爆破功能的概率为1−4.07×10^(−10),能够满足LRBL结构的设计要求,可为国产飞机LRBL结构的适航验证和适航审定提供技术支撑。

关键词：最小风险炸弹位置结构设计可靠性分析内爆作用民机

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冲击载荷作用下机身壁板破坏效应及结构优化

振动与冲击 2023年第14期42卷 40-47页

作者：李永鹏徐豫新杨祥李旭东北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081 北京理工大学高能量密度材料教育部重点实验室北京100081 北京理工大学重庆创新中心重庆401120 上海飞机设计研究院上海201210 中北大学机电工程学院太原030051

研究非包容抗爆结构约束下,冲击波和端头两种冲击载荷对机身壁板的破坏效应。以定向非包容抗爆结构冲击位置处机身壁板为研究对象,通过有限元数值模拟,分析了在非包容抗爆结构约束下冲击波和端头两种载荷作用于不同位置时,机身壁板的破... 详细信息

研究非包容抗爆结构约束下,冲击波和端头两种冲击载荷对机身壁板的破坏效应。以定向非包容抗爆结构冲击位置处机身壁板为研究对象,通过有限元数值模拟,分析了在非包容抗爆结构约束下冲击波和端头两种载荷作用于不同位置时,机身壁板的破坏模式和程度,并以限制机身壁板破坏范围为目的,对冲击位置处机身壁板进行了结构优化。结果表明:在冲击波作用下机身壁板的主要破坏模式为蒙皮剪切冲塞、沿筋和垂直于筋撕裂以及筋条断裂,在端头作用下则为蒙皮沿筋和垂直于筋撕裂以及筋条断裂;冲击位置对端头载荷作用下机身壁板的破坏程度影响较冲击波明显;端头冲击筋条位置对机身壁板的整体破坏程度较小,为较优的冲击方案;垂直加筋对两种冲击模式下机身壁板的破口扩展均有明显约束效果,但对端头作用下的约束效果更佳,端头冲击筋间或筋条位置时,增加垂直加筋壁板损伤面积分别减小了56%和39%。研究结果可为民机用非包容抗爆容器结构设计及冲击位置处机身壁板结构设计提供指导。

关键词：最小风险炸弹位置机身壁板结构响应数值仿真 2020-T3铝合金

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爆炸冲击载荷下典型机身结构动响应及破坏

航空学报 2021年第2期42卷 156-167页

作者：刘宗兴刘军李维娜西北工业大学航空学院西安710072 海山实业发展总公司石家庄050200 中国商飞上海飞机设计研究院上海201210

确定满足适航要求的最小风险炸弹位置,必须研究爆炸冲击载荷下机身结构动响应及破坏模式。以某型飞机典型机身结构为研究对象,采用LS-DYNA商用软件,建立了爆炸冲击载荷下机身典型结构动响应数值模型。采用控制变量法分析了爆炸物当量、... 详细信息

确定满足适航要求的最小风险炸弹位置,必须研究爆炸冲击载荷下机身结构动响应及破坏模式。以某型飞机典型机身结构为研究对象,采用LS-DYNA商用软件,建立了爆炸冲击载荷下机身典型结构动响应数值模型。采用控制变量法分析了爆炸物当量、爆炸冲击距离以及爆炸冲击位置对典型机身结构动响应及破坏模式的影响,同时研究了损伤后典型机身结构的剩余强度。研究结果表明,造成机身结构有效破坏的爆炸物临界当量与爆炸冲击距离密切相关;爆炸冲击距离对典型机身结构损伤及剩余强度影响不明显;典型机身结构筋条位置对剩余强度影响较大。在此基础上,提出了表征剩余强度的无量纲系数,并建立了剩余强度无量纲系数与爆炸物当量及爆炸冲击距离之间的函数关系。

关键词：爆炸冲击波最小风险炸弹位置数值模拟损伤研究剩余强度

爆炸位置对钛合金定向泄爆容器冲击响应的影响

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爆炸与冲击 2024年第2期44卷 164-174页

作者：郭德龙任云燕徐豫新李永鹏李旭东杨祥北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081 北京理工大学高能量密度材料教育部重点实验室北京100081 北京理工大学重庆创新中心重庆401120 中北大学机电工程学院山西太原030051 上海飞机设计研究院上海201210

研究了不同位置炸药爆炸作用下钛合金定向泄爆容器的冲击响应。通过试验与数值模拟,分析了100 g TNT炸药放置不同位置时容器的抗爆性能和冲击端头的飞行角度,并以限制罐体运动为目的,对罐体轴向受力进行了分析。研究表明:爆炸物位于轴线... 详细信息

研究了不同位置炸药爆炸作用下钛合金定向泄爆容器的冲击响应。通过试验与数值模拟,分析了100 g TNT炸药放置不同位置时容器的抗爆性能和冲击端头的飞行角度,并以限制罐体运动为目的,对罐体轴向受力进行了分析。研究表明:爆炸物位于轴线时,罐体产生弹性形变;紧贴内壁中间位置时,罐体外壁鼓包并贯穿开裂;紧贴内壁近端头处时,罐体外壁凸起。100 g TNT炸药作用下,冲击端头出口速度均值为124.45 m/s、最大偏角为2.3°,且爆炸物位置对端头出口速度影响较小。爆炸物位于轴线前、后端时,轴向力较爆炸物位于轴线中心时分别增大173%和116%。该研究可为民机定向泄爆容器及连接结构设计提供参考。

关键词：冲击动力学最小风险炸弹位置 Ti-6Al-4V合金定向泄爆容器

基于正交试验的民用飞机抗爆结构参数敏感性分析

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航空工程进展 2024年第2期15卷 77-89页

作者：薛小锋欧靖林心怡冯蕴雯杨祥西北工业大学航空学院西安710072 上海飞机设计研究院机体集成部上海201210

最小风险炸弹位置(LRBL)结构是放置飞机上可疑爆炸物的装置,探究结构尺寸和炸药位置对其抗爆性能的影响程度可为其改进设计提供参考。基于正交试验设计与数值模拟相结合的方法,以LRBL结构各危险部位的最大应变和变形为评价指标,分别运... 详细信息

最小风险炸弹位置(LRBL)结构是放置飞机上可疑爆炸物的装置,探究结构尺寸和炸药位置对其抗爆性能的影响程度可为其改进设计提供参考。基于正交试验设计与数值模拟相结合的方法,以LRBL结构各危险部位的最大应变和变形为评价指标,分别运用极差分析法和方差分析法对LRBL结构的罐体壁厚、底盖厚度、连接凸台厚度、剪切销直径和炸药位置5个影响因素开展参数敏感性分析。结果表明:在200 g炸药当量的工况下,各因素对LRBL结构的抗爆性能的影响显著程度从大到小为炸药位置、罐体壁厚、底盖厚度、凸台厚度和剪切销直径;结合评价指标综合分析得到各个因素最优水平下的LRBL结构设计方案。

关键词：最小风险炸弹位置参数敏感性分析正交试验设计结构优化爆炸仿真

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基于可靠性的民机防爆结构优化设计研究

民用飞机设计与研究 2023年第3期 56-63页

作者：欧靖林心怡薛小锋冯蕴雯杨祥西北工业大学航空学院西安710072 上海飞机设计研究院上海201210

最小风险炸弹位置(least risk bomb location,简称LRBL)结构作为应用于民航客机的防爆结构,在保证可靠性的同时,还应尽可能地减小结构质量。开展了基于可靠性的LRBL结构优化设计研究,首先以LRBL结构轻量化作为优化设计目标,选择LRBL结... 详细信息

最小风险炸弹位置(least risk bomb location,简称LRBL)结构作为应用于民航客机的防爆结构,在保证可靠性的同时,还应尽可能地减小结构质量。开展了基于可靠性的LRBL结构优化设计研究,首先以LRBL结构轻量化作为优化设计目标,选择LRBL结构的结构尺寸作为设计变量,然后确定约束为结构可靠性指标,采用响应面法结合可靠性指标转化得到优化模型约束函数,搭建LRBL结构的可靠性优化模型,最后采用内点法进行LRBL结构的可靠性优化求解。以某个LRBL结构设计方案开展了优化设计案例分析,结果表明在满足可靠性指标的基础上,优化后的LRBL结构质量减轻了45.08%,减重效果明显,对LRBL结构应用于工程实际具有指导意义和参考价值。

关键词：最小风险炸弹位置优化设计爆炸冲击可靠性