飞机风挡抗鸟撞设计研究

【摘要】： 本文在试验的基础上，利用有限元方法探索性地研究了风挡的鸟撞问题。 通过与试验结果作比较，讨论了定型歼八-Ⅱ前风挡的鸟撞动力响应，材料特 性及结构设计对风挡抗鸟撞能力的影响。 利用有限元方法的计算结果表明：可以使用解耦解法分析刚性玻璃风挡的 鸟撞问题，分析的关键是鸟撞载荷的简化。在本文中所采用的三角形脉冲载荷， 载荷峰值与时间历程的计算方法，与高速摄影、动态应变测量等试验吻合较好， 可供分析同类其它风挡时使用。 计算结果还表明：风挡受到鸟撞后，鸟撞区域内的应力最大；在鸟撞区域 以外，应力衰减很快。在风挡长边的边部区域为次大应力区，因玻璃边部缺陷 富集，亦应重视。 风挡材料的力学性能对风挡抗鸟撞能力起着决定性的作用。当玻璃层弹性 模量比胶片层高1～2个数量级（大约600倍以下）时风挡结构只有一个中性层， 最大应力在风挡的两个表面，受拉面要大于受压面；当两者的弹性模量相差3 个数量级（600倍以上）时，风挡每层玻璃出现一个中性层，结构为叠合结构； 玻璃越厚其应力越大，最大应力在厚玻璃的表面层。橡胶密封层大大缓冲了玻 璃层边缘处的应力。 风挡的整体刚度对风挡抗鸟撞能力大小亦有影响。风挡整体刚度越大，其 抗鸟撞能力越强。在常温及常温以下时，三层等厚结构的风挡抗鸟撞能力优于 三层以上结构的风挡；在温度较高时，多层等厚结构可改善风挡的抗鸟撞能力。 最后，通过对计算结果的分析，可得出定型歼八-Ⅱ前风挡的极限抗鸟撞 能力可以提高到900Km/H。通过对定型歼八-Ⅱ前风挡进行优化设计，提出了能 够达到现有抗鸟撞能力的新结构，并且新结构比定型结构更薄，重量更轻。