破片侵彻飞机机翼壁板的应急修理有限元分析
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摘 要:针对飞机机翼壁板遭受导弹破片侵彻后的应急修理问题,以某飞机机翼受损壁板为例,采用全机有限元模型对其铆接修理进行强度计算. 计算模型中补片的单元类型采用壳单元,铆钉用梁单元. 结果表明,在铆钉钉距、排距和边距一定的情况下,铆钉排数与修理后的承载能力有对应关系. 该对应关系为战场上合理制定应急修理方案提供理论
参考.
关键词:机翼壁板; 铆接; 应急修理; 有限元分析
中图分类号:U448.27; TB115
文献标志码:A
Finite element analysis on emergency repair for wing panel of
aircraft penetrated by fragments
LI Yan, YU Kejie, LI Xiaolei
(Dept. of Aeronautical Repair Eng., The First Aeronautical Institute of AirForce, He’nan Xinyang 464000, China)
Abstract: With the emergency repair problem that wing panel of aircraft is penetrated by missile fragments, the damaged wing panel of an aircraft is taken as an example to calculate the strength after rivet joint repair according to the finite element model of the whole aircraft. The element type of patch is shell element and the element type of rivet is beam element. The results show the corresponding relationships exist between rivet rows and load-bearing capacity under the certain rivet spacing, row distance and edge distance. The corresponding relationships provide the theoretical reference to make a reasonable case for emergent repair on actual war field.
Key words: wing panel; rivet joint; emergency repair; finite element analysis
な崭迦掌:2009-05-14 修回日期:2009-07-24
作者简介: 李 艳(1976―),女,山西潞城人,讲师,硕士研究生,研究方向为飞机结构修理,(E-mail);
于克杰(1964―),男,山东青岛人,教授,研究方向为飞机结构修理,(E-mail)0 引 言
战争时期,飞机很容易遭到敌方导弹的攻击而导致破片损伤.为执行下次飞行任务,这些损伤必须尽快得到修复.修复后这些损伤构件还具备多大承载能力是制定应急修理方案前必须回答的问题.关于这个问题的研究,通常是直接对损伤构件进行有限元分析后得出修复后的承载能力.[1-3]但飞机是静不定结构,某构件受损后其刚度降低,飞机结构的传力需重新分配,而直接建立损伤构件的有限元模型不能反映这一点.为此,在全机有限元模型的基础上,对某飞机机翼受损壁板修理前后进行强度评估,给出受损壁板的剩余承载能力、铆钉排数与修理后承载能力的对应关系.
1 损伤未修时的强度分析
与平时修理不同,应急修理的目的是保证飞机有最大的战斗出动架次.[4]为最大限度地增加飞机的出动架次,需加快损伤修理过程,加上修理结构只满足短时间使用,所以应急修理通常以满足静强度要求为主要目标,其次再考虑耐久性、耐腐蚀和美观性等.基于以上原因,针对某飞机机翼下壁板纵向4肋与5肋之间、横向从第2墙数第9根长桁附近出现破片造成的破孔损伤,仅采用静强度分析方法研究飞机结构的强度评估.
1.1 损伤部位的已知参数
某飞机机翼下壁板处的破孔损伤,经切割整修后变为150 mm的圆孔型损伤,该损伤跨两根长桁.在该损伤附近:壁板的蒙皮厚度为5 mm,长桁间距为77 mm,长桁厚度为3 mm,长桁高度为32.5 mm.机翼下壁板的材料为高强度铝合金7B04,其力学性能参数见表1.