飞机冲击动力学测试用格栅式燃油箱结构抗毁伤评估方法技术

本发明专利技术公开了飞机冲击动力学测试用格栅式燃油箱结构抗毁伤评估方法，包括以下步骤：S1、理论评估：S1

【技术实现步骤摘要】
飞机冲击动力学测试用格栅式燃油箱结构抗毁伤评估方法


[0001]本专利技术涉及飞机测试
，具体是涉及飞机冲击动力学测试用格栅式燃油箱结构抗毁伤评估方法。

技术介绍

[0002]在现代战争中，制空权是决定战争胜负的重要因素。作战飞机作为夺取制空权的主要力量，其出勤率和战损率是关键的作战指标，这就对战机在复杂作战环境下的生存力提出了很高的要求。在大国的持续空中对抗中，可以说飞机作战生存力对战争胜负有着决定性的影响。飞机作战生存力主要由敏感性和易损性两部分组成，易损性指的是飞机抵抗敌方特定打击方式的能力。飞机的部件或系统可分为若干个易损对象，在所有易损部件中，燃油箱的易损面积最大，约占飞机总体易损面积的75%。
[0003]高速射弹侵彻充满流体的格栅式燃油箱结构是一个流固耦合的瞬态强非线性的物理过程，涉及材料动力学、冲击动力学、塑性力学、流体力学等多门学科。在传统研究中，主要针对金属靶板的弹道冲击和弹丸入水产生的空腔开展了一定的系统性研究，但针对燃油箱结构，主要开展的是数值分析方面的研究，没有形成体系化的毁伤评估方法。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.飞机冲击动力学测试用格栅式燃油箱结构抗毁伤评估方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、理论评估：S1
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1、速度衰减规律评估：高速运动的射弹击穿充满流体的格栅式燃油箱时，存在射弹和格栅式燃油箱壁板的接触，即固体
‑
固体接触，同时还存在射弹和格栅式燃油箱内部流体的接触，即固体
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流体接触，基于动量定理，分别获得固体
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固体接触、固体
‑
流体接触中射弹速度随时间的变化关系，针对含有一个格栅单元的充满流体的格栅式燃油箱，射弹先后击穿格栅式燃油箱的前后壁板，建立高速射弹侵彻固体
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流体
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固体模型，提出高速运动的射弹侵彻充满流体的格栅式燃油箱过程中速度变化半经验公式，得到射弹击穿充满流体的格栅式燃油箱时的理论射弹速度衰减规律，如下式所示：式中，V
p
为射弹分别侵彻格栅式燃油箱前壁板、侵彻格栅式燃油箱内部流体以及侵彻格栅式燃油箱后壁板过程中的速度，c1和c2为两个无量纲修正参数，t为射弹运动时刻，t2为射弹开始侵彻后壁板的时刻，v0为射弹侵彻前壁板时的初速度，将前壁板按照厚度等效修正为流体结构，c1v0表示射弹进入格栅式燃油箱内部流体时等效修正的初速度，v2为射弹开始侵彻后壁板的时刻对应的射弹速度，ρ
w
为格栅式燃油箱内部流体密度，R0为射弹的直径，m
p
为射弹的质量，C
d
为射弹的阻力系数；α和β为修正整合参数，如下式所示：α和β为修正整合参数，如下式所示：式中，a为静阻力系数，b为动阻力系数，ρ
t
为格栅式燃油箱材料的密度，Y
t
为格栅式燃油箱材料的屈服强度；通过等效修正后的初速度计算t2和v2如下式所示：如下式所示：式中，x
p
为射弹开始侵彻后壁板的时刻对应的射弹位移；S1
‑
2、空腔形态表征：针对含有一个格栅单元的充满流体的格栅式燃油箱，高速运动的
射弹穿过格栅式燃油箱的壁板后对其内部流体造成冲击产生的空间区域为空腔，忽略射弹高速入水的热效应，由能量守恒定律可知，射弹的动能损失等于流体和空腔获得的动能和势能之和，得到理论空腔形态，理论空腔形态表征如下式所示：式中，x0为t0时刻射弹的位移，R（x）为空腔半径的表达式，N为无量纲经验系数，取2.7
‑
3.4，σ
n
为射弹表面的侵彻阻力；S2、实验评估：基于真实格栅式燃油箱结构等效设计实验方法，使用二级空气炮对射弹进行加速，同时通过摄像系统获得射弹的运动轨迹，测得射弹的速度，再通过数据采集系统获得格栅式燃油箱壁板上的应变片测量数据，通过应变片测量数据的应变峰值来表征壁板的变形毁伤程度即空腔形态，同时通过射弹动能变化表征格栅式燃油箱获得的总能量变化，最终得到射弹击穿充满流体的格栅式燃油箱时的真实射弹速度衰减规律以及真实空腔形态；S3、数值分析评估：S3
‑
1、本构模型建立：采用Johnson
‑
Cook本构模型表征格栅式燃油箱壁板材料的力学行为，如下式所示：式中，σ为等效应力，A为应变率，B为屈服应力，n为应变强化系数，C为应变率敏感系数，m为温度敏感性系数，ε
p
为等效塑性应变，ε为等效应变率，ε0为参考应变率，T
r
为参考温度，T
m
为格栅式燃油箱壁板材料熔点；S3
‑
2、失效模型建立：采用Johnson
‑
Cook失效模型以三种因素表征格栅式燃油箱壁板材料的失效特性，所述三种因素为应力三轴度、应变率和温度，如下式所示：式中，ε
f
为失效应变，D1~D5为材料相关参数，σ*=P/σ=
‑
η，P为静水压力，η为应力三轴度，ε为等效应变率，ε0为参考应变率，T
r
为参考温度，T
m
为格栅式燃油箱壁板材料熔点；S3
‑
3、数值分析模型建立：基于步骤S3
‑
1得到的本构模型和S3
‑
2中得到的失效模型建立数值分析模型，采用光滑粒子流体动力学SPH模拟格栅式燃油箱内部流体的运动变形，建立基于光滑粒子流体动力学SPH方法的有限元模型，采用建模软件对格栅式燃油箱及其内部流体进行几何建模...

【专利技术属性】
技术研发人员：王彬文，刘小川，张宇，白春玉，王计真，
申请(专利权)人：中国飞机强度研究所，
类型：发明
国别省市：