摘要
飞机油箱作为飞机易损部件中暴露面积最大的一部分，其安全性对飞机来说至关重要。当飞机在执行飞行任务时容易受到高速侵彻体(如战斗部破片或子弹)的冲击。这些侵彻体携带着巨大的动能，如果撞击到油箱上并进入煤油中会在煤油中引起强烈的冲击波。冲击波传递到油箱壁板会对油箱结构造成灾难性的破坏，这种现象称为水锤效应。当水锤效应作用于油箱时还可能会引起油箱泄漏、起火等严重后果，危及飞行员的安全。 为了研究飞机油箱在高速破片冲击作用下的水锤毁伤效应，本文采用实验与模拟相结合的方法，对高速破片冲击油箱的过程进行模拟，具体工作如下: (1)通过开展弹道枪实验模拟高速破片冲击飞机油箱，使用高速摄像机对实验过程进行记录，利用三维数字图像相关技术分析了油箱后壁板的动态响应。建立有限元模型，使用LS-DYNA软件对破片冲击飞机油箱的过程进行数值模拟，通过与实验数据进行对比来验证有限元模型的有效性。 (2)通过实验和数值模拟分析了飞机油箱在不同入射速度(955 m/s～1667 m/s)的破片冲击作用下的水锤毁伤效应，对不同入射速度下破片的速度衰减及能量转换、煤油内的空腔特性及压力分布、油箱后壁板的损伤情况进行对比分析,并对高速破片冲击作用下油箱后壁板的变形模式演变规律进行总结。结果发现:当破片入射速度从955 m/s提升到1667 m/s时，破片能量衰减、空腔直径、煤油内的压力峰值及油箱壁板的变形程度等都有了显著提升。 (3)利用弹道枪实验和数值模拟令破片以与油箱前壁板法线夹角0°、20°、40°的入射角度冲击油箱，分析破片入射角度对飞机油箱毁伤的影响。结果表明:随着破片入射角度的增大，穿透油箱后壁板时的剩余速度逐渐减小;油箱壁板发生了不对称变形;反射波在油箱角隅处汇聚叠加，使铆钉更容易发生断裂破坏，导致油箱解体。 (4)对破片以不同入射姿态冲击飞机油箱的过程进行仿真，分析了破片姿态角对破片速度衰减的影响。对油箱后壁板的失效模式进行总结，建立了不同姿态角的破片冲击下油箱后壁板的损伤图谱。
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