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鸟撞分析拯救生命

作者:Simwe    来源:Altair    发布时间:2014-03-27    收藏】 【打印】  复制连接  【 】 我来说两句:(0逛逛论坛

项目介绍

早在一个多世纪以前,就有鸟撞事件发生。事实上,Orville Wright早在1905年就报告了首例鸟撞事件。美国联邦航空管理局(FAA)注意到,鸟撞事件通常发生在白天飞机降落和着陆期间。92%的撞机事件发生在距离地面3000英尺或3000英尺以下的位置。而在这些事件的罪魁祸首中,海鸥、鸠类和鸽子约占三分之一的比例。

据《今日美国》报道,他们通过分析FAA数据发现,客机与飞鸟的严重撞击事故在过去两年呈剧增趋势。2009年,在500英尺以上的位置发生的严重的鸟撞事件高达150次;2010年的统计数量与此类似。尽管FAA一直竭力敦促机场做好巡查工作,让飞鸟远离飞机跑道,但在500英尺以上的高空仍会发生严重的撞机事故。

FAA为民航飞机设定了一系列最低安全标准作为认证依据。飞机不但要在设计和构造上保证安全飞行,并且要确保在有内部或外部因素(鸟撞)干扰飞机正常运行的情况下不发生事故。为达到这些法规要求,许多飞机制造商开始借助仿真技术进行产品研发。

挑战

近期屡次发生的事件凸显了鸟撞带来的危险。众所周知的全美航空班机在哈德逊河紧急迫降的事件就是因为群鸟撞机后造成两个引擎发生故障导致的。从最轻的后果说,鸟撞会对机身造成损伤,从而增加维修成本。而在最严重的情况下,可能会导致灾难性的破坏,造成坠机和人身伤亡。为了减少事故发生,许多机场进行了改造来驱散飞行区周围的鸟群。相关部门仍要求飞机制造商进行鸟撞试验,并且确保所设计的结构能够抵御飞鸟撞击。因此,产品研发的一大关键目标就是让交付的机身和引擎在首次试验时就可达到法规要求。如果未能达到要求,则需要重新设计、重新制造和重新试验,这在时间、资金和资源上都是极大的浪费。

借鉴汽车行业的虚拟碰撞试验,许多飞机制造商和供应商开始对鸟撞事件进行虚拟仿真。利用显式非线性动态瞬时分析工具,例如Altair公司的RADIOSS,能够成功实现虚拟仿真,从而大幅降低成本并提高性能。

解决方案

鸟撞分析与汽车碰撞分析截然不同。汽车行业使用过多种有限元方法,但鸟撞分析采用的标准方法是基于光滑粒子流体动力学的SPH方法。这项技术可将飞鸟试验样品的动能传递到机身结构,同时让飞鸟样品分解和消散。

上图展现了在RADIOSS软件中使用光滑粒子流体运动学(SPH)方法进行鸟撞分析的过程

分析过程模拟了标准的法规试验方法。一些飞机制造公司使用动物胶来代表飞鸟,而有些公司则直接使用实际的测试样品。测试样品撞击飞机结构后会消散,类似于水珠撞击地面。

SPH计算方法会用一组“粒子”(无序点)为飞鸟试验样品建模,这些粒子通过外力而不是节点连接相互交错。因此,结果对飞鸟的变形不敏感,但能够清晰地体现出撞击对飞机结构的影响。SPH方法非常适用于流体动力学材料(而飞鸟材料遵循的定律主要就是流体动力学)。此方法以插值理论为基础,可通过函数在一组粒子处的值来表达任意函数。此外,该方法还可以实时跟踪离散数目的粒子的运动。在实际仿真过程中,会基于CAD数据将目标结构建成有限元模型。其中最重要的特性是连接特性(铆钉)和材料特性(可塑性、破裂程度)。

 
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