2018年12月，美國(guó)航空航天學(xué)會(huì)（AIAA）主辦的出版物《美國(guó)航空航天》（Aerospace America）刊登了AIAA對(duì)2018年航空技術(shù)進(jìn)展的年度回顧。

在該回顧中，對(duì)于第一章“航空航天設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)”（Aerospace Design and Structures），AIAA共發(fā)表8篇回顧，如下：

——《結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)：設(shè)計(jì)世界上最大的風(fēng)力渦輪機(jī)》（Structural Dynamics： Designing the world’s largest wind turbine）；

——《材料學(xué)：建模領(lǐng)先驅(qū)動(dòng)未來(lái)的材料學(xué)研究》（Materials： Modeling takes the lead in driving materialsresearch for the future）；

——《結(jié)構(gòu)：多種結(jié)構(gòu)成形》（Structures： Multiple structures take shape）；

——《多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化：新的計(jì)算工具、國(guó)際合作交織在設(shè)計(jì)過(guò)程中》（Multidisciplinary Design Optimization： New computingtools， international collaboration spell design progress）；

——《非確定性方法：研究人員幫助開發(fā)人工智能，增材制造》（Non－deterministic Approaches： Researchers aiddevelopment of AI， additive manufacturing）；

——《自適應(yīng)結(jié)構(gòu)：形狀記憶材料開始成形》（Adaptive Structures： Shape memory materials begin totake shape）；

——《系統(tǒng)工程：系統(tǒng)工程師向藝術(shù)領(lǐng)域借鑒》（Systems Engineering： Systems engineers draw lessons fromartistry）；

——《生存力：美空軍測(cè)試鋼制碎片對(duì)鋁制燃料箱的影響，評(píng)估前者對(duì)后者的穿透》（Survivability： U．S． Air Force tests steel fragmentsagainst aluminum， assesses penetration of fuel tanks）。

AIAA的生存力技術(shù)委員會(huì)致力于將航空航天飛行器的生存能力推廣成為一門獨(dú)立設(shè)計(jì)要素，其中包括耐撞性、作戰(zhàn)性和可修復(fù)性等因素。

為了表征和測(cè)試飛機(jī)上易受鋼制碎片影響的鋁制結(jié)構(gòu)情況，需要測(cè)量鋼制碎片進(jìn)出鋁制結(jié)構(gòu)的瞬時(shí)強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間。2018年1月至2018年7月，美空軍在俄亥俄州萊特－帕特森空軍基地進(jìn)行了一項(xiàng)沖擊試驗(yàn)，獲取沖擊瞬時(shí)數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)將有助于開發(fā)和驗(yàn)證模型，預(yù)測(cè)鋼制碎片射入和射出鋁制板材結(jié)構(gòu)時(shí)對(duì)其產(chǎn)生影響持續(xù)的時(shí)間。這些數(shù)據(jù)還將有助于開發(fā)算法，以預(yù)測(cè)鋼片碎片的從正面射入和從背面射出時(shí)的瞬時(shí)時(shí)間。數(shù)據(jù)的獲取主要通過(guò)利用來(lái)自空軍理工學(xué)院的高速攝像機(jī)和實(shí)驗(yàn)激光成像捕獲技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。這一項(xiàng)目目前由一個(gè)集成產(chǎn)品開發(fā)團(tuán)隊(duì)執(zhí)行，目的是支持飛機(jī)下一代防火預(yù)測(cè)模型的開發(fā)。該項(xiàng)目的目標(biāo)是生成數(shù)據(jù)，通過(guò)利用建模和仿真等手段模擬物理沖擊的過(guò)程，開發(fā)和執(zhí)行測(cè)量碎片瞬時(shí)數(shù)據(jù)的算法，可準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)碎片對(duì)飛機(jī)產(chǎn)生的潛在危害性。

美空軍今年繼續(xù)其內(nèi)流體動(dòng)力噴射模型研發(fā)和驗(yàn)證項(xiàng)目（HARM），在2017財(cái)年第一階段項(xiàng)目獲得的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，該項(xiàng)目在2018年4月進(jìn)行了第2階段的規(guī)劃，并在8月和9月進(jìn)行測(cè)試，進(jìn)一步深入研究和測(cè)試入射彈藥對(duì)燃料箱的傷害。項(xiàng)目的目標(biāo)是通過(guò)基于物理的建模，利用測(cè)試數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)分析手段，開發(fā)一套與入射彈道、流體動(dòng)力噴射相關(guān)的基礎(chǔ)物理分析模型。這個(gè)項(xiàng)目最終將形成一種可快速運(yùn)行的工具，用于預(yù)測(cè)燃料箱產(chǎn)生缺陷或出現(xiàn)漏洞時(shí)評(píng)估中其內(nèi)部燃料噴射的時(shí)間。第2階段HRAM項(xiàng)目的測(cè)試將利用大型燃料箱和特制的壓力傳感器浸沒在流體中完成。

來(lái)自在美空軍的照片，在上半部分照片中，一臺(tái)高速攝像機(jī)拍攝了HRAM項(xiàng)目的試驗(yàn)過(guò)程，2018年，美空軍評(píng)估了飛機(jī)燃料箱易穿透的威脅。碎片對(duì)結(jié)構(gòu)的影響的過(guò)程從左到右發(fā)生。在圖片右側(cè)可以看到燃料罐內(nèi)產(chǎn)生的氣泡。由此產(chǎn)生的流體噴射從左側(cè)的沖擊孔中流出。該研究在俄亥俄州賴特——帕特森空軍基地進(jìn)行（美空軍圖片）

2018年，美空軍通過(guò)執(zhí)行一系列測(cè)試，繼續(xù)進(jìn)行燃料箱耗損蒸汽易燃漏洞研究，表征模擬碎片的摩擦和碰撞導(dǎo)致與燃料箱耗損蒸汽反映引發(fā)火災(zāi)的弱點(diǎn)。燃料損耗量與燃油溫度都與飛行場(chǎng)景、高度和作戰(zhàn)突圍的模擬情況息息相關(guān)。這一系列的測(cè)試在不同的燃燒條件、燃燒位置、燃料儲(chǔ)存高度／水平、不同幾何條件和內(nèi)部壓力來(lái)評(píng)估模擬在燃料箱內(nèi)部空間產(chǎn)生燃燒的情況。三個(gè)不同的燃料箱，容量包括2100升和3790升（1，000和550加侖），在2018年1月至7月期間裝載Jet A燃料進(jìn)行了測(cè)試。為了模擬在高海拔地區(qū)可能遭遇的威脅，燃料箱還在低真空條件下進(jìn)行了測(cè)試，這是生存力委員會(huì)的第一個(gè)測(cè)試項(xiàng)目。試驗(yàn)?zāi)軌驈?8．6千帕（14．3 PSIA）的大氣壓條件下開始進(jìn)行，最低可低至20．7千帕的壓力條件。在這一系列的測(cè)試過(guò)程中，研究人員在燃料箱內(nèi)部模擬進(jìn)行了缺口處爭(zhēng)氣耗損的點(diǎn)燃試驗(yàn)，迄今位置已進(jìn)行了超過(guò)300次測(cè)試。測(cè)試數(shù)據(jù)將被用于飛機(jī)燃料箱設(shè)計(jì)，并正在轉(zhuǎn)變?yōu)橄乱淮�火�?zāi)預(yù)測(cè)模型。該測(cè)試系列還研究了在燃料箱模擬器內(nèi)進(jìn)行的一系列排氣缺量點(diǎn)火試驗(yàn)。迄今已進(jìn)行了300多次測(cè)試。數(shù)據(jù)被用于飛機(jī)燃料箱設(shè)計(jì)，并正在轉(zhuǎn)變?yōu)橄乱淮�火�?zāi)預(yù)測(cè)模型。該測(cè)試系列還研究了在燃料箱模擬器內(nèi)進(jìn)行的一系列排氣缺量點(diǎn)火試驗(yàn)。迄今已進(jìn)行了300多次測(cè)試。數(shù)據(jù)被用于飛機(jī)燃料箱設(shè)計(jì)，并正在轉(zhuǎn)變?yōu)橄乱淮�防火預(yù)測(cè)模型。

在民用航空方面，2018年4月發(fā)生在美國(guó)西南航空公司航班上的發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片安全罩上的事故，表明了為了隔離噪聲而設(shè)計(jì)的安全罩，也無(wú)法阻止發(fā)動(dòng)機(jī)外部產(chǎn)生的額外的分離零部件損壞機(jī)身。美國(guó)通用電氣－法國(guó)賽峰聯(lián)合生產(chǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)有24片金屬（鈦）葉片，其中一片葉片由于金屬疲勞破壞而導(dǎo)致了從根部斷裂分離。葉片分離很少見，全世界每年也僅僅發(fā)生3到4次。西南航空公司發(fā)生的這期葉片脫離事故，雖然有安全罩的保護(hù)，但它依然進(jìn)氣口和渦輪扇罩造成了較大的沖擊損壞，這也導(dǎo)致了大塊碎片分離并對(duì)機(jī)翼和機(jī)身造成損壞。其中一片葉片撞擊并打碎了航班窗口，并對(duì)乘客造成了致命傷害。萬(wàn)幸的是，飛機(jī)最終利用一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)安全降落在費(fèi)城。利用單發(fā)完成飛行和降落也正是生存能力體現(xiàn)的重要案例。

（中國(guó)航空工業(yè)發(fā)展研究中心  陳濟(jì)桁）

本篇供稿：系統(tǒng)工程研究所                                              運(yùn)  營(yíng)：李沅栩