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航空结构冲击动力学技术实现“三融三通”
时间:2019-01-04 04:50 来源:科技日报-中国科技网 阅读人次:1  【字体:

  近日,中国国防工业企业协会发布了2018年度国防科技工业企业管理创新获奖成果,中国飞机强度研究所(以下简称强度所)申报的《军工科研院所基于“三融三通”的技术产业生态链构建》获得一等奖。该创新成果契合国家大力推进军民融合的战略机遇,强度所作为军工基础性科研院所,提出了基于融合大航空、大防务、大工业的市场领域,贯通技术、市场、人才核心要素的“三融三通”发展思路,实践表明该思路破解了军工基础科研院所产业发展机制不活、路径不畅、活力不足等难题,取得了较大的社会效益和经济效益。

  据了解,航空结构冲击动力学技术是该创新成果的重要支撑要素,已较好的实现了“三融三通”推广应用。那么,航空结构冲击动力学究竟是研究什么的?在哪些方面实现了推广转化应用?以及又获得了什么样的应用成效呢?科技日报记者带着这些疑问,近日采访了中国飞机强度研究所所长、结构冲击动力学航空科技重点实验室主任王彬文。

  航空结构冲击动力学的研究范畴是什么? 

  冲击是人们日常生活广泛遇到的力学现象,如手机的跌落、球拍抽击乒乓球、汽车的碰撞等,同时又与航天、航空、兵器等国防工程息息相关,如载人航天器的回收着陆、飞鸟与飞机的碰撞、子弹穿透装甲等。冲击动力学是研究在短暂而强烈的动载作用下材料行为和结构响应的一门力学学科。

  王彬文指出,飞机在不同的使用阶段,遭受的冲击载荷环境也会不尽相同。在地面停放阶段,可能遭受到地面通勤车辆碰撞、维修工具跌落碰撞、极端气候下冰雹碰撞等;在地面滑行阶段,可能遭受跑道碎石碰撞、其他滑行飞机碰撞等;在起飞和低空爬升阶段,可能遭受飞鸟、冰雹、轻小型无人机等外来物碰撞;在巡航或任务执行阶段,对于作战飞机,可能遭受射弹、战斗部破片杀伤等冲击载荷作用,对于运输类飞机,面临着高空劫机下的客舱防爆抗冲击问题,还可能遭受发动机叶片甩出造成的机匣包容性问题等;在下降和着陆阶段,除了可能遭受鸟撞等外来物的碰撞外,还面临着正常着陆/着舰过程的冲击,以及非正常着陆下的应急坠撞等。

  结构的冲击动力学问题相较传统的静力学问题具有哪些特点? 

  冲击载荷具有作用历程短、破坏性大、不可逆等特点,相较传统的静力学问题,需考虑材料的应变率效应、结构自身的惯性效应和应力波传递等特有的因素。尤其,航空结构冲击动力学问题涉及了数米每秒的冲击速度到数千米每秒的冲击速度,载荷的类型有外物碰撞、结构碰撞等多种载荷作用形式,通过实验或分析等手段开展研究会面临诸多困难。

  飞机结构的抗冲击问题与服役安全密切相关,起落架是否具有良好的缓冲性能和冲击耐久性?在应急坠撞时机身是否能够最大程度吸收能量以?;こ嗽卑踩??关键部位结构是否以最小的代价取得最佳的抗鸟撞品质?诸如此类结构的冲击动力学问题在航空装备研制中都是密切关注的焦点,其关键技术是世界性难题。

  国内外航空结构冲击动力学研究的现状如何? 

  谈及国内外航空结构冲击动力学技术的研究进展情况,王彬文研究员讲到美国和欧洲从上世纪中期开始就进行了系统性研究,构建了完备的专业技术体系,形成了成熟的技术能力。然而,本世纪初我国航空结构冲击动力学专业基本尚属空白。近十年来,强度所以专业发展和航空装备研制为抓手,以预先研究和能力建设为着力点,掌握了一系列航空结构冲击动力学实验与分析关键技术,研发了多台/套国内唯一的专用实验设施,并于2015年获批成立了国内唯一的结构冲击动力学航空科技重点实验室,建立了涵盖材料/结构冲击性能与损伤机理、结构适坠性分析/实验/评估、起降装置冲击分析与实验、离散源冲击分析与实验等为亮点专业的航空结构冲击动力学技术研究体系。并持续积淀研究成果和提升技术成熟度,积极探索该技术成果的共享应用。

  “以航融航、以军融军、以军融民”的技术融合与推广应用情况怎样? 

  强度所结合在军用飞机型号研制中积累形成的起落架缓冲性能设计与验证、军用飞机作战易损性评定等军工源技术基础上,积极在民用飞机研制中进行技术的研发推广,已陆续在C919、ARJ21、AG600、MA700等十余型民机的研制中进行了应用,支撑了我国在研的各类民机抗冲击安全性评定和适航审定。在民航二所、安达维尔等国内外厂家的新研航空座椅研制中,提供了座椅系统抗冲击适航符合性第三方评定技术服务;在京东货运无人机研发、轻小型民用无人机研发等项目中也进行了冲击动力学技术应用。近五年来已累计应用于航空工业、中国商飞、从事航空产品研制的民营企业等18家单位,使结构冲击动力学技术在航空工业体系内进行了技术融合,实现了“以航融航”的应用。

  结构冲击动力学技术除了在航空工业领域形成了广泛的应用之外,在航天、兵器等其他军工行业同样实现了延伸应用?;诓牧系亩芴匦匝芯砍晒С帕撕教炜萍?08所某型航天器新型着陆回收系统研制;基于结构抗离散源冲击技术研究成果支撑了兵器工业204所新型毁伤战斗部研制;结合能力建设形成的空气炮自主研发基础,支撑了中物院激光聚变研究中心能源靶发射系统研制,精度指标达到国际先进水平。近五年来已累计推广应用于除航空工业外的其他军工单位12家,使结构冲击动力学技术在国防军工防务体系进行了互通融合,实现了“以军融军”的应用。

  强度所积极挖掘结构冲击动力学技术在民用工业领域的应用潜力,在轨道交通、汽车等民用领域进行了卓有成效的技术应用。在轨道交通领域,基于飞机结构的抗坠撞吸能设计与验证技术研究成果支撑了中车唐山机车公司的轻量化高铁车头吸能结构研制,在汽车领域,基于材料动态力学性能测试与表征技术研究成果支撑了吉利汽车、上海通用汽车等多个汽车厂家的轻量化车体主干材料研发。同时,强度所还大力实施结构冲击动力学实验仪器设施的开放共享,支撑了同济大学、北京理工大学、西安交通大学大学等国内多个高校在国家自然科学基金、科技部专项科研等课题的研究工作。近五年来已累计推广应用于民营企事业单位或高等院校60余家,使结构冲击动力学技术在大工业体系进行了互通融合,实现了“以军融民”的应用。

  在王彬文看来,强度所作为中国航空工业集团有限公司所属的基础性科研院所,在没有批量商业化产品的现状下,发挥基础科研院所在基础技术研究的优势,主动对接市场需求,开拓思路,采用设备设施开放共享、航空强度技术推广转化等途径,形成了以航空结构冲击动力学技术为典型代表的高价值技术输出,既保持了在国内航空结构冲击动力学技术研究的引领作用,又实现了该技术的跨界辐射应用,形成了高效益发展、全要素融合、多领域跨越的发展格局,为军工基础科研院所探索军民融合发展方向提供了有效可行的参考和借鉴。

 

 

  

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