Altair揭示：飞机遭遇鸟撞时的潜在影响与应对解析

飞机飞行事故构成了航空领域中最严峻的挑战之一，它不仅无情地夺走了众多生命，给遇难者的家庭带来了难以言喻的哀伤，同时也触动了整个社会的敏感神经，引发了广泛而深刻的关注。近年来，全球范围内频繁曝光的飞机飞行事故报道，无疑加剧了公众对这一问题的忧虑与重视，促使社会各界加强对航空安全的审视与改进努力。

据《纽约邮报》报道，6月15日，厄瓜多尔的一架飞机遭遇了一只巨大的鸟类撞击，导致挡风玻璃破碎，巨鸟闯入驾驶舱。从图片上看，这只鸟的体型非常庞大。

飞机飞行时候遇到鸟撞的事时有发生，所以对于飞机飞行途中遭遇鸟撞事故这一安全隐患也成为了飞机设计师比较头痛的一个问题。下面我们将对鸟撞飞机机头顶部的壁板结构进行了仿真分析。

鸟撞是一种瞬时的高度非线性冲击动力问题，通常采用耦合法来建立鸟体模型和结构模型。这种方法通过在两者接触部位设置协调条件，以关联两个模型，并求解出结构和鸟体的动力响应。这种模拟方法能更真实地模拟鸟撞过程中鸟体与结构间的相互作用，因此在许多领域都得到了广泛应用。

利用Altair HyperWorks软件的非线性动力求解技术，对新涡桨飞机机头的顶部壁板结构进行了鸟撞分析。根据分析结果，对初始设计方案进行了改进，消除了存在的设计缺陷，显著提高了机头顶部壁板结构的抗鸟撞性能。这些分析结果为新涡桨飞机机头结构方案的选型提供了重要的依据。

在进行鸟撞分析时，耦合法可采用四种鸟体模型，它们分别是拉格朗日模型、欧拉模型、ALE模型和SPH模型。SPH算法是一种无网格方法，通过将物理流场描述为具有一定速度的集中质量点，并将每个质量点视为该流场的插值点，可以更直观地模拟鸟体的抛洒现象。该算法使用规则的插值函数来求解问题，并通过质点内力来表达守恒方程。

这种鸟体模型适宜处理大变形和大位移问题，且十分容易模拟由多种材料组分（如血、

肉、骨骼等）构成的鸟体，且数值模拟计算特别稳定。SPH鸟体粒子模型共计10564个节点，重量为1.8Kg。

在HyperMesh中建立顶部壁板结构初始设计有限元细节模型。所有结构件均采用壳单元，用弹簧单元和固连接触方法模拟结构铆钉连接，弹簧单元一端与外框缘（或长桁）建立固连接触，另外一端与蒙皮建立固连接触关系。使用RADIOSS里/INTER/TYPE7定义鸟体与结构及结构之间的接触关系。

选取顶部壁板结构迎风面大于 15°的蒙皮中心和主梁 4 个危险点部位进行抗鸟撞分析

根据仿真分析的不同结果，我们可以看出，当鸟撞击的位置在1处时，鸟体的粒子有足够的能量穿透机身蒙皮，并且有一半的粒子穿透了蒙皮进入了驾驶舱。然而，当鸟撞击的位置在2处时，虽然鸟体粒子仍然能够穿透蒙皮，但是只有一小半的粒子能够穿透蒙皮进入驾驶舱。进一步地，当鸟撞击的位置在3处时，虽然鸟体粒子仍然能够穿透蒙皮，但是只有很少的一部分能够穿透蒙皮进入驾驶舱。最值得注意的是，当鸟撞击的位置在4处时，鸟体粒子未能穿透蒙皮，没有粒子能够穿透蒙皮进入驾驶舱。这些结果表明，原方案1的顶部壁板结构在抗鸟撞的性能上存在明显的问题，无法满足适航条款的要求。

对比改进后方案一和方案二，在鸟撞位置 1、2 处，鸟撞结果非常一致，但是在鸟撞位置 3 处，方案一出现了蒙皮破损，部分鸟体粒子进入了驾驶舱，方案二顶部壁板结构未发生破坏，方案一存在潜在的危险。

对比改进后方案二和方案三，在鸟撞位置 1 处，方案三壁板骨架框和长桁受到了较为严重的压垮和撕裂破坏，主要原因是天窗骨架整体刚度增大，在撞击时周围骨架吸收的能量变少，而 6 框位于鸟撞方向的正前方，此时 6 框承受了更多的能量，从而导致 6 框破损比方案二严重，方案三潜在危险比方案二更大。

综上所述，通过详尽的对比分析，我们确认方案二在结构抗鸟撞性能上展现出更为显著的优势。为此，我们采用RADIOSS求解器，针对新涡桨飞机机头顶部壁板结构的关键风险区域，实施了一系列初步的鸟撞模拟分析。分析结果显示，原始设计方案在材料选择与结构布局上存在明显不足，未能达到预期的抗鸟撞标准。

基于上述分析发现，我们针对结构选材与布局中的设计缺陷进行了针对性优化与改进。这些改进措施有效提升了机头顶部壁板结构的抗鸟撞能力，为新涡桨飞机机头结构方案的最终选定提供了坚实的数据支撑与科学分析依据。