2018年12月，美國航空航天學會（AIAA）主辦的出版物《美國航空航天》（Aerospace America）刊登了AIAA對2018年航空技術進展的年度回顧。

在該回顧中，對于第一章“航空航天設計與結構”（Aerospace Design and Structures），AIAA共發(fā)表8篇回顧，如下：

——《結構動力學：設計世界上最大的風力渦輪機》（Structural Dynamics： Designing the world’s largest wind turbine）；

——《材料學：建模領先驅動未來的材料學研究》（Materials： Modeling takes the lead in driving materialsresearch for the future）；

——《結構：多種結構成形》（Structures： Multiple structures take shape）；

——《多學科設計優(yōu)化：新的計算工具、國際合作交織在設計過程中》（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）；

——《自適應結構：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)工程師向藝術領域借鑒》（Systems Engineering： Systems engineers draw lessons fromartistry）；

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

AIAA的生存力技術委員會致力于將航空航天飛行器的生存能力推廣成為一門獨立設計要素，其中包括耐撞性、作戰(zhàn)性和可修復性等因素。

為了表征和測試飛機上易受鋼制碎片影響的鋁制結構情況，需要測量鋼制碎片進出鋁制結構的瞬時強度和持續(xù)時間。2018年1月至2018年7月，美空軍在俄亥俄州萊特－帕特森空軍基地進行了一項沖擊試驗，獲取沖擊瞬時數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)將有助于開發(fā)和驗證模型，預測鋼制碎片射入和射出鋁制板材結構時對其產(chǎn)生影響持續(xù)的時間。這些數(shù)據(jù)還將有助于開發(fā)算法，以預測鋼片碎片的從正面射入和從背面射出時的瞬時時間。數(shù)據(jù)的獲取主要通過利用來自空軍理工學院的高速攝像機和實驗激光成像捕獲技術實現(xiàn)的。這一項目目前由一個集成產(chǎn)品開發(fā)團隊執(zhí)行，目的是支持飛機下一代防火預測模型的開發(fā)。該項目的目標是生成數(shù)據(jù)，通過利用建模和仿真等手段模擬物理沖擊的過程，開發(fā)和執(zhí)行測量碎片瞬時數(shù)據(jù)的算法，可準確的預測碎片對飛機產(chǎn)生的潛在危害性。

美空軍今年繼續(xù)其內(nèi)流體動力噴射模型研發(fā)和驗證項目（HARM），在2017財年第一階段項目獲得的數(shù)據(jù)基礎上，該項目在2018年4月進行了第2階段的規(guī)劃，并在8月和9月進行測試，進一步深入研究和測試入射彈藥對燃料箱的傷害。項目的目標是通過基于物理的建模，利用測試數(shù)據(jù)和統(tǒng)計分析手段，開發(fā)一套與入射彈道、流體動力噴射相關的基礎物理分析模型。這個項目最終將形成一種可快速運行的工具，用于預測燃料箱產(chǎn)生缺陷或出現(xiàn)漏洞時評估中其內(nèi)部燃料噴射的時間。第2階段HRAM項目的測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。

來自在美空軍的照片，在上半部分照片中，一臺高速攝像機拍攝了HRAM項目的試驗過程，2018年，美空軍評估了飛機燃料箱易穿透的威脅。碎片對結構的影響的過程從左到右發(fā)生。在圖片右側可以看到燃料罐內(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——帕特森空軍基地進行（美空軍圖片）

2018年，美空軍通過執(zhí)行一系列測試，繼續(xù)進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致與燃料箱耗損蒸汽反映引發(fā)火災的弱點。燃料損耗量與燃油溫度都與飛行場景、高度和作戰(zhàn)突圍的模擬情況息息相關。這一系列的測試在不同的燃燒條件、燃燒位置、燃料儲存高度／水平、不同幾何條件和內(nèi)部壓力來評估模擬在燃料箱內(nèi)部空間產(chǎn)生燃燒的情況。三個不同的燃料箱，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燃料進行了測試。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行了測試，這是生存力委員會的第一個測試項目。試驗能夠從98．6千帕（14．3 PSIA）的大氣壓條件下開始進行，最低可低至20．7千帕的壓力條件。在這一系列的測試過程中，研究人員在燃料箱內(nèi)部模擬進行了缺口處爭氣耗損的點燃試驗，迄今位置已進行了超過300次測試。測試數(shù)據(jù)將被用于飛機燃料箱設計，并正在轉變?yōu)橄乱淮�火災預測模型。該測試系列還研究了在燃料箱模擬器內(nèi)進行的一系列排氣缺量點火試驗。迄今已進行了300多次測試。數(shù)據(jù)被用于飛機燃料箱設計，并正在轉變?yōu)橄乱淮�火災預測模型。該測試系列還研究了在燃料箱模擬器內(nèi)進行的一系列排氣缺量點火試驗。迄今已進行了300多次測試。數(shù)據(jù)被用于飛機燃料箱設計，并正在轉變?yōu)橄乱淮�防火預測模型。

在民用航空方面，2018年4月發(fā)生在美國西南航空公司航班上的發(fā)動機風扇葉片安全罩上的事故，表明了為了隔離噪聲而設計的安全罩，也無法阻止發(fā)動機外部產(chǎn)生的額外的分離零部件損壞機身。美國通用電氣－法國賽峰聯(lián)合生產(chǎn)的發(fā)動機有24片金屬（鈦）葉片，其中一片葉片由于金屬疲勞破壞而導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，但它依然進氣口和渦輪扇罩造成了較大的沖擊損壞，這也導致了大塊碎片分離并對機翼和機身造成損壞。其中一片葉片撞擊并打碎了航班窗口，并對乘客造成了致命傷害。萬幸的是，飛機最終利用一臺發(fā)動機安全降落在費城。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。

（中國航空工業(yè)發(fā)展研究中心  陳濟桁）

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