Page 129 - 《爆炸与冲击》2026年第2期

第 46 卷 白春玉，等： 不同垂向速度下翼身融合民机机体的坠撞响应 第 2 期

力集中等问题。长桁上端布置以 0°方向为主的 Frame stacks
Stringer stacks
高模量拉挤杆，使得中性轴位置提高，增强了局
部刚度和稳定性。隔框由碳纤维复合材料层和 Pultruded rod Foam core
填充泡沫组成，在减轻结构重量的同时提高隔框 Skin stacks
方向的抗弯、抗压能力。长桁和拉挤杆穿过隔 Frame tear strap
框中下部，确保 2 个方向传力路径的连续和完 Stringer tear strap
整；隔框和长桁通过翻边与止裂带和蒙皮缝合在 图 1 PRSEUS 结构示意图
一起，增加结构的承载能力、抑制损伤的扩展。 Fig. 1 Schematic diagram of PRSEUS structure
PRSEUS 结构体现了立体的承载模式，增强了整体壁板的耐久性和抗弯能力。本文建立以 PRSEUS 结构
为基础的全尺寸翼身融合民机坠撞有限元模型，对不同速度垂向坠地工况进行数值模拟分析，研究翼身
融合民机结构的破坏模式和乘员伤害风险，以期为翼身融合民用飞机的适坠性适航标准制定、结构抗坠
撞优化设计提供支持。

1 BWB 坠撞有限元模型

1.1 结构尺寸定义
以某款 450 座级的 BWB 民机为研究对象，
其气动外形如图 2 所示。该机航程约 1.6×10 km，
4
巡 航 马 赫 数 为 0.85， 翼 展 为 80 m， 巡 航 高 度 为
11 km，垂直尾翼集成在发动机上，可减少气动阻
力，增大升阻比 [24] 。
Velicki 等 [25] 的研究结果表明，机动载荷、
客舱增压载荷是确定 BWB 结构尺寸的关键因
素，在机翼附近区域，临界机动载荷（2.5g 过载和
−1.0g 过载）对结构尺寸的影响最显著，但在靠近 图 2 BWB 民机气动外形
机体前部时，客舱增压载荷则成为主要的影响因 Fig. 2 Aerodynamic configuration of BWB civil aircraft
素。本文考虑了 3 种典型工况，对 BWB 结构尺 表 1 典型载荷工况
寸进行设计和优化，如表 1 所示，其中 p 为标准 Table 1 Typical load cases
大气压强。工况 1 和 2 中，气动载荷采用巡航状
载荷工况 机动载荷 增压载荷 安全系数
态下的压力分布，分别乘以限制载荷因子 2.5 和
1 2.5g 1.00p 1.5
−1.0，由于载荷结果最终要加载在结构节点上，
2 −1.0g 1.00p 1.5
而气动网格模型与结构网格模型的节点往往不 3 — 1.33p 1.5
会重合，载荷计算中采用多点排方法进行分析。
表 2 优化参数
CCAR 25-R4 第 365 条规定，对于直到 13.7 km 的
Table 2 Optimization parameters
高度运行的飞机，必须能承受释压活门最大调定
值 1.33 倍的压差载荷 [26] ，工况 3 对此条款进行了 部件名称 优化约束
−3
−3
考虑。模型的优化参数如表 2 所示，其中约束变 二维应变 蒙皮 拉伸应变为6×10 ，压缩应变为4×10 ，
剪切应变为5×10 −3
量为蒙皮、长桁、隔框等基本结构的尺寸厚度，
平板稳定性 蒙皮 双轴压、剪切、双轴压与剪切耦合，r RF ＞0.67
r 为局部稳定性指标。
F
R
长桁 拉伸应变为6×10 ，压缩应变为4×10 −3
−3
图 3、4 给出了优化前、后整机的位移和应 一维应变
−3
框 拉伸应变为6×10 ，压缩应变为4×10 −3
变云图。优化后蒙皮、隔框、长桁的裕度如图 5
所示，结果表明，各部件均存在一定安全裕度，机 杆柱稳定性 长桁、框 局部稳定性、压损，r RF ＞1
体主结构的总体强度满足设计要求。 加筋壁板稳定性 — r RF ＞0.67
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