Page 134 - 《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

实飞机结构中存在大量铆接或螺栓连接，对于
整机级的坠撞仿真研究来说，考虑连接结构会
Wing-body blending section
使计算成本过高，本研究采用共节点的建模方式 Skin
Frame
实现单元的直接耦合，使节点位移连续，从而保 Fuselage rib
Occupant and seat
证接触界面处力的有效传递。这种连接方式简 Rib Cabin floor
Fuselage-wing frame Seat rail
单高效，具备良好的计算稳定性和工程适用性。 Reinforce frame Cabin floor beam
Cargo floor
Stringer Cargo floor column
建立了刚性地面，约束了其 6 个方向的自由度。 Cargo floor beam
飞机各部件之间的接触类型采用 CONTANT_
图 11 BWB 有限元模型
AUTOMATIC_GENERAL 以防止穿透，静摩擦因 Fig. 11 BWB finite element model
数和动摩擦因数设为 0.1 以模拟飞机结构部件
在碰撞过程中相互接触或自接触的摩擦效果。在强冲击载荷下，泡沫材料的网格容易发生过度压缩，进
而产生负体积导致仿真结果不稳定甚至计算中断。为确保仿真的连续性与有效性，采用了删除负体积
单元的处理方式。表 7 列出了 BWB 有限元模型的总体参数，其总质量为 162.87 t，单元总数为 2 679 991
个 。 对 预 计 产 生 大 变 形 的 区 域 例 如 货 舱 下 部 结 构 进 行 了 网 格 细 化 处 理 ， 其 中 壳 单 元 的 尺 寸 在 30～
50 mm 之间。

表 7 有限元模型的参数
Table 7 Properties of finite element model

外翼质量/t 结构质量/t 头顶行李架和行李质量/t 发动机和垂尾质量/t 总座椅和乘客质量/t 节点数 单元数
19.88 80.9 12.08 12 38.01 3 579 453 2 679 991

1.4 垂向坠撞速度
飞机坠撞过程中，垂直方向的动能主要通过机身下部结构的压缩、变形、断裂等形式耗散，而水平
方向的动能多由机身与地面的摩擦耗散，所以研究中的垂向速度选择尤为重要，而水平速度通常不予考
虑。美国联邦航空管理局运输类飞机坠撞与水上迫降工作组在 2018 年提出了对适坠性验证中垂向冲击
速度的选取建议 [28] ，如图 12 所示，建议的最高冲击速度为 7.92 m/s。垂向冲击速度与传统宽体客机事故
的关系如图 13 所示，可以看出，垂向坠撞速度较高时事故较少，拐点位于红色圆圈标示的区域，速度约
为 9.14 m/s，这一速度被认为是传统飞机抗垂向冲击能力的极限。在实际适航取证的过程中，波音 787
和空客 A350 均被要求在 9.14 m/s 的工况下进行适坠性评估。因此，本文选取了 5 种不同的垂向冲击速
度（7.92、8.22、8.53、8.83 和 9.14 m/s）进行研究。

9 10
8 7 9 8 7 Tough speed with landing gear
Tough speed without landing gear
Vertical impact speed/(m·s −1 ) 6 5 4 3 Vertical impact speed/(m·s −1 ) 6 5 4 3

0 2 1 2 1 0
0 100 200 300 400 0 20 40 60 80 100
Maximum take-off weight/t Accident proportion/%

图 12 垂向坠撞速度与最大起飞质量的关系 图 13 垂向冲击速度与事故占比的关系
Fig. 12 Relationship between vertical impact Fig. 13 Relationship between vertical impact velocity
velocity and maximum take-off weight and the proportion of accidents

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