Page 90 - 《爆炸与冲击》2026年第3期

第 46 卷 第 3 期 爆 炸 与 冲 击 Vol. 46, No. 3
2026 年 3 月 EXPLOSION AND SHOCK WAVES Mar., 2026

DOI：10.11883/bzycj-2025-0046

泡沫铝夹芯结构抗鸟体冲击吸能机理及

在飞机机头端框挡板中的应用 *

张柱国 ，吴志斌 ，王家栋 ，王 怡 ，黄 甲 ，崔 浩 ，李玉龙 1
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（1. 西北工业大学航空学院，陕西 西安 710072；
2. 上海航空器适航审定中心，上海 200232；
3. 上海飞机设计研究院，上海 201210）
摘要： 针对现役民用飞机铝合金加筋结构机头端框挡板存在的轻量化不足问题，在深入探究泡沫铝夹芯结构抗
鸟体冲击吸能机理的基础上，提出了一种新型泡沫铝夹层挡板结构。该结构采用非对称面板设计，高塑性 2024-T3 铝
合金作为上面板，高强度 7075-T6 铝合金作为下面板，中间填充泡沫铝芯层，用以替代传统铝合金加筋板，旨在保证优
异抗鸟撞性能的同时显著减轻结构重量。首先，通过铝合金平板的高速鸟体撞击试验，验证了鸟体本构模型及接触算
法的有效性，结合参数反演与仿真算例，验证了泡沫铝材料本构模型的准确性与适用性；然后，利用 Pam-crash 软件对
加筋板结构与泡沫铝夹芯结构端框进行了鸟撞瞬态冲击动力学仿真，对比分析了二者的冲击响应特性与能量吸收机
理差异。结果表明：加筋板主要依靠塑性变形来吸收鸟撞能量，而泡沫铝夹芯结构则通过芯层的压缩坍塌失效、上面
板的塑性大变形机制协同吸收能量；优化后的泡沫铝夹芯结构在能量吸收效率方面显著优于传统加筋板结构；基于泡
沫铝夹芯结构的吸能特性，完成了覆盖挡板全区域的优化设计方案；基于全覆盖鸟撞冲击仿真结果，所提出的泡沫铝
夹芯挡板设计方案在保持与现役结构同等抗鸟撞性能的前提下，减少了 30% 以上的结构质量。
关键词： 泡沫铝；夹芯结构；吸能机理；鸟撞；机头端框
中图分类号： O389; V215.2 国标学科代码： 13035 文献标志码： A

Energy absorption mechanism of aluminum foam sandwich structure
against bird impact and its application in impact protection
bulkhead inside airplane nose

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ZHANG Zhuguo , WU Zhibin , WANG Jiadong , WANG Yi , HUANG Jia , CUI Hao , LI Yulong 1
（1. School of Aeronautics, Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710072, Shaanxi, China;
2. Shanghai Aircraft Airworthiness Certification Center, Shanghai 200232, China;
3. Shanghai Aircraft Design and Research Institute, Shanghai 201210, China）
Abstract: In response to the insufficient lightweight issue of the baffle plate for the nose end frame with an aluminum alloy
stiffened structure in active civil aircraft, a new type of aluminum foam sandwich baffle structure is proposed based on an in-
depth exploration of the energy absorption mechanism of aluminum foam sandwich structures against bird impact. This
innovative design employs an asymmetric panel configuration that includes a highly ductile 2024-T3 aluminum alloy upper
face sheet, a high-strength 7075-T6 aluminum alloy lower face sheet, and an aluminum foam core layer in between. It replaces
the traditional aluminum alloy stiffened panel, aiming to significantly reduce structural weight while ensuring excellent bird

* 收稿日期： 2025-02-18；修回日期： 2025-07-27
基金项目： 国家自然科学基金（12472082）；中国商飞国家商用飞机制造工程技术研究中心创新基金（COMAC-SFGS-2023-
2356）
第一作者： 张柱国（1982－ ），男，博士研究生，zhangzhuguo_hd@caac.gov.cn
通信作者： 黄 甲（1991－ ），男，副教授，博士生导师，jia.huang@nwpu.edu.cn

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