Расчетно-экспериментальная методика исследования лобового стекла самолета на птицестойкость

Конструкция лобового стекла играет важную роль в изучении проблемы птицестойкости остекления, поэтому большое внимание при исследованиях уделяется не только разработке конечно-элементных моделей остекления и птицы, но и анализу различных геометрий и материалов. В результате удара в соответствии с международными сертификационными стандартами лобовое стекло должно не только выдерживать удар проникновения птицы, но и не допускать полной фрагментации всех прозрачных материалов, обеспечивать приемлемую видимость для безопасного продолжения полета и посадки. Разработана методика расчетного моделирования динамического процесса удара птицы по полной структуре лобового стекла (одной панели) самолета в пакете программ LS DYNA. В методике численного моделирования птицестойкости остекления использован SPH-метод для учета параметров птицы. Стекло в расчетной модели рассматривается как упругопластичный хрупкий материал, в то время как полимерная прослойка ведет себя как вязкая среда, обеспечивающая высокую деформацию перед разрушением и хорошую прочность на разрыв. В качестве модели птицы выбран цилиндр. В соответствии с требованиями отказобезопасности лобовое стекло является многослойным. Получены результаты численного моделирования ударного динамического процесса и напряженно-деформированного состояния лобового стекла, которые подтверждают способность стекла выдерживать удар птицы с учетом своих свойств материала и геометрических характеристик (малые углы удара и двойная кривизна), что позволяет птице скользить вдоль лобового стекла и тем самым снизить передающуюся ему кинетическую энергию. По результатам расчетного моделирования лобовое стекло выдержало удар птицы. Кроме того, получены результаты расчетных исследований, которые позволили оценить влияние углов удара птиц разной массы на напряжения поверхности лобового стекла, а также угла наклона лобового стекла при оценке птицестойкости, что можно использовать при проектировании конструкции лобового стекла. Результаты исследований и испытаний лобового стекла самолета на птицестойкость с применением предложенной методики с пневматической пушкой подтвердили результаты расчетного моделирования.

1. Шершаков С.М. Устройство для заброса птиц и других посторонних предметов при испытаниях летательных аппаратов / С.М. Шершаков, А.Р. Лепешкин, В.В. Кулаков, С.Б. Петров, А.В. Сафронов. Патент РФ № 2452931 С1. МПК G01M 7/08: опубл. 10.06.2012. Бюл. № 16. 12 с.

2. Лепешкин А.Р., Аунг К.М. Расчетно-экспериментальные методы исследований элементов авиационной техники на птицестойкость // Вестник Московского авиационного института. 2025. Т. 32, № 1. С. 134–144.

3. Дроздова О.Е., Олимов Б.В., Фейгенбаум Ю.М. Статистический анализ эксплуатационных данных о повреждениях воздушных судов при столкновении с птицами // Научный вестник ГосНИИ ГА. 2017. № 18 (329). С. 27–36.

4. Maragakis I. Bird population trends and their impact on Aviation safety 1999-2008. European Aviation Safety Agency, 2009. 24 p.

5. Хачикян П.П. Орнитологическое обеспечение безопасности полетов как задача принятия решений в условиях неопределенности // Научный вестник МГТУ ГА. 2024. Т. 27, № 2. С. 25–42. DOI: 10.26467/2079-0619-2024-27-2-25-42

6. Yang B. Safety and airworthiness verification of civil aircraft engines // Journal of Mechanical Engineering and Technology. 2013. Vol. 1, no. 3. Pp. 92–115. DOI: 10.18005/JMET0103003

7. Гузий А.Г., Костина А.П. Методологический подход к количественному оцениванию риска, обусловленного столкновением воздушных судов с птицами // Научный вестник МГТУ ГА. 2022. Т. 25, № 5. С. 12–24. DOI: 10.26467/2079-0619-2022-25-5-12-24

8. Doubrava R. Verification and numerical simulation of advanced composite inlet in compliance of airworthiness impact requirements / R. Doubrava, M. Oberthor, J. Raška, P. Bělský, K. Doubrava, M. Dvořák // 13th Research and Education in Aircraft Design: Conference proceedings. Brno, Czech Republic, 7–9 November 2018. Pp. 7–14. DOI: 10.13164/conf.read.2018.1

9. Dar U.A. The effect of representative bird model and its impact direction on crashworthiness of aircraft windshield and canopy structure / U.A. Dar, M. Awais, H.H. Mian, M.Z. Sheikh [Электронный ресурс] // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Part G: Journal of Aerospace Engineering. 2019. Vol. 233, no. 14. 14 p. DOI: 10.1177/0954 410019837857 (дата обращения: 18.02.2025).

10. Guida M. A review of the bird impact process and validation of the SPH impact model for aircraft structures / M. Guida, F. Marulo, F.Z. Belkhelfa, P. Russo [Электронный ресурс] // Progress in Aerospace Sciences. 2022. Vol. 129. ID: 100787. DOI:10.1016/j.paerosci.2021.100787 (дата обращения: 18.02.2025).

11. McCarty R.E., Gran M.G., Baruch M.J. MAGNA non-linear finite element analysis of T-46 aircraft windshield bird impact [Электронный ресурс] // Aircraft Systems, Design and Technology Meeting, U.S.A., Dayton, 20-22 October 1986. DOI: 10.2514/6.1986-2732 (дата обращения: 18.02.2025).

12. Smetankina N. Modelling of bird strike on an aircraft glazing / N. Smetankina, I. Kravchenko, V. Merculov, D. Ivchenko, A Malykhina; под ред. Nechyporuk M., Pavlikov V., Kritskiy D. [Электронный ресурс] // Integrated Computer Technologies in Mechanical Engineering. Series Advances in Intelligent Systems and Computing. Springer: Cham, 2020. Vol. 1113. Pp. 289–297. DOI: 10.1007/978-3-030-37618-5_25 (дата обращения: 18.02.2025).

13. Wang F., Yue Z. Numerical simulation of damage and failure in aircraft windshield structure against bird strike // Materials & Design. 2010. Vol. 31, iss. 2. Pp. 687–695. DOI: 10.1016/j.matdes.2009.08.029

14. Zhang Z., Yao W. Research on dynamic analysis of bird impact on aircraft windshield // Acta Aeronautica et Astronautica Sinica. 2004. Vol. 25, no. 6. Pp. 577–580.

15. Zhu S., Tong M., Wang Y. Experiment and numerical simulation of a full-scale aircraft windshield subjected to bird impact [Электронный ресурс] // 50th AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference. 4-7 May 2009, Palm Springs, California, 2009. ID: 2575. 9 p. DOI: 10.2514/6.2009-2575 (дата обращения: 18.02.2025).

16. Hedayati R., Saeed Z.R. Effect of bird geometry and orientation on bird-target impact analysis using SPH method // International Journal of Crashworthiness. 2012. Vol. 17, no. 4. Рр. 445–459. DOI: 10.1080/13588265.2012.674333

17. Wu B. Effect of impact and bearing parameters on bird strike with aero-engine fan blades / B. Wu, R. Hedayati, Z. Li, M. Aghajanpour, G. Zhang, J. Zhang, J. Lin [Электронный ресурс] // Applied Sciences. 2021. Vol. 12, iss. 1. 7 p. DOI: 10.3390/app12010007 (дата обращения: 18.02.2025).

18. Yella G., Jadhav P., Lande C. Birdstrike analysis on hybrid composite fan blade: blade-level validation [Электронный ресурс] // Aerospace. 2023. Vol. 10, iss. 5. ID: 435. 13 р. DOI: 10.3390/aerospace10050435 (дата обращения: 18.02.2025).

19. Hou N., Li Y., Liu J. Numerical simulation of bird impact on hollow blades of titanium fan assembly [Электронный ресурс] // Journal of Aerospace Engineering. 2019. Vol. 32, iss. 4. DOI: 10.1061/(ASCE)AS.1943-5525.0001024 (дата обращения: 18.02.2025).

20. Jadhaf P. Trailing edge feasibility for aircraft engine composite fan blade // Materials Science Forum. 2022. Vol. 1060. Pp. 51–56. DOI: 10.4028/p-4ubl99