ANSYS LS-DYNA仿真航空发动机鸟撞过程

据概略统计，全球每年大约发生1万次鸟撞飞机事件，国际航空联合会已把鸟害升级为“A”类航空灾难。鸟撞对航空器尤其是发动机的破坏是灾难性的：一只0.45千克重的飞鸟与时速500公里的飞机相撞时，冲击力为8000多公斤，足以使发动机叶片或外罩等严重变形或断裂，造成灾难性后果。因此，航空发动机的抗鸟撞性能一直是设计者追求的目标，现代发动机研制时都要进行鸟撞物理试验，从最初的每只0.8公斤的单鸟撞击到现在的每只3.6公斤的多鸟撞击试验，通常要求发动机在鸟撞后仍保持足够的推力和能够继续飞行约20分钟。对于现代设计来说，由于鸟撞物理试验费用昂贵、周期长、难以提供足够的信息，因而通常都只是验证性的试验，在研究过程中，利用计算机进行有限元仿真模拟的技术得到广泛的采用，并成为主要的研究手段。

由于极高的撞击速度，飞鸟撞击发动机的过程发生在很短时间内，一般为50毫秒左右，此过程中飞鸟肌体将发生流动变形和解体而四处抛洒，发动机结构亦将产生大变形，甚至发生破坏，例如发动机风扇叶片断裂等。同时，结构的动态响应将在较长时间内持续发生，但令人感兴趣的时间段一般不超过100毫秒。利用计算机模拟鸟撞时，分析程序必须具备的功能是：

1.飞鸟物理材料的描述；

2.飞鸟流动变形以及破碎的描述；

3.飞鸟与飞行器接触的描述；

4.飞行器结构大变形、侵彻和破坏过程的描述；

5.针对大型数值问题的求解能力。

当前，世界范围内对鸟撞进行分析仿真所广泛采用的工具为ANSYSLS-DYNA，LS-DYNA是著名高度非线性有限元显式求解程序，主要用于分析结构在高速撞击、爆炸等动载荷下的动态响应，同时具有强大的流体功能，可进行流体/固体耦合分析。包括Boeing、GEAircraftEngines、Pratt&Whitney、Rolls-Royce、LockheedMartin、LoralVoughtSystems等在内的著名航空航天器及动力设备厂商，以及包括JetPropulsionLab、NASAGlennResearch、MIT、Oxford等在在内的高级研究机构，都在采用LS-DYNA进行包括鸟撞在内的发动机/飞行器结构动力及安全性分析。