韩 璐,韩 庆,杨 爽

(西北工业大学航空学院,陕西 西安 710072)

燃油系统是飞机暴露面积最大的系统[1]，油箱则是构成燃油系统最重要的部件，而水锤效应作为飞机油箱主要的损伤模式之一，指的是：当高速破片穿透有油液填充的油箱时，破片受到燃油的阻力，将自身的动能通过燃油传递到油箱壁板，从而引起油箱结构灾难性的破坏[2]。

研究水锤效应的方法主要有2种：试验测试和数值模拟[3]。由于油液的易燃易爆特性，直接进行高速冲击试验时不易控制且容易发生危险，因此在试验中多采用与油液具有相似密度的水来替代航空煤油。Ball等[4]于1974年首先通过22 mm口径步枪和立方体充液箱体开展了水锤效应的试验研究，指出破片的入射角度和质量是影响其能量损失的主要因素，破片形状和质量对其穿出速度及冲击波的影响较小。Patterson[5]将水锤效应分为入射、冲击、阻滞、空穴和穿出5个阶段，并通过理论分析和试验得出了每个阶段的压力分布。Nishida等[6]完成了铝合金薄壁方管的打击试验，研究了壁板裂纹的扩展方式，指出最主要的影响因素为壁板材料的强度和子弹的直径。Disimile等[7]分别进行了钨合金、钢和铝合金破片撞击油箱的试验，测得不同位置的压力时程和水锤变化。Varas等[2,8-10]进行了充液率分别为50%、75%、100%的充液铝管水锤效应试验，对比了不同破片速度(600、900 m/s)对水锤效应的影响，并利用高速摄影机记录了水锤全过程。

随着计算机技术的不断进步，数值模拟已经成为当今研究水锤效应最主要的手段。……