温庆荣,蔡 荣,魏梦琦,刘宏旭,胡建飞

(中国电子科技集团公司第十一研究所,北京 100015)

1 引 言

某机载光电设备的光学系统包括了红外和激光两个波段,可实现对作战目标的观察、跟踪、瞄准和测距。为了适应机载的工作环境,同时满足激光和红外两个波段的光学高透过率需求,该设备采用ZnS作为窗口玻璃实现对内部精密光机的保护。根据动量定理,一只0.45 kg的鸟与时速960 km的飞机相撞,会产生216 kN的力,高速运动使得鸟撞的破坏力达到惊人的程度,并且根统计80 %鸟撞事故是发生在飞机起飞、爬升和进近、着陆阶段,因此有必要针对载机在起降的低空高速工作状况下,对窗口玻璃进行力学仿真分析,明确窗口玻璃的鸟撞耐受性能[1-2],确保设备的安全性能。

鸟撞是发生在毫秒量级的非线性冲击动力学问题,且高速动态下的碰撞无法用准静态弹塑性力学进行分析,其复杂性和特殊性主要表现有两点:(1)ZnS属于特殊的脆性材料,在高应变速率下会明显改变结构材料的本构关系,它不仅提高了材料的瞬时极限强度,而且也提高了材料的屈服应力,扩大了弹性范围,并使材料脆化；(2)鸟撞产生的惯性效应导致撞击载荷所产生的结构内力以应力波形式传播,撞击所产生压应力波在结构中传播以及到达结构自由界面后的反射波可能导致与静力学完全不同的结构破坏形式。

为此,本文首先通过试验分析了ZnS玻璃在准静态和高速动态下的力学性能参数,在此基础上建立了鸟体模型,网格划分后通过动力学仿真软件对光机模型进行了分析,从鸟体质量和速度两个维度全面评价玻璃的损伤情况,得出其鸟撞耐受性。……