● 摘要
最近几年，一种可展式多胞能量吸收装置引起了人们的高度关注。对于航空器和航天器而言，其内部的结构设计都有着严格的重量要求和空间限制，可展式多胞能量吸收装置相比以往的“被动式”能量吸收装置所具有的最大优势就在于其安装空间小、有效冲程较大。扇形可展开多胞吸能装置由于具有节省空间、可主动展开的优势，可以很好的用于提高飞行器的抗冲击性能和耐撞性。
本文采用数值仿真的方法研究了扇形可展开吸能结构的单个胞体在轴向准静态压溃下的吸能特性。由于扇形展开需要在单胞单元上添加铰链，因此本文建立了有限元模型，来研究单胞添加铰链以后，结构参数包括铰链材料属性如杨氏模量和屈服强度、铰链厚度对单胞吸能特性的影响，以及单胞的展开程度与单胞吸能特性的关系。结果表明，提高铰链材料的屈服强度和圆管厚度对增加结构冲击吸能的影响很大，而提高杨氏模量对增加结构的比吸能影响很小。随着单胞展开角度的增加，压溃过程表现出三种不同的模式。从带铰链直管单胞的验证试验与数值仿真的对比可以发现，能量吸收-位移曲线和压溃模式都可以很好的吻合。本文还建立了直管型带铰链单胞的力学模型，所推导的理论公式求得的平均冲击力值与仿真结果非常接近，可以作为求解该模型压溃平均冲击力的可靠解。
可展式多胞能量吸收装置的比吸能随展开角度增大而减小。这是由于展开成30°时多胞结构接近于轴向压溃，因此有更多的胞元参与轴向压溃吸能。展开成90°时多胞结构两侧的胞元是斜向压溃，对能量吸收的贡献少。飞机实际发生坠撞可能为斜向撞击，因此展开成90°的多胞结构可以适应更多的坠撞环境。
本文设计的多胞能量吸收装置采用带棘轮锁定机构的铰链，当棘轮机构锁定后胞元之间的相对位置将固定而不在变化。多胞装置所使用的展开模式是扇形展开，同时结合了线性展开的比吸能高以及放射状展开的多方向适应性的优点。多胞装置采用的展开驱动方式为机械与气动相结合的方式，结合了约束绳索和充气式气囊的优势，可展开性最佳，展开的速度最快，可以使多胞能量吸收装置适用于地面和海面等多种地形环境。本文的研究结果可以为扇形可展开多胞能量吸收装置在飞行器上应用提供设计参考。