飞机结构抗冰雹冲击特性研究进展与展望

doi:10.7527/S1000-6893.2025.32424

中国飞机强度研究所建所 60 周年专刊

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飞机结构抗冰雹冲击特性研究进展与展望

白春玉¹^,²^,³(), 赵子豪², 刘小川¹^,², 张宇¹^,², 郭亚周¹^,²

^1.中国飞机强度研究所强度与结构完整性全国重点实验室，西安 710065
^2.中国飞机强度研究所结构冲击动力学航空科技重点实验室，西安 710065
^3.西安交通大学航天航空学院机械结构强度与振动国家重点实验室，西安 710049

收稿日期:2025-06-16 修回日期:2025-07-13 接受日期:2025-09-01 出版日期:2025-09-19 发布日期:2025-09-10
通讯作者: 白春玉 E-mail:baichunyu2006@163.com
基金资助:
国家级项目

Research progress and prospects in hail impact resistance of aircraft structures

Chunyu BAI¹^,²^,³(), Zihao ZHAO², Xiaochuan LIU¹^,², Yu ZHANG¹^,², Yazhou GUO¹^,²

^1.National Key Laboratory of Strength and Structural Integrity，Aircraft Strength Research Institute of China，Xi’an 710065，China
^2.Aviation Key Laboratory of Science and Technology on Structures Impact Dynamics，Aircraft Strength Research Institute of China，Xi’an 710065，China
^3.State Key Laboratory for Strength and Vibration of Mechanical Structures，School of Aerospace，Xi’an Jiaotong University，Xi’an 710049，China

Received:2025-06-16 Revised:2025-07-13 Accepted:2025-09-01 Online:2025-09-19 Published:2025-09-10
Contact: Chunyu BAI E-mail:baichunyu2006@163.com
Supported by:
National- Level Project

摘要/Abstract

摘要：

在极端天气条件下，冰雹冲击飞机雷达罩、机翼等部位易造成结构损伤甚至失效，危及航空运营安全，是飞机结构设计不可忽视的焦点问题。分析了冰雹冲击飞机结构的相关规章条款要求，对比研究了冰雹冲击相较鸟撞等外来物冲击飞机结构的异同，并从冰雹的形成机理及动态本构表征、实验室环境下冰雹冲击结构试验、冰雹冲击数值仿真及损伤评价等方面出发，阐释了冰雹冲击航空结构的技术研究概况及典型进展，最后，对航空结构抗冰雹冲击技术的发展进行了展望。

关键词: 飞机结构, 冰雹, 冲击, 损伤评价, 本构关系

Abstract:

Hail impact under extreme weather conditions poses a significant threat to aircraft structural integrity， often leading to damage or failure in aircraft components such as radomes， wings， and so on. Such events jeopardize aviation safety， making it a critical issue in aircraft structural design that cannot be overlooked. This paper summarizes relevant regulatory requirements pertaining to hail impact on aircraft structures and clarifies the distinctions between hail impact and other foreign object impacts， such as bird strike. The study further elaborates on the current state of technical research and notable advancements in understanding hail impact， covering aspects including the formation mechanisms of hailstones， dynamic constitutive characterization of materials， experimental testing methodologies， numerical simulation approaches， and damage assessment techniques. Finally， the paper offers perspectives on future developments in enhancing aircraft structural resistance to hail impact.

Key words: aircraft structure, hail, impact, damage evaluation, constitute model

中图分类号:

V216

白春玉, 赵子豪, 刘小川, 张宇, 郭亚周. 飞机结构抗冰雹冲击特性研究进展与展望[J]. 航空学报, 2025, 46(21): 532424.

Chunyu BAI, Zihao ZHAO, Xiaochuan LIU, Yu ZHANG, Yazhou GUO. Research progress and prospects in hail impact resistance of aircraft structures[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2025, 46(21): 532424.

图/表 16

图 1

表1

图 2

图 3

图 4

图 5

图 6

图 7

图 8

图 9

图 10

图 11

图 12

图 13

图 14

表 2

冰雹冲击典型结构损伤及修理方式［13］

损伤类别	损伤范围		修复方式	修理类别
凹坑	长度不限	深度≤0.5 mm	无需修复	A
	长度0~100 mm	深度0.5~3 mm	临时保留	C
	长度10~150 mm	深度≤ $1 - 长度 - 100 100$ mm	临时保留	C
	其他		作为穿透损伤处理
脱胶	0~800 mm²		临时保留	C
	800~8 000 mm²		注胶处理	C
	8 000~10 000 mm²		热粘接修理	A
穿孔/复合损伤	长度0~40 mm，范围小于1 250 mm²		金属胶带	C
穿孔/复合损伤	长度40~500 mm，范围1 250~195 000 mm²		热粘接修理	A

表 2

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飞鸟	多为单次冲击，偶有鸟群冲击	软体冲击	飞机飞行状态遭受冲击，产生破坏性损伤，需按照破损安全设计
消费级无人机	多为单次冲击	硬物冲击	飞机飞行状态遭受冲击，结构产生破坏性损伤，可能存在锂电池爆炸等后续效应
维修工具	多为单次冲击	硬物冲击	飞机地面停机状态工具跌落冲击，产生不可见损伤或塑性变形，一般结构可维修
跑道碎石	多为单次冲击	硬物冲击	飞机地面滑行状态，冲击发动机口盖等结构，造成结构凹坑或功能受限

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