飞机结构的适坠性(Crashworthiness)是指飞机在发生坠撞事件时,机体结构保护乘员生命安全的能力。通过改进飞机的机身结构、客舱布局和内部设施等来改善飞机的适坠性能,可以在付出较小机体结构重量代价的条件下,显著提升乘员在坠撞事故中的生存概率。在我国大飞机项目的发展阶段,在适航审定初期向审定机构合理解释条款内容,提出符合性验证方法,开展基于乘员生存性的机身结构适坠性设计与评价方法研究,对民机结构设计工作具有十分重要的理论研究意义与工程应用价值。本文研究工作受某型机总体单位资助,以该机机身结构适坠性设计需求为研究背景,在梳理、分析国内、外适坠性相关研究成果的基础上,对结构适坠性适航的含义、考核边界设定、取证方法、乘员损伤评估方法等进行了较为深入的研究,并将乘员损伤评估方法与有限元分析技术相结合,以乘员生存性为设计目标,从金属机身结构部件适坠性设计、破坏模式控制、结构优选、复合材料机身结构的适坠性建模与评估方法等方面对机体结构适坠性进行了系统性研究。主要研究成果与创新点如下:1.基于人体伤害指标,考虑乘员过载与作用时间,提出了基于乘员生存性的民机结构适坠性设计与评价概念。通过研究适坠性相关适航性要求、咨询通报(AC)、解释条款等技术文件,梳理了适航条例对结构适坠性的要求和人体的伤害指标;基于可生存事故概念提出运输类飞机设计与验证需求,结合国外研究机构关于机身坠撞的试验研究成果与民机可生存事故累计频率分布统计结果,研究了机身结构坠撞载荷边界条件的选取方法,提出了基于乘员生存性的结构适坠性设计与评价概念。2.构建了以乘员损伤状况为评价依据的机身结构适坠性建模与分析方法,提出了基于人员生存性的某型金属机身结构优化设计方案。结合前述人体伤害指标,以某型机含假人-座椅系统的机身舱段结构坠撞数值模拟结果为例,建立了以乘员伤害条件为核心的机身结构适坠性分析方法,并通过该方法研究了立柱角度、立柱构型、结构重量等结构参数对机身抗坠撞性能的影响;通过将上述影响规律与结构适坠性适航损伤评估指标相结合,评估了不同坠撞工况下的乘员损伤情况;依据研究结果,提出了提高金属机身适坠性的设计思路和结构抗坠撞优化设计方案。3.建立了一套考虑应变率影响的复合材料结构损伤分析方法,提出了提高复合材料机身结构适坠性的设计方案。基于复合材料机体结构适坠性设计需求,并针对复合材料机身结构坠撞计算平台缺乏的问题,首先通过引入应变率强化因子,建立可以表征应变率影响下纤维增强复合材料力学性能的各向异性材料本构模型,并通过与典型试样测试结果进行对比,确认了该模型的有效性;进而基于该材料模型建立了典型复合材料民机机身框段结构坠撞数值模型;考虑复合材料蒙皮铺层、立柱结构铺层\构型等结构设计因素对于机身框段坠撞性能的影响进行了研究;通过对比分析,提出了针对复合材料机身结构的抗坠撞设计方案。