水锤效应在破坏油箱的过程中，会引起燃油泄漏、燃烧然后发生爆炸，对飞机结构产生严重的破坏[6，9]。在越南战役中，多数低空飞行的飞机都是被地面小火力武器击中油箱而坠落；在“沙漠风暴”军事行动中，很多飞机发生事故是因为油箱系统被破坏引起的。因此，研究水锤效应对油箱的破坏方式是非常重要且必要的[2]。论文网

研究高速弹丸对机翼油箱的破坏以及相应的试验方法，对面向水锤效应的机翼油箱结构改进设计具有十分重大的意义。因此，在飞机结构的设计方案阶段，应首先考虑水锤效应对油箱的影响，并提出良好的解决措施，以提高飞机的作战生存能力或是将水锤效应的影响和破坏降到最低[3]。

本文将通过LS-DYNA软件对单枚破片和多枚破片撞击油箱造成的液压水锤效应进行数值模拟研究，主要研究单破片撞击速度对水锤效应的影响、双破片同时撞击油箱时水锤的叠加效应以及位置间隔对液压水锤叠加效应的影响。对以后的飞机油箱结构设计提供一些参考。

2  模型结构与材料

2。1  液压水锤效应简介

水锤效应的产生包含四个阶段：第一阶段，入射阶段，当弹丸刚穿透充满液体的油箱瞬间，会将冲击产生的能量传递给液体，产生球形的压力震荡波，可能最先导致撞击位置周围结构的破坏，使油箱前壁板在穿孔周围造成裂开现象或花瓣状的翻边；第二阶段，阻滞阶段，在弹丸穿过液体过程中，弹丸受到液体粘性阻尼的作用使其速度逐渐衰减，并可能产生翻滚，将弹丸自身的动能转换成液体的动能，液体沿着弹丸运动路径向外移动形成一个辐射状的压力区域，在这个过程中液体逐渐被平缓加速，因此不会形成急剧的峰值压力；第三阶段，气腔阶段，由于在上个阶段中液体沿运动路径向外移动，形成了一个液体气腔，其中充斥了从其空腔表面蒸发的液体蒸汽和从撞击孔钻进来的空气，随着弹丸的移动，气腔会慢慢膨胀，然后液体试图恢复未被撞击前的状态，空腔发生了收缩坍塌，空腔开始收缩坍塌时会产生巨大的峰值压力；第四阶段，穿出阶段，弹丸穿出时首先要穿过先前由震荡阶段和后来液体载荷形成的压力墙。当弹丸速度较低时，可能不会出现第四阶段，弹丸留在油箱内部[3]。击穿过程如图2。1。1。

图2。1。1  水锤效应过程

2。2  有限元模型

在研究单枚破片撞击油箱的过程中，数值模拟所用的有限元模型如图2。2。1所示，其中油箱的长、宽和高分别是500mm、400mm和400mm，箱体材料为7A04铝板，壁厚为4mm，破片是直径为9。5mm的钢质球体。

由于箱体上下左右对称，为了方便所以建立四分之一模型，建模过程如下[7，11，13]。

（1）选择单元类型：选择SOLID164实体单元。

（2）定义材料属性：具体参数和材料在后面的K文件中添加。

（3）构建实体模型。

（4）划分网格：网格尺寸为4mm，运动路径周围细化网格。

（5）定义PART。

（6）定义接触：采用侵蚀接触算法。

（7）加载、约束和初始速度定义。

（8）求解设置。

（9）LS-DYNA输入文件（K文件）的生成和修改。

图2。2。1 油箱模型

破片的撞击位置为箱体前壁中心位置，如图2。2。2所示。

1-撞击点

图2。2。2 油箱前壁示意图

在数值计算过程中，燃料和空气使用Euler六面体网格，破片和油箱使用单点积分Lagrange六面体网格。Lagrange网格和Euler网格之间的相互作用采用流固耦合方式求解，拉格朗日介质之间采用侵蚀接触算法计算[5]。