航空规章的应急着陆动力要求

　　航空领域的西门子Simcenter Madymo解决方案，中国民航航空规章CCAR和美国联邦航空规章FAR明确了飞行器的适航标准，同时也提出了“适坠性”要求，即CCAR 25.652及FAR 2X.652章节中的“应急着陆动力要求”。要求中规定飞行器的座椅和约束系统必须设计成在应急着陆时，在规定的条件下能保护乘员。

　　对于机组乘员和乘客的每种座椅型号设计，需要按照规章CCAR 25.652或FAR 2X.652 的b(1)、b(2)要求，进行动态试验，并满足性能测量值不超标。

　　其中上标1为乘员，2为飞行员。

　　应对航空座椅设计和认证，有一系列的SAE标准，如SAE AS8049，民用旋翼机、运输机和通用航空飞机的座椅性能标准；SAE ARP5526，航空座椅设计指导和说明。联邦航空局FAA也出台了一系列技术标准和指导，例如TSO-C127，旋翼机、运输机和小型飞机座椅系统的质量认证；AC 20-146，用于航空座椅动态测试认证的分析方法的咨询通告。

　　当前国内航空座椅生厂商和飞机设计制造公司，在开发过程中，直接进行航空座椅的动态试验。如果不满足FAR的座椅性能要求，重新设计更改，再重新做物理试验。第一轮设计不满足，根据经验进行第二轮设计修改；第二轮设计不满足，在进行第三轮设计修改；以此反复设计和物理试验，来开发航空座椅。依靠这种凭借经验更改设计，不断试错的方式，必然导致开发周期长、试验成本高。

　　航空座椅的CAE仿真开发及认证

　　随着CAE仿真技术的成熟及能力的不断完善，在各个行业中都得到了广泛的应用。对于航空座椅的设计开发，可以根据SAE AC 20-146的标准和要求，利用CAE来确定座椅的设计边界、安装边界，实现乘员的安全防护，以满足最终的动态试验要求。

　　对于同一代航空座椅系统的载荷路径修改，或安装位置的调整，SAE AC 20-146则认为完全可以使用CAE手段，对航空座椅完成动态试验的认证，这将大大缩短开发周期，降低开发成本。

　　西门子航空乘员安全的开发能力

　　西门子TASS在被动安全系统方面具有30多年的工程开发经验，也是Simcenter Madymo软件的开发者。Simcenter Madymo具有SAE AC20 146所认可的、用于虚拟认证的HII 572标准和HIII FAA假人模型，已经成为航空领域工业级的标准开发工具。

　　与欧美航空制造商（如空中客车公司、巴西航空工业公司）的多年项目开发合作，西门子TASS利用Simcenter Madymo软件工具，建立了独特的、可广泛推广的航空座椅开发验证流程，如下图。按照此开发流程，从概念设计阶段，到认证，最终到完成航空座椅的布局，可以大大的缩减开发成本。

　　西门子TASS安全中心是荷兰内政部和皇家关系部认可的，ISO/IEC 17025:2005认证实验室，可以进行SAE AS 8049-B的测试认证，也是国际实验室认可合作组织（ILAC）认可的实验室，是一家完全独立的测试开发和认证测试中心。西门子TASS安全中心与空中客车公司合作多年，并已获得了空客测试认证资质。

　　Simcenter Madymo的航空座椅开发应用

　　座椅系统的概念设计

　　Simcenter Madymo具有多刚体建模，计算效率高等特点，可以对概念设计座椅系统进行快速的DOE仿真和优化。对于早期的航空座椅开发，座椅的结构承载以及结构形式还未确定。在这个阶段，可以建立概念设计座椅的Madymo多刚体模型，按照航空座椅的动态试验要求，对航空座椅的承载结构和座椅几何面进行DOE分析和优化，最终确定概念设计的方案。详细流程如下：

　　航空座椅的详细设计及验证

　　在详细设计验证阶段，具有详细的FEA座椅模型，进行座椅结构强度的力学分析。同时更新Madymo的多刚体模型，也可以建立详细的Madymo FE/Facet模型，对动态测试条件下的Madymo模型进行仿真结果的验证。在这个阶段，如果FEA座椅模型是其他有限元软件实现的模型，也可以通过跟Madymo的耦合，进行动态试验条件下的乘员伤害分析。

　　试验验证

　　经过详细的、充分的CAE仿真分析，确认结构强度以及乘员伤害都满足航空规章的要求，则可以进行最后座椅样件的生产及试验验证。

　　在完成动态测试之后，为确保仿真结果与试验结果的一致性，以及CAE模型的可靠性，需要根据试验测试结果，更新CAE模型及模型验证。

　　如果动态测试结果并未满足航空规章的要求，则更新CAE模型之后，分析CAE模型与试验结果之间的差距，查找原因，修改设计方案，并进行新一轮的CAE分析及试验验证。

　　客户应用案例

　　巴西航空工业公司（Embraer）的要求是取得航空座椅布局的认证，即要求每一套座椅新布局的测试都要保证没有头部损伤。

　　巴西航空工业公司目前利用Madymo的仿真分析手段，在最大乘客容量的极限下，对于各种航空座椅的布局进行研究分析。利用Madymo的仿真分析，巴西航空工业公司从原来开发一套座椅的新布局，所需300万的动态试验，降低到100万甚至更低。

　　结束语

　　西门子TASS的航空座椅工程开发流程，为客户缩短开发周期，降低开发成本。西门子以客户为导向，帮助客户设计航空座椅和座椅布局，大大提高客户的市场竞争能力。

　　Simcenter Madymo作为SAE AC 20-146认可的仿真工具，可以支持航空座椅开发的测试和认证，也可以代替部分的测试和认证。正如巴西航空工业公司的产品开发组的领导Sergio Soares所说：“使用Madymo之后，巴西航空工业公司不仅在支线飞机的座椅新布局的开发和认证上缩短周期、节约成本，在新机型上也节约了大量的时间和费用，同时还大大降低座椅安装风险。”