坠撞是指飞机通过结构变形、破坏等不可逆模式耗散着陆能量的应急着陆过程，适坠性表征了坠撞事故中飞机保护乘员并使之最大可能不受到致命伤害的能力，是民机安全性的重要体现。大飞机是国家重大科技专项，其安全性尤其受到关注。

坠撞实验是适坠性研究的重要手段，全机坠撞实验因其集成性、系统性验证的特点，更是发挥着不可替代的作用。通过全机坠撞实验，可对机体结构、机载系统、舱内设施的抗坠撞性能进行全面评估，并给出相互关联关系。相较于机身框段结构的坠撞实验，全机坠撞实验的验证对象更加复杂、数据测试规模更大，对于实验件姿态精准控制与投放、大视场变形测量、大规模多物理量动态数据同步测量及全机坠撞载荷测试等提出了巨大技术挑战。国外在全机坠撞方面开展了大量实验研究工作，通过多次整机坠撞实验，国外积累了丰富的实验技术经验和数据，形成了相关的标准规范。而国内在全机坠撞实验方面尚处空白，亟待开展相关的研究工作。

本文以典型民用飞机为对象，提出了全机坠撞实验方法，创建了全机坠撞实验平台，构建了全机坠撞动响应测试系统，发展了分布式多目相机全场大变形连续测试方法，完成了我国首次典型民机全机坠撞实验研究（见图1-3）。

图1 全机坠撞实验

图2 不同类型假人安装

图3 多目相机全场大变形测试

通过图像追踪标志点位置，对坠撞过程中，实验件的坠撞运动及变形分析，如图4所示。弹性变形恢复后，各机身截面的下部结构压缩量如图5所示。

图4 机身正面标志点的位移

图5 机身截面变形量

实验件坠撞变形情况如图6所示。可以看出实验件以5.71 m/s速度垂直撞击钢筋混凝土台面后，机体内部地板出现明显的中间拱起。部分假人姿态出现严重倾斜，头部扬起，手臂抬起，脚部翘起。假人躯干运动幅度及方向有所不同。在冲击载荷作用下，座椅未发生严重变形，未脱离客舱地板，乘员通道畅通，安全带保持完整系紧状态。

图6 实验件变形

地板加速度初始峰值统计如图7所示。总体而言，中机身段地板加速度大于前、后机身地板加速度。这主要是因为中机身段与机翼连接，承载要求高，机身框刚度大。客舱靠过道的地板加速度峰值明显大于靠窗的地板加速度峰值。其次，后机身客舱地板加速度峰值相较于前机身更小，这主要由于坠撞过程中，后机身客舱下部变形量比前机身大，能量吸收更多。

图7 归一化客舱地板加速度峰值

坠撞过程中，假人响应如图8所示。

图8 假人响应

飞机坠撞过程典型时刻机身侧面三维合位移云图如图9所示。通过三维合位移云图可清晰看出实验件坠撞过程中机身侧面位移分布情况。实验件触台后，机身由前至后位移量逐渐增大。

图9 机身全场合位移云图

为综合适坠性评估机身结构的适坠性，提出修正适坠性评估指数ICI，覆盖乘员安全、生存空间、舱门功能、应急撤离等多因素，将机身客舱内空间的变形进行量化处理。

结合实验数据，对本文飞机结构的适坠性进行综合评估，计算得到修正后的ICI指数为5.92，得分率为84.57%。相比原始ICI指数，修正后的评估考虑了更多的参量，评估结果的工程适用性更好。

1）建立了全机坠撞实验方法，可有效测试飞机结构和乘员的坠撞响应，并基于典型民机平台对实验加载和测量方法进行了集成验证。获得了撞击力、结构运动与变形、加速度、假人响应等关键动响应数据。

2）获得了全机响应分布规律，全机垂直坠撞过程中，客舱地板下部结构变形严重，后机身下部结构压缩量明显大于前机身，而客舱地板以上区域的机身壁板未发生明显塑性变形。坠撞过程中，机翼的惯性效应导致中央翼区域机身上部结构产生明显的塑性变形，翼尖与翼根的垂向位移差达310 mm。

3）揭示了动态载荷传递特性，加速度响应总体表现为中机身区域最大，前机身区域居中，后机身区域最小；靠近过道的地板加速度波形脉宽大、峰值高，两侧靠窗位置的地板加速度波形脉宽小、峰值低。

4）给出了人体坠撞伤害模式，假人在垂直坠撞过程中，会发生明显的头部俯仰、上躯干前后运动及倾斜，但前后运动时假人头部未与座椅靠背发生碰撞。垂直坠撞中，假人头部HIC及大腿力较小，而腰椎压缩力较大，腰椎是主要风险部位。

5）提出了修正适坠评价指数，对全机坠撞的适坠性进行了综合评估，乘员生存空间足够，乘员受载安全，舱门功能正常，乘员撤离通道通畅，飞机具有较好的适坠性和乘员保护能力。