运输类飞机结构设计安全系数的探讨

中国民用航空规章运输类飞机适航标准25.303要求采用1.5的安全系数,该要求同其他相关适航条款,例如25.307"结构符合性的证明"、25.603"材料"、25.605"制造方法"、25.613"材料的强度性能和材料的设计值"等,共同保证了飞机结构的高可靠性。理论上,当材料、载荷、分析等方面的不确定性降低,采用低于1.5的安全系数可以保证结构具有同等的高可靠性;另一方面,当材料、载荷、分析等方面的不确定性大于目前适航规章所允许的水平,通过采用大于1.5的安全系数也可以保证结构具有等同的高可靠性。为了在民用运输类飞机的适航取证/审定过程中,在保证结构可靠性的前提下,能够根据具体情况适当调整结构安全系数,在综合研究中国民用航空规章第25部《运输类飞机适航标准》相关条款内在联系的基础上,探讨了载荷、材料性能、分析方法等不确定性对飞机结构安全系数的贡献。研究结果表明,目前1.5的飞机结构安全系数,用于考虑载荷、材料性能、分析方法等不确定性的系数分量分别为1.2、1.12、1.116.     

曹奇凯 结构强度专家

<正>作为J15的副总设计师,您主要负责哪些方面的工作?您带领团队攻克了哪些重大关键技术?曹奇凯:作为J15飞机项目副总师,主要负责载荷、强度的设计与试验工作。组织相关专业人员分析了舰载飞机的技术特点,梳理了飞机在特殊载荷、关键结构传力、特殊大载荷状态强度试验技术和静动载荷下的破坏模式等重大技术关键,并逐一攻克了上述关键技术,取得了项目的成功。在飞机设计中,载荷(飞机使用中所承受的外力)是飞机强度和刚     

飞机复合材料结构安全系数确定方法研究

安全系数的确定需要考虑载荷和强度的分散性、材料属性、制造工艺的缺陷和误差等,载荷和强度是两个主要方面,因为它们是最基本的设计数据。目前普遍采用的安全系数值为1.5,是个常数。介绍了安全系数的概念,阐述了安全系数评估流程,并采用基于失效概率的方法来评估飞机复合材料结构安全系数的取值,对影响安全系数取值的因素,包括外载荷、冲击能量、剩余强度等变量,进行了统计分析,介绍了损伤漏检概率计算方法,给出了失效概率计算流程及安全系数评估流程。     

大型飞机翼面载荷测量技术浅析

飞机使用中作用在飞机上的载荷是结构设计的主要依据,但在飞机设计阶段,主要是在理论计算和风洞试验结果的基础上,根据已有飞机的设计经验进行修正、确定结构设计载荷.修正过程的理论计算和风洞试验不可能完全真实地考虑到影响飞机载荷的所有因素,由它们得到的结果是否合理,最终必须根据真实飞行试验测得的载荷和飞行参数,外推到设计载荷并重新校核结构强度,并进行载荷设计方法的验证等.     

状态和使用监控系统在直升机中的应用

对飞机进行使用和结构寿命监控是非常有意义的工程问题,可利用状态和使用监控系统(HUMS)进行直升机的使用和结构寿命监控.HUMS是一个包括许多数据采集和分析软件在内的多功能软硬件集成系统.在这个系统中起重要作用的是数据分析软件.为不同的目的需设计不同的分析软件.针对直升机及其部件的寿命监控,最常用的有飞行条件识别(FCR)和飞行载荷综合(FLS)分析软件.HUMS的运行过程是这样的:在飞机上安装必要的传感器和数据采集系统,定期把采集到的使用和载荷数据传递到地面或机载计算机上进行离线分析.这个系统的好处是部件的寿     

航空工业出版社精品书信息

海军飞机结构腐蚀控制设计指南本书重点阐述了海军飞机结构腐蚀防护与控制综合设计技术,部分涉及相关的其他技术(如耐久性等),主要内容为海军飞机的使用环境及环境/载荷谱编制、结构腐蚀与控制、常用材料腐蚀特性及限用要求、表面防护技术选择、通风、排水、典型零组件与特殊结构/机构腐蚀防护与控制设计以及腐蚀试验、使用维护和腐蚀损伤修理与检测、生产制造过程中的腐蚀控制,并给出了大量可供借鉴的设计范例。     

柔性飞机的非线性飞行载荷计算研究

以某歼击机为例,按《军用飞机强度和刚度规范》要求,重点介绍了考虑飞机结构柔性和非线性气动力特性、气动载荷分布的飞行载荷计算方法和计算结果,并对柔性飞机的非线性气动力特性和气动载荷分布对飞行载荷计算状态和严重载荷设计情况选取的影响进行了对比和分析,确定了飞机严重载荷设计情况和设计载荷,从而得出一些具有实际工程参考价值的结论。分析表明,所提出的飞行载荷计算方法合理有效,计算结果合理可信。     

飞机机翼-机身连接结构受力特性分析研究

机翼-机身连接结构作为飞机设计中最重要的一环,应当准确分析其受力特性,合理设计其连接结构。基于有限元计算结果对A、B两种机翼-机身连接结构形式进行受力特性研究,分析表明B结构的机翼后梁后梯形板(或A结构前三角板)分担了部分载荷,减轻了后梁站位加强框承受的载荷。B结构连接刚度相对柔性,减小了后梁处协调变形的影响。A结构设计了后三角板,通过后三角板将起落架部分机构与机身的连接,后三角板分担了部分起落架载荷,对于机身的内力均匀分布是有利的。     

随机振动载荷作用下的结构疲劳寿命估算

介绍了随机过程功率谱密度(PSD)函数的特性,讨论了在各种不同随机振动载荷下应用有限元分析(FEA)获得的应力响应功率谱密度(PSD)函数寿命预测的公式,并设计出具有实际应用价值的、可用于飞机研制工作的结构疲劳寿命估算计算机程序(FORTRAN程序)。为说明寿命预测的实际过程,文中最后对某型号飞机减速板进行了结构疲劳寿命的估算。     

大型水陆两栖飞机突风响应特性的程序化设计

现代飞机设计过程中,要考虑飞机遭遇突风时不同部位的动态突风载荷特性.根据大型水陆两栖飞机的设计要求,制订离散突风和连续紊流的分析流程,研究离散突风和连续紊流响应特性的程序化设计方法,并计算飞机各部位的单值载荷包线和组合载荷包线.程序化设计结果表明,大型水陆两栖飞机遭遇突风或紊流时,机体动态载荷量级与静载荷相当,且设计效率大大提高.研究结果为大型水陆两栖飞机的突风载荷设计提供了依据.     

固体火箭发动机圆柱壳体的可靠性设计

文中分析了“传统安全系数法”在产品结构设计中存在的问题,采用可靠性设计的必要性和意义。根据载荷与强度数据的随机性,以概率统计为理论基础,建立了可靠性设计基本方程;并引入了“可靠性安全系数”,使可靠性设计标准化和简单化。因此,可靠性设计是一种更严格、实用的设计方法。它不仅克服了传统安全系数的不确切性或盲目性,而且具有类似于传统安全系数设计的方便性。 文中还以某固体火箭发动机为实例,对燃烧室壳体进行了可靠性设计。     

CFRP双剪单钉连接接头强度分析

双剪连接接头是复合材料结构连接设计的主要环节。针对T300／KH304复合材料层合板的双剪连接形式，分析了单钉连接情况下的接头强度，并采用Yamada-Sun准则预测了该层合板结构双剪连接接头的破坏载荷。结果表明：该接头的破坏模式主要呈现为挤压破坏；Yamada-Sun准则可以较好地预测该结构的破坏载荷；所预测的接头的破坏载荷及破坏模式，试验结果与数值分析结果比较一致。     

行星机构的可靠性分析与计算

行星机构的结构设计缺陷、制造与安装误差、支撑构件刚度不足等原因可能会使系统发生一定程度的偏载,从而会影响整个机构的使用寿命与可靠性。利用最小次序统计量的概念建立了行星齿轮系的可靠度计算模型,模型反映了偏载对齿轮系可靠性的影响。首先,对行星机构进行了详细的运动学和力学分析,计算得到了各个齿轮的随机载荷历程。根据Miner线性疲劳累积损伤法则,将随机载荷历程转化为等效恒幅载荷谱,并将其作为可靠性模型的载荷输入变量。然后,将特定齿轮的疲劳寿命数据进行统计处理,将统计结果作为可靠性模型的强度输入变量。最后,根据模型的计算结果定量地说明了偏载对行星齿轮系可靠性的影响程度,同时利用随机截尾数据处理方法对可靠性模型的有效性进行了验证。     

复合材料层压板冲击后压缩剩余强度的统计分析与可靠性评估

通过对T300/5405复合材料层压板的冲击后压缩强度试验数据的统计分析,指出冲击后压缩剩余强度符合Weibull分布。在此基础上,通过引入冲击威胁的概念,对T300/5405复合材料层压板进行了冲击损伤容限可靠性分析。研究表明,通过在可靠性分析中引入了冲击威胁的概念,可以较充分地发挥复合材料层压板的损伤容限性能。     

复合材料层板等强最优设计方法

 本文对复合材料无矩对称层板的最优设计,提出了一种概念直观、方法简便、收敛迅速、效果较好的等强最优设计方法。给出了几个算例的结果,并与文献[1、2]的方法作了对比,结果表明,本文的方法具有显著的优越性。     

复合材料叠层板可靠度的计算方法

 1.叠层板可靠度分析方法 对一般材料结构系统,美国Frcd Moses提出增量载荷法来牧举、确认结构系统的主要破坏模式和求得相应的系统强度。 飞机复合材料结构叠层板常用0°、90°、+45°和-45°4种定向层组构成,是各向异性、     

民用发动机附件风扇叶轮疲劳寿命数值分析

叶轮疲劳寿命是影响风扇寿命的关键因素,鉴于风扇叶轮低循环疲劳试验周期长、成本高,在叶轮结构前期设计时,对某型叶轮低循环疲劳寿命进行数值分析,根据仿真分析结果初步预估叶轮寿命,给后期的叶轮疲劳寿命试验提供一定参考依据。仿真主要通过对风扇流场、叶轮强度、疲劳及叶轮模态进行分析,得出风扇流场和结构气动载荷下分布云图、叶轮离心、气动、离心气动耦合载荷下应力云图及叶轮前六阶模态云图。结果表明：离心叶轮工作时受到主要载荷为高速旋转时离心载荷,气动载荷对叶轮结构的影响相对较小;在离心气动载荷耦合的情况下,叶轮在19 955 r/min工作转速下的vonMises等效应力及最大应力为21.25 MPa,远小于叶轮结构材料2A70 T6屈服强度204 MPa和疲劳强度102.6 MPa,评估出叶轮结构在整个寿命期内不会发生屈服失效、疲劳失效,能够满足60 000次低周循环疲劳寿命的要求。在静态分析基础上探讨了不同转速下叶轮的动态特性,并绘制叶轮模态特性随转速变化的Campbell图,给出共振风险点,为后续综合考虑动态、静态特性对叶轮疲劳寿命影响奠定基础。     

C/C复合材料螺栓受拉破坏模式分析

文摘采用试验的方法研究了两种不同结构C/C复合材料螺栓的拉伸破坏形式。结果表明,螺栓头的结构决定了其破坏模式。对于受拉而导致的螺栓头剪切破坏,不是由单方向的层间剪切和面内剪切决定,而是两个方向剪切综合作用的结果,因此细化螺栓头结构设计能最大程度发挥复合材料的力学性能极限。