飞机长寿命设计与评定技术研究

简述了某型教练机长寿命设计与评定技术。在设计各阶段对飞机结构进行抗疲劳耐久性细节设计与研究,严格控制结构设计细节;在寿命评定阶段通过载荷谱飞行实测而编制出真实可靠的载荷谱,进行疲劳/损伤容限分析、全尺寸疲劳/损伤容限试验,验证了某型教练机达到了8000飞行小时的寿命指标。所取得的技术成果,为今后的长寿命飞机研制提供了技术支持。     

某型发动机承力机匣疲劳载荷谱研究

以某型发动机承力机匣疲劳载荷谱编制为例,介绍了一种基于载荷剖面计算的航空发动机零部件疲劳载荷谱编制方法。为使编制出来的载荷谱易于应用,采用了一种压缩处理方法,以获得较少的等效循环矩阵。还分析了各个载荷矩阵之问的相位关系,得到了相应的相关矩阵。最终得到的承力机匣疲劳载荷谱为后续的强度与疲劳寿命分析及其试验谱的确定提供了依据。     

腐蚀条件下飞机结构疲劳寿命评定技术研究

评定飞机结构的疲劳寿命，应该在疲劳定寿的全部试验中施加载荷谱和对应的腐蚀环境，由于腐蚀环境的复杂性，工程上无法实施。为解决这一问题，本文以一般环境下疲劳定寿结论为基础，针对歼击机腐蚀环境特点及主要疲劳关键件和关键部位，建立了一整套综合考虑地面停放腐蚀和空中腐蚀疲劳影响的寿命修正方法及对应的试验与分析技术，对飞机结构疲劳寿命和外场飞机的单机寿命监控有重要的工程应用价值。     

疲劳载荷谱B氏等效与试验验证

疲劳试验是确定结构疲劳特性的最有效手段。为缩短疲劳试验时间,通常采用低载截除方法。相对于低载截除,载荷折算能进一步缩短试验时间,减小成本。为了能够合理地对载荷谱进行简化浓缩,本文选取了Bhattacharyya距离(简称B距离)作为衡量原谱与等效谱寿命相似程度的参量,综合考虑了寿命均值与分散性,得到浓缩后疲劳载荷等效谱。基本方法是在给定折算水平下,得到相应B距离最小的等效谱,并进行了缺口试验件的试验验证。结果表明,该方法合理有效,可大幅缩短试验时间。     

起落架结构典型细节耐久性分析方法

阐述了军、民用飞机起落架结构典型细节耐久性分析方法。与以前常规分析方法不同的是,用本方法可以给出带95％可靠度、95％置信度的典型细节可靠性寿命。 该方法的关键在于如何确定细节的疲劳额定值PLE,为了开拓此方法,本文根据波音手册如何确定疲劳额定值的原则,用全尺寸起落架疲劳试验的数据结合疲劳最危险情况载荷谱当量一级化处理及试验可靠性处理等手段,给出要分析的主要构件典型细节的PLE值,从而解决了问题的关键。 经过理论推导,给出了军、民机起落架都适用的标准S—N曲线方程,只要代入各自的参数就可直接进行计算,非常方便。 本方法一个十分明显的优点就是工程性特别强,实用可靠。     

结构和载荷谱分散性分离的疲劳寿命可靠性

机群疲劳寿命的分散包含了结构和载荷谱的分散性,为进行安全寿命的精细分析,将结构和载荷谱的分散性进行了分离。假定指定载荷谱下的疲劳寿命和指定结构下载荷谱分散均用对数正态分布描述,按条件概率模型推导得到了将载荷谱和结构分散性综合后的机群结构疲劳寿命的精确分布,其数学期望与指定结构下考虑载荷谱分散的数学期望相同,方差为载荷谱和结构分散的方差和。从而可以采用反映载荷严重使用情况的载荷谱和仅考虑结构分散性的小分散系数确定结构的安全寿命,并讨论了给定的可靠度指标下,严重谱的严重程度要求以及给定的严重谱下的结构寿命可靠度。     

基于当量应力损伤的飞机结构耐久性分析方法研究

针对飞机结构实际使用的载荷历程偏离耐久性评定试验载荷谱情况下的耐久性分析需求,建立了疲劳关键部位耐久性损伤程度的当量应力损伤计算方法,通过构建不同载荷谱下的结构耐久性损伤关系,得到了结构疲劳关键部位在不同载荷谱下的等效应力;结合耐久性分析的概率断裂力学方法,建立了一种基于当量应力损伤的耐久性分析方法.该方法已成功应用于...     

基于疲劳-蠕变载荷等效转换的涡轮盘载荷谱编制及寿命预测

针对雨流计数法在峰谷值提取时进行等值压缩,忽略保载时间的问题进行了改进,提出了一种基于损伤曲线的疲劳-蠕变载荷等效转换方法。利用非线性疲劳损伤累积函数和损伤等效原则,建立了不同应力水平、不同保载时间下疲劳-蠕变载荷与疲劳载荷之间的等效换算模型。利用涡轮盘材料试验数据,计算了不同循环加载条件下的等效换算比,得到了其随保载时间的变化规律。利用改进的雨流计数法,编制了航空发动机高压涡轮盘载荷谱,并将其与寿命-时间分数预测法相结合,得到了涡轮盘剩余寿命。结果表明,改进的雨流计数法综合考虑了疲劳-蠕变耦合损伤对涡轮盘寿命造成的影响,相比于传统雨流计数法,寿命预测误差降低了15.02%,验证了该方法的有效性。     

基于损伤等效的多轴疲劳试验谱编制研究

针对多轴载荷下多危险点单轴应力破坏模式,以损伤等效为基础,提出了一种多轴载荷下的疲劳试验载荷谱编制方法.该方法首先对最危险点处的应力应变历程进行雨流计数,对得到的应力应变循环按幅值进行分组统计,再根据损伤等效原则对各组进行循环载荷搜索,最后将各组搜索到的包含一定次数的循环载荷按顺序连接起来,即为疲劳试验谱.试验结果分析表明,该方法定量地保证了试验载荷谱与原载荷谱的疲劳损伤一致,操作简单可行.      

民机结构外露关键部位涂层加速腐蚀环境谱研究

 结合民机结构使用特点，参考国内外已有研究成果，提出了适用于民机结构外露腐蚀关键部位的涂层加速环境谱。该谱由温湿暴露、紫外照射、低温疲劳和盐雾4个环境块构成。给出了各环境块参数的确定方法及加速谱与外场实际使用环境的当量加速关系。通过民机机翼下翼面典型模拟试件加速腐蚀若干周期的试验，验证了该加速谱和当量加速关系的合理性。该谱的提出为腐蚀条件下民机结构日历寿命评定提供了重要的依据。     

飞机载荷/环境谱编制研究及应用

阐明了编制恰当的载荷/环境谱是飞机结构疲劳、损伤容限和耐久性设计或现有机种寿命评定中的首要工作,它对后续的分析和试验工作的成败、经费、工作量和时间都有重大的影响。介绍了根据不同的工作任务和技术要求,有多种形式的载荷/环境谱及相应的编谱方法,主要对载荷/环境谱的编制技术进行了研究,提出了具有指导意义的一般性方法,最后给出了某型飞机的载荷环境谱。     

飞机载荷谱编制的新方法研究

通过对国内外飞机平均载荷谱编制方法的研究,首先指出现有编谱方法存在的问题,最后给出一种以代表每种实测科目的中值寿命（或损伤）的起落进行编谱的新方法。按这种新方法编谱,可以保持实际飞行科目各动作间的真实先后顺序和各动作的真实载荷状态（载荷大小和作用位置,下同）,可以真实地反映出载荷作用顺序和真实载荷状态对寿命的影响,因此可以提高定寿的可靠性。本方法还可以大大简化编谱中的计数和计算,从而可以减少编谱的工作量,提高工作效率。     

在航空载荷谱作用下2024铝合金的疲劳行为

研究了在航空载荷谱TWIST作用下2024铝合金的疲劳特性。对航空载荷谱进行简化处理,对比分析了理论推导、MATLAB程序模拟和疲劳试验给出的飞机疲劳寿命预测值,并微观观察疲劳失效断口特征,分析了失效机理。结果表明：理论推导、程序模拟和疲劳试验得到的疲劳寿命预测值分别为163800,158280和134249次飞行循环;程序模拟得到飞机巡航过程中实际阵风载荷和忽略极小波动载荷的疲劳寿命预测值分别为92314和92321次飞行循环;观察疲劳断口可以发现裂纹萌生形核起源于试验件近表面,疲劳裂纹的扩展以沿晶和穿晶两种方式进行,有明显的疲劳条带,在瞬时断裂区呈现韧窝形貌。     

典型起落架的通用载荷谱分析及传载计算

为了对典型结构前起落架的一般受载、传载等情况进行研究,首先按照飞机地面操纵的不同阶段,分析起落架相应的多种工况,给出起落架载荷谱的分解模型及计算方法;然后建立通用前起落架的力学模型和载荷传递的数学模型,根据载荷谱上选取的受载严酷的工况点并结合一组具体可行的飞机参数,通过解析方法求解前起落架传力模型的节点载荷;最后通过载荷谱与传载数学模型相结合的方法,求解出起落架主承载点的极限载荷,该极限载荷可作为后期疲劳寿命评估的数据基础。本文的研究方法可为起落架的载荷谱求解、起落架承载性能分析等提供理论依据。     

某型飞机后机身尾翼组合体疲劳试验随机加载谱的自动生成

 介绍了某型飞机随机载荷谱疲劳试验所采用的载荷值计算模型与算法、随机载荷状态序列与飞行顺序的生成方法、按照关键通道载荷变化量配置加载时间的方法，通过编程实现了复杂随机加载谱的自动生成以及加载时间的合理配置，提高了随机载荷谱计算的自动化程度，也提高了试验的稳定度与加载速度，为改进随机谱疲劳试验的应用技术做出了有益的尝试。     

随机载荷谱下基于声发射的耳片接头疲劳裂纹识别方法

作为航空结构中传递集中载荷的关键部件,耳片接头的失效将会带来灾难性的后果,因此需要通过疲劳试验来验证其是否满足设计要求。声发射（AE）作为一种在线监测手段,能够及时捕捉接头裂纹萌生扩展进程,提升试验质量。然而,在随机载荷谱下,会产生大量极其复杂且毫无规律的声发射信号,致使传统的基于特征提取及参数滤波的声发射数据分析方法难以发挥作用,无法有效识别接头裂纹的萌生。因此,本文提出了一种随机载荷谱下疲劳裂纹的声发射识别方法,该方法利用随机载荷谱的分布特点,通过分析不同载荷谱块下相同循环时段所对应的声发射信号表象差异来发现、锁定异常,并结合定位分析与干扰排除分析,确定裂纹的发生时间及位置。通过疲劳试验,该方法的有效性得到了证实,因而可为随机载荷谱下的相关航空结构试验提供参考。     

寿命系数定寿的原理和方法

通过对疲劳载荷谱损伤值的研究,发现金属材料的疲劳寿命与疲劳试验载荷谱损伤值成线性关系,即金属材料的疲劳寿命随疲劳试验载荷谱的轻重成线性关系。由此规律推导出寿命系数,通过寿命系数可以降低全尺构件的疲劳试验时间。根据已有的疲劳试验数据研究的寿命系数值显示,在平均谱(疲劳损伤值为50%)基础上加重至58.33%损伤谱可降低全尺寸疲劳试验时间11%,75%损伤谱可降低36%,91.5%损伤谱可降低51%。由此得出:为了减少全尺疲劳试验时间,可以用加重载荷谱进行全尺寸疲劳试验,获得重谱下的寿命,再利用样件的寿命系数将其还原到平均谱下的平均寿命,然后用规范规定的疲劳分散系数除以平均寿命,给出使用寿命。这样既实现了减少疲劳试验时间的目的,又不违背规范规定的疲劳分散数值,使飞机定寿既经济又可靠。     

先进战斗机寿命设计与延寿技术发展综述

轻质长寿命一直是飞机结构强度设计所追求的目标,也是一代又一代结构强度工作者所面临的永恒主题。随着国内外航空工业的发展、疲劳设计理论以及现役飞机延寿工程的开展,飞机寿命设计与延寿技术取得了快速发展。本文从20世纪60年代飞机设计中引入疲劳设计开始,以疲劳设计准则的发展为主线,对分散系数的确定、载荷谱编制技术、飞机寿命设计与延寿技术、日历寿命评定、单机寿命监控等技术的形成与发展进行综合论述。有成功的经验,也有失败的教训,从实践中发展出疲劳设计的理论体系、分析方法与规范标准,带来了飞机设计寿命指标的不断提升,保障服役飞机的飞行使用安全。提出耐久性/损伤容限设计思想是目前及未来飞机长寿命设计及延寿的主要设计思想,全尺寸耐久性/损伤容限试验是飞机定寿、延寿最主要的技术途径,结构细节设计、耐久性预防性修理以及单机寿命监控也是确保长寿命设计指标实现和现役飞机延寿成功不可或缺的技术手段。     

基于健康监测的飞机结构寿命预测技术

飞机结构健康监测技术在飞机的结构设计、飞行及维护过程中发挥着重要作用,该技术可用于结构健康状况预判、辅助维修与维护决策。本文首先介绍了当前结构健康监测的概念及其适用范围,讨论了结构健康监测相关规范要求,以F-35 和A400M 为例分析了国外飞机结构健康监测技术的典型工程案例,并给出了典型飞机单机跟踪和寿命控制、某老龄飞机载荷谱实测及寿命预测,讨论了基于裂纹的监测方法研究及限制其应用的主要因素。在此基础上,提出了飞机结构健康监测系统设计的主要思路,给出了寿命预计的基本流程,阐述了其中控制点选择、飞参筛选、载荷/应变方程构建、损伤计算及寿命评估、结果输出及方程验证等主要环节。最后,对航空领域未来开展结构健康监测智能化研究进行了展望。