民用飞机机体结构静强度验证

民用飞机机体结构静强度验证是保证飞机结构安全的基础,是民用飞机获取型号合格证投入市场运营的基本条件。以机体结构静强度验证流程为线索,从分析和试验两方面阐述了当前机体结构静强度验证的思路和方法以及未来的发展趋势。对于金属机体结构,结合少量必要试验,采用经试验验证的分析进行全面静强度验证是当前金属机体结构静强度适航验证较好的工程解决方案,而复合材料机体结构采用积木式验证模式是目前最优化的验证方案。采用传统的内力模型加工程分析方法依然是机体结构静强验证的主要手段,但工作流程,主要是强度校核工作部分,将向自动化方向发展,以满足实际工程分析对效率和质量的要求。同时,全机精细有限元模型分析是机体结构静强度验证重要的辅助手段,代表了飞机结构强度分析未来的发展方向。     

飞机结构强度技术现状与前沿研究方向

中国飞机强度研究所针对各种航空平台机体结构强度的需求，在飞机结构耐久性／损伤容限和可靠性分析与验证、动强度设计与验证、新材料结构强度设计分析与验证、计算结构技术与强度虚拟验证、飞机结构综合环境强度分析与验证、航空噪声／振动环境研究与验证、全尺寸飞机结构静力／疲劳试验技术等方面开展了大量的预先研究工作。本文简述了中国飞机强度研究所近期在预先研究方面的主要进展和取得的研究成果，对结构强度的前沿研究方向作了分析，还对国内飞机结构强度研究需要加强的若千方面提出了几占、建议。     

复合材料飞机结构强度新规范要点评述

基于过去20多年参与复合材料结构设计的经验教训和美国最新的军用飞机设计规范,阐述了中国复合材料结构强度设计和验证要点及与金属结构的差别。其要点为:以承认性能表征多样性和材料与结构同时形成为基础的材料和工艺要求;以承认初始缺陷/损伤对结构静强度有影响为基础的设计许用值确定方法;以需要特别考虑湿热环境影响为特点的静强度设计和验证;以承认静力覆盖疲劳和考虑冲击损伤阻抗为特点的耐久性设计和验证;以冲击损伤及损伤无扩展为基础的损伤容限设计和验证;以全尺寸部件和由试样、元件(包括典型结构件)、组合件组成的多层次积木式设计验证方法相结合为基础的结构验证试验。     

航空涡扇发动机结构强度试验技术发展

航空涡扇发动机是军民用飞机的主要动力装置,航空发动机结构强度试验目的是验证发动机整机及零部件结构的强 度、变形、振动、疲劳、蠕变、损伤容限、寿命及结构可靠性等是否满足设计规范、标准和实际使用需求。目前,中国开展的相关结构 强度试验种类主要有零部件振动、转子件、结构静力与疲劳、热强度等试验。从航空涡扇发动机对强度试验的需求分析出发,对其 强度试验技术进行概述,归纳了研制规范和技术发展方面对强度试验的需求,简述了强度试验技术国内外专业发展现状,分析认 为中国与国外先进水平在试验硬件设备、适航性专用试验技术和能力、先进试验技术的自研能力方面存在差距与不足,提出夯实 现有强度试验相关的技术基础、紧跟先进的强度试验技术发展、提升围绕发动机极端工况需求的研制能力的强度试验技术的发展 思路和方向。     

复合材料飞机结构强度设计和验证的特点

结合军用飞机结构强度规范修订，概述了复合材料飞机结构设计规范的演变，并基于过去20多年参与复合材料结构设计的经验教训和美国最新的军用飞机设计规范，从材料和工艺、设计许用值、静强度、耐久性、损伤容限和结构验证试验等几方面分别阐述了复合材料结构强度设计和验证要点及与金属结构的差别。     

全机静强度虚拟试验技术研究及应用

地面试验是目前验证飞机结构性能和品质最重要的手段,全机地面静强度试验载荷高、变形大,飞机结构有可能发生非预期破坏,试验系统也存在意外故障风险,这些对试验设计与实施带来巨大挑战。对飞机结构静强度虚拟试验技术进行了系统研究,建立了试验物理系统数字化、结构力学行为虚拟化及试验过程虚拟物理融合化技术,形成了物理与虚拟试验双线并行、互动融合新模式。将虚拟试验技术在大型飞机全机静强度试验中进行了应用,飞机变形误差1%,应变误差小于10%,有效提升了全机静力试验的可靠性和安全性,缩短了试验周期,为飞机研制发挥了重要作用。     

天线罩力学-电磁性能综合设计研究

介绍了机载雷达罩复合材料结构的力学和电磁学性能的分析设计方法,以某型飞机雷达天线罩设计为实例,对天线罩等效平板试验件的电性能进行了计算分析,对天线罩的强度、刚度进行了分析和试验验证,结果表明计算结果与试验结果基本一致,能够满足工程设计要求.     

MSC.SimManager环境下飞机结构静强度虚拟试验流程管理

飞机结构的研制及改进、改型,均须经过试验来验证结构的强度性能以及所用分析方法和工具的正确性.在试验验证的飞机设计过程中,常常要进行大量材料、元件、组件、部件以及全尺寸飞机结构强度的试验,而大量的物理试验也是造成目前飞机研制成本高、周期长的主要原因之一.     

A320飞机方向舵载荷计算软件开发*

飞机静力试验是验证其结构静强度的重要手段。本文在国内相关飞机机身和机翼静力试验设计的基础上，选取空客A320飞机方向舵，基于有限元思想模型简化，确定加载点及加载方式，并使用MATLAB软件对方向舵的结构静强度和飞行过程中舵面上的载荷进行初步数据分析，开发了计算载荷分布软件。该软件可用于民航专业教学，有助于学生了解方向舵受力的特点，同时为A320方向舵静力试验实验室的建造提供理论依据。     

综合载荷环境下高超声速飞行器结构多场联合强度试验技术

针对当前高超声速飞行器结构综合环境强度验证技术的迫切需求,开展考虑气动力、高温、噪声及机械振动等载荷的多场联合强度试验设计,提出了多系统集成方法,给出了多载荷联合加载解耦方法与控制策略,基于行波管建立了多场联合试验平台,对平台关键环境影响因素进行了分析,给出了具体的解决途径,最后基于该试验平台完成了某舵面构件的气动力/高温/噪声/振动多场联合试验,得到了联合载荷作用下结构应变、加速度及位移等响应的时域与频域变化特征,试验表明,多场联合环境下结构的响应水平较高,结构更容易发生破坏,通过该试验验证了多场联合试验技术的可行性及有效性,可为复杂载荷环境下高超声速飞行器结构的地面强度试验验证提供有力的技术支撑。     

先进舰载战斗机强度设计技术发展与实践

舰载战斗机是航空母舰上的主要武器,为满足舰面起飞、着舰和停放等要求,舰载机需围绕起落架系统、拦阻钩系统和翼面折叠系统等"特征结构"进行设计。先进舰载战斗机着舰冲击能量是陆基飞机的6倍以上、拦阻带来的水平载荷超过陆基飞机的15倍,因此特征结构的高载荷对强度设计提出了更高的要求。围绕舰载机"特征结构"及"特征载荷",开展了主要的设计工作,包括："特征载荷"计算,即起落架载荷、拦阻载荷和折叠载荷计算;"特征结构"的强度设计及试验验证,包括起落架系统、拦阻系统、翼面折叠系统的动力学仿真计算、静/疲强度分析、折叠翼面的非线性颤振分析以及综合试验验证;"特征载荷"对其他机体结构强度的影响分析,包括着舰载荷对起落架支撑结构强度的影响、拦阻载荷对后机身支撑结构强度的影响、拦阻着舰的全机动力学响应以及着舰载荷与拦阻载荷的共同作用对全机结构强度的影响;体现舰载机"特征结构"强度特点的试验验证方法等。上述研究成果已成功应用于先进舰载战斗机设计中。     

积木式方法与试验金字塔的历史沿革与发展趋势

采用积木式方法构建试验金字塔是目前已经被广泛接受的用来完成大型飞机结构强度验证的基本手段。本文概述了积木式方法和试验金字塔的发展历程和趋势，介绍了不同型号的美军机在研制过程中所建立的强度验证试验金字塔的统计结果，并且从试验层级、对象、目的和类型等四个方面比较了试验内容的数量与经费占比，由此来说明基础层级试验验证工作在强度验证试验金字塔中重要性和经济性。通过对虚拟试验在强度验证工作中的发展趋势、应用和限制的介绍，为顺利完成相关的全尺寸部件和整机的强度验证提供可靠的保障手段。     

2.1装配应力产生过程2.2装配应力对强度影响分析

飞机装配本质上是按照设计和技术要求,将大量飞机零件和紧固件进行组合、连接,逐步装配为组合件、部件及整机的过程。由于零件数量巨大、构型多样,装配关系复杂,而且,由于零件加工过程尺寸公差、装配过程中的形位公差,零件加工过程中残余应力释放,在飞机主机装配过程中,各类误差累积,导致结构间存在装配间隙。在紧固件作用下,产生装配应力。装配应力作为预应力一直存在于飞机结构中,改变结构应力状态,使其偏离设计点,进而影响飞机结构完整性,甚至危及飞行安全。本文基于飞机结构应力状态,分析了装配应力对结构强度的影响,主要在于降低疲劳寿命和导致应力腐蚀开裂两方面,并进行了试验验证。试验表明,随着装配间隙增加,结构产生应力腐蚀裂纹概率及裂纹数量急剧增加,实际工程中,应考虑工艺水平及成本等因素,严格控制装配间隙以降低由此产生装配应力影响飞机结构强度品质。     

中航工业飞机强度研究所

中航工业飞机强度研究所隶属于中国航空工业集团公司,是中国唯一的飞机结构强度研究中心和地面强度验证试验基地,具有代表国家对新研与改型飞机给出首飞前强度结论的职能。研究所设有飞机静力与疲劳强度、动强度与航空声学、热强度、振动与噪声控制等专业研究室,拥有国内规模最大、试验设备和测试技术最先进的全尺寸飞机结构静力/疲劳强度和航空噪声与振动强度两个航空科技重点实验室。先后承担     

复合材料飞机结构完整性强度验证技术

根据国军标《军用飞机结构完整性大纲——飞机要求》,结合研制复合材料机翼和夏合材料垂直尾翼摸索出的成功经验,总结归纳出强度验证几项关键技术:如何解决疲劳分散性;如何修正载荷谱;如何选取试验项目;如何制定验证试验程序;如何人工预制冲击损伤;如何进行无损检测;“静力覆盖疲劳”与“损伤不扩展”结构设计必要条件是什么。     

飞机结构静强度虚拟试验技术要求研究

通过分析飞机结构静强度虚拟试验国内外发展现状,结合国内开展的静强度虚拟试验经验,从虚拟试验的试验流程、模型建立、数据分析、结果评估等技术要求进行了研究,总结了飞机结构静强度虚拟试验的一般要求和详细要求,可供有关人员参考。     

飞机结构疲劳与结构完整性发展综述

飞机结构设计与强度分析是影响飞机结构安全的关键因素,从静强度到安全寿命、损伤容限理念的提出,再到耐久性概念和结构完整性规范的形成,经历了飞机设计理念和技术体系不断完善的过程。然而,目前结构完整性理念在工程实际中的贯彻仍停留在产品研制和检测的层面,限制了其更深层次的作用。介绍了飞机结构设计从静强度设计到结构完整性设计的发展历程、飞机结构完整性的基本概念和飞机结构完整性大纲（ASIP）的主要特点;通过"5个任务",突出了结构完整性大纲从传统设计阶段的分析和检测规范到产品全生命期的过程控制与管理规范的提升转变;最后通过2个典型型号案例,介绍了飞机结构完整性理念在设计、验证与使用维护全生命期的成功应用。通过对基本概念的剖析以及对主要设计理念发展的梳理,展示了飞机结构安全策略从设计研制阶段到全生命期控制的质变过程,指出了结构完整性理念从基于试验的体系方法向着数字化方向发展的趋势。     

X-cor夹层结构压缩强度模型改进与实验验证

详细阐述了X-cor夹层结构固化工艺过程中残余应力的产生过程,分析结果为碳纤维Z-pin受残余拉应力.考虑工艺过程残余应力的影响,将Z-pin视为弹性基础上梁,提出一种X-cor夹层结构压缩强度改进计算模型,并计算其压缩强度.制作了不同Z-pin密度、直径和角度的X-cor夹层结构实验件用于压缩强度实验.实验值和模型计算值的对比验证了该压缩强度计算模型的正确性.工艺过程中Z-pin所受残余拉应力随Z-pin直径、植入密度增加而增加,随Z-pin植入角度增加而减小.      

纤维增强钛基复合材料结构强度计算模型建立与修正方法

为了对SiC纤维增强钛基复合材料结构强度进行准确预测,基于宏-细观力学跨尺度分析方法,对复合材料强度进行计算。建立了复合材料层合板的有限元仿真计算模型,对复合材料层合板在横向拉伸与压缩载荷作用下的损伤演化及失效强度进行预测,并进行试验验证。建立细观力学代表体积元（RVE）模型,对模型施加周期性边界条件,实现横向拉、压载荷下基体的应力集中系数以及失效强度的计算。考虑结构实际受载中,复合材料的界面开裂对横向强度的影响,对模型进行修正,分析界面开裂的过程,计算修正后模型的应力集中系数以及失效强度,修正后的模型预测精度提升6.51%,与试验值误差为24.17%,验证了纤维增强复合材料强度计算方法的有效性。     

热模拟实验装置硬件系统简介

热模拟试验装置是进行结构热强度研究及产品可靠性分析和验证试验必不可少的试验设备。主要对我们最新研制的一种热模拟试验装置硬件系统的结构原理及功能做以简单介绍。