飞机结构广布疲劳损伤的研究进展

老龄飞机结构的广布疲劳损伤（WFD）严重危害结构的完整性,成为近几年保证飞机结构完整性的研究热点之一。传统的损伤容限分析对广布疲劳损伤结构不适用,含WFD结构中多个裂纹之间的相互作用使得结构的损伤容限评估复杂化。介绍了国内外老龄飞机结构广布疲劳损伤研究的进展情况,包括应力强度因子、剩余强度、裂纹扩展以及裂纹形成的研究,展望了进一步研究的方向。     

民机广布疲劳损伤的适航验证

广布疲劳损伤是老龄飞机结构中存在的一种损伤,直接影响到飞机的安全性和可靠性,它的特征是飞机的多个部位存在疲劳裂纹损伤或构件上同时存在多个疲劳裂纹损伤。这些裂纹一旦发生聚合和连通,结构剩余强度就会急剧降低,从而发生灾难性的事故。以美国FAA为代表的国际当局也一直在寻求避免民机发生由广布疲劳损伤导致的事故的方法,在经过多年的研究后,FAA发布了相关文件,对现行规章及指导材料进行了修正,明确了民机验证广布疲劳损伤问题的方法。本文参照文件介绍避免广布疲劳损伤发生的方法及对民机设计与验证的影响。     

老龄飞机结构广布疲劳损伤研究的关键问题

老龄飞机的广布疲劳损伤问题已经成为学术界和工业界关注的问题之一。从飞机机身蒙皮连接的细节应力分析、裂纹形成、裂纹扩展、剩余强度等几个方面对广布疲劳损伤进行了研究,并对当前需要研究的问题进行了分析。     

三维广布裂纹疲劳扩展分析

 飞机结构表面由于腐蚀、疲劳等原因存在三维广布裂纹,相邻裂纹在疲劳载荷作用下相互影响、相互促进,从而加速了结构破坏。为了探讨并求解三维广布裂纹结构的疲劳寿命,选取表面有两个半椭圆形表面裂纹的有限厚矩形板为计算模型,采用参数化有限元方法,求解裂纹前沿的应力强度因子、裂纹扩展方向和裂纹扩展增量,建立并应用应力强度因子变化历程,采用循环接循环损伤累积方法,对结构在疲劳载荷作用下的寿命进行了预测。预测结果为复杂环境中三维广布裂纹飞机结构的寿命评估提供了参考。     

基于多损伤的飞机结构可靠性研究

多损伤是影响老龄飞机结构完整性的重要因素之一,回顾了国内外飞机结构多损伤研究现状,介绍了多损伤应力强度因子的计算方法和多裂纹连通准则,对飞机结构多损伤裂纹扩展模型和可靠性分析进行了研究,为合理制定飞行计划,充分发挥老龄军用飞机的使用功效、保障飞行安全提供了理论基础。     

运输类飞机防止广布疲劳损伤的新规章解读

 针对运输类飞机结构广布疲劳损伤(WFD),跟踪和总结了国内外所开展的一些重要行动及其结果,客观地分析了现行的有关疲劳损伤的适航规章在执行中存在的不安全因素,指出现行的适航要求和长期依赖已有检查手段对维持飞机超出某一期限后的持续适航是不充分的,会产生不可接受的结构破坏和相关事故的危险性,需要对WFD在其发生之前采取主动的预先解决方法。对WFD检查的革新性的改变导致了针对WFD的适航条例的修正。对美国联邦航空管理局(FAA)提议的针对WFD的规章修正案草案中关于设计批准书持有人的行动及其相关的符合性方法作了分析和解读,重点阐明了新规章对WFD的适用性以及在新规章下要求的飞机WFD评定的方法和过程,包括WFD开始检查点和结构更改点的确定、飞机使用限制（初始使用限制和延伸使用限制）的建立、适航限制条款的建立和修订等。在此基础上,提出了当前乃至今后中国民机结构损伤容限设计和分析新的研究方向。     

多孔多裂纹平板的疲劳裂纹扩展试验与分析方法

飞机结构广布疲劳损伤是目前大型客机损伤容限设计与分析的难点。通过试验研究了典型多孔多裂纹2024-T3铝合金平板的裂纹扩展行为。试验结果表明：相邻孔边裂纹之间的相互干扰明显降低了共线多裂纹平板的疲劳裂纹扩展寿命。就本文研究的典型多孔板,所有孔边都出现了等长裂纹这一极端情况,其裂纹扩展寿命是单孔平板孔边裂纹扩展寿命的10%左右。本文采用Eshelby夹杂理论和权函数法给出了典型多孔多裂纹问题的应力强度因子近似解析解,并结合Paris裂纹扩展公式预测疲劳裂纹扩展寿命。与采用有限元法获得应力强度因子并预测多孔多裂纹板的疲劳裂纹扩展寿命进行对比,对比结果表明：采用解析解和有限元解获得的应力强度因子预测的疲劳裂纹扩展寿命与试验结果吻合良好;相比于有限元法,本文的应力强度因子解法简单、高效,将有助于飞机结构多位置损伤（MSD）的疲劳裂纹扩展寿命预测分析。     

运输类飞机防止广布疲劳损伤的适航要求

近年来,运输类飞机适航条例围绕飞机的持续适航和使用要求发生了许多重要改变,给我国发展中的大型客机的适航审定带来新的课题。为此,本文首先介绍了适航条例关于运输类飞机金属结构广布疲劳损伤（WFD）要求的演变背景;然后,根据适航条例的最新修正案和咨询通报最新要求,阐述了新设计飞机的WFD评定、使用限制、检查门槛值和维修措施的...     

三维广布裂纹应力强度因子求解

 针对飞机结构表面由于腐蚀、疲劳等原因存在三维广布裂纹,相邻裂纹在疲劳载荷作用下相互影响、相互促进,从而加速了结构破坏。为了定量描述相邻裂纹间的影响规律,采用参数化有限元方法,结合1/4节点位移方法和循环迭代算法,对一有限厚矩形板表面有两个半椭圆表面裂纹在拉伸载荷作用下进行了求解,得到两裂纹在共面、中心叠加平行和斜平行3种位置状态时的应力强度因子和应力变化图,计算结果为含三维广布裂纹飞机结构的剩余强度和疲劳寿命确定提供了理论依据。     

多处损伤特性的研究

对老龄飞机结构中存在的多处损伤 ( MSD)进行了研究。从 MSD试件的裂纹扩展实验中得出 :MSD服从净截面屈服破坏准则 ;MSD使剩余强度明显降低,临界裂纹尺寸大大减小,裂纹扩展寿命显著缩短,从而使损伤容限能力减退,破损安全不复存在。试用组合法求解 MSD裂纹的应力强度因子,并将其用于 MSD裂纹的扩展分析,所得裂纹扩展寿命计算结果与实验符合良好     

Residual Strength of Stiffened LY12CZ Aluminum Alloy Panels with Widespread Fatigue Damage

Experimental and analytical investigations on the residual strength of the stiffened LY12CZ aluminum alloy panels with widespread fatigue damage （WFD） are conducted. Nine stiffened LY12CZ aluminum alloy panels with three different types of damage are tested for residual strength. Each specimen is pre-cracked at rivet holes by saw cuts and subjected to a monotonically increasing tensile load until failure is occurred and the failure load is recorded. The stress intensity factors at the tips of the lead crack and the adjacent WFD cracks of the stiffened aluminum alloy panels are calculated by compounding approach and finite element method （FEM） respectively. The residual strength of the stiffened panels with WFD is evaluated by the engineering method with plastic zone linkup criterion and the FEM with apparent fracture toughness criterion respectively. The predicted residual strength agrees well with the experiment results. It indicates that in engineering practice these methods can be used for residual strength evaluation with the acceptable accuracy. It can be seen from this research that WFD can significantly reduce the residual strength and the critical crack length of the stiffened panels with WFD. The effect of WFD crack length on residual strength is also studied.     

航空工业中的微动损伤及研究概况

本文介绍飞机及发动机中出现的微动损伤概况。飞机构件实验室实验中约有90％的破坏均发生在有微动环境处,微动作用使材料的疲劳强度降低了30～80％。本文还介绍了微动损伤的典型特征。     

座舱玻璃划伤容限研究

建立了座舱玻璃MDYB 3划伤模型,通过大量试验得出了MDYB 3玻璃表面裂纹断裂韧度和表面划伤扩展门槛值,建立了座舱玻璃划伤剩余强度准则和划伤容限计算方法,基于试验和分析结果,给出了9mm厚MDYB 3玻璃划伤容限值,为外场划伤分析处理提供了简便易行的方法。     

机场着陆排序的一种滑动窗优化算法

对交通拥挤时的终端区进场飞机进行合理的排序,是空中交通流量管理的一个重要研究内容。当降落飞机架次较多时,目前的各种算法因计算量太大而实时性不好。基于飞机进场时位置的调整受一定限制,通过分析窗体的大小与位置限制和步长的关系,对计算量的影响提出了滑动窗的方法,并给出了通过采用滑动窗方法可以减少运算量的理论证明。最后通过仿真对该方法进行了验证。     

战斗机非线性飞行控制技术的研究与发展

战斗机非线性飞行控制技术研究综述。首先介绍战斗机技术发展走向,然后对当前主要战斗机飞行控制设计方案进行分析,并重点介绍神经网络在飞行控制中的应用研究。最后指出,基于神经网络的智能控制方案作为飞行控制的重要研究方向,将为未来先进战斗机飞行控制系统设计提供重要的解决方案。     

DGPS-based aircraft flight guidance/test system

The utilization of the GPS system for Aircraft Flight Guidance/Test (AFGT) is a research project in China. The paper describes the concepts and the technical realization of such a system, including three components: ground subsystem, on-board subsystem and data communication link using TDMA technique. The purpose of the proposed AFGT system is to calibrate and verify performance of an on-board radar. Therefore, it must meet the requirements of evaluation of radar performances in several areas: accuracy, coverage range, and others. The AFGT System's displays are separately: a Moving Colored Digital Map on which flight trajectories, waypoints, and heights of aircrafts are clearly marked; and a Polar Coordinate Figure on which the bearings, headings, and distances of aircrafts relative to the origin of the ground control center are shown. The AFGT may monitor and guide several aircrafts flying in the pointed airspace. It support airport surface surveillance and air traffic control at the terminal area. A real-time software package RTTEST, which includes tracking display software and on-flight test software for radar evaluation, has conducted simulation with satisfactory position accuracy     

微型飞行器航时优化

 针对微型飞行器(MAV)低雷诺数条件下续航时间不足的问题,推导了适用于电动推进飞行器的航时计算公式,并提出为实现航时优化的动力系统规划方法。通过初步实验,验证了航时优化理论的正确性,通过规划延长了航时。     

某型飞机前轮叉裂纹失效分析与解决措施

外场服役的两架某型飞机的前轮叉与活塞杆在连接孔上表面相同位置处出现了裂纹。断口分析表明,前轮叉裂纹为应力腐蚀裂纹,裂纹从内表面侧起源,并在应力作用下不断向外表面侧扩展．最终贯穿前轮叉与活塞杆连接处。同时,通过建立有限元模型对裂纹处应力分析,发现前轮又与活塞杆及螺栓之间的干涉量与干涉应力基本上呈线性关系,而且装配时摩擦系数对应力的影响可以忽略不计。由此得小轮叉出现裂纹的主要原因是轮叉与活塞杆及螺栓间的干涉配合在裂纹位置处造成的较大装配应力和腐蚀介质的作用引起的。因此．在装配过程中严格控制其干涉量,并提高轮叉表面的防护质量,是避免轮叉出现应力腐蚀裂纹的有效措施．