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。     

飞机结构的电磁防护特性综述

机载电子设备承载于特定的飞机结构中，特定的飞机结构就构成了机载电子设备特定的电磁防护特性；飞机结构的电磁防护/电磁硬化特性对机载电子设备影响巨大，军用飞机的电磁防护/电磁硬化特性是其作战完整性的重要内容之一。首先，对电磁防护/电磁硬化的概念从电磁兼容和电磁战两个角度进行了阐述，介绍了电磁加固/硬化的概念，指出飞机结构的电磁防护需要兼顾工程技术和作战任务两个视角；然后为了提升机载电子设备的作战完整性，在对典型电磁威胁进行分析的基础上，从飞机结构的角度出发分析了飞机结构的电磁防护特性以及电磁损伤机理；最后从电磁防护、电磁硬化两个角度对飞机结构提出了几种典型的电磁防护措施。     

产品规范中的完整性、供电特性及电气特性要求

除了GJB6000和GJB0.2规定的25项要求外,根据产品的特点还可提出产品必须遵循的技术要求。以下分别叙述完整性、供电特性和电气特性。1 完整性完整性的概念最早产生于飞机结构设计,称为飞机结构完整性。提出完整性要求在于提高飞机结构的耐久性和安全性。随后在发动机结构设计中也引入完整性概念,称为发动机结构完整性。同样,也出现了机械设备和电子设备完整性要求。飞机结构完整性是飞机结构的强度、刚度、损伤容限、耐久性和功能的综合,也就是结构的安全性、耐久性和功能的综合。如飞机结构采用损伤容限和耐久性设计,以期在使用期内能…     

飞机结构健康监测技术的机遇与挑战

飞机结构健康监测(SHM)技术自其概念提出以来经历了快速的发展,但是在向航空工程应用转化方面面临着瓶颈,本文试图解释其根源并为后期的发展提供清晰的途径。从结构完整性大纲发展史和飞机结构设计思想演变过程的角度,分析了飞机结构健康监测技术发展的必然性。对飞机结构设计要求及结构安全控制体系进行了分析,证明结构健康监测技术在提高飞机结构安全和可靠性水平、降低维护成本方面具有巨大潜力,将会对未来飞机结构设计理念带来革命性的影响。对飞机结构健康监测的策略进行了分析,介绍了国内外飞机结构健康监测技术研究的最新进展,探讨了飞机结构健康监测技术的发展方向。     

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。     

飞机结构完整性研究现状及发展方向

飞机结构完整性是确保飞机安全寿命的重要条件之一。简要介绍了结构完整性在飞机设计中的发展进程及其作用；以F-4C／D和F-16飞机为例．叙述了结构完整性在飞机结构设计和验证中的应用情况；最后指出当前我国结构完整性技术的研究现状．以及下一步的研究重点。     

英国皇家空军飞机复合材料结构的维修经验

多年以来，英国家空军一直在对飞机的复合材料结构进行维修，其中包括直升机的浆叶、其它作战飞机的雷达罩和各种面板等。对碳纤维复合材料的维修经验主要来自对“鹞”Ⅱ飞机复合材料结构的维修。在未来的战争中，需要对作战受损的飞机进行快速的维修以满足作战的需要。战时所用的维修技术与平时所用的维修技术有所不同，但仍要在有的时间内恢复飞机结构的静强度。因此飞机的战伤维修是一种不同传统维修方法的快速维修技术。本文主要描述英国皇家空军对“鹤”Ⅱ飞机复合材料结构的维修经验以及战时维修与平时维修的区别，举例说明了各种损伤的维修过程，强调了复合材料结构胶接维修技术的重要性。     

贯彻《军用飞机结构完整性大纲》的新螺旋桨设计

由于螺旋桨产生的滑流可以缩短飞机起降距离，因此降低了飞机对于机场跑道的要求。目前，螺旋桨在民用飞机和军用飞机上仍有大量发展和应用。我国飞机螺旋桨自主设计起步较晚，过去我国大型螺旋桨一直采用全金属实心桨叶，“新螺旋桨”是我国首次自行研制高性能复合材料螺旋桨。研制过程中，在气动力设计、结构强度、电调控制等方面遇到了一系列巨大挑战。《军用飞机结构完整性大纲》（GJB 775A—2012）作为飞机结构设计的顶层要求，在螺旋桨结构设计中依然发挥着重要作用，是保证新螺旋桨结构可靠性、经济性和产品寿命的重要手段。设计人员在研制中学习和贯彻《大纲》的要求和实施方法，克服了大量的技术难点和工程问题，最终成功地研制和装机了新螺旋桨。本文从《大纲》的五个任务出发，介绍了新螺旋桨研制中关于各个阶段任务的贯彻和实施，以及在此期间开展的有关理论分析和试验验证，系统地总结了《大纲》在螺旋桨结构设计中的实践和体会。希望文章能为今后同类产品的研制提供借鉴和参考。     

关于飞机结构腐蚀的几个问题

阐述了腐蚀对飞机结构的损害，涉及到飞机结构腐蚀的主要形成原理，飞机结构腐蚀易发生部位与原因。介绍了控制腐蚀的原理与方法，以及用于飞机结构防腐的几种最新材料。随着国内民航机队的不断扩大，早期 引进的波音飞机将逐步进入老龄阶段。飞机在经历较长时期的使用后，其结构的完整性往往受到极大的影响。飞机的结构完整性一般受三种因素的影响：一是应力损伤，即结构承受的载荷所引起的损伤，除了极少发生的超过结构静强度而造成的以外，最主要的是疲劳；二是环境损伤，是由使用环境对结构的作用而引起的，主要是腐蚀问题；三是意外损…     

飞机结构设计中对复合材料的环境考虑

结合复合材料的材料特性和飞机的结构特性,分析了各种环境因素对其的影响方式和影响程度,提出了复合材料飞机结构设计中应考虑的环境问题。     

基于渐进结构优化法的结构动力学设计方法的初步研究

利用渐进结构优化法并结合结构效率的概念,提出了一种新型的结构动力学设计思路和一套基于ANSYS平台的优化程序开发技术.其中单目标、多约束优化模型的建立,融入了质量、应力、位移以及频率等动力学设计参数,研究初期阶段只依次对各约束进行了单独处理.相关算例的计算结果表明,在相同条件下,忽略数值不稳定性带来的影响,优化程序得到的最终拓扑、结构进化历程以及参数变化都和已有成果基本一致,由此也验证了设计方法的可行性与程序的可靠性.      

航空发动机结构完整性研究进展

航空发动机结构完整性包含发动机结构的功能、强度、刚度、振动、疲劳、蠕变、寿命、损伤容限,以及发动机结构可靠性,对于满足发动机综合性能(如推重比)的要求和保证发动机的安全性与耐久性具有至关重要的意义。系统地介绍了美、英、俄等国航空发动机结构完整性研究的进展和成就,重点介绍了美国《发动机结构完整性大纲》和相关研究计划的研究、形成和发展的演变过程,并指出了中国发动机结构完整性的研究现状和发展任务。     

整机结构设计的评估方法——结构效率

从整机动力学的角度,提出一种量化各种结构改进设计对整机性能收益的评估方法——结构效率,其内涵应当包括发动机质量有效承载项,模态参与项以及变形量协调项,并建立初步分析方法.通过某转子/支承系统的结构优化算例,指出了结构效率在整机结构设计中的优越性,并对结构概率的进一步研究前景和研究重点进行了论述.      

基于结构动力学特性的损伤识别方法

基于等效模态应变/动能理论,提出了一种利用实际结构的测试数据识别结构中损伤位置的方法。在此基础上,研究了利用模型修正技术识别结构中损伤强度的方法。分别以一个单损伤平板结构和多损伤平板结构为例,通过仿真分析了以上方法的有效性。结果表明,以上方法可以有效识别结构中的损伤位置和损伤强度。     

基于仿生的大展弦比机翼结构布局形式研究

为了探讨大展弦比直机翼的结构布局形式,本文借鉴自然界中的鱼骨与树叶的叶脉形式,利用有限元分析与满应力优化作为设计手段,对3种不同的结构布局形式(A构型、B构型和常规构型)开展基于强度、刚度以及质量条件限制下有关响应的对比研究。计算结果表明:在不同尺度的等质量条件限制下,“A构型”弯曲刚度最大,扭转刚度居中;“B构型”弯曲刚度居中,扭转刚度最小;“常规构型”弯曲刚度最小,扭转刚度最大。分析结果证明,机翼的翼肋布置应该“适当地”倾斜。最后给出3点结论。     

基于仿生的大展弦比直机翼结构布局形式研究

为了探讨大展弦比直机翼的结构布局形式,借鉴自然界中的鱼骨和鸟羽毛以及树叶的叶脉形式,利用有限元分析与满应力优化作为设计手段,对三种不同的结构布局形式(A构型、B构型和常规构型)开展基于强度、刚度以及重量条件限制下的有关响应的对比研究.计算结果表明:在不同尺度的等重量条件限制下,"A构型"弯曲刚度最大,扭转刚度居中;"B构型"弯曲刚度居中,扭转刚度最小;"常规构型"弯曲刚度最小,扭转刚度最大.分析得出机翼的翼肋布置应该"适当的"倾斜.最后给出三点结论.     

整机结构设计的新评估方法—结构效率

开展整机动力学的研究工作,是保证在役发动机安全使用和在研发动机成功设计的迫切需要。本文从整机动力学的角度,提出一种量化各种结构设计对整机性能收益的评估方法—结构效率,进一步揭示其内涵,建立初步分析方法。通过某转子/支承系统的结构优化算例,指出了结构效率在整机结构设计中的优越性,并对结构概率的进一步研究前景和研究重点进行了论述。     

国外航空疲劳研究现状及展望

航空疲劳问题是影响在研/在役飞机性能的关键因素之一。以航空疲劳事故为线索,本文论述了航空结构强度设计理念的变革历程以及相应各时期的航空疲劳发展现状,并围绕21世纪以来国际航空疲劳界的关注热点,从结构长寿命设计、疲劳分析方法及工具、全尺寸结构疲劳试验技术、结构健康监测技术、老龄飞机延寿技术等五个方面阐述了航空疲劳工程领域的重大研究进展及方向。考虑目前航空疲劳工程中的问题及未来航空器的发展方向,从航空疲劳评定基础问题、长寿命设计应用问题、试验评估及数字化新技术等方面指出航空疲劳研究所面临的挑战,以满足现代飞机长寿命、轻质和高可靠性设计要求,为航空疲劳未来发展提供技术参考。     

波音737系列飞机结构修理类型分类方法

根据FAA颁发的AASR的要求,2010年12月20日以后,波音737-系列飞机的维护计划中需包含损伤容限的基本检查要求。波音依据AASR的要求对需要进行损伤容限分析的结构修理的批准实施了新的方法。新方法的实施,导致波音对结构修理类型分类法方法和批准方式的改变。     

复合材料飞机结构健康监测系统的若干问题探讨

针对飞机复合材料结构状态监测技术,从结构健康监测系统、结构健康监测研究对象和损伤识别方法,以及复合材料飞机的结构设计和结构健康监测系统三方面之间的关系进行阐述。分析了复合材料飞机结构健康监测系统的发展趋势,并讨论了制约该技术发展的因素。