全机疲劳试验几个问题的探讨

全机疲劳试验是规范要求的保障飞机结构完整性以及满足适航要求的大型、复杂以及持续时间长的地面验证试验。全机疲劳试验的几个重要问题,例如试验目的、载荷谱、持续时间和分散系数等,是飞机设计师/工程师非常关注和充分讨论的问题,其中的分散系数也是研究者研究较多的问题之一。针对近年来完成的多个飞机型号的全机疲劳试验,本文介绍了对上述几个问题的研究和认识,对比了国内外5种型号战斗机的疲劳设计与全机疲劳试验情况,提出了关于全机疲劳试验的工程实用的一些建议。本文的研究可以为其他飞机全机疲劳试验提供有益的参考。

运输类飞机实测突风谱编制方法研究

目的针对运输类飞机突风载荷谱编制需求,基于实测载荷数据和任务分析法原理,采用5×5谱编制方法,建立一种运输类飞机实测突风谱编制方法。方法首先依据任务分析确定飞机典型任务剖面和任务段,对实测载荷数据进行预处理和统计分析,获得突风增量过载超越数的分布参数。然后通过得到的平均突风增量过载累积超越数曲线,编制各任务段载荷谱,进而编制任务剖面谱,按任务剖面比例,对任务剖面谱进行随机排序,编制得到了突风增量过载飞-续-飞谱。最后给出了一个示例以详细阐明该编谱方法。结果该型运输机爬升任务段突风载荷谱相较其余任务段偏重。结论通过该方法编制的突风载荷谱能够较好地反映实测突风载荷数据特点,方法具备合理性和可行性。

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,总结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、飞行参数筛选、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。

飞机噪声技术研究——工程解决方法

飞机噪声存在的3个问题:①机舱的噪声振动控制;②机场的噪声干扰;③某些部位的抗声疲劳设计。针对以上问题,综述了北京强度环境研究所进行过的飞行器噪声课题的研究工作,提出了大型飞机噪声问题的工程解决方法,包括:噪声载荷谱的确定;喷气噪声和客机机舱的噪声振动控制;声疲劳设计。研究了超声速喷流的相似准则,用热流缩比模型试验测定火箭的发射噪声载荷达到同样精度;对于飞机来说,实测比风洞测量更方便、更经济,实测气动噪声主要的困难是如何测量到真实的气动噪声,传声器的安装方法、飞行器表面的静压变化等;喷流噪声控制方法是冷空气缩比模型试验,介绍了冷空气缩比模型试验的原理和方法;论述了在结构的疲劳强度试验中必须采用统计分析方法的原理。从多方面论述了大型飞机噪声课题的研究,对于飞机的安全性、经济性、舒适性都是很重要的课题,对于发展中国大型飞机工程有很重要的现实意义。

飞机载荷谱实测数据并行统计处理算法

针对飞机载荷谱数以万亿计的实测数据,为了提高统计处理运行效率,提出了飞机载荷谱实测数据处理的并行算法。本文对载荷谱实测数据处理模型进行了多级并行化分析,在此基础上论述了粗粒度、中粒度、细粒度级并行处理方式,建立了两种并行处理算法——基于机型数据流的粗粒度与中粒度并行数据处理算法和基于某起落数据流的中粒度与细粒度并行数据处理算法。在小规模对称多处理器(Symmetrical multi-processors,SMP)集群运算平台下进行比较测试表明,可大幅地提高载荷谱数据处理运行效率,在8核运算环境下,最高能获得5.82的加速比,为飞机载荷谱实测数据处理研究领域进行大规模科学计算和提高数据处理效率提供了新的技术途径。

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.

航空发动机飞行载荷谱的预测

提出了基于飞机的设计飞行任务剖面、飞行力学及发动机原理的发动机飞行载荷的预测方法，即首先将飞机的设计飞行任务剖面通过飞行力学的基本原理转化为发动机的推力（或油门）剖面，然后通过发动机性能计算获得发动机的其它工作状态参数，从而获得发动机的飞行载荷谱。最后以某发动机为例。

航空发动机设计任务循环预测的计算机程序设计

对航空发动机设计任务循环预测的计算机程序组织结构和设计方法进行了研究。编写的程序包括飞行载荷谱的预测及飞行载荷谱的处理两大模块，该程序已应用于某型教练机发动机的设计载荷谱的预测研究，以及多种型号的发动机载荷谱的处理。

歼击机特殊部件设计载荷谱编制技术

介绍了用飞行模拟仿真法编制新机设计载荷谱的技术途径和特点 .重点阐述了整体油箱压力 /应力谱和垂尾阵风侧滑机动谱等歼击机特殊部件设计载荷谱编制技术 .整体油箱载荷谱编制的关键在于各种载荷状态的压力计算 ,还应考虑地—空—地循环 .垂尾谱不能完全由飞行模拟获得 。

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。

腐蚀对30CrMnSiNi2A钢结构疲劳寿命的影响

采用周期浸润加速腐蚀试验与疲劳试验相结合的方法,研究了腐蚀及腐蚀与疲劳交替作用对某型飞机30CrMnSiN i2A机翼主梁疲劳寿命的影响。结果表明,腐蚀环境的影响会引起30CrMnSiN i2A高强度结构钢的疲劳寿命明显降低。与未腐蚀状态相比,预腐蚀5、10、15天后,某型飞机机翼主梁模拟件的平均疲劳寿命分别下降了17.3%、20.5%、33.2%;而在腐蚀与疲劳交替作用下,其平均疲劳寿命下降了22.8%。在给定的腐蚀环境和疲劳载荷谱作用下,平均疲劳寿命N50随预腐蚀时间t的变化可以用N50=1044.541-219.978t描述。

机群结构耐久性分析的裂纹萌生方法

为采用裂纹萌生方法(CIA)进行机群结构耐久性分析,需要综合考虑载荷谱分散和结构特性分散,但是关于综合考虑结构特性和载荷谱分散的机群寿命标准差取值应如何确定并未给出明确的方法。为此,进行了某飞机某关键结构7B04 T74铝合金模拟试件在3个单机谱下的耐久性试验,通过断口判读确定试件裂纹萌生寿命,反推得到结构细节的三参数式P-S-N曲线参数,对比分析表明载荷谱差异对P-S-N曲线参数无影响。为描述机群载荷谱分散的影响,提出了机群"当量"P-S-N曲线的概念和参数估计方法。采用疲劳分析方法确定细节裂纹超越概率,对损伤度进行评估,建立了综合考虑结构特性分散和载荷谱分散的CIA。

发动机航线类综合载荷谱研究

在空测和外场使用统计的基础上 ,根据综合任务谱和实际的飞行任务谱对发动机造成的疲劳和蠕变以及热冲击损伤一致的原则 ,在推导过程中保证两种谱的载荷循环数相同、各功率状态持续的时间相同以及主要的功率状态的变化顺序相同 ,将某发动机 5种航线类飞行任务和地面功能检查试车任务进行综合 ,得到航线类综合任务谱。然后根据发动机的高度 速度特性和飞行高度与速度计算出该发动机的航线类转速谱。综合任务谱和相应的转速谱的获得为推导加速任务试车谱奠定了基础。

教练机发动机设计载荷谱推导方法

系统地研究了教练机航空发动机设计载荷谱的推导方法，主要包括：（1）基准机的选取与现役发动机载荷谱的空测、统计；（2）新机发动机飞行剖面的预测；（3）新机发动机设计任务循环的编制等三大步骤。提出的方法具有一定的通用性，可以推广到其它类型的发动机设计载荷谱研究。

飞机疲劳载荷谱分析的一种新方法

在传统雨流计数法的基础上,提出了一种更优良的雨流计数新算法———等效载荷循环雨流计数法。该法按时间顺序计算载荷循环,完整记录了全部载荷历程而不改变其大小和顺序,对疲劳载荷发生时刻和疲劳损伤程度的分析更加准确,弥补了传统雨流计数法的缺陷。通过分析可知,该算法简洁明确,精确度高,抗随机噪声干扰能力强。最后在某型飞机部件载荷谱的疲劳分析实验,证明了该算法的有效性。

基于Franc3D的水陆两栖飞机涉水结构损伤容限分析

针对两栖飞机涉水结构服役的腐蚀环境及包含水面起降冲击的随机载荷共同作用,在运输机TWIST标准载荷谱的基础上,加入水动力载荷对应的载荷水平及频次,编制了涉水结构的模拟随机载荷谱;运用Willenborg/Chang超载迟滞模型考虑了水动力高幅超载对结构裂纹扩展的迟滞效应,建立了水陆两栖飞机涉水结构损伤容限分析的工程方法。以某型飞机典型涉水结构的常见孔边裂纹为例,利用Franc3D裂纹扩展分析软件分析了涉水结构在腐蚀环境、随机载荷谱共同作用下的裂纹扩展寿命,并通过剩余强度分析确定了保持结构适航性的检查门槛值和检查间隔。文中提出方法简易可行,为水陆两栖飞机涉水结构损伤容限分析及维修计划制定提供了理论依据。

教练机发动机使用任务循环推导

在大量的外场统计和空测的基础上，对某教练机发动机的外场使用载荷进行了分析研究，推导出了其使用任务循环，并与ＭＩＬ－ＳＴＤ－１７８３进行了对比分析，为国产同类新型教练机发动机的设计任务循环的预测奠定了基础。

EIFS分布的通用性分析与试验研究

进行等幅谱与随机谱下多种应力水平的疲劳(耐久性)试验与断口分析,基于试验结果,进一步证实使用范围内的不同应力水平下描述结构原始疲劳质量的当量初始缺陷尺寸分布具有一定的通用性。初步分析表明,依据随机谱编制的反映其计算损伤平均水平的等幅谱与原随机谱对建立通用EIFS(equivalent initial flaw size)分布的影响不大。通过EIFS分布参数对寿命预测的敏感性分析,从工程应用的角度给出任意载荷谱下得到的EIFS分布的通用性判据,为不同载荷谱下综合确定EIFS分布提供依据。

飞机结构强度疲劳试验加速技术研究

在进行飞机结构强度疲劳研究与试验过程中,为缩短研制周期,加快试验进程,根据疲劳损伤理论,推导得到与原载荷谱具有相同损伤的当量化载荷谱和放大应力载荷谱。试验时根据试验件结构与载荷特点,将疲劳载荷谱中加载次数较多、载荷值较小的载荷情况进行等损伤计算,折算为当量化载荷加载次数,应用当量化载荷谱代替原疲劳载荷谱进行疲劳试验加载,并通过放大载荷进一步加速试验进程。试验结果表明通过选择合适的当量化载荷和进行适当的载荷放大可以获得可靠的疲劳试验结果,该疲劳试验加速方法可应用于类似疲劳结构试验中。

飞机起落架疲劳损伤估算及其特点

以战斗类飞机和运输类飞机主起落架为例,通过飞行实测获得起落架在实际工作过程中的载荷-时间历程(即实测载荷谱),并利用M iner准则对其疲劳寿命进行了估算。计算结果表明:战斗类飞机和运输类飞机起落架在着陆滑行段所造成的损伤分别占各自总损伤的75%以上和60%以上,运输类飞机在着陆瞬间撞击对起落架所造成的损伤约占总损伤的40%。通过分析战斗类飞机和运输类飞机的起落架疲劳损伤特点,为其可靠性设计和结构优化设计等提供了重要依据。