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。

5G技术在全机疲劳强度试验中的应用研究

随着航空装备需求的不断发展,新材料、新工艺不断涌现,飞机结构强度试验与验证技术面临诸多新的挑战。作为网络化与智能化关键手段之一,5G技术有利于推动强度试验技术的创新与变革。首先,简要介绍当前全尺寸飞机结构强度试验技术现状及发展趋势,同时深入研究全机强度试验未来发展需求,提出基于5G技术的全机结构强度试验新模式;然后,基于5G技术在全机强度试验技术发展中的特点和优势,构建试验核心场景与5G技术生态关联矩阵,规划基于5G技术的典型试验场景;最后,以某型机疲劳强度试验为平台进行试验巡检和监测场景中基于5G技术的试验系统研制和应用验证。结果表明:基于5G技术的智能化设施能够显著提升试验水平,对全机强度试验智能化发展具有重要意义。

民机蒙皮材料紫外老化加速环境谱研究

研究紫外辐射环境对蒙皮材料的性能退化影响,进而对民机的紫外辐射防护设计提供重要依据,并依据其使用环境编制加速环境谱。通过分析民机的任务特点和使用环境,基于民机巡航高度下紫外辐射强度的仿真结果和相关紫外环境试验标准,提出了适用于民机蒙皮材料的紫外老化加速环境谱,给出了各试验条件的确定方法,以及加速环境谱与外场实际使用环境的当量加速关系。以民机机身部位蒙皮试样为例,初步开展了若干周期的紫外老化试验,蒙皮表面材料的形貌改变和性能退化验证了所提出的加速环境谱的可行性。

基于足尺加速试验的挖掘机动臂疲劳断裂分析

为了分析动臂正常服役期间疲劳断裂的原因,提出了动臂台架疲劳试验方案,并基于疲劳关键点损伤复现一致性原则将实测铰点多向载荷等效为单向加载载荷,且由等效载荷引起的动臂疲劳关键点计算损伤与各测点实测应力疲劳累积损伤均处于同一个数量级,相对误差在8%以内;采用由等效单向加载载荷时间历程编制而成的五级加速试验程序谱,开展了四台大中型挖掘机动臂的足尺加速加载疲劳试验,并对疲劳破坏断口进行了扫描电镜分析,结果表明,动臂疲劳寿命离散性较大,疲劳裂纹源自未焊透、未熔合、气孔等焊接缺陷引起的应力集中点,根据台架试验结果对其中一台动臂焊缝结构细节进行有针对性的改进后,疲劳寿命至少提高了1.5倍。常用国际焊接标准中BS7608-2015、IIW-2008和AWS-2015标准预测寿命比较接近,且与第2、3台动臂的台架疲劳试验结果接近,而欧洲标准EN-2005预测寿命偏长。所提台架疲劳试验能有效检验出动臂等类似结构疲劳强度薄弱部位,为结构改进提供有价值的参考。

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。

全尺寸飞机机体疲劳试验时中央翼与外翼连接区域疲劳损伤的声发射监测

中央翼-外翼连接区域是某型飞机全尺寸疲劳试验需特别关注的部位,其中φ10mm垂直方向对接销钉和孔以及φ12mm水平方向对接螺栓和孔等,或因形状特殊无法使用超声波探伤,或者因不可达而无法应用常规无损检测技术检查。介绍了使用声发射技术对该部位的跟踪监测。利用趋势分析、基于时间、空间的滤波和基于幅度和能量分布等多种信号处理方式,以及多参数综合识别技术,对这些关键部位的状态进行了声发射连续跟踪监测,为保证机体部件疲劳试验的顺利进行起到重要作用。

航空液压泵加速寿命试验现状及方法研究(连载5) 基于虚拟样机的航空液压泵寿命试验方法

基于虚拟样机的(加速)寿命试验是开展常规试验的一种有效的辅助手段。针对影响航空液压泵寿命的典型失效模式-疲劳,介绍了基于虚拟样机进行疲劳分析的整体方案。然后,针对四种关键技术分别进行了阐述:多领域建模技术、数据和流程管理方法、疲劳寿命分析流程、多学科模型的校核验证和确认方法。并以某型液压泵为案例,展示了两种不同工作状态下虚拟寿命试验的结果。最后总结了虚拟寿命试验的优点和局限性,以及虚拟寿命试验结果与常规(加速)寿命试验的结合方式。

声发射技术在全尺寸飞机疲劳试验中的应用

过去九年,在对两类三代机的全尺寸疲劳试验中实施了全程声发射监测。采用了以声发射为中心的裂纹综合监、检测方法,对一些关键构件的疲劳裂纹实施早期预报,并用其它无损检测方法加以验证,为试验的顺利进行奠定了重要基础,为确定和延长这两类飞机的机群寿命发挥了重要作用。在对第一类三代机的试验中,发展了过去所用的声发射信号处理技术,在大量获取试验中的声发射信号时,有意识地将信号分成一系列有序的信号子集,分别反映一定的飞机受力(载荷)状态,在此基础上再采用空间滤波等技术获得感兴趣结构位置处的信号子集。对子集再采取基于统计分析原理的趋势分析和相关分析技术,获取监测位置的状态,以及试验机的"健康状态"。这一方法在另一类三代机的试验中再次发挥作用,显示了生命力。最终结果是两类三代机的机群寿命均有50%以上的提高,说明声发射技术具有广阔的应用前景。

飞机结构强度试验中的声发射应用进展

声发射技术作为一种无损检测技术,在飞机结构强度试验中得到了广泛的关注和研究。本文介绍了声发射技术的基本原理,总结了声发射技术在飞机结构损伤检测研究中取得的成果及应用情况,最后展望了声发射技术在全尺寸飞机结构强度试验领域的发展方向。

目视检测在民用飞机全尺寸结构疲劳试验中的应用

针对目视检测在民用飞机全尺寸结构疲劳试验中的应用,以实际检测为例,介绍了快捷直观、有效可靠的目视检测技巧,以利同行进一步提高目视检测的效率和可靠性。

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。

通用飞机全尺寸疲劳验证试验技术

全尺寸疲劳验证试验是新型通用飞机取得单机适航证的前提条件,是飞机服役后持续适航的重要保障。本文以"小鹰"-500飞机的全尺寸疲劳验证试验为例,从适航条例CCAR-23.572条款的要求出发,对"小鹰"-500飞机的全尺寸疲劳验证试验技术做以全面总结,给出了一套行之有效的编谱方法、试验方法,为今后同类飞机的疲劳验证试验提供参考和借鉴。

小鹰-500飞机疲劳验证试验载荷谱工程修正方法

针对小鹰-500飞机全尺寸疲劳验证试验中出现的左右机翼前辅助接头及与机身连接区不同程度的疲劳裂纹问题,分析了裂纹产生的原因,采用飞机疲劳载荷的工程算法,对小鹰-500飞机疲劳载荷谱中的部分载荷进行了修正,使用修正后的载荷谱完成了疲劳适航验证试验,该方法为国内通用飞机的疲劳设计、试验和适航取证工作做了探索,为后续型号试验积累了经验。

全尺寸飞机结构强度试验位移修正方法研究

综合考虑飞机结构的平移、俯仰、滚转和偏航等因素,进行位移修正方法研究,提出一种适用于全尺寸飞机结构强度试验位移修正方法并进行工程应用。结果表明,该方法明显提高位移测量数据的准确性,是可行和有效的。

全尺寸结构试验应变数据线性化修正方法研究

针对全尺寸飞机结构静力/疲劳试验中的应变测量数据非线性化的问题,进行应变测量数据线性化修正方法研究,提出一种适用于全尺寸飞机结构静力/疲劳试验应变测量数据线性化修正方法并进行工程应用。结果表明,该方法明显提高应变测量数据的准确性,是可行和有效的。该方法为后续海量应变数据自动化处理软件的开发提供理论依据。

全机结构疲劳试验载荷优化技术模拟研究

在全机疲劳试验中,需要将模拟飞机数倍寿命内不同起落不同飞行状态的试验设计载荷转化为用一套加载设备连续施加的试验载荷。就此问题建立了试验载荷优化处理的数学模型,模型为多任务目标的非线性规划优化模型,优化模型的目标函数综合考虑了弯矩、剪力和扭矩误差,并引入加权系数,以期针对不同部件调节弯、剪、扭误差所占比重。模型用MAT-LAB的Fmincon函数求解。该方法简化了全机疲劳试验载荷优化处理,并已成功应用于某型飞机全机疲劳试验中。

某型民用飞机电源系统负加速度试飞研究

首先对民用飞机电源系统负加速度试飞进行简要说明,提出民用飞机电源系统负加速度试飞的原因和目的。其次对电源系统负加速度试飞条件、试飞方法和试飞程序进行说明。对电源系统负加速试飞结果进行分析评估,表明电源系统设计是满足设计要求和民用航空标准要求的。最后对负加速度试飞中注意事项进行了详细说明,为其它机型飞机进行负加速度试飞提供借鉴。

民机疲劳试验载荷谱简化研究与验证

在常规试验技术下,民用飞机全机疲劳试验周期过长,不仅费用高,更影响到适航取证和服役使用,开展载荷谱简化研究可有效加速疲劳试验。结合细节疲劳额定值(DFR)法和线性损伤累积理论,建立以损伤比门限值为折算依据的载荷谱等损伤折算方法。选用螺接和铆接的两种试验件进行试验验证,将原谱分别折算简化为五级谱和三级谱,折算后循环次数减少了约98%,且疲劳寿命结果符合工程要求,证明了该载荷谱折算方法的正确性和有效性。

民用飞机桶段试验及结果分析

为了获取某民用飞机机身桶段结构承载特性以及疲劳、损伤容限性能,采用全尺寸桶段疲劳及损伤容限试验进行了验证,并对试验结果进行了深入的研究,在整体有限元模拟、结构应力及传载分析、结构疲劳问题处理、结构损伤容限性能评估、维修概念验证等多个方面进行了分析及结构优化。分析结果证明,全尺寸桶段试验试验模拟的真实性及高效性远高于结构件试验,试验整个设计及数据分析过程对后续新机型桶段试验设计及试验数据分析都有着较高的参考价值。

应变测量数据在全尺寸飞机结构疲劳试验裂纹检测中的应用

通过对全尺寸飞机疲劳试验中同一载荷状态下多次重复测量应变数据的统计分析,根据其变化规律和贴片位置,预估飞机结构可能产生裂纹的区域,并利用无损检测确定裂纹的具体位置和长度,为全尺寸飞机疲劳试验探索一种新的裂纹检测方法。