文档介绍：飞机结构疲劳寿命指标分析
□西北工业大学李航航宋笔锋
□北京航空工程技术研究中心李京珊
摘要:
从现代飞机设计思想的发展演化和确定飞机结构疲劳寿命指标的重要性分析入手, 研
究分析了国外多种战斗机结构使用寿命问题, 深入探讨了这些战斗机在确定机体结构寿命
指标时的内在因素和实际方法,提出了确定飞机结构寿命指标的具体原则和研究结论。
关键词: 结构疲劳寿命指标
早期设计的飞机并没有明确的寿命指标。到了 20 世纪 50 年代,人类历史上第一架
喷气式旅客机英国 " 彗星 " 号在飞行中,接连发生爆炸坠海事故,一时引起世界震惊。经
研究是飞机气密座舱因飞行高度变化, 不断受到增压、减压循环作用, 导致机身金属结构
出现疲劳效应而断裂破坏所引起的。这说明,按照静强度、刚度设计的飞机,并不能保
证其使用安全,飞机设计中必须考虑安全使用寿命问题。最初, 解决这一问题的指导思想
就是采用安全寿命设计。但是真正采用了安全寿命设计思想以后,还是不断有飞机出现
事故。 1969 年,美国空军的一架 F-111 飞机机翼枢轴接头,在飞行训练中突然断裂,
造成机毁人亡。当时飞机仅仅用了 100 多个飞行小时,远没有达到安全寿命使用期。此
后, F-5A 、KC-135 、F-4 等飞机接连发生类似事故。进一步证明了采用安全寿命思想设
计的飞机并不能保证在安全期内的使用安全。随着结构分析、 理论研究水平的不断提高,
特别是断裂力学理论的应用与发展,人们开始提出了损伤容限设计思想,就是在飞机设
计中采用安全寿命 / 损伤容限设计,以保证飞机在使用寿命周期内的使用安全。随着对飞
机高性能、长寿命、高可靠性以及完整性要求的不断提高,飞机的研制成本和使用维护
费用急剧增加。 为此又提出了全寿命周期费用概念, 并在飞机设计阶段就采取有效措施以
降低飞机的全寿命周期费用。因此,在飞机设计和使用中采用了经济寿命概念,从而形
成了耐久性设计思想。
通过飞机设计思想的不断变化, 不仅提高了飞机的使用安全性, 大大降低了飞机的结
构重量, 同时也提高了飞机的使用经济性。特别是耐久性 / 损伤容限设计思想提高了飞机
结构分析的精确性, 降低了结构寿命的分散性, 提高了飞机服役期间的安全性和可靠性,
使得现代飞机的结构寿命指标得以大幅提高。
一、飞机结构寿命指标研究的意义
飞机机体结构寿命是衡量飞机平台设计技术水平和使用经济性的重要技术指标。结
构重量系数低、飞行小时和使用年限长的飞机不仅服役时间长, 出勤率高, 而且具有更好
的技术性能和使用经济性能。因此实现低结构重量系数、高飞行小时和长使用年限是飞
机结构设计技术不断追求的技术目标。实现这一目标是要靠飞机的安全寿命 / 破损安全设
计、安全寿命 / 损伤容限设计和耐久性 / 损伤容限设计等先进的飞机结构设计思想来保证
的。
过去,战斗机的安全寿命只有 1000 ~ 2000 飞行小时, 20 世纪 70 年代提高到了
3000 ~ 4000 飞行小时, 80 年代后期达到了 6000 ~ 8000 飞行小时。 对于大型运输机、
轰炸机,甚至达到了几万飞行小时。飞机的日历使用时间也从 10 年、 15 年、 20 年提
高到了 3