《军用飞机结构完整性大纲－飞机要求》介绍

《军用飞机结构完整性大纲－飞机要求》介绍 《军用飞机结构完整性大纲,飞机要求》介 绍 ?,一 机穗罕闭机卡士蒋, 《军用飞机结构完整性大纲——中阐 飞机要求》介绍 成万植 摘要 本文着重介绍了新的国家军用标准《军用飞机结构完整 性大纲…飞机要求》的编写背景以及编写指导思想.这对 学习理解这项新的国家军用标准,会有所帮助 一 ,引言 《军用飞机结构完整性大纲——飞机 要求》(以下简称”大纲”),是国军标 GJB67.1,12《军用飞机强度和刚度规 范》的延伸和发展,是适应我国航空技术 发展需要而编制的一项新的国军标.大纲 等效采用了美军标MIL—STD-1530A(1975 年颁布),参考了美军标MIL—A一87221 (1985年颁布),并结台我国国情充分吸 取了国内有关科研成果和实践经验编写而 成,体现了当今世界最先进,最科学的设 计思想和管理技术 大纲是为实现和保证飞机结构完整性 (强度,刚度,损『务容限以及耐久性/安 全寿命)的带有全局性和总纲性的一项国 军标.它指明了飞机结构设计的指导思 想,指明了设计研制,生产制造,试验验 证使用维修以及部从监控各个阶段备个 环节上应该做的工作和应该怎样去做.一 句话,大纲规定了实现飞机结构完整性的 \,/卜 一 全部要求和为达到这些要求所应遵循的方 法.这就为全方位地提高技术水平,管理 水平以及经济效益创造了前提条件.同 时,这项国军标将成为今后订货方和承包 方签订飞机研制台同的重要依据,填补了 我国长期以来签订飞机研制 合同 劳动合同范本免费下载装修合同范本免费下载租赁合同免费下载房屋买卖合同下载劳务合同范本下载 没有可遵 循依据的空白. 《军用飞机强度和刚度规范》,只强 调了设计这个环节,只对设计部门具有直 接的约束力和指导作用.与此相}匕,大纲 则对设计,生产,使用三方均作了许多明 确要求和规定,因此,它对三方均具有约 束力和指导作用.本来,飞机结构的完整 性,就不是设计部门一家所能保证的,它 必须通过生产部门使用部门的密切配台 才能得以实现.大纲正确地反映了这样一 个客卿规律,在这一点上它充分体现了其 先进性和科学性,这是大纲和以往国军标 相比最突出的进步,也是最突出的特点. 一 1一 二,术语 1.结构完整性 关系到飞机安全淡用,使用费用和功 能的机体结构的强度,刚度,损伤容限及 耐久性(或安全寿命)等飞机所要求的结构 特性的总称. 2.耐久性 在规定的期限内,机体结构抵抗疲劳 开裂(包括应力腐蚀开裂和氢脆),腐 蚀,热退化,剥离,脱淀,磨损和外来物 损伤作用的能力. 3.安全寿命 采用大分散系数所获得的具有极低疲 劳开裂概率的使用寿命. 4.经济寿命 对按耐久性试验大纲所进行的试验结 果进行解释和评估得到的寿命,即机体结 构大范围出现损伤时,若不修理则影响飞 机的使用功能和战备状态,而修理又是不 经济的,则认为机体结构达到了经济寿 命.机体结构达到经济寿命的特征是损伤 部位的数量或修理费用迅速增加. 5.损伤容限 机体结构在给定的未修使用期内,抵 抗因结构存在缺陷,裂纹或其它损伤而引 起破坏的能力. 三,大纲产生的背景 为了帮助理解大纲产生的背景,下面 从飞机结构设计思想的演变和飞机设计规 范的演变两方面分别作一简单的介绍. 1.飞机结构设计思想的演变 飞机结构的设计思想,随着科学技术 的进步曾经历了几次重大的变革,按其历 史发展过程看大体可划分为如下几种设计 思想: 静强度设计思想, 安全寿命设计思想, 破损安全设计思想, 耐久性和损伤容限设计思想j 可靠性分析设计思想. 其中可靠性为基础的设计方法,是一 个很有前途的设计方法,但目前还不成 熟,还没有发展成为一种可供实用的常规 设计方法.耐久性和损伤容限设计思想, 在发达国家(尤其美国)里已占统治地 位,它标志着当今的国际水平. 一 2一 从国内的设计水平和技术基础上看, 贯彻实施耐久性和损伤容限设计思想的条 件也日趋成熟,展现出了良好的前景.进 入70年代以来,安全寿命设计思想已为航 空科技人员所接受,国内不少机种的定 寿,延寿工作相继展开,在结构抗疲劳设 计,疲劳载荷谱的编制,结拘寿命估算等 方面都进行了大量的工作,积累了丰富的 经验.到了80年代,损伤容限评定方面的 研究也十分活跃,取得了重要进展.近年 来开展的耐久性设计分折方面的研究(如, AFFD课题),正在为耐久性设计进行 必要的技术准备.因此,现在正是以国军 标的形式引导和促进这一先进的科学的设 计思想普遍开花的最好时机. 下面让我们一起回顾飞机结构设计思 想的演变.众所周知,飞机结构的设计思 想对飞机的安全性和经济性有直接的影 响.早期静强度设计思想的基本出发点 是:结构在给定设计载荷下,只要不发生 静力破坏就认为安垒.至于这种安全保证 有多长的时间(寿每)并未考虑.无法 给予回答. 50年代后期发展起来的安全寿命设计 思想,对飞机结构长期使用的安全性给予 了重视.但是由于无法具体估计材料,制 造和使用过程中可能存在和发生的缺陷, 裂纹等,因此,也就无法保证避免可能引 起的灾难性破坏,即所谓”安全寿不安 全.在多次的以安全寿命设计的飞机结 构发生灾难性破坏的血的教训之后,人们 刨立了破损安全设计思想. 破损安全设计思想,允许飞机结构在 使用中出现疲劳裂纹,但要求有这些局部 疲劳裂纹的结构仍具有一定的剩余强度和 剐度,以便能继续承戴工作一段时间,直 到下一次检修时能发现这些局部损伤或破 坏,从而不导致灾难性破坏的发生. 到了70年代,首先由美国在破损安全 设计思想的基础上提出了损伤容限设计要 求.损伤容限设计思想,除了对初始缺陷 (尺寸大小和觉察概率等)作出具体规定 外,它的主要要求是利用多传力途径和止 裂措施,在适当可检水平下结构必须是缓 慢裂纹扩展结构或破损安全结构.而对单 传力途径的结构,当来采取止裂措施 时,在适当可检水平下必须是缓慢裂纹扩 展结构.由此可见,损伤容限设计要求覆 盖了破损安全要求,只是考虑问题更全 面,结构的安全有了更可靠的保证. 但是,对一槊价格昂贵结构复杂的飞 机而言,除了要确保飞行安全还必须从经 济性和出勤率等方面考虑问题.近年来, 对飞机结构的疲劳寿命要求越来越高,歼 击机,强击机等军用飞机,巳由过去的1,2 千飞行小时增加到』LF飞行小峭,而民航 机运输机等则由过去的几千飞行小时增 加到几万飞行小时.不仅如此,还常常要 求飞机结构具有相当长的寿命的同时具有 低的维修费用.正是在这样一种形势下耐 久性设计思想应运而生,适应了客观要求 对航空技术提出的新挑战. 对飞机结构进行耐久性和损伤容限设 计的目的,是要证明飞机结构在整个使用 寿命期内不会困疲劳,腐蚀和意外损伤而 造成灾难性破坏,并保证结构有良好的寿 命特性和维修的经济性.换言之.耐久性 保证经济,长寿,损伤容限保证安全.把 这样一个思想上升到标准的高度去指导飞 机设计,就是《军用飞机结构完整性大纲 —— 飞机要求》. 2.飞机设计规范的演变 飞机强度规范,是为保证飞机性能良 好和使用安全可靠而对飞机的设计,制 造,试验使用和维护等方面提出的必须 满足的条件和要求.一个先进的规范(或 标准),是促进先进飞机诞生的保障,而 先进的飞机又反过来推动规范(或标准) 的进一步更新发展.美国空军的强度规范 MILA一8860系列,在近20年里正是经历 了这样一个不断修改完善的过程. ]954年英国两槊慧星号喷气客机相继 空中爆炸,经分析确认这是疲劳破坏事 故.这个血的教训,对航空界是一次极大 的震动.为此,]960年美国空军第一次修 改了1954年的强度规范,增加了疲劳强度 要求(即:MIL—A一8866,MIL—A一8867). 1969年美国空军战斗机F111A因左 机翼枢轴脱落而坠毁,经调查分析确认是 断裂强度不够所致.为此,1971年美国空 军第二次修改了196O年的强度规范,增加 了断裂强度要求(即:MIL—A8866A, MIL-A8867A). 经过第二次修改后的实践和分析研究 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明,断裂强度要求(即损伤容限要求) 一 3一 是台理的.于是,i974年美国空军第三次 以损份容限要求取代了疲劳强度要求,颁 布了’飞机损伤容限要求》MILA一83444. 并于1975年以更究善地规定断裂强度要求 的规范MIL—A8866B,F~MILA-8867B代 替了MILA一8866A~MIL—A一8867A. 同时,蓑国空军为了全方位地提高管 理水平,引入了系统 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 管理手段,颁布了 《飞机结拘完整性大纲——飞机要求》. 即,体现了安全寿命和损伤容限进计思 想的MIL-STD--1530(1972年)和体现 了耐久性和损伤容限计思想的MIL— STD—l580A(i975年)1985年美国空军又 颁布_r结构设计通用规范MILA一87221. 值得指出的是,与MILSTD一1530A相配套 的MILA8866B中已明确规定:飞机机体 结构应按耐久性要求设计,飞机机体结构 的经济寿命(而不是安全寿命)应大于设 计寿命. 四,军用飞机结构完整性大纲一飞 机要求的编制原则 如前所述,大纲是以美军标MIL—STD — I530A为兰本的,考虑到我国国情确定 了如下的编写指导思想. 1.先进性 编制组认真研究了国内外航空技术发 展的现状和前景,井考虑历史的经验和 教训,一致认为标准的起点应该”高”一 点,”超前”一点.所谓”高”和”超 前”,是相对我国现有的技亦水平而言. 这样做,符台”打基础,上水平”的方 针.现在是80年代柬期,本标准发布后主 要是指导9O年代的工作,我们完全有理由 坚持标准的先进性,即瞄准通过努力和创 造条件可以达到的水平.这个指导思想体 现在贯穿于本标准的以经济寿命为目标的 耐久性和损伤容限设计准则上. 考虑到我国国军标尚无相应予MIL— A-8866B的部分,为配套使用,在大纲中以 附录A(补充件)的形式,冶出了《军用 飞机结构耐久性设计和地面试验要求》. 本附录覆盖了MILA-8866B,而且构成 了相对独立的更全面的专业标准. 2.可行性 一 4一 制定标准首先是为了执行,编制本标 准时充分注意到了我国的国情,在坚持标 准的先进性的同时坚持了现实性和可行 性.有些同志过分强调贯彻本标准可能遇 到的围难,我们认为应该说我国巳初步具 备了贯彻本标准的技术基础.事实上,不 少单位正以飞机结构完整性为指导思想开 展型号研制工作,特别是某些与国外合作 的新歼研制必须采用耐久性和损伤容限设 计准则,这必将有力地推动我们更好地贯 彻实施本标准.另一方面,作为订货方的 空军对新机(包括某些老机改型)提出了 “长寿命,高可靠性”要求,而这些要求 的实现也迫切希望以新标准作为依托.由 此可见,费彻实施本标准势在必行. 3.继承性 从’军用飞机强度和刚度规范》这样一 十由若干个专业规范组合的规范,到全局 性,总纲性的本标准,不能不说是标准方面 的一次重要突破.但本标准必竟是《军用 飞机强度和刚度规范》的延伸和发展,编 制中充分注意到了二者的衔接关系,这体 现在标准中坚持了以耐久性和损伤容限设 计思想贯穿其始终的同时,采取了同安全 寿命和损伤容限设计准则并存的方针,这 就为从安全寿命和损伤容限设计准则过渡 到耐久性和损伤容限设计准则留有充分的 余地,也为订货方和承包方签订新机研制 台同提供了可选择的灵措性. 4.指导性 本标准属于通用标准,它适合于各娄 新机研制和老机改型的订货,设计以及验 证.因此,它不可能对各类飞机规定出详 尽的具体要求.这就是说,对于特定的型 号(特别是改进,改型的飞机)除要求遵 循本标准外,还要由订货方和承包方共同 商定某些特殊要求并写入合同中去执行. 在这个意义上,应该说本标准是一个指导 性文件,而不是指令性文件. 我想了解了以上这些编写指导思想, 对我们理解本标准的内容是有好处的. 五,本标准的内容 《军用飞机结构完整性大纲——飞机 要求》,规定了飞机在其整个寿命期内必 须达到的安全,经济和功能完好所需的最 基本的结构品质和总体要求.具体地说, 它由五项相互联系的工作任务所组成,即: 任务I——设计资料:是为满足所要 研制的飞机的具体要求,设 计中规定的必须使用的准 ? 则J 任务?——设计分析和研制试验:确 定所要研制的飞机在使用中 必须经历的设计环境以及机 体结构对设计环境的响应} 任务?——垒尺寸试验:用一系列规 表1 定的地面试验和飞行试验, 去鉴定所设计的飞机的机体 结构的合理性J 任务?——部队管理资料:规定了使 用中对飞机进行捡查,修理 和损伤评定等方面,由承包 方向订货方提供的飞机使 用,管理所必须的技术资料} 任务V——部队管理:为保证每一架 飞机在其整个使用寿命期内 的结构完整性,在飞机使用 中必须由订货方(包括部队) 进行的工作 上述五项任务的具体内容详见表l. 军用飞机结构完整性大纲任务 任务II仨务Il任务I任务?I任务V 设计资料设计分析和研制试验j全尺寸试验I部队管理资料f部队 管理 飞机结构完整性大纲总计划 结构设计准则 损伤容限和耐久性控制计划 材料,工艺和喜接方岳的选择 设计使用寿命和设计使用用遣 大纲规定的五项任务彼此联系相互 交错,往往其中一项工作是另一项工作的 先决条件,同时这些工作又分别由殳计部 门,生产部门,试验部门,使用部门承 担因此,承包方和订货方为满足飞机结 构完整性所需完成的工作任务,均应按本 标准在飞机研制台同中明确做出规定,并 纳入系统工程管理计划之中.这样做的目 的,归根结底是为挖掘飞机机体结构的全 部潜力,在保证安全使用的前提下最大限 度地提高经济效益.有的权威专家估计, 正确贯彻实施本标准有可能一架飞机顶两 架用,这决不是无根据的瞎吹.为便于理解 各任务阶段各项具体工作项耳间的关系, 这里给出图1,图4的框图.详尽的内容须 通过对大纲条文的反复学习加深理解,这 里不再赘述. 图1军用飞机结构完整性大婀(a] 廖 一 6, 怔善I全置寸讯验 — 甭 图2军用飞机结构完整性大纲(b) !i l制,-- 任喜牟营,瓷4工拦奇邳管墨 图3呈用飞机结构完整性大纲(c) 村,评j i,Cdt,J.累 碹蚪【 0l 兰里— l苛辑{ 『_I——…111一 图4试验结果的解释和评估(基于设计熊用寿命和设计意甩用途) 最后需要指出,我国当前的宴际技术 水平和大纲所体现的国际水平之间,是存 在不小差距的,我们应该重视和加快相应 的预研工作,为顺利贯彻实施本标准创造 条件.同时,贯彻实施本标准首要的是观 念的更新,我们要从上到下,从设计部 门,生产部门到使用部门,都要破除 旧的管理体制对我们的束缚,为l了 一 个共同的目标——为确保飞机结构的完 整性而共同奋斗.这样一项复杂的系统工 程,单靠合同约束是远远不够的.同 时,也要做相应的组织,管理机构的调 整以适应实施新标准的需要.我们相 信,正确贯彻实施本标准必将把我国的航 空技术和管理水平推进到一个新的阶段. 参考文献 (1]军用飞机结构完整佳大纲——飞Hl要求,(报 批稿).大纲编4组,1988.12. 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