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航空器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),通過對(duì)航空器結(jié)構(gòu)的各種科學(xué)地計(jì)算和分析,對(duì)航空器結(jié)構(gòu)進(jìn)
行安全壽命估算和評(píng)定。這種設(shè)計(jì)思想是以結(jié)構(gòu)無(wú)初始缺陷假設(shè)為基礎(chǔ)的,事實(shí)上,
即使在嚴(yán)格的質(zhì)量控制條件下,在結(jié)構(gòu)中總有可能出現(xiàn)未被發(fā)現(xiàn)的初始缺陷或裂紋。
如果這些裂紋得不到控制而進(jìn)一步擴(kuò)展,就會(huì)造成結(jié)構(gòu)失效。因此采用安全壽命設(shè)
計(jì)方法測(cè)算的壽命與實(shí)際試驗(yàn)和使用壽命相差很大,因而安全壽命設(shè)計(jì)思想不能確
保航空器結(jié)構(gòu)的安全性,結(jié)構(gòu)必須作經(jīng)常性檢查。
在給出安全壽命時(shí),要考慮磨損、疲勞和腐蝕情況的影響。壽命可以用飛行小
時(shí)、起落或循環(huán)等來(lái)表達(dá)。
二破損安全設(shè)計(jì)思想
由于安全壽命設(shè)計(jì)思想不能保證安全可靠,六十年代開始提出了破損安全設(shè)計(jì)
概念。破損安全是指結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞之后,它所承擔(dān)的載荷可以由其他殘余結(jié)構(gòu)繼續(xù)
承擔(dān),以防止航空器的破壞,或航空器剛度降低過多而影響航空器的正常使用。因
此這種設(shè)計(jì)思想允許航空器結(jié)構(gòu)有破損,但必須保證航空器的安全。
需要提醒的是,如果某一允許失效件發(fā)生故障,殘余結(jié)構(gòu)承擔(dān)負(fù)載后,就再?zèng)]
有后備件,應(yīng)盡可能及早檢查出故障,以防止發(fā)展到無(wú)法挽回的地步。
三損傷容限
破損安全與安全壽命相結(jié)合的設(shè)計(jì)思想仍然帶有一定的局限性,仍不足以解決
安全與壽命問題,而且整架直升機(jī)因重復(fù)性結(jié)構(gòu)而重量過大。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷
發(fā)展,從七十年代開始出現(xiàn)了損傷容限設(shè)計(jì)思想。
損傷容限的概念是承認(rèn)結(jié)構(gòu)中存在一定程度的未被發(fā)現(xiàn)的初始缺陷、裂紋或其
他損傷。通過損傷容限特性分析與試驗(yàn),對(duì)可檢結(jié)構(gòu)給出檢修周期,對(duì)不可檢結(jié)構(gòu)
給出最大允許初始損傷,以保證結(jié)構(gòu)在給定的使用壽命期限內(nèi),不會(huì)發(fā)生因?yàn)槲幢?br />
發(fā)現(xiàn)的初始缺陷、裂紋或其他損傷擴(kuò)展而引起災(zāi)難性的破壞事故。
損傷容限的概念要求裂紋在日常檢查中能被發(fā)現(xiàn)并且裂紋的生長(zhǎng)率很低,檢查
周期可以進(jìn)行調(diào)整。確定檢查周期的原則是如果一個(gè)可檢裂紋在一次檢查中錯(cuò)過,
裂紋發(fā)展到下一次檢查時(shí)仍不失效。最小可檢裂紋長(zhǎng)度由廠家來(lái)給出,并且在直升
機(jī)取得適航證時(shí)得到局方認(rèn)可。
下面是破損安全和損傷容限概念的圖示:
3
圖5-2 破損安全結(jié)構(gòu)示例
圖5-3 損傷容限結(jié)構(gòu)示例
梁
梁
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四耐久性設(shè)計(jì)
耐久性的含義是指在規(guī)定的時(shí)間內(nèi),航空器結(jié)構(gòu)抵抗疲勞開裂、磨損、腐蝕及
外來(lái)物損傷的能力。耐久性設(shè)計(jì)思想的基本要求是航空器結(jié)構(gòu)應(yīng)具有大于一個(gè)設(shè)計(jì)
使用壽命的經(jīng)濟(jì)壽命。所謂經(jīng)濟(jì)壽命是指結(jié)構(gòu)出現(xiàn)大范圍的裂紋,以至于如果要修
理則不經(jīng)濟(jì),不修理又會(huì)影響使用功能的結(jié)構(gòu)壽命。在經(jīng)濟(jì)壽命時(shí)間,結(jié)構(gòu)不會(huì)出
現(xiàn)功能消弱或失效,例如油箱滲漏。耐久性設(shè)計(jì)因此成為提高航空器結(jié)構(gòu)耐久性和
維修經(jīng)濟(jì)性的重要設(shè)計(jì)方法,它保證航空器結(jié)構(gòu)具有最低的維修費(fèi)用。
當(dāng)然,在航空器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),總是首先確保結(jié)構(gòu)滿足靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)和剛度設(shè)計(jì)要
求,同時(shí)還要使航空器結(jié)構(gòu)滿足抗疲勞設(shè)計(jì)要求,使它具有高壽命、高可靠性和低
維修費(fèi)用的特點(diǎn)。損傷容限設(shè)計(jì)是保證航空器結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性,確定航空器
結(jié)構(gòu)可允許的最大損傷尺寸;耐久性設(shè)計(jì)則是使航空器具有良好的經(jīng)濟(jì)維修性,可
以確定航空器結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)使用壽命。
五應(yīng)力集中
應(yīng)力集中是指橫截面的突變而引起材料應(yīng)力發(fā)生變化。
在一個(gè)部件上,應(yīng)力集中發(fā)生的地方是裂痕開槽、裂紋、切口甚至是緊固件的
孔等。解決方法是避免橫截面突變,采用圓倒角和過渡角,并精心安排孔的位置。
對(duì)結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō),這種應(yīng)力集中效應(yīng)可能會(huì)出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)件的末端。
圖5-4 應(yīng)力集中說(shuō)明圖
如果一個(gè)桁條末端突然截止的話,它所傳遞的力在局部會(huì)造成應(yīng)力集中。為了
防止這種情況,可以將桁條設(shè)計(jì)成楔形,使應(yīng)力逐漸傳到周圍的地方,或使用端頭
連接來(lái)傳力。
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在機(jī)身開口處,如窗戶和艙門,使用額外的加強(qiáng)框來(lái)吸收蒙皮和桁條傳來(lái)的應(yīng)
力及從門鉸和止動(dòng)上傳來(lái)的力。
5.1.3 直升機(jī)結(jié)構(gòu)的分類
一般直升機(jī)結(jié)構(gòu)主要由兩部分構(gòu)成:前機(jī)身結(jié)構(gòu)和尾部結(jié)構(gòu),還有整流罩和包
皮等。根據(jù)結(jié)構(gòu)的功能和失效后果的不同,每一主要部分所包含的結(jié)構(gòu)又分為主要
結(jié)構(gòu)和次要結(jié)構(gòu)。
一.主要結(jié)構(gòu):
在空中、起飛或著路時(shí),結(jié)構(gòu)部件的失效會(huì)直接導(dǎo)致:結(jié)構(gòu)塌損、動(dòng)力損失、
系統(tǒng)或部件的故障或失效會(huì)嚴(yán)重影響直升機(jī)的安全和操縱,這樣的結(jié)構(gòu)稱為主要結(jié)
構(gòu)。如圖5-5 所示:
圖5-5 典型的直升機(jī)結(jié)構(gòu)
二.次要結(jié)構(gòu)
是指主要結(jié)構(gòu)以外的其它結(jié)構(gòu),與主要結(jié)構(gòu)的描述相同,但安全余度允許
結(jié)構(gòu)有明顯的降低。如:駕駛艙地板,儀表板,客艙地板,電氣安裝架和腳踏
板等。
三. 整流罩和發(fā)動(dòng)機(jī)包皮用來(lái)保證直升機(jī)的氣動(dòng)性能。
1 駕駛艙
2 上部結(jié)構(gòu)
3 水平安定面
4 尾部結(jié)構(gòu)
5 中間結(jié)構(gòu)
6 下部結(jié)構(gòu)
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第5.2 節(jié)直升機(jī)區(qū)域和站位識(shí)別系統(tǒng)
5.2.1 直升機(jī)結(jié)構(gòu)分區(qū)
大型飛機(jī)的分區(qū)是按照美國(guó)航空運(yùn)輸協(xié)會(huì)ATA 的規(guī)定劃分的。一個(gè)區(qū)是由3 位
數(shù)字來(lái)識(shí)別,我們把飛機(jī)結(jié)構(gòu)分成主區(qū)、從區(qū)和細(xì)區(qū)。
例如:321——3 代表主區(qū)-尾部(包括后壓力隔框),2 代表從區(qū)-垂直安定面和
方向舵,1 代表細(xì)區(qū)-垂直安定面前緣。
整個(gè)飛機(jī)結(jié)構(gòu)可以劃成特定區(qū)域,利于識(shí)別所需要檢查、維護(hù)和修理的區(qū)域。
區(qū)號(hào)可以進(jìn)入計(jì)算機(jī)化的維護(hù)記錄系統(tǒng)來(lái)簡(jiǎn)化記錄的處理。通過參考手冊(cè)上的分區(qū)
號(hào),機(jī)務(wù)人員很容易定位所需實(shí)施維護(hù)工作的區(qū)域。
對(duì)于直升機(jī)的分區(qū),直升機(jī)因其簡(jiǎn)單的機(jī)身結(jié)構(gòu)布局和大小,并不嚴(yán)格按照這
一系統(tǒng)。現(xiàn)階段的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)直升機(jī)區(qū)域直接命名,而不采用較復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)。
直升機(jī)廠家在其提供的維護(hù)手冊(cè)和維護(hù)大綱中標(biāo)出直升機(jī)的區(qū)塊,并以反映該區(qū)塊
的傳統(tǒng)名字直接命名。下圖顯示是一架S76 直升機(jī)的分區(qū)示意圖,不同顏色和標(biāo)記
代表不同的區(qū)域。
中國(guó)航空網(wǎng) www.k6050.com
航空翻譯 www.aviation.cn
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