精典论文：飞机结构的损伤及其检测

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1、飞机结构的损伤及其检测论文一、引言7月25日法航一车“协和”客机从巴黎戴高乐机场起飞两分钟后即坠毁，造成机上乘客和机组人员全部罹难，这起惨重的空难事故再次告诫我们对飞机结构损伤源及其后果的分析检测是多么重要。现行适航性条例明确规定对新、老飞机必须按损伤害限原理进行设计和评估，保证在飞机整个使用寿命期内，一旦发生疲劳、腐蚀或意外损伤时，在损伤被检出前，结构仍能承受规定的载荷而不出现损坏或过度的结构变形．及时地以高概率进行损伤检测是确保结构损伤容限特性的一个关键要素，与此相应的损伤评定和损伤检查则是民用飞机合格审定和连续适航的一个重要内容．本文简要介绍民用飞机结构的主要损伤源和对各损伤源造成的损伤

2、的检查要求，旨在引起有关人员的进一步研究和探讨。二、结构损伤分析及其检测1、主要损伤的来源、性质和检查要求结构损伤从初始型式看可分为两大类：一类是明显的大面积损伤，由离散源引起；另一类是不易发觉的较小损伤，由环境恶化、意外事故或疲劳引起。下面分别简述这些损伤型式。（1）离散源损伤离散源损伤，如大鸟憧击或发动机或飞机零件飞出引起的结构损伤，是明显损伤．对此类损伤。没有专门的检查大纲，但适航条例规定，必须证明一旦发生这类损伤，飞机应能安全地完成该次飞行。故需对受损结构的剩余飞行中预期发生的合理载荷下的剩余强度进行分析和试验验证。适航条例对新设计飞机所规定的离散源假设如下：●在最高至2450米的各种

3、高度上，以可能的各种飞行速度下，1.8公斤重的鸟撞击飞机的任何部位（在海平面，直到Vc的各种速度下，3.6公斤鸟撞击尾翼．1.8公斤鸟撞击机翼）;●风扇叶片的非包容性撞击;●发动机的非包容性破坏（涡轮转盘的1/3破坏）;●高能旋转机械的非包容性破坏。（2）环境损伤环境损伤是指因有害环境造成的结构损伤，它包含两种损伤型式腐蚀和应力腐蚀。腐蚀可能与时间和（或）使用有关，例如起源于表面防护破坏或老化的损伤很可能随日历时间的增加而加剧．也可能与时间和（或）使用无关，如厨房渗漏造成的腐蚀是一随机发生的离散事件。结构设计应考虑使腐蚀敏感性降至最小的所有实际可行的设计因素。如材料选择、采用合适的表面涂层和合

4、理的排水装置。显著影响主要结构承载能力的腐蚀必须避免，用户应以良好的预防措施和有效的维护手段予以控制。应力腐蚀是由于材料在热处理成形、焊接、机加和安装装配过程中出现的持续拉应力和腐蚀介质共同作用下产业的，它取决于材料对腐蚀介质的敏感性和承受残余拉应力的水平。为了有效地控制应力腐蚀的开裂，应采用抗应力腐蚀的合金成份和合理的热处理规范。另外在设计和加工过程中注意各种细节，如限制装配应力，采取适当的涂层、喷丸以及合理的排水措施等。(3)意外损伤意外损伤可分为两大类。第一类为大范围大尺寸损伤，如因大鸟撞击、发动机解体或地面设备碰撞所引起的损伤，属明显可检，按离散源损伤来评估。第二类为更普遍的形式，其损

5、伤源包装地面和货场装运设备、外来物、雨水、冰雹、雷电、跑道上的碎石、泄漏以及操作和维修中发生的人为失误等。另外还包括跑道碎物，以及不包括在环境损伤来源中的那些在飞机制造过程中的差错。本文开头提及的“协和”空难，经调查证实，是由机场滑行跑道上一块43厘米长的金属薄片割破飞机左侧主起落架的右前轮，致使该轮胎爆炸并引发一系列连锁故障所导致。实属意外损伤。环境损伤中的大部分损伤以及意外损伤中占多数的第二类损伤都是随机事件，它们可在飞机使用期内任何时刻在任何部位发生。因此需要建立一个合适的检查程序，以提供足够的机会检测出所有这些损伤。(4)疲劳损伤疲劳损伤是由于循环载荷作用下引起的裂纹起始及其扩展所造成

6、的，这种损伤是一个连续的累积过程，与飞机的使用历程（以飞行小时或起落次数来计量）有关。用计算机程序可完成广泛的疲劳寿命、裂纹扩展和剩余强度的分析评估。应用以前的服役经验来改进细节设计，可使结构的耐久性水平大大提高。此外，大规模的壁板和全尺寸飞机的疲劳试验可判明那些耐久性明显低于预期值的区域，继而通过及时更改产品来解决这些问题。然而，在一个设计得具有高可靠性长经济寿命的大机队中，在达到飞机目标寿命之前，出现某些开裂是预料之中的事。损伤容限结构的检查必须以在机队中已出现疲劳开裂但尚未检测到这一保守假设为基础。这意味着，必须通过检查大纲及时地检测出机队里的初始损伤，随后必须采取行动检测或预防机队中的

7、任何损伤。(5)多处损伤1988年4月，在美国夏威夷上空，一架飞行次数已达目标寿命的波音737飞机发生机身顶部蒙皮如剥香蕉皮般被撕裂吹落，造成一名空姐被抛吸出舱外丧生。虽然全部乘客有惊无恙，但此事故引起了航空界对老飞机广泛疲劳损伤的可能性的极大重视。九十年代新修订的适航条例特别强调损伤容限设计必须考虑和分析多处相关损伤的要求，并提出了“广泛疲劳损伤”(WFD)的概念。广泛疲劳损伤的含义是：由于多处