限结构并不能达到足够的安全性和可靠性,因为寿命后期(特别飞机进入老龄阶段)裂纹将会普遍发生。这将意味着多传力途径的破损安全设计将可能发生多路径的破坏,难于保证真正的破损安全,这说明破损安全原则只适用于有限的寿命期间。此外,腐蚀、老化甚至意外损伤等因素也将会使结构中各传力路线几乎同步削弱,破损安全的作用也就变弱。所以,在目前的飞机结构设计中,把损伤容限设计和耐久性设计科学地结合起来,从而形成了耐久性加损伤容限的设计思想。它的总目标一是提高飞机的安全可靠性,二是提高飞机的经济寿命。
应当说,损伤容限与耐久性相结合的设计思想并不新颖,在 "世纪五六十年代就有破损安全与安全寿命设计原则相结合的设计思想。因此,可以说飞机结构设计技术总是在使用实践中不断总结、不断综合、不断提高的基础上发展和演变起来。
从以上各节的内容介绍我们可以看出,耐久性设计是运用量化指标的形式对结构的强度、刚度以及功能性损害予以评定、分析和设计。在方法上注重设计分析结论的概率特征。并从经济寿命观点,通过合理选择材料、工艺、控制应力水平、设计细节、检查及防护、试验验证等设计分析手段,来达到满足经济修理要求和降低使用维护费用,达到提高飞机的备用性,提高寿命和可靠性的目标。
耐久性设计方法还涉及结构初始质量的评估,使用中损伤发展分析和检修维护以及经济性评价等许多内容。受篇幅限制,不再一一介绍。总之,耐久性设计方法是正在逐步发展完善的一种新的飞机结构设计准则,在理论分析、试验研究、数据积累、工程应用等诸多方面仍有待进一步地系统、深入工作。
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第五章机翼、尾翼设计
第一节飞机结构设计方法简介
一、结构综合设计的基本概念
在第一章中已阐述了一个好的飞机设计,不论是军用飞机或民用飞机,对影响飞机总体效能与全寿命周期费用比的众多因素的综合考虑和权衡是十分重要的。飞机的高效能—费用比只能运用不断涌现的新技术、新思维,用综合设计的思想和系统工程的设计方法,才能得以解决。同时综合设计方法还表现出与信息化、智能化、一体化协调发展的趋势。例如随控布局飞机,即是将飞行控制系统、空气动力、飞机结构以及航空电子等诸方面有机地结合起来。其功能中难度最大的一项—
—颤振主动抑制,即把过去主要用控制结构刚度、质量分布、加配重等结构设计措施以及限制颤振临界速度等方法,改为充分发挥自动控制系统的作用,用按一定的反馈控制律偏转几个操作面的方法,产生有利的气动力去抑制颤振。隐身飞机除外形、布局与结构设计有关外,还采用了很多新材料,必须应用与之相适应的结构设计方法。苏 " %&战斗机采用了翼—身融合技术致使结构趋于复杂。其中机翼(也即中机身)内部为整体油箱;机身的前、后部、外翼、进气道、主起落架、减速板等都连接在中机身上,这显然增加了结构设计难度。此外还有自适应结构、智能结构等新结构的出现,也对飞机设计方法带来革新。上述一些高科技的应用虽然主要对总体设计带来了革新,但对结构设计也产生了很大影响。正因如此,就结构设计而言,综合性特点变得越来越显著,并已渗透到顶层设计、平台设计和技术设计等各个层次。
以国内外目前已经或正在研制发展的第四代战斗机为例,其飞机的设计概念与第三代战斗机有明显不同,它着重强调飞机须同时具备隐身技术、超音速巡航、超机动性(也有的称之为过失速机动性)、短距起落等优异性能。那么就结构方面而言,在顶层设计中,在进行产品(飞机)的概念设计时应确定采用哪些尖端技术?在制定相应的设计规范、设计原则时,则应对上述的性能指标与机体的结构特性、可实现性以及全寿命周期费用之间进行权衡分析和最佳方案论证。在平台设计阶段可能要进行
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