[发明专利]战斗机疲劳关键部位日历寿命设计方法

说明书

本发明提出了一种战斗机疲劳关键部位日历寿命设计方法，包括：基于DFR的战斗机疲劳关键部位日历寿命分析模型；基于DFR的战斗机疲劳关键部位日历寿命设计方法，包括日历寿命设计方法、可行性分析、普适性分析和优越性分析，借此，本发明具有基于腐蚀条件下战斗机结构DFR法及疲劳损伤累积理论建立了战斗机疲劳关键部位日历寿命分析模型，并从腐蚀环境、飞机类型、材料及结构三方面分析了日历寿命的影响因素，建立了具有普适性的战斗机疲劳关键部位的日历寿命设计方法，初步解决了战斗机疲劳关键部位在设计及使用阶段的日历寿命设计难题的优点。

技术领域

本发明属于设备寿命设计技术领域，特别涉及一种战斗机疲劳关键部位日 历寿命设计方法。

背景技术

目前，飞行小时、起落次数和日历寿命共同构成飞机结构的三大寿命指标， 其中任何一项指标达到设计时限即意味着飞机到寿。海军战斗机需在高温、高 湿、高盐雾的恶劣环境中长期服役，暴露出严重的腐蚀问题，同时我军战斗机 “省着用”的情况比较普遍，年飞行强度低，当日历寿命到寿时疲劳寿命往往 只消耗了40％～60％。而且随着海军航空兵任务使命不断深化拓展，在未来战争中 对海军战斗机提出了海陆空联合作战、长距离巡航等更严格的要求，不同时域、 地域的气候变化使得战斗机的服役环境更加复杂多变，日历寿命问题更加严峻。 可见，战斗机的日历寿命问题已经成为严重影响和制约先进战斗机设计、安全 使用与战斗力充分发挥的关键瓶颈。

刘文珽、李玉海等建立了战斗机结构日历寿命体系评定技术，目前在工程 实践中得到了广泛应用。张福泽对日历寿命问题展开了深入系统的研究，发现 了金属和涂层的腐蚀规律，给出了日历寿命体系的计算公式和确定方法，并且 对于环境谱编制、试验数据可靠性处理及腐蚀损伤容限等相关问题的研究也取 得了丰硕的研究成果。赵海军提出了估算日历寿命的线性累积破坏率准则法。

然而战斗机日历寿命问题还存在一个难题和三个误区。一个难题：目前主 要从飞行小时和起落次数的角度展开对飞机定、延寿问题的研究，此两项指标 已发展出较完善的设计方法和评估规范，而对于日历寿命则一直是依据领先飞 行给出或凭经验估计，尚未建立可靠的、具有普适性的、可贯穿战斗机全寿命 周期的设计方法。三个误区：一是认为战斗机疲劳关键部位的日历寿命与疲劳 寿命相互独立，可以分开讨论；二是认为日历寿命仅与腐蚀有关，可以仅从纯 腐蚀或地面停放的角度研究日历寿命的定、延寿问题；三是认为战斗机出厂时 给出的日历寿命即为服役过程中可安全飞行的日历年限，没有意识到日历寿命 是一个与众多因素有关的变量，日历寿命设计问题是贯穿战斗机设计、使用全 寿命过程的系统性问题。飞机日历寿命设计问题长期无法解决的主要原因是日 历寿命与飞机的设计指标、使用方法、腐蚀防护、材料种类、加工工艺、结构 形式、维护修理等多方面密切相关，需要综合考虑力学、化学、材料之间错综 复杂的相互作用，同时还需要大量的试验验证，解决难度大。

细节疲劳额定值(Detail fatigue rating，DFR)法是美国波音公司于上世 纪80年代针对大型民用运输机提出的耐久性(疲劳)设计方法。发展至今，DFR 法的适用领域已经扩展到军用飞机和腐蚀环境。DFR法的突出优势在于通过DFR 这一表征材料/结构固有疲劳性能的特征参量可以在飞机设计的初期阶段即对 所有疲劳关键部位进行耐久性设计或分析。鉴于DFR法的理论优势与在飞机结 构耐久性设计领域的成功应用，本文将其引入日历寿命设计领域，以期建立一 套具有普适性的日历寿命设计方法，并解决战斗机疲劳关键部位全寿命周期内 的日历寿命设计难题。首先基于腐蚀条件下战斗机结构DFR法及疲劳损伤累积 理论建立了战斗机疲劳关键部位日历寿命分析模型，并从腐蚀环境、飞机类型、 材料及结构三方面分析了日历寿命的影响因素。然后以此模型为理论基础，针 对战斗机结构在设计、使用全寿命过程中的日历寿命设计难题，初步探索了日 历寿命设计方法。最后论证了此法的可行性、普适性与优越性。

发明内容

本发明提出一种战斗机疲劳关键部位日历寿命设计方法，解决了现有技术 中战斗机疲劳关键部位全寿命周期内的日历寿命设计难题的问题。