飞机结构载荷/环境谱
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1.5.1 国外发展概况

用飞—续—飞载荷谱进行飞行模拟试验,可追溯到20世纪60年代初期。从1959年到1961年,瑞士Federal飞机工厂(F+W)根据飞行实测结果,用飞—续—飞载荷谱进行了商用飞机P3机体飞行模拟试验的尝试。在整个20世纪60年代,人们也曾进行过一些探索性工作,不过那时主要局限于用飞—续—飞载荷谱进行材料的疲劳性能研究。例如,1969年, Ronay报道了用飞—续—飞载荷谱研究高强度钢的疲劳特性结果,Imig和Illg用飞—续—飞载荷谱研究温度对钛合金缺口试件疲劳寿命的影响等。

20世纪70年代开始,引起人们对飞—续—飞载荷谱和飞行模拟试验的广泛重视。1970年,荷兰宇航实验室(NLR)在对F-28机翼疲劳试验时施加了飞—续—飞载荷谱。1969年到1973年,西德工业设备经营有限公司(IABG)对F-104G进行了全机飞—续—飞载荷谱的飞行模拟试验。1972年,荷兰疲劳权威J.Schij ve发表了权威性论文“飞机材料和结构的累积疲劳损伤”,该文在综述飞机材料和结构的有关疲劳问题的同时,对飞—续—飞载荷谱和相应的飞行模拟试验进行了全面的理论分析,并强调指出,对飞机结构应该编制飞—续—飞载荷谱和进行飞行模拟试验。尔后,美国、英国、澳大利亚、日本等西方发达国家都在逐步采用飞—续—飞谱对试件、元件、部件和全机进行飞行模拟试验。就部件和全机而言,例如,英国皇家航空研究院(RAE)1973年对协和号飞机和鹰式飞机、澳大利亚航空研究实验室(ARL)于20世纪70年代中期对幻影Ⅲ飞机机翼、日本防卫厅技术研究本部1974年对中型运输机C-1、1975年对高级教练机T2等,都是编制飞—续—飞载荷谱进行飞行模拟试验。至于用试件或元件进行飞—续—飞载荷谱研究和试验的例子就更多了。

不仅如此,在西欧一些国家各自研究的基础上,彼此进行合作,还研究出了标准的飞—续—飞载荷谱。对以阵风载荷为主的运输机,荷兰NLR和西德操作强度实验室(LBF)于1973年研究出了运输机标准的飞—续—飞载荷谱TWIST。对于以机动载荷为主的战斗机,荷兰NLR、西德LBF、西德IABG和瑞士F+W四个单位合作,于1975年研究出了战斗机标准的飞—续—飞载荷谱FALSTAFF,并已用于评定飞机疲劳性能的某些专门研究中。

美国在这个领域里的研究是集大成者。首先,美国的有关军用规范和军用标准,如美国国防部于1974年公布的损伤容限规范MIL-A-83444、于1975年颁布的飞机结构完整性大纲MIL-STD-1530A,以及1975年颁布的耐久性规范MIL-A-008866B等,都要求承包商提供飞—续—飞载荷谱,并进行飞行模拟试验。为了满足规范要求,自20世纪70年代以来,无论是新设计飞机,或者是使用中的现役飞机,战斗/攻击型飞机如F-14、F-15、YF16、A-4;轰炸/运输型飞机如B-1、B-52D、C-5A、C-141;空中警戒指挥机(AWACS)等,都是编制飞—续—飞载荷谱,并进行损伤容限和耐久性评定。

不仅如此,美国在对飞—续—飞载荷谱的编制方面更是有自己的独到之处,各有关部门形成了各自的一套完整方法,把编制飞—续—飞载荷谱提到一个完全崭新的水平。

(1)1976年,北大西洋公约组织国家结构和材料委员会组织有关专家编写的关于战斗机疲劳设计的指导性手册中,特请美国俄亥俄州兰特帕特森空军基地的A.Landy等几位工程专家撰写《疲劳和裂纹扩展分析载荷谱的编制》专论,并且,A.Landy等人还于1976年和1979年相继发表《美国空军飞机载荷谱的编制》等文章。这些文章已成为人们编制飞—续—飞载荷谱的指导性文件。

(2)1 9 7 9年,美国得克萨斯州达拉斯伏沃特公司结构寿命管理局工程专家N.H.Sandlin等人,从对载荷(应力)和飞行参数进行回归分析入手,提出了编制具有飞—续—飞性质的战斗机飞行载荷谱FLESPEC的一整套方法。

(3)1 9 7 9年,美国加利福尼亚埃尔塞贡多的洛克韦尔国际公司技术处成员A.G.Denyer报道了编制具有变后掠翼的新型超音速战略轰炸机B-1飞—续—飞载荷谱的最新方法。

美国在以上几方面从不同角度和不同机种所提出的编制飞—续—飞载荷谱的方法,目前在世界上也是一流水平,是当时这一领域内的最高成果。

20世纪70年代到80年代初,是国外飞机载荷谱领域蓬勃发展的时期,从20世纪80年代到21世纪初,国外飞机载荷谱领域进入了一个稳定发展时期。1998年10月30日,美国国防部颁布了联合使用规范指南《飞机结构》。该规范规定了分别编制耐久性设计使用载荷谱和损伤容限设计使用载荷谱要求,并明确规定耐久性设计使用载荷谱反映设计使用分布内的严重使用情况,损伤容限设计使用载荷谱反映设计使用分布内的基准使用情况。这意味着美国飞机载荷谱领域在21世纪开始又进入了一个新的发展时期。