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飞机结构的疲劳与动态疲劳

2022-03-23

众所周知,飞机在使用中会受到由于滑跑、突风、机动、着陆撞击,以及坐舱增压等所造成的重复载荷的作用。出于这些重复载荷的作用,飞机结构的一些部位特别是局部高应力区,如局部应力集中区,有缺陷区等部位就会产生由于交变应力引起的疲劳裂纹,交变应力的继续作用,使疲劳裂纹不断扩展而导致疲劳破坏。这就是通常所说的飞机结构的疲劳。


应该指出,在地面操作以及空中飞行中,飞机上的某些部位还始终处在于噪声环境之中,如推进系统噪声源包括:喷气噪声、螺旋桨噪声等,空气动力噪声源包括:边界源噪声、空腔噪声。冲击波噪声、气流分离噪声等都对飞机结构产生噪声激励,而产生振动应力,靠近噪声源的结构,这种振动应力尤其严重。对于某些典型结构,如舵面、平尾、垂尾、腹鳍以及外挂架等,由于受到扰流的作用而产生随机振动激励,引起随机振动动力响应,从而在这些结构上的一些部位产生疲劳裂纹。


这种由噪声、振动的激励而导致结构产生的疲劳现象,可称之为动态疲劳 (Dynamic Fatigue) 以区别于前面的由突风、机动载荷等引起的飞机结构的疲劳现象。根据以上所述,动态疲劳又可分成两个部分:噪声疲劳和振动疲劳。


关于噪声疲劳问题,国内有关单位已经认识到其重要性,并从六五后期就开始投资研究,几年的研究已经取得进展,特别是军机结构声疲劳研究,如声疲劳试验技术研究、声疲劳计算方法研究及软件编制,歼x进气道声疲劳定寿研究都取得了一定成果,为今后进—步研究打下了坚实的基础。


对于振动疲劳国内已服役的机种中,也已经出现了这种问题。如歼x飞机的腹鳍、方向舵在飞行了一时间(如200—300飞行小时)后,经常出现裂纹,经初步分析已经确认为是由于随机扰流作用引起的振动疲劳问题。国营一二四厂也发现某机导弹挂架由于振动而发生螺栓的疲劳断裂。另外,直升机的振动疲劳也是急待解决的问题。


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