基于DFR的战斗机疲劳关键部位日历寿命设计方法

doi:10.7527/S1000-6893,2022.27614

固体力学与飞行器总体设计

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基于DFR的战斗机疲劳关键部位日历寿命设计方法

陈跃良¹(), 吴省均¹^,², 卞贵学¹, 张勇¹, 张柱柱²

^1.海军航空大学青岛校区，青岛 266041
292728部队，上海 200040

收稿日期:2022-06-14 修回日期:2022-06-29 接受日期:2022-07-13 出版日期:2022-07-22 发布日期:2022-07-22
通讯作者: 陈跃良 E-mail:cyl0532@sina.com
基金资助:
国家级项目

Calendar life design method for critical fatigue parts of fighter based on DFR method

Yueliang CHEN¹(), Shengjun WU¹^,², Guixue BIAN¹, Yong ZHANG¹, Zhuzhu ZHANG²

^1.Qingdao Campus，Naval Aviation University，Qingdao 266041，China
^2.Unit 92728，PLA，Shanghai 200040，China

Received:2022-06-14 Revised:2022-06-29 Accepted:2022-07-13 Online:2022-07-22 Published:2022-07-22
Contact: Yueliang CHEN E-mail:cyl0532@sina.com
Supported by:
National Level Project

摘要/Abstract

摘要：

战斗机疲劳关键部位日历寿命难题的核心在于缺少具有普适性的日历寿命设计方法。为此，首先基于战斗机飞行载荷特征，分情况讨论了地面停放、低空飞行、高空飞行时环境对战斗机结构疲劳性能的影响。其次基于腐蚀条件下战斗机结构耐久性设计DFR法及疲劳损伤累积理论，建立了战斗机结构日历寿命分析模型，并从服役环境、飞机类型、材料及结构的角度分析了日历寿命影响因素。然后基于此模型建立了战斗机疲劳关键部位日历寿命设计方法，并且通过与传统日历寿命评定技术的对比及某型战斗机外翼2墙日历寿命设计示例，阐明此法的可行性、适用性及优越性。

关键词: 战斗机, 日历寿命, 疲劳关键部位, 细节疲劳额定值, 疲劳损伤

Abstract:

The key problem of calendar life in critical fatigue fighter parts lies in the lack of universal calendar life design methods. To solve this problem， we first discuss the influence of the environment during ground parking， low altitude flight， and high altitude flight on the structural fatigue performance of fighters， based on the characteristics of fighter flight load. Secondly， a calendar life analysis model for the fighter structure is established based on the DFR method for durability design of fighter structures under corrosive conditions and the fatigue damage accumulation theory， and the influencing factors of the calendar life are analyzed from the perspective of service environment， aircraft type， material and structure. Thirdly， the calendar life design method for critical fatigue fighter parts is established based on this model. Finally， the feasibility， universality and superiority of this method are illustrated by comparing with the traditional calendar life evaluation technology and an example of the calendar life design of the 2nd wall on the outer wing of a certain fighter.

Key words: fighter, calendar life, critical fatigue parts, detail fatigue rating, fatigue damage

中图分类号:

V215.2

陈跃良, 吴省均, 卞贵学, 张勇, 张柱柱. 基于DFR的战斗机疲劳关键部位日历寿命设计方法[J]. 航空学报, 2023, 44(10): 227614-227614.

Yueliang CHEN, Shengjun WU, Guixue BIAN, Yong ZHANG, Zhuzhu ZHANG. Calendar life design method for critical fatigue parts of fighter based on DFR method[J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2023, 44(10): 227614-227614.

图/表 16

图 1

图 2

图 3

图 4

图 5

图 6

图 7

图 8

图 9

表 1

日历寿命分析模型中各参数的含义及获取途径

序号	参数	含义	获取途径
1	腐蚀强度指数n	地面停放腐蚀环境及材料耐蚀性能的综合表征	试验测定
2	疲劳损伤放大因子K	低空腐蚀环境对疲劳损伤的加剧程度	试验测定
3	DFR基准应力比r₀	战斗机的飞行载荷特征	分析飞机或结构重心过载谱获得
4	DFR基准寿命N₀	战斗机的疲劳寿命设计指标	分析飞机重心过载谱及疲劳寿命设计指标获得
5	细节疲劳额定值DFR₀	结构的固有疲劳性能	试验测定
6	损伤指数m	材料S-N曲线斜率	通常取4^{［16，27］}
7	材料参数 $σ m 0$	地面停放环境对结构性能的影响	试验测定
8	年飞行强度SUS	战斗机使用方法	战斗机飞行大纲或视情确定
9	低空飞行时间比例a	战斗机使用方法	战斗机飞行大纲或视情确定
10	当量等幅谱峰值 $σ m a x$	疲劳关键部位飞行时承受的疲劳损伤	分析结构载荷谱获得或借鉴类似飞机的取值
11	当量等幅谱每飞行小时循环次数N_th	疲劳关键部位飞行时承受的疲劳损伤	分析结构载荷谱获得或借鉴类似飞机的取值

表 1

图 10

图 11

表2

图 12

表3

服役过程中实测参数

服役年限	SUS/飞行小时	n	$σ m a x$ /MPa	K	a	N_th/循环
0~5	150	-0.15	141	1.1	0.1	4.9
5~10	153	-0.18	143	1.2	0.2	5
10~15	147	-0.16	145	1.2	0.05	4.8
15~20	150	-0.15	141	1.1	0.1	4.95
20~25	150	-0.17	140	1.2	0.2	5

表3

图 13

参考文献 30

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序号	材料	状态	DFR_base/MPa	外翼2墙DFR₀/MPa^①	n、K^②	Y_T /年
1	7B04铝合金锻件^［16］单孔试样孔径8 mm 螺栓孔加工至H9 K_t=2.50	粗糙度Ra1.6阳极氧化	94.84	94.20	n=-0.15 K=1.1	10.47
2^③		粗糙度Ra0.8喷丸，阳极氧化	118.24	117.44	n=-0.15 K=1.1	23.70
3		粗糙度Ra0.8喷丸，裸材	118.24	117.44	n=-0.25 K=1.3	20.18
4	B95铝合金锻件^［16］单孔试样孔径8 mm 螺栓孔加工至H9 K_t=2.42	粗糙度Ra1.6阳极氧化	104.18	100.17	n=-0.15 K=1.1	13.16
5		粗糙度Ra0.8喷丸，阳极氧化	129.88	124.88	n=-0.15 K=1.1	29.72
6		粗糙度Ra0.8喷丸，裸材	129.88	124.88	n=-0.25 K=1.3	24.92
7	2024-T3铝合金^［30］单孔试样孔径6 mm K_t=2.55	未喷丸，阳极氧化	107.00	108.40	n=-0.15 K=1.1	17.63
8		喷丸，阳极氧化	117.70	119.24	n=-0.15 K=1.1	25.06
9		喷丸，裸材	117.70	119.24	n=-0.25 K=1.3	21.26

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Calendar life design method for critical fatigue parts of fighter based on DFR method

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