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:2023-05-25 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:2023-05-25 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

1	陈跃良，陈亮，卞贵学，等. 先进舰载战斗机腐蚀防护控制与日历寿命设计［J］. 航空学报， 2021， 42（8）： 525786.
	CHEN Y L， CHEN L， BIAN G X， et al. Corrosion protection control and calendar life design of advanced carrier-based aircraft［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2021， 42（8）： 525786 （in Chinese）.
2	陈跃良，段成美，吕国志. 军用飞机日历寿命预测技术研究现状及关键技术问题［J］. 中国工程科学， 2002， 4（4）： 69-74.
	CHEN Y L， DUAN C M， LÜ G Z. Current status and key technique of predictive technique for calendric life of military aircraft［J］. Engineering Science， 2002， 4（4）： 69-74 （in Chinese）.
3	陈跃良，卞贵学，张勇. 飞机结构电偶腐蚀数值模拟［M］. 北京：国防工业出版社， 2020： 2-3.
	CHEN Y L， BIAN G X， ZHANG Y. Numerical simulation of galvanic corrosion in aircraft structures［M］. Beijing： National Defense Industry Press， 2020： 2-3 （in Chinese）.
4	陈跃良，金平，林典雄. 海军飞机结构腐蚀控制及强度评估［M］. 北京：国防工业出版社， 2009： 1-13.
	CHEN Y L， JIN P， LIN D X. Corrosion control and strength evaluation of naval aircraft structure［M］. Beijing： National Defense Industry Press， 2009： 1-13 （in Chinese）.
5	陈跃良，张勇. 军用飞机结构日历寿命相关问题的思考［J］. 航空工程进展， 2010， 1（4）： 311-316.
	CHEN Y L， ZHANG Y. Considerations on the calendar life of military aircraft structures［J］. Advances in Aeronautical Science and Engineering， 2010， 1（4）： 311-316 （in Chinese）.
6	刘文珽，李玉海. 飞机结构日历寿命体系评定技术［M］. 北京：航空工业出版社， 2004.
	LIU W T， LI Y H. Evaluation technology of calendar life system of aircraft structure［M］. Beijing： Aviation Industry Press， 2004 （in Chinese）.
7	李玉海，刘文珽，杨旭. 军用飞机结构日历寿命体系评定应用范例［M］. 北京：航空工业出版社， 2005.
	LI Y H， LIU W T， YANG X. Application example of calendar life system evaluation of military aircraft structure［M］. Beijing： Aviation Industry Press， 2005 （in Chinese）.
8	张福泽. 求飞机结构真实腐蚀容限的原理和方法［J］. 航空学报， 2021， 42（5）： 524457.
	ZHANG F Z. Principle and method of calculating real corrosion tolerance value of aircraft struture［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2021， 42（5）： 524457 （in Chinese）.
9	张福泽. 三维等损伤环境谱的编制原理和方法［J］. 航空学报， 2016， 37（2）： 381-389.
	ZHANG F Z. Drawing up principle and method of 3D damage environment spectrum of metallic calendar life［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2016， 37（2）： 381-389 （in Chinese）.
10	张福泽. 金属涂层的日历寿命计算公式和试验方法［J］. 航空学报， 2016， 37（2）： 390-396.
	ZHANG F Z. Calculation formula and test method of calendar life of metallic coating［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2016， 37（2）： 390-396 （in Chinese）.
11	张福泽. 金属材料日历寿命确定的分散系数和取值［J］. 航空学报， 2016， 37（2）： 397-403.
	ZHANG F Z. Scatter factor and values of metallic calendar life［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2016， 37（2）： 397-403 （in Chinese）.
12	张福泽. 求任意腐蚀损伤的T-H曲线［J］. 航空学报， 2000， 21（4）： 349-351.
	ZHANG F Z. Method for deducing T-H-curve of arbitrary corrosion damage［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2000， 21（4）： 349-351 （in Chinese）.
13	赵海军，郭泉，金平. 加速预腐蚀与疲劳试验估算飞机结构日历寿命的新方法［J］. 腐蚀科学与防护技术， 2007， 19（3）： 229-232.
	ZHAO H J， GUO Q， JIN P. A new estimating method of calendar life for aircraft structures using an accelerated pre-corrosion and fatigue test［J］. Corrosion Science and Protection Technology， 2007， 19（3）： 229-232 （in Chinese）.
14	张耀. 军用飞机疲劳损伤容限耐久性设计手册［M］. 北京：中国航空研究院， 1994.
	ZHANG Y. Military aircraft fatigue damage tolerance durability design manual［M］. Beijing： China Aviation Research Institute， 1994 （in Chinese）.
15	GORANSON U G. Elements of structural integrity assurance［J］. International Journal of Fatigue， 1994， 16（1）： 43-65.
16	刘文珽，黄季墀，刘小冬. 军用飞机结构疲劳设计细节疲劳额定值方法指南［M］. 北京：国防工业出版社， 2012： 21-23.
	LIU W T， HUANG J C， LIU X D. Military aircraft structural fatigue design detail fatigue rating methodological guide［M］. Beijing： National Defense Industry Press， 2012： 21-23 （in Chinese）.
17	董彦民，刘文珽，杨超. 军用飞机结构耐久性设计的细节疲劳额定值方法［J］. 航空学报， 2010， 31（12）： 2357-2364.
	DONG Y M， LIU W T， YANG C. Military aircraft durability design method based on detail fatigue rating［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2010， 31（12）： 2357-2364 （in Chinese）.
18	陈跃良，吴省均，卞贵学，等. 基于Gerber模型的DFR腐蚀折算系数及其试验测定［J］. 材料导报， 2019， 33（16）： 2793-2798.
	CHEN Y L， WU S J， BIAN G X， et al. Theoretical and experimental determination of DFR-corrosion-influence-factors based on gerber model［J］. Materials Reports， 2019， 33（16）： 2793-2798 （in Chinese）.
19	张建宇，鲍蕊，陈勃，等. 腐蚀环境下疲劳分析的DFR方法研究［J］. 北京航空航天大学学报， 2004， 30（6）： 547-550.
	ZHANG J Y， BAO R， CHEN B， et al. Study on DFR method under corrosive environment for fatigue analysis［J］. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics， 2004， 30（6）： 547-550 （in Chinese）.
20	蒋祖国，田丁栓，周占廷. 飞机结构载荷/环境谱［M］. 北京：电子工业出版社， 2012： 58-59.
	JIANG Z G， TIAN D S， ZHOU Z T. Aircraft structural load/environment spectrum［M］. Beijing： Publishing House of Electronics Industry， 2012： 58-59 （in Chinese）.
21	郑晓玲. 民用飞机金属结构耐久性与损伤容限设计［M］. 上海：上海交通大学出版社， 2013： 103-105.
	ZHENG X L. Durability and damage tolerance design for metal structures of the civil aircraft［M］. Shanghai： Shanghai Jiao Tong University Press， 2013： 103-105 （in Chinese）.
22	陈群志，李喜明，周希沅，等. 飞机结构典型环境腐蚀当量关系研究［J］. 航空学报， 1998， 19（4）： 414-418.
	CHEN Q Z， LI X M， ZHOU X Y， et al. Investigation of corrosion equivalent relationships between the accelerated environment and the typical service environments of aircraft structures［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 1998， 19（4）： 414-418 （in Chinese）.
23	王荣. 金属材料的腐蚀疲劳［M］. 西安：西北工业大学出版社， 2001： 57-60.
	WANG R. Corrosion fatigue of metallic materials［M］. Xi'an： Northwestern Polytechnical University Press， 2001： 57-60 （in Chinese）.
24	张建宇，刘爱民，费斌军. 腐蚀环境下的随机耐久性分析方法［J］. 北京航空航天大学学报， 2000， 26（5）： 556-560.
	ZHANG J Y， LIU A M， FEI B J. Stochastic crack growth approach under corrosive environment for durability analysis［J］. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics， 2000， 26（5）： 556-560 （in Chinese）.
25	赵天亮. E690钢在模拟海水中的腐蚀疲劳裂纹萌生行为及机理研究［D］. 北京：北京科技大学， 2018.
	ZHAO T L. Corrosion fatigue crack initiation behaviors and mechanisms of E690 steel in simulated seawater［D］. Beijing： University of Science and Technology Beijing， 2018 （in Chinese）.
26	隋福成，刘文珽. 飞机等幅疲劳试验载荷谱编制技术研究［J］. 机械强度， 2008， 30（2）： 266-269.
	SUI F C， LIU W T. Study on the technique of developing constant amplitude load spectrum for aircraft fatigue test［J］. Journal of Mechanical Strength， 2008， 30（2）： 266-269 （in Chinese）.
27	刘文珽. 单机寿命监控技术指南［M］. 北京：国防工业出版社， 2010： 78-84.
	LIU W T. Technical guide for single aircraft life monitoring ［M］. Beijing： National Defense Industry Press， 2010： 78-84 （in Chinese）.
28	吴富民. 结构疲劳强度［M］. 西安：西北工业大学出版社， 1985： 26-27.
	WU F M. Structural fatigue strength［M］. Xi’an： Northwestern Polytechnical University Press， 1985： 26-27 （in Chinese）.
29	陈群志，房振乾. 飞机结构日历寿命及腐蚀防护研究应关注的问题［J］. 装备环境工程， 2012， 9（6）： 72-77.
	CHEN Q Z， FANG Z Q. Consideration on some calendar life and corrosion protection questions of aircraft structures［J］. Equipment Environmental Engineering， 2012， 9（6）： 72-77 （in Chinese）.
30	鲍蕊，张建宇，郑晓玲，等. DFR腐蚀影响系数及其试验测定［J］. 北京航空航天大学学报， 2006， 32（6）： 639-644.
	BAO R， ZHANG J Y， ZHENG X L， et al. Theoretical and experimental determination of DFR-corrosion-influence-factors［J］. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics， 2006， 32（6）： 639-644 （in Chinese）.

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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

[1]	刘钟琦, 胡旭阳, 罗海宁, 王晓明, 董素君. 战斗机驾驶舱环境热舒适性仿真与优化[J]. 航空学报, 2024, 45(7): 128919-128919.
[2]	王海峰. 高性能战斗机与发动机协同设计关键技术[J]. 航空学报, 2024, 45(5): 529978-529978.
[3]	张福泽. 全机日历寿命确定及相关问题[J]. 航空学报, 2024, 45(3): 229863-229863.
[4]	苏少普, 常文魁, 陈先民. 飞机典型壁板结构剪切屈曲疲劳试验与分析方法[J]. 航空学报, 2022, 43(5): 225219-225219.
[5]	富佳伟, 于佳龙, 刘超, 王木国, 王孜孜. 隐身舰载战斗机气动力设计关键技术[J]. 航空学报, 2021, 42(8): 525804-525804.
[6]	孙聪. 从空战制胜机理演变看未来战斗机发展趋势[J]. 航空学报, 2021, 42(8): 525826-525826.
[7]	李玉海, 王成波, 陈亮, 董宏达, 管宇, 邸洪亮, 顾宇轩. 先进战斗机寿命设计与延寿技术发展综述[J]. 航空学报, 2021, 42(8): 525791-525791.
[8]	陈跃良, 陈亮, 卞贵学, 杨翔宁, 管宇, 张勇, 何刚. 先进舰载战斗机腐蚀防护控制与日历寿命设计[J]. 航空学报, 2021, 42(8): 525786-525786.
[9]	曹奇凯, 王鄢, 姚念奎, 何刚, 陈忠明, 张桂江, 田智亮, 吴新悦. 先进舰载战斗机强度设计技术发展与实践[J]. 航空学报, 2021, 42(8): 525793-525793.
[10]	张福泽. 求飞机结构真实腐蚀容限的原理和方法[J]. 航空学报, 2021, 42(5): 524457-524457.
[11]	张峻瑞, 郑锡涛, 袁林, 钟贵勇, 李国琛. 基于损伤权重的混合多钉连接件疲劳寿命预测方法[J]. 航空学报, 2021, 42(5): 524306-524306.
[12]	宋欣, 沈华, 陈龙宝, 李天玉. Weibull分布参数估计值对细节疲劳额定强度的影响[J]. 航空学报, 2021, 42(3): 224759-224759.
[13]	贾朝文, 冯兵, 鄢勃, 杨洋, 张学帅, 刘翔, 李燕平. 战斗机电子战系统架构总体设计[J]. 航空学报, 2021, 42(2): 324507-324507.
[14]	宋威, 艾邦成, 蒋增辉, 鲁伟. 内埋武器投放分离相容性的风洞投放试验预测与评估[J]. 航空学报, 2020, 41(6): 523415-523415.
[15]	李秋彦, 李刚, 魏洋天, 冉玉国, 吴波, 谭光辉, 李焱, 陈识, 雷博淇, 徐钦炜. 先进战斗机气动弹性设计综述[J]. 航空学报, 2020, 41(6): 523430-523430.

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