非洲國際快遞-解密新舟700（二）：新舟700飛機(jī)結(jié)構(gòu)長壽命設(shè)計
| 作者：飛時達(dá)國際快遞公司 | 2021-10-02 16:33:37 閱讀數(shù)：2066 |
【編者按】新舟700飛機(jī)，是新舟系列渦槳支線飛機(jī)的最新產(chǎn)品，定位于承擔(dān)800公里以內(nèi)中等運量市場的區(qū)域航空運輸業(yè)務(wù)，能夠適應(yīng)高原高溫地區(qū)的復(fù)雜飛行環(huán)境和短距頻繁起降。據(jù)最新消息，新舟700飛機(jī)預(yù)計于2020年1月總裝下線。作為我國完全自主研發(fā)的新一代支線渦槳飛機(jī)，新舟700依托的關(guān)鍵性技術(shù)有哪些？又實現(xiàn)了哪些重大的突破和創(chuàng)新？11月22日起，民航資源網(wǎng)推出系列報道，解密新舟700背后的“硬核技術(shù)”。系列報道第二篇，帶您解析新舟700飛機(jī)結(jié)構(gòu)長壽命設(shè)計。
輕重量、長壽命、高可靠性結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)是飛機(jī)運營安全性、經(jīng)濟(jì)性的重要保障，是現(xiàn)代民機(jī)設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)之一。長壽命與輕重量是結(jié)構(gòu)設(shè)計的一對矛盾，長壽命結(jié)構(gòu)不能以犧牲重量為代價，需要綜合權(quán)衡。而實現(xiàn)結(jié)構(gòu)長壽命，需在飛機(jī)研制和運營的全壽命周期中，綜合考慮材料、設(shè)計、工藝、使用和維護(hù)等諸多因素，運用耐久性和損傷容限設(shè)計技術(shù)全面分析評定，給出設(shè)計和使用具體要求。
為了參與國際競爭，除了滿足適航規(guī)章要求外，新一代渦槳支線飛機(jī)新舟700結(jié)構(gòu)設(shè)計，要求其設(shè)計壽命指標(biāo)達(dá)到世界先進(jìn)水平。從概念研發(fā)階段開始，設(shè)計團(tuán)隊就全面貫徹抗疲勞設(shè)計思想，采用抗疲勞設(shè)計和工藝措施，開展多輪分析和大量研發(fā)試驗，從而為實現(xiàn)長壽命結(jié)構(gòu)提供了保證。
頂層規(guī)劃，全壽命周期控制
結(jié)構(gòu)使用壽命控制工作貫穿于飛機(jī)整個研制和使用全壽命周期，需要有全面、詳細(xì)的頂層規(guī)劃和控制方案，否則難以實現(xiàn)長壽命的安全使用。在新舟700飛機(jī)研制初期，設(shè)計團(tuán)隊結(jié)合民機(jī)研制流程，全面規(guī)劃了初步設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計、試制與驗證、批量生產(chǎn)等階段飛機(jī)全壽命周期內(nèi)相關(guān)工作，制定了耐久性和損傷容限設(shè)計控制大綱。從材料選擇、結(jié)構(gòu)布置、細(xì)節(jié)設(shè)計、防腐設(shè)計、維修設(shè)計等影響使用壽命的各個方面進(jìn)行了詳細(xì)要求，針對各類結(jié)構(gòu)規(guī)定了具體設(shè)計、評定準(zhǔn)則。與多位國內(nèi)外知名行業(yè)專家進(jìn)行了廣泛交流，跟蹤研究了適航規(guī)章要求的變化，對最新廣布疲勞損傷有效性限制要求進(jìn)行深入研究，制定了相關(guān)設(shè)計控制要求和評定流程方法。
精細(xì)設(shè)計，全面詳細(xì)分析
影響結(jié)構(gòu)使用壽命的因素有很多種，需要從各個方面進(jìn)行系統(tǒng)的考慮。在新舟700飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，設(shè)計團(tuán)隊根據(jù)受載情況確定出結(jié)構(gòu)疲勞敏感區(qū)域，選用抗疲勞和損傷容限性能優(yōu)異的材料，并對這些區(qū)域提出了總體應(yīng)力水平控制要求。新舟700飛機(jī)機(jī)身截面是由不同半徑的上、下圓弧加中間小圓弧過渡構(gòu)成，該過渡區(qū)結(jié)構(gòu)和受力非常復(fù)雜，是以往同類飛機(jī)最薄弱的部位，在試驗和使用中經(jīng)常出現(xiàn)裂紋，就該問題，設(shè)計團(tuán)隊在飛機(jī)概念設(shè)計階段進(jìn)行了重點研究，通過分析發(fā)現(xiàn)上、下圓弧交點及過渡圓弧半徑對該區(qū)域應(yīng)力分布有很大影響，為此以交點位置和半徑為可變參數(shù)，建立900多套細(xì)節(jié)模型尋找應(yīng)力變化規(guī)律，最終確定了機(jī)身截面最優(yōu)過渡參數(shù)，之后又對該區(qū)域結(jié)構(gòu)進(jìn)行了細(xì)節(jié)優(yōu)化，并開展了等直段疲勞和損傷容限試驗研究驗證。由于出現(xiàn)疲勞裂紋的部位都在結(jié)構(gòu)幾何發(fā)生變化的細(xì)節(jié)位置點，如開孔、缺口、臺階等，而這種細(xì)節(jié)點在飛機(jī)結(jié)構(gòu)上是數(shù)以萬計的，如一塊機(jī)身壁板上就多達(dá)數(shù)百個，分析團(tuán)隊針對每一個這種細(xì)節(jié)點都開展了詳細(xì)的分析。由于分析工作量巨大，分析團(tuán)隊編制了一系列可批處理的計算輔助工具，極大提高了分析效率，并保證了分析質(zhì)量。
制造細(xì)節(jié)控制，采取多項強(qiáng)化措施
制造過程對結(jié)構(gòu)使用壽命也有非常重要的影響，合理選用工藝措施可以極大地提高結(jié)構(gòu)壽命。在新舟700飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計中，對制孔工藝、鉚接工藝、倒角、光潔度等都在結(jié)構(gòu)數(shù)模中進(jìn)行了明確的標(biāo)注和要求，并由專業(yè)團(tuán)隊對影響壽命的細(xì)節(jié)進(jìn)行逐一詳細(xì)審查。對壁板類鉚接結(jié)構(gòu)，如機(jī)身壁板、機(jī)翼壁板，廣泛采用自動鉆孔鉚接工藝，提高鉚接質(zhì)量；對重要的承力結(jié)構(gòu)，如機(jī)翼下壁板蒙皮、加強(qiáng)框、重要接頭等，還采用了噴丸強(qiáng)化工藝；對主要傳力結(jié)構(gòu)的連接孔，如翼梁與壁板連接、機(jī)翼對接等，采用開縫村套冷擠壓工藝。這些工藝措施將對提高結(jié)構(gòu)抗疲勞性能起到很大作用。
開展大量積木式試驗研究驗證
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