冀美珊 代月松 刘珺

摘  要：飞机静力/疲劳试验是飞机研制中不可或缺的环节，是对飞机强度、结构寿命与可靠性进行评定结论的重要依据。试验通过研究试验件的支持与约束、试验载荷的简化与优化、试验载荷的施加与控制、试验数据的测量与采集、试验损伤的检测与监控等方面，确保试验顺利实施。文章结合飞机静力/疲劳试验技术的发展，对试验相关技术和方法进行了分析。

关键词：静力/疲劳试验;试验加载;试验支持/约束;试验测控;无损检测

中图分类号：V216          文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）06-0149-02

1 概述

飞机静力/疲劳试验是保证飞机结构完整性的重要手段之一。在新机研制过程中，为了验证设计分析方法、检验制造工艺、保证试飞和使用安全，我国现行的军机强度规范及民用航空规章均对飞机结构（含结构部件）的强度试验作了明确的要求。

飞机静力/疲劳试验是在地面环境下模拟飞机在使用过程中可能遇到的受力状况，从而对其进行强度验证和校核。飞机静力/疲劳试验是涵盖多个学科的综合性试验，同时，试验的要求、试验件的种类和结构特点也不尽相同。

2 飞机静力/疲劳试验技术

飞机静力试验用于验证结构是否符合强度要求，对所有影响飞行安全的结构进行静力试验。飞机的各个部件在不同使用状态下有不同的环境效应，会承受不同的气动力或惯性载荷，也就是不同部件有不同的严重受载状态，静力试验实际上是对全机和每个部件及其连接结构分别进行考核。

飞机疲劳试验则是暴露结构的疲劳薄弱部位，验证疲劳分析方法的正确性;暴露经分析和研制试验未能识别出的结构危险部位、薄弱环节，为结构改进、工艺改进、飞行改型提供依据;同时获得结构的应力分布、裂纹形成寿命、裂纹扩展寿命等，以验证飞机结构是否满足耐久性/损伤容限设计目标要求[1]。

飞机静力/疲劳试验是飞机型号定型和取证的必要条件之一，为了实现飞机静力/疲劳试验的目的，需重视验证试验的总体设计和规划，对试验的项目、内容及顺序都要进行周密的设计和安排，整个试验涉及的主要技术包括试验设计、试验加载、试验支持/约束、试验测控、无损检测等。

2.1 试验设计技术

现代飞机由于使用情况复杂，导致载荷状态特别多，如民用飞机经常受到垂向突风、横向突风等，军用飞机则由于不同的作战和训练任务常受到机动载荷。飞机静力/疲劳试验设计主要是根据飞机结构设计准则、飞行任务剖面所确定的使用包线，分析、确定使用中可遇到的主要静力和动力载荷工况及其大小与分布确定，开展试验总体规划和设计方法研究，包括载荷的确定、载荷施加方式确定、试验场地布置、加载设备选择与连接、安装方案设计等任务。

2.2 试验加载技术

在全机静力/疲劳试验中，需通过一定的手段将载荷施加到飞机结构上。在飞机结构强度试验的初期，常采用重物加载的方式，随着飞机结构尺寸和载荷的增大，该方法已很少采用。目前试验中，常采用的载荷施加方法有以下几种：胶布带/杠杆系统加载、作动筒直接加载、卡板引入、拉压气垫引入、气压加载等。其中，胶布带/杠杆系统加载具有设计简单、实施方便、传载准确等特点，是国内飞机静力/疲劳试验的主要加载方式。

目前，随着试验要求的逐渐提高，真空吸盘的加载方式也逐渐应用到结构强度试验中，该方法具有不损坏飞机结构表面的优点，但由于加载力的限制，常用于小型飞机或加载力较小的试验中。

2.3 试验支持/约束技术

飞机静力/疲劳试验通常在悬空垂向支持下进行，使飞机/试验件处于合适的高度，以便有空间使飞机/试验件自由变形和安装试验加载设备。飞机悬空支持约束点应尽量远离试验主要考核部位，并尽量选在刚度较大的部位;约束点不能限制试验件变形，以免使非考核部位出现过度变形和局部破坏。

飞机支持/约束有多种方法，因考核部位不同而异。通过三个起落架将飞机悬空支持并约束是全机支持/约束的一种常用方案[2]，该方案将三个起落架通过假轮悬吊于杠杆的一端，杠杆另一端设置位移控制作动筒，在主起落架处设航向约束和侧向约束。部件级结构通常采用非标试验设备进行支持/约束。

2.4 试验测控技术

试验控制系统是飞机静力/疲劳试验的重要设备之一，它直接控制着每个施加于试验件的各载荷的大小、方向、精度及相互间的协调性，控制着各加载点载荷是否正确、精度是否满足试验要求，以及试验能力的大小和加载方式等方面。早期的机械、液压加载方式要靠人工调节载荷的大小，难以完成复杂的试验加载，特别是多通道协调加载。而随着电液伺服技术和计算机技术的发展，使得由计算机控制的多通道协调试验加载成为可能。

试验测量系统用于飞机静力/疲劳试验中的应变、位移、载荷等信息的测量与监控，其测量结果是进行结构强度分析和判定的重要依据，测量精度影响着试验的质量。应变计是测量结构应变的传感器，试验测量系统应具有实时数据远程传输与显示和试验数据实时处理分析能力，系统可根据试验情况任意组合和分离。

早期国内飞机结构强度试验均采用手动测量方式，随着电子信息技术和计算机技术的发展，原手动测量方式已逐步被全自动测量方式所取代，提高了试验测量的效率。如今，虚拟仪器技术以及光学测量技术得到了广泛的研究，是飞机静力/疲劳试验测量技术发展的方向。

2.5 无损检测技术

无损检测是获得飞机结构的损伤形成和损伤扩展规律的重要手段，早期的结构损伤检测主要采用光学-目视检查法，该方法操作简便、直观、成本低，但由于人的肉眼分辨率低，只能发现宽度较大的裂纹。

目前常规的无损检测方法包括：渗透检测、磁粉检测、超声波检测、涡流检测、射线检测等。随着新材料的应用，尤其是复合材料在飞机设计生产中的大量使用，对结构损伤检测的要求越来越高，未来飞机结构强度试验无损检测技术主要朝着更高效、更快速、自动化检测、缺陷可视化的方向发展，近年来推出了电子剪切成像技术、红外成像检测技术以及结构健康监测技术，可用于特殊的复合材料结构以及飞机结构实时监测[3]。

3 结束语

飞机结构强度技术随着我国航空工业的发展而逐步发展和提高，飞机静力/疲劳试验技术也随着我国航空工业发展的需求和科学技术的发展而不断丰富拓展，并在多个型号的研制中得到应用。目前，已经建立起以试验设计技术、试验加载技术、试验支持/约束技术、试验测控技术、无损检测技术等为核心的飞机结构强度试验体系。

而随着飞机研制水平的不断深入和提高，对结构强度质量和效率的要求也将越来越高，这就要求飞机静力/疲劳试验必须采用更先进的试验技术与方法。目前，随着计算机技术与传感器技术的快速发展，飞机结构强度虚拟试验技术、飞机结构健康监测技术也正逐步应用到飞机结构强度试验中，为我国飞机研制或改型提供技术支持与保障。

参考文献：

[1]蒋祖国，田丁栓，周占廷.飞机结构载荷/环境谱[M].电子工业出版社，2012，04.

[2]刘权良，尹伟，夏峰.飞机结构静强度试验支持方案的确定[Z].中俄航空科技學术会专辑，2012，05.

[3]张咏军，张咏红，王航宇.无损检测新技术在航空工业的应用[J].无损检测，2011（3）.