山东太古飞机工程有限公司 山东省济南市 250000
摘要：飞机生产和使用中会遇到各种各样的损伤问题，需要设计人员去解决，帮助工厂完成生产任务及保障外场飞机使用。损坏结构的补强，需要强度专业重新进行强度评估，目的是保证结构的处理满足强度要求。在损伤处理中，强度评估时需要根据具体情况，从不同角度去考虑问题。
关键词：飞机结构强度；充压试验；风险
引言
国飞机强度研究所是我国航空工业唯一的飞机强度鉴定与验证的地面试验专业机构。根据试验与研究需要，设置了飞机静力与疲劳、结构动强度与航空声学、结构热强度、结构损伤监测技术、金属材料疲劳与损伤容限、复合材料结构性能、全机气候环境等试验室，配备了具有国际先进水平与国内领先水平的“MTS伺服协调加载系统”“飞机地面振动试验系统”、起落架落震、摆振试验系统、振动与冲击试验系统、航空声学试验系统以及热强度试验系统。
1飞机结构强度充压试验风险分析
在飞机结构强度试验中，采用合理的加载方式是试验高质量完成的前提和保证。多轮多支柱起落架形式的飞机，其主起落架由多个独立或者相互交错的单支柱起落架组合而成，各起落架支柱层叠式布局。起落架作为飞机的主要承载部件，对其结构强度考核则显得尤为重要，它主要承受航向、侧向和垂向的载荷。由于多轮多支柱起落架在航向为串列式布置且空间狭小，各起落架航向加载力线重叠，且通常存在前后双向载荷，造成处于中间部位的航向载荷极难施加，给起落架的考核造成极大困难。现有飞机结构强度试验中，由于多支柱起落架空间限制，各试验工况分批次进行，通过换装来完成所有起落架的强度考核，若起落架较少，则采用复合杠杆等常规软式连接方案即可实现。同时若起落架数量较多，则常规方案会造成加载系统庞大且复杂，加载效率及可靠性降低。且对于某些试验，所有试验加载点需要一次安装到位，各起落架需要施加拉压双向交变载荷，常规加载方案则较难实现。因此，针对多轮多支柱起落架的结构考核，采用一种能够方便施加所有起落架拉压双向交变载荷的方案则尤为重要。
2飞机结构强度充压试验风险处理相关技术
在全尺寸飞机结构强度试验中，对于空间密闭、载荷均布、有气密要求的飞机结构多采用充压加载方式进行强度验证，如座舱、进气道、油箱、机体增压仓结构等。与通过液压作动器施加的外部载荷不同，在充压试验中，由于高压力或大空间压缩气体蕴含较大的能量，试验件在高载破坏时瞬间释放的能量会带来极大的试验风险。
2.1降低高能压缩充压气体能量
充压气体的能量是造成试验件过度破坏及试验风险的根源。为降低充压气体能量，可从充压值和充压体积两方面进行研究。降低充压值可采取配载设计方案。如对于座舱类结构，可在外部施加辐射载荷降低内部压力;对于油箱结构，可在外部施加压载抵消内部压力等。外部配载设计，根据飞机结构外形及配载载荷分布确定载荷处理方案，并根据载荷处理结果误差对方案进行调整，直至误差满足试验要求。对于外表面构型复杂的结构，根据三维模型进行配载夹具设计，使夹具较好地匹配结构外形，提高配载精度。降低充压体积可采用对充压空间进行预先填充的技术手段来降低试验风险。根据充压结构是否为常封闭状态，填充方式分为泡沫填充和注水填充。泡沫填充用于机身、座舱、进气道等可开启结构，在封闭或试验前对其内部空间进行填充。注水填充用于油箱等试验件，出厂前即完成结构封闭的空间填充，通过在油箱上预设专用接头实现充水填充。
2.2三阀联动充压试验保护技术
针对小空间充压试验易发生超差保护的问题，采用储气罐连接于充气台及充压试验件之间，起稳压作用。同时，为了防止试验件高载破坏时储气罐气源对试验件造成二次破坏，提出了三阀联动充压试验保护技术，其具体实施方式为:在起稳压作用的储气罐上安装气动蝶阀，保持常闭状态，在储气罐与试验件之间安装气动蝶阀，保持常开状态，同时通过连接三通，安装气动蝶阀，保持常闭状态。在充压情况下，储气罐与座舱间气动蝶阀为常开状态，其余两个气动蝶阀为常闭状态，试验正常充压。
当出现应急卸压情况时，常开状态气动蝶阀更改为关闭状态，断开储气罐及试验件之间的连接，及时停止充压，两个常闭状态气动蝶阀更改为打开状态，分别使得储气罐及试验件能够及时排气，保证试验安全。
2.3预先危险性分析方法
预先危险性分析是在一项工程活动（如设计、施工、生产）之前，首先对系统存在的危险作宏观概略的分析。这种方法对可能出现的危险类别、危险发生的条件及可能造成的后果作出大概的分析，其目的是判别系统的潜在危险，确定危险等级，防止采用不安全的技术路线，使用危险性物质、工艺和设备等。如果必须使用时，也可以从设计和工艺上考虑采取安全措施，使这些危险性不致于发展成为事故。它可避免由于考虑不周而造成事故损失。预先危险性分析的步骤包括危害辨识，确定可能发生的事故类型，针对已确定的危险、有害因素，制定预先危险性分析表，确定危险、有害因素的危害等级，制定预防事故发生的安全对策措施。
2.4精细化结构气密处理
为了提高充压结构的气密性，结构气密处理可分三个步骤:
(1)试验件出厂前内部气密处理。在试验件部装过程中对结构接缝处、铆钉处、测量线缆出口等易漏气的部位进行气密处理，并在试验件部装完成后按照相关技术文件要求做气密检查(气密检查压力小于试验压力值)，合格后方可出厂。
(2)充压试验前进行外部气密处理。在充压试验前，进行结构封闭工作，如进气道堵板安装等，并对充压结构外部对缝及铆钉等部位进行外部气密处理。
(3)试验调试过程中的气密处理。由于试验载荷远高于气密检查载荷值，前期通过气密检查的结构在试验中可能发生明显漏气现象，需对漏气部位进行定位及二次气密处理。
通过上述气密处理步骤，可以有效减少漏气现象的发生，降低气密原因造成试验失败的风险，保证充压试验的顺利进行。
结语
飞机结构强度充压试验具有较高的试验风险，主要来源于试验自身性质、控制及设计难度大以及对试验件要求高等因素。针对充压试验风险的技术方案包括充压气体降能、三阀联动保护技术、相关设计技术及气密处理等，通过上述技术方案的结合应用，可有效保证充压试验的顺利进行。以上技术方案在多个型号试验中得到了成功应用。随着新研飞机采用更多新材料及新构型的发展趋势，充压试验技术在试验设备、控制、设计及实施等方面仍需提高，以满足新的试验需求。
参考文献
［1］中国飞机强度研究所．航空结构强度技术［M］．北京:航空工业出版社，2013:366－368．
［2］高利娃，李晓宁，张伟，等．大容积飞机结构并接充压试验技术［J］．工程与试验，2016，56(3):79－82．
［3］崔明．飞机结构强度试验中充压试验的安全保护措施［Ｒ］．中国飞机强度研究所，2011．
［4］朱杰．复杂结构充压试验控制方法及其安全保护措施［J］．工程与试验，2018，58(1):86－89．
［5］中国人民解放军总装备部．军用飞机强度和刚度规范第9部分:地面试验:GJB67．9A－2008［S］，2008．
［6］中国航空工业集团公司．飞机结构静力试验要求:Q/AVIC04028－2015［S］，2015．
［7］王凤山．飞机结构强度试验使用指南［M］．西安:中国飞机强度研究所，2007．
［8］张兆斌，李明强，李健．大型运输机全机静力试验总体规划与实施研究［J］．航空科学技术，2015，26(10):25－27．