輕型通用飛機結構強度適航驗證技術研究

楊 康 郭向群 項 松

（沈陽航空航天大學，遼寧 沈陽110136）

隨著我國經濟的發展，公務飛行、商用飛行、空中游覽、私人駕照培訓，正受到越來越多人的青睞，有了足夠大的市場需求，這必然導致為之提供服務的領域呈現快速發展的局面。據測算，通用航空及其帶動的產業將形成一個萬億人民幣以上的市場容量，通用航空將成為我國繼汽車之后的有一個朝陽性的龍頭產業。但是飛機的設計和研制是一個龐大而復雜的過程，尤其是飛機結構強度試驗，而輕型通用飛機卻不同于軍用飛機和大型民航客機，軍用飛機和大型民航客機會有繁瑣的試驗前期準備工作，將消耗巨大的人力和財力，造成飛機研制周期的延長，輕型通用飛機的研制講究的是研制周期短、研制成本低，這也是輕型通用飛機研制過程中的關鍵技術點和非常重要的指導思想。

1 飛機靜力試驗概述

飛機結構靜力實驗的目的在于：1）確定結構在一定靜載荷作用下的應力分布和變形形態；2）確定結構的剛度和穩定性；3）確定結構的最大承載能力，即強度；4）從承力的角度評價結構承受靜載荷的合理性；5）驗證理論分析和計算方法的可靠性，或由實驗提出新的理論和計算方法。

結構靜力實驗同理論分析和計算一般是互相驗證、互為補充的，但有時由于結構的復雜性和受力的特殊性而無法進行準確的理論分析或計算，結構靜力實驗就成為確定結構強度、剛度或穩定性的唯一的方法。

2 適航審定性研究

由于飛機的結構強度對飛機飛行安全的重要性，因此，世界各國的飛機適航審定部門對飛機的設計和性能都有明確的規定。目前，國內對輕型飛機的適航標準借鑒的是美國頒布的適航規范ASTM F2245-11《輕型運動飛機的設計和性能的標準規范》，其中對飛機結構強度要求有明確的條款規定：1）第5.1.1.1條：強度要求以限制載荷（使用中預期的最大載荷）和極限載荷（限制載荷乘以規定的安全系數）來表示。2）第5.1.3.1條：結構必須能承受限制載荷而無有害的永久變形；在直到限制載荷的任何載荷作用下，變形不得妨害安全運行。3）第5.1.3.2條：結構必須能夠承受至少三秒鐘的極限載荷。

對飛機結構的靜力試驗要求如下：第X2.1條：機翼對稱載荷試驗；第X2.3條：機翼非對稱載荷試驗（包括：剪切、扭轉）；第X2.4條：后機身載荷試驗（包括：對稱水平尾翼載荷、垂直尾翼載荷）；第X2.5條：前機身載荷試驗。

根據以上適航條款對飛機結構強度的要求可以看出，飛機適航審定工作更關注的是飛機結構強度試驗，而不是理論分析，理論分析只能作為參考。

3 國內外適航驗證情況

國外適航審定工作起步較早，飛機結構強度適航驗證方面經驗豐富，另外，全尺寸結構靜力試驗比較復雜，從40年代開始全尺寸結構靜力試驗都通過杠桿系統加載，并采用多點協調加載系統，保證各加載器能按預定比例加載，在結構破壞時能自動卸載，以避免破壞部位的繼續擴大；目前，國內外的靜力試驗已采用電子計算機控制的電動液壓伺服系統自動閉合回路協調加載系統，有多個加載器、幾百個加載點、幾百個測量通道、幾千個應變片，從而導致整個飛機靜力試驗設備復雜、龐大、成本高昂。而一般輕型飛機僅用專用夾具對機翼或相應結構進行試驗，隨著飛機更改需不斷制造新的夾具，且不易進行不同受載情況的綜合試驗。同時不易滿足試驗部件的邊界約束條件要求。

在國內，輕型通用飛機的研制也取得了巨大的成就，也衍生出了不少關于輕型通用飛機結構強度試驗的成果。由沈陽航空航天大學與遼寧通用航空研究院聯合研制的“銳翔”輕型電動飛機（見圖1）是國內第一款以ASTM F2245-11作為適航審定基礎并且已經成功取得適航證書的復合材料雙座電動輕型飛機。根據適航條款要求的飛機結構靜力試驗內容，研制出了輕型飛機靜力試驗臺并且已經成功的應用到了的適航取證工作中。該試驗臺能根據飛機實際的力的傳遞情況，調整固定支撐桿的位置，對飛機相應部分的位置固定，施加約束，然后再對試驗考核部位施加載荷，從而真實的模擬飛機在空中飛行時的受力情況?？蛇M行輕型飛機的全機試驗中機翼、平尾、垂尾加載等試驗項目，試驗所需設備、器材少，降低了試驗成本，大大減少了靜力試驗前期繁瑣的試驗準備工作，縮短了試驗準備周期，符合輕型小飛機研制過程中成本低廉的要求。

4 關鍵技術研究

飛機結構強度靜力試驗是飛機適航審定工作中不可或缺的部分，為了減少輕型通用飛機在試驗中的成本，大大減少靜力試驗前期繁瑣的試驗準備工作，縮短試驗準備及研制周期，必須根據輕型通用飛機的特點，研制出多功能靜力試驗臺，才能符合輕型小飛機研制過程中成本低廉、周期短的要求。

用于輕型通用飛機靜力試驗的多功能試驗臺設計要求包括：1）結構簡單；2）成本低廉；3）操作方便；4）功能多樣，能滿足全機試驗，也能滿足部件級試驗（包括：機翼、平尾、垂尾等）；5）能采集試驗數據，試驗數據包括應變、位移。

5 結束語

由于國內通航產業起步較晚，輕型飛機的適航審定工作經驗不足，因此要多吸取國外適航審定成功經驗；國內，“銳翔”輕型電動飛機結構強度適航審定成果，可以為國內其他通用飛機研制單位提供一個很好的借鑒。盡管國內在飛機適航審定方向上起步較晚，相比國外還有很長的路要走，但隨著我國國內低空空域的逐步開放，國家對通航產業的不斷鼓勵和政策上的支持，根據我國的實際國情，借鑒國外的適航審定經驗，我國的通航產業必將迎來大好的機遇。

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