航空工业强度所前伸后延推动耐久性/损伤容限技术创新发展

董登科，现任中国飞机强度研究所专业副总师，集团公司疲劳设计和验证技术首席技术专家，享受政府特殊津贴。长期从事飞行器结构/机构疲劳、断裂、可靠性方面的研究工作，先后参与组织了多项飞机预研课题的研究工作，多个工程的强度试验技术研究工作，尤其在结构疲劳/耐久性/损伤容限/疲劳可靠性设计分析及试验技术研究方面取得了突出的成绩，多次获得国家级科技进步奖，航空 国金奖1次，预先研究立功3次，工程研制总经理特别奖4次，获得集团公司“航空科技之星”称 。

一、引言

在飞机研制中，追求“结构强”和“重量轻”的最佳平衡一直是飞机设计工作的重要内容。“重量轻”顾名思义，即是出于经济性的考虑要求飞机总重量小；“结构强”并不是越强越好，而是强而有度的强，要求飞机在服役期间结构强度必须满足静力及疲劳要求，保证飞机的有效使用寿命。为了保证飞机的结构强度要求，从设计、试验、生产、使用到运营维护各个环节都需要精益求精，航空工业强度所耐久性/损伤容限技术创新团队通过技术创新，前伸后延，为飞机结构的耐久性/损伤容限性能分析提供技术支持。

二、前伸后延打造团队

强度所耐久性/损伤容限技术创新团队是在新形势下创立的主要团队之一，始终保持着对疲劳强度技术的研究激情，怀着航空 国的热情。团队成员在科研过程中踏实肯学、同心协力，认真学习每一个技术细节，耐心解决每一项技术难题，形成了较为系统的基于疲劳强度理论的耐久性/损伤容限结构评估技术体系，并能从疲劳理论、仿真分析和试验验证等多维度解决科学和工程问题，切实做到疲劳理论和实践相结合，解决型 耐久性/损伤容限性能分析的实际问题与难题，形成了良性发展态势，为实现打造一流的飞机结构耐久性/损伤容限团队奠定了坚实基础。

合抱之木，生于毫末，九层之台，起于累土。多年来，耐久性/损伤容限研究团队不断积极进取，自强不息。在预先研究方面，团队主持和参加了包括973、国防基础科研、军/民机科研等多个预研项目，突破了多项关键技术，科研成果在多个型 研制中成功应用；在试验验证工作方面，团队承担了多个型 军机及民机的耐久性/损伤容限试验验证工作，在国内地面疲劳试验方面积累了宝贵的经验，具备从元件到全尺寸大部件的积木式静力/疲劳验证体系试验能力；团队在预研和试验两个领域持续创新，总结凝练，出版了一批实用的耐久性/损伤容限设计分析手册指南，如《飞机结构可靠性分析与设计指南》《航空结构连接件疲劳分析手册》《民机结构耐久性与损伤容限设计指南》等，这些手册指南有力地支撑了多个飞机型 的分析评估；团队还编译了《飞机金属结构复合材料维修技术》，并作为“十三五”国家重点图书出版规划，由航空工业出版 出版，得到了各大主机厂所的高度认可。

面对新形势、新常态下飞机耐久性/损伤容限技术发展的新趋势，团队积极开展业务新领域，前伸后延，与多家科研院所及企业开展技术合作，先后与青岛四方、商发制造等多个单位签订合同，拓展了飞机耐久性/损伤容限技术的应用领域，为国防军工技术的推广和应用开阔了不同领域。

三、创新驱动提技术

“苟日新，日日新，又日新”，团队一直重视创新，鼓励创新，保持着积极的探索精神。在某项预研课题中，摩擦焊接工艺激起了大家的研究热情，强度所组织团队成员集智攻关，大家群策群力，提出了影响摩擦焊接头性能的工艺参数量化因子，支持了焊接热处理工艺规范的制定，形成了可靠性分析方法，并研制了摩擦焊接头性能及可靠性评估软件；在壁板结构疲劳分析方法上，团队基于疲劳强度提出了整体壁板结构耐久性/损伤容限设计分析方法，在国内首次揭示了整体结构力学参量和结构细节几何参量对疲劳性能的影响规律，形成了裂纹扩展路径控制技术及损伤容限分析方法，并且根据飞机载荷谱特点，采用不同寿命区间细节疲劳特征值方法形成了统一的耐久性分析方法；在飞机结构疲劳试验中，由于壁板形式多样，受载情况复杂，传统的壁板加载装置存在加载精度低、浪费资源及加载频率低等问题，壁板试验装置的研发刻不容缓，团队刻苦钻研，突破了多种载荷干涉分离、复杂边界准确模拟和一体化平衡设计等关键技术，解决了用壁板代替全尺寸机身进行试验的技术难题，形成可实现拉伸、压缩、剪切和内压等多种载荷的壁板静力/耐久性/损伤容限试验装置，目前团队已经研制了8套壁板试验装置，成功应用于多个型 飞机的壁板试验，研究成果填补国内空白，水平达到国际领先。

“问渠那得清如许，为有源头活水来”，持续的创新力是团队保持活力的不竭源泉，团队创新成果获得了工信部的多项奖励，更是有力支持了航空工业强度所2019年国家科学技术进步二等奖的成功申 。

四、支撑型 创方法

耐久性/损伤容限技术创新团队不忘初心、牢记使命，始终担负着团队的使命与责任，在型 试验上争分夺秒，力保节点，精益求精，为型 研制任务交上一份满意的答卷。襟缝翼机构是飞机高升力系统的主要组成部分，用于起飞或着陆时提高升力，提高各种飞行状态下飞机的机动性。一旦发生失效，轻则影响飞机任务正常完成，重则导致严重的安全问题，因此襟缝翼机构试验的重要性不言而喻。ARJ21-700型支线客机的襟缝翼可靠性评估试验落在了团队成员的肩上，试验要求实现运动过程中翼面加载和功能验证，需要完成4倍设计目标寿命疲劳试验，并且每2000次起落就要无损检测。团队成员攻坚克难，解决了一个又一个技术难题，保证试验可靠进行；试验共历时五年时间，由于运动机构可靠性试验自身的随机性和复杂性，试验过程中出现了各种复杂状况，大家集智反复分析模拟，总结提炼，跨专业协同合作，以谨慎负责的职业态度为襟缝翼可靠性试验保驾护航。辛勤的汗水，总会有丰厚的回 ，团队创造性地发明了采用拉压垫单点双作动筒随角度变化而调整载荷大小的随动加载及控制技术，确保了试验过程中气动载荷的随动加载；此方法简单易行，实施方便，可推广到其他同类型 试验随动加载中，多家单位先后咨询调研可动机构试验加载方案，形成了“一处搭台，多处唱戏”技术延伸效应，团队以该试验为契机，深入开展襟缝翼运动机构机理研究，申请研究院创新基金一项，强化专业发展之路。

全机静力试验和全机疲劳试验是两项重要的地面验证试验，特别是全机疲劳试验旷日持久，严重影响了飞机研制周期。Y7飞机疲劳耐久性/损伤容限试验从上世纪60年代就着手准备疲劳试验，70–90年代先后完成多个部件的可靠性试验，整个飞机结构疲劳试验共经历了30多年的漫长历程；Y8C全机疲劳试验则横跨两个世纪共历时8年多时间。ARJ21-700型飞机是我国拥有自主知识产权的支线客机，根据常规的全机疲劳试验进度，预计需要7-8年时间，这将严重影响飞机的交付使用；MA600飞机是我国先进的涡桨发动机支线客机，其疲劳要求4倍疲劳试验，2倍损伤容限试验，按照现在的试验技术水平估计也需要8年时间左右，漫长的试验周期同样对该型飞机研制影响较大。欧洲空客公司A380飞机从2005年9月1日开始，26个月即完成了全机疲劳试验，时间的缩短缘于空客公司采用了疲劳加速试验技术；美国波音公司B777尾翼结构在适航疲劳试验中也同样放大了试验载荷，缩短了疲劳试验周期。

如何有效缩短疲劳试验周期，加快飞机试验进度成了摆在耐久性/损伤容限团队前的一个难题。团队迎难而上，谋篇布局，依托民机科研项目的支持，厚积薄发，提出了针对载荷谱处理的疲劳加速技术，并将该项技术应用于ARJ21-700飞机的全机疲劳试验中，将试验速率由最初的40起落/24小时增加到现在的90起落/24小时，大大提高了试验进度；该技术在MA600飞机中的应用也同样将试验速率由48起落/24小时提高到90以上起落/24小时，全机疲劳寿命较以往提速近1倍，试验周期也缩短近一半。团队圆满地完成了疲劳试验加速任务，从型 中来，到型 中去，并将矢志不渝地在型 任务中绽放光彩。

五、以国际视野促人才培养

多年来，耐久性/损伤容限技术团队始终保持国际视野，密切关注国内外疲劳专业发展和动态，注重人才培养，加强国际学术交流合作。航空疲劳与结构完整性（ICAF）中国分会办公室在航空工业强度所正式成立就是团队善于“走出去”的生动阐释。ICAF是“国际航空疲劳与结构完整性委员会”的简称，它是由疲劳、断裂、损伤容限及结构完整性领域内的专家组成的国际权威专业组织。自1959年以来，每两年举办一次国际会议，参加人员涵盖全世界相关的大学、研究院所、工业部门、飞机供应商、军事专家及政府咨询人员等，是一项权威的学术大会。强度所组织人员与ICAF会务组积极接洽，以精彩的国家 告及精湛的专业素养给国际同行留下了深刻的印象，其后在2015年6月赫尔辛基举行的ICAF2015国际会议上，我国被正式批准为第15个成员国，同年年底，中国分会办公室在航空工业强度所成立。至今，团队已经连续参加三届国际会议和两届国内年会，在国内学术界和业界取得了强烈的反响，并将在明年在西安举办ICAF2021国际会议。另外团队选派骨干成员赴英国帝国理工大学和诺丁汉大学学习深造，鼓励成员向世界一流大学学习，时刻跟进世界前沿技术发展动向。

在技术领域方面，团队同样践行“走出去”的理念。团队先后出访德国Zwick公司、德国FFT公司、荷兰MOOG公司，就加载系统的适用范围和结构/机构可靠性试验控制要求进行了交流；另外和俄罗斯中央空气流体动力研究院（TsAGI）签订了国际合作项目，针对典型飞行剖面选取、疲劳载荷谱处理等技术进行了深入的技术合作。团队通过对外交流，保持了开阔的国际视野，为团队发展提供了崭新的思路和方向。

六、小结

创新是一个民族的灵魂，也是强度所生存发展的保证，强度所作为我国的唯一的飞行器强度与鉴定中心，耐久性/损伤容限技术团队始终坚持“不忘初心，牢记使命”的强烈责任感，以发展疲劳技术为己任，以飞机型 任务为使命，坚持创新，在疲劳前沿计划研究领域不断取得新突破，成为青年才俊建功立业的用武之地，成为新时代下航空工业耐久性/损伤容限领域的排头兵，用高水平的创造力推动强度所向世界一流研究所发展，为建设航空强国贡献力量。