用創(chuàng)新打造直升機(jī)疲勞設(shè)計(jì)的生命——記直升機(jī)所強(qiáng)度設(shè)計(jì)室動(dòng)強(qiáng)度組

□ 蔡 培 韓景昌

在中航工業(yè)直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所活躍著這樣的一個(gè)小組，他們?cè)谛砑捌鹇浼莒o強(qiáng)度、全機(jī)疲勞、空測(cè)等領(lǐng)域自由馳騁，不僅為我國(guó)多個(gè)直升機(jī)機(jī)型進(jìn)行了疲勞設(shè)計(jì)并為之定壽，保證了在役直升機(jī)的飛行安全，有力地加強(qiáng)了我空中力量，產(chǎn)生了顯著的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和軍事效益，被譽(yù)為直升機(jī)壽命的設(shè)計(jì)者。

疲勞斷裂是國(guó)際公認(rèn)的難題，涉及的因素多，如材料、設(shè)計(jì)、工藝、試驗(yàn)、使用情況等等都會(huì)對(duì)使用壽命產(chǎn)生影響，造成疲勞斷裂，影響直升機(jī)安全。近年來(lái)，動(dòng)強(qiáng)度組不斷轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)計(jì)理念，把提升技術(shù)創(chuàng)新能力擺在突出的位置，由疲勞定壽到疲勞設(shè)計(jì)，邁出了跨越性的一大步，使直升機(jī)的安全壽命得到大幅度的提高，解決了多年來(lái)困擾部隊(duì)正常使用的壽命問(wèn)題；并在我國(guó)研制的大型航天載人離心機(jī)和風(fēng)力發(fā)電機(jī)等領(lǐng)域的疲勞定壽中應(yīng)用和推廣，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

直升機(jī)疲勞定壽工程始于直八，是一項(xiàng)非常具有開創(chuàng)性的工作，試測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確與否，將直接影響飛機(jī)的飛行安全。為此，動(dòng)強(qiáng)度組攻關(guān)團(tuán)隊(duì)夜以繼日地刻苦攻關(guān)，用了3年時(shí)間，完成了從制定技術(shù)方案、疲勞試驗(yàn)、載荷測(cè)量、載荷譜編制到壽命評(píng)定的全過(guò)程。

技術(shù)創(chuàng)新是永恒的主題，疲勞技術(shù)也在不斷發(fā)展。為擺脫受制于人的被動(dòng)局面，獲得自主發(fā)展的主動(dòng)權(quán)，動(dòng)強(qiáng)度組依靠技術(shù)攻關(guān)和創(chuàng)新不斷突破疲勞設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù).在CMH的國(guó)際合作中，該組成功將直升機(jī)疲勞工作從“疲勞評(píng)定”轉(zhuǎn)變?yōu)椤捌谠O(shè)計(jì)”。此后，在項(xiàng)目研制過(guò)程中，疲勞設(shè)計(jì)技術(shù)日趨成熟，該組通過(guò)進(jìn)行大量開創(chuàng)性綜合分析對(duì)比研究，準(zhǔn)確把握疲勞核心環(huán)節(jié)，著力突破制約直升機(jī)疲勞技術(shù)發(fā)展的瓶頸技術(shù)，采用理論分析、實(shí)踐檢驗(yàn)相結(jié)合的設(shè)計(jì)理念，開創(chuàng)性地引入打樣設(shè)計(jì)載荷和多載荷多點(diǎn)協(xié)調(diào)試驗(yàn)法，進(jìn)行主槳轂中央件、支臂等關(guān)鍵件疲勞設(shè)計(jì)、驗(yàn)證工作；為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、驗(yàn)證提供了有力依據(jù)；通過(guò)“疲勞設(shè)計(jì)”，直升機(jī)中央件等多個(gè)部件疲勞壽命提高了數(shù)十倍。

在多年的實(shí)踐中，動(dòng)強(qiáng)度組發(fā)展了一套先進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)全范圍S-N曲線評(píng)定技術(shù)；并在大量分析飛行實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，尋找規(guī)律、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提出一套充分反映直升機(jī)動(dòng)部件實(shí)測(cè)載荷分布的頻數(shù)加權(quán)帶置信度水平的實(shí)測(cè)載荷譜國(guó)際首創(chuàng)編譜方法，解決了直升機(jī)載荷譜編制技術(shù)關(guān)鍵，并采用壓縮低周保載時(shí)間和全范圍損傷等效的機(jī)體結(jié)構(gòu)加速疲勞試驗(yàn)譜編制方法，解決了飛行任務(wù)剖面確定和實(shí)測(cè)載荷處理、載荷等效和載荷驗(yàn)證等技術(shù)難點(diǎn)，其加速試驗(yàn)技術(shù)也使得疲勞試驗(yàn)周期也由正常8年的2萬(wàn)多試驗(yàn)機(jī)時(shí)，縮短到2年不足4000試驗(yàn)機(jī)時(shí)，減少了6年的試驗(yàn)周期。

在對(duì)多種直升機(jī)的疲勞設(shè)計(jì)過(guò)程中，該組取得了多個(gè)創(chuàng)新成果，其疲勞設(shè)計(jì)的Sizing-load載荷法、復(fù)合材料槳葉強(qiáng)度一體化設(shè)計(jì)方法等數(shù)十項(xiàng)技術(shù)在國(guó)內(nèi)處于領(lǐng)先地位。該組提出在相近成熟機(jī)型、結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行疲勞性能和載荷橫向?qū)Ρ确治觯_定結(jié)構(gòu)尺寸，通過(guò)采用打樣設(shè)計(jì)載荷確定復(fù)雜關(guān)鍵件疲勞試驗(yàn)的方案在實(shí)踐過(guò)程中得以驗(yàn)證，這套理論為多個(gè)機(jī)型疲勞設(shè)計(jì)成功發(fā)揮了重要的作用。

目前，動(dòng)強(qiáng)度組擁有了一支老中青結(jié)合、以青年科技骨干為主的高水平的科研設(shè)計(jì)隊(duì)伍，取得了以兩項(xiàng)國(guó)防獎(jiǎng)為代表的一批科研成果，在各型號(hào)中先后有20人次立功。他們編制的十余本企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)提高直升機(jī)疲勞技術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)直升機(jī)產(chǎn)業(yè)跨越發(fā)展起到了重要的作用。