【導(dǎo)讀】至70年代中國(guó)空軍的主力殲擊機(jī)，可以用于國(guó)土防空和奪取前線局部制空權(quán)，亦可執(zhí)行一定的對(duì)地支援任務(wù)。殲-6飛機(jī)是根據(jù)前蘇聯(lián)的米格－19仿制和發(fā)展的。1958年初開(kāi)始試制，原。型機(jī)于1958年12月首次試飛，殲-6飛機(jī)1960年投入批生產(chǎn)。殲-6飛機(jī)尺寸小、重量輕、推重比大、機(jī)動(dòng)性好，適于近距格斗空。飛機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用維護(hù)方便，價(jià)格便宜，是世界上同類飛機(jī)中最便宜的。殲-6飛機(jī)除裝備中國(guó)空、海軍外，還向國(guó)外出口。

　　

【正文】 一旦裂紋產(chǎn)生，其擴(kuò)展速率較快，對(duì)結(jié)構(gòu)的安全壽命有很大影響，對(duì)飛機(jī)的飛行安全是極大的隱患。因此用強(qiáng)度適中，韌性較強(qiáng)的合金鋼代替 30CrMnSiA高強(qiáng)合金鋼，并采用合理的止裂措施，以減弱結(jié)構(gòu)的安全隱患。 七 機(jī)翼設(shè)計(jì) 飛機(jī)結(jié)構(gòu)的綜合設(shè)計(jì)技術(shù)來(lái)源于飛機(jī)的使用要求與實(shí)踐，通過(guò)不斷的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，對(duì)飛機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)提出更高、更新以及越來(lái)越趨于綜合設(shè)計(jì)的技術(shù)要求，長(zhǎng)壽命、高可靠性、低生產(chǎn)成本與良好的技戰(zhàn)術(shù)性能、良好的經(jīng)濟(jì)性與維修性等技術(shù)要求成為飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中極其重要且又必須滿足的技術(shù)指標(biāo)。另一方面，長(zhǎng)期的飛機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)踐，人們總結(jié)出許多寶貴的設(shè)計(jì)理論與經(jīng)驗(yàn)，并逐步形成了設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與規(guī)范，使得這一大規(guī)模的設(shè)計(jì)活動(dòng)規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化。在通常的飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，常用的規(guī)范有靜強(qiáng)度、穩(wěn)定性設(shè)計(jì)，氣動(dòng)彈性和剛度設(shè)計(jì)要求，安全壽命設(shè)計(jì)方法以及損傷容限、 耐久性設(shè)計(jì)方法等。 在這一部分，我們將針對(duì)靜強(qiáng)度、穩(wěn)定性設(shè)計(jì)，安全壽命設(shè)計(jì)，損傷容限設(shè)計(jì)三個(gè)方面進(jìn)行討論。 靜強(qiáng)度、穩(wěn)定性設(shè)計(jì) 對(duì)于一架飛機(jī)，不論是以前，還是現(xiàn)在，我們首先考慮的都將是它的靜強(qiáng)度和穩(wěn)定性問(wèn)題，這就像一架飛機(jī)的所有性能的前提是這架飛機(jī)可以飛起來(lái)一樣。這一部分，我們討論殲六飛機(jī)的靜強(qiáng)度和穩(wěn)定性問(wèn)題。 ● 靜強(qiáng)度： 對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)的靜強(qiáng)度問(wèn)題，指的是飛機(jī)結(jié)構(gòu)在使用當(dāng)中承受各種載荷工況下最大使用載荷的能力。在使用過(guò)程中，飛機(jī)將遇到不同的工況，這就會(huì)造成結(jié)構(gòu)元件受力狀態(tài)不同，于是我們?nèi)∽畲蟮墓ぷ鬏d荷 狀態(tài)作為其使用載荷。 在靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)中，我們采用設(shè)計(jì)載荷法，安全系數(shù)取為 。這個(gè)過(guò)程中，我們要求材料的極限載荷大于或等于設(shè)計(jì)載荷，即： 其中 ：極限載荷 ：設(shè)計(jì)載荷 ：使用載荷 f：安全系數(shù)（ ） 在這個(gè)過(guò)程中 ，由于飛機(jī)的各種載荷由啟動(dòng)和強(qiáng)度組專業(yè)技術(shù)人員提供，我們的不到基本的數(shù)據(jù)，所以沒(méi)辦法進(jìn)行靜強(qiáng)度的分析。但是我們可以根據(jù)殲六飛機(jī)的用材進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析：在后掠處，一個(gè)典型的部件是主梁，主梁使用的材料是 30CrMnSiA 高強(qiáng)合金鋼 ，目的在于提高其靜強(qiáng)度，這是靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)中一個(gè)很典型的方面。 ●穩(wěn)定性： 我們分為桁條、緣條的穩(wěn)定性，蒙皮的穩(wěn)定性，梁腹板的穩(wěn)定性三部分來(lái)分析。 A：桁條、緣條的穩(wěn)定性 對(duì)于這一類元件，在使用的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)壓桿穩(wěn)定的問(wèn)題，具體來(lái)講，型材的失穩(wěn)有兩類：總體失穩(wěn)；局部失穩(wěn)。在這兩者中，取較小者作為結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的臨界應(yīng)力。 總體失穩(wěn)：這一部分往往使用歐拉桿形式進(jìn)行計(jì)算，即 式中 C：支持系數(shù)（簡(jiǎn)支： C=1；固支： C=4） I：桿件剖面慣性矩 L：桿件長(zhǎng)度 E：桿件材料彈性模量 于是，失穩(wěn)應(yīng)力設(shè)計(jì)值： 其中 為桿件面積 B:蒙皮穩(wěn)定性 飛機(jī)設(shè)計(jì)中，蒙皮一般與其他構(gòu)件組成壁板來(lái)受力，在殲六飛機(jī)中，蒙皮與長(zhǎng)桁、梁緣條連接在一起，組成加筋壁板，同時(shí)翼肋向壁板提供橫向支持。這是由于當(dāng)時(shí)的加工工藝限制的，現(xiàn)在為了提高其穩(wěn)定性，一般采取整體加工工藝，不會(huì)在蒙皮上出現(xiàn)鉚釘接頭，這樣會(huì)使穩(wěn)定性進(jìn)一步加強(qiáng)。 C:梁腹板穩(wěn)定性 在殲六飛機(jī)中，梁腹板是抗剪型板，我們按照抗剪型板來(lái)分析設(shè)計(jì)。 這類板結(jié)構(gòu)，主要有兩種破壞形式：剪切破壞，剪切失穩(wěn)。在這一部分，我們著重分析剪切失穩(wěn)。剪切失穩(wěn)是當(dāng)腹板完全不允許屈曲時(shí)，應(yīng)由其剪切失穩(wěn)臨界應(yīng)力 來(lái)確 定厚度 ，即 從而根據(jù)外載荷 q（剪流），可以計(jì)算厚度 式中 k：受剪板支持系數(shù) b：短邊長(zhǎng)度 安全壽命設(shè)計(jì) 安全壽命設(shè)計(jì)的主要概念是要求飛機(jī)結(jié)構(gòu)在使用壽命期內(nèi)不出現(xiàn)宏觀可檢裂紋，實(shí)際上是只要保證飛機(jī)從可能使用到形成一定尺寸裂紋（通常稱工程可檢裂紋）的使用時(shí)間內(nèi)的結(jié)構(gòu)安全。這種設(shè)計(jì)理念主要是在疲勞破壞理論的基礎(chǔ)上形成的。疲勞破壞只要有以下幾點(diǎn)特征：疲勞破壞要經(jīng)歷一段很長(zhǎng)的時(shí)間；疲勞破壞應(yīng)力遠(yuǎn)小于材料的靜強(qiáng)度極限；疲勞破壞表現(xiàn)為無(wú)明顯的塑性變形的突然斷裂；疲勞破壞具有局部性等。這些特征決定了在安全壽命設(shè)計(jì)中要考慮到各種因素的影響，也決定了這種設(shè)計(jì)理念的不確定性。 在安全壽命設(shè)計(jì)中，在不同階段有不同的方法：在初始的估算 階段，我們可以使用危險(xiǎn)部位的材料的 N—S 曲線來(lái)估算結(jié)構(gòu)的安全壽命；再詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，我們可以使用設(shè)計(jì)使用載荷譜法、應(yīng)力譜法、疲勞壽命估算方法等。 設(shè)計(jì)使用載荷譜：根據(jù)大量實(shí)測(cè)的疲勞載荷及其時(shí)間歷程，在經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析和簡(jiǎn)化即得疲勞載荷譜，這個(gè)譜一般用飛機(jī)的重心載荷系數(shù)與作用次數(shù)來(lái)表征。設(shè)計(jì)中使用的疲勞載荷譜即稱為設(shè)計(jì)使用載荷譜。飛機(jī)使用過(guò)程中的疲勞載荷一般有：突風(fēng)載荷、機(jī)動(dòng)載荷、著陸撞擊載荷、地面滑行載荷、地 —空 —地載荷等。疲勞載荷譜分為等幅譜、程序塊譜、飛 —續(xù) —飛譜。三種譜根據(jù)不同條件下所需要的材料的性能參數(shù)進(jìn)行認(rèn)為選擇，其中飛 —續(xù) —飛譜是當(dāng)前壽命估算的主要譜型。 疲勞壽命估算方法：一般由兩種方法，應(yīng)力嚴(yán)重系數(shù)法和線性累計(jì)損傷理論。主要討論線性累計(jì)損傷理論，為了能夠量化描述疲勞損傷，工程上將某個(gè)變幅疲勞載荷中第 i 個(gè)載荷循環(huán)引起的疲勞所傷定義為 其中， ： 第 i 個(gè)循環(huán)載荷水平橫幅作用下的疲勞斷裂壽命 （循環(huán)周次） 工程中，我們采用線性損傷累計(jì)原理，認(rèn)為損傷可以線性累加，于是一個(gè)隨即載荷譜造成結(jié)構(gòu)的總疲勞損傷為 其中， m：載荷譜中的載荷級(jí)別總數(shù)目 ：第 i 級(jí)載荷的作用次數(shù) D：一塊隨機(jī)載荷譜引起的結(jié)構(gòu)總損傷量 安全壽命估算是在疲勞壽命的確定性算法基礎(chǔ)上對(duì)疲勞分散性加以考慮。當(dāng)用一個(gè)疲勞載荷譜估算壽命時(shí)，有 其中， ： 用飛行小時(shí) （或飛行次數(shù)）表示的計(jì)算安全壽命 ： 一個(gè)載荷譜塊代表的飛行時(shí)數(shù) ： 一個(gè)載荷譜快造成的累計(jì)損傷 ： 計(jì)算取用的疲勞分散系數(shù) 某例：在 1000 次飛行當(dāng)中，飛機(jī)起落架上一耳片接頭承受的應(yīng)力譜如下 序號(hào) 1 2 3 4 5 6 作用次數(shù) 72 116 104 62 破壞循環(huán)數(shù) 178000 70790 31620 17780 序號(hào) 7 8 9 10 11 12 作用次數(shù) 2020 5000 破壞循環(huán)數(shù) 11220 57540 3311 1413 7943 79430 我們可以使用上述線性累計(jì)損傷理論來(lái)估算該耳片的平均疲勞壽命。（分散系數(shù)取為 ） 于是 損傷容限設(shè)計(jì) 損傷容限設(shè)計(jì)，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)類型上來(lái)講分為緩慢裂紋擴(kuò)展結(jié)構(gòu)、和破損安全結(jié)構(gòu)兩類?，F(xiàn)就這兩類設(shè)計(jì)類型上來(lái)舉例簡(jiǎn)要說(shuō)明 J6 的一些損傷容限設(shè)計(jì)思想。 1） 緩慢裂紋擴(kuò)展結(jié)構(gòu) 這類結(jié)構(gòu)多出現(xiàn)在單傳力途徑結(jié)構(gòu)或靜定結(jié)構(gòu)處。例如 J6 的主梁接頭： 該處由于 J6 機(jī)翼根部與機(jī)身的連接為一固一餃的靜定結(jié)構(gòu)，只有一個(gè)傳力路 線，所以采用了緩慢裂紋擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，選用了更強(qiáng)的材料，并且做得很厚，安全儲(chǔ)備更大，裂紋擴(kuò)展速率較低，進(jìn) 而裂紋擴(kuò)展到臨界裂紋尺寸的時(shí)間大于規(guī)定翻修間隔。 采用這種設(shè)計(jì)的原因還在于簡(jiǎn)化分析工作，僅由這個(gè)接頭傳遞總體彎矩，同時(shí)，從可檢度來(lái)看，該處可達(dá)性較差，若要檢查需拆開(kāi)周圍一系列元件。再有就是更換性差，不可能保持一個(gè)較高頻率的更換水平，該接頭與主梁一體，若需更換，需要拆下機(jī)翼，相當(dāng)于要對(duì)整個(gè)機(jī)翼作翻修工作。 所以該處采用緩慢裂紋擴(kuò)展結(jié)構(gòu)比較適合。 2）破損安全結(jié)構(gòu) 破損安全結(jié)構(gòu)一般具有較多的傳力路線，或是可以對(duì)正在擴(kuò)展的裂紋止裂。 如圖為 J6 機(jī)翼前梁與機(jī)身接頭： J6 機(jī)翼與機(jī)身連接為一固一鉸的結(jié)構(gòu)，其 中前梁與機(jī)身為鉸接，圖中右下單耳片即為對(duì)應(yīng)鉸接接頭，該接頭主要可以傳遞前梁傳遞過(guò)來(lái)的總體剪力，可以看到，在該接頭左側(cè)，還有方位與其垂直的另外兩個(gè)耳片，這兩個(gè)耳片主要可以傳遞的是前梁傳遞過(guò)來(lái)的拉壓載荷。這兩組耳片，任何一個(gè)破壞掉，不會(huì)導(dǎo)致另一個(gè)耳片的破壞，影響另一個(gè)耳片本身的傳力，而且破壞掉的耳片其本身傳遞的載荷可以通過(guò)載荷的重新分配轉(zhuǎn)移到剩下的接頭上。該結(jié)構(gòu)即屬于破損安全多路傳力結(jié)構(gòu)。 同時(shí)可見(jiàn)，該處開(kāi)口比較多，檢查相對(duì)方便，對(duì)于破壞的耳片可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)更換。 再如 J6 機(jī)翼的掛架與機(jī)翼的連接： 可見(jiàn)，掛架周圍有諸多各種形式的接頭，可以將掛架受力轉(zhuǎn)移到機(jī)翼上（有的是轉(zhuǎn)移到前后梁緣條，有的（連接在翼肋上的接頭）可以把載荷擴(kuò)散到蒙皮），其中任何一個(gè)接頭發(fā)生破壞，都會(huì)通過(guò)載荷的重新分配將其承受的力轉(zhuǎn)移到其他接頭上，從而保證掛架區(qū)傳力的完整。同時(shí)，掛架區(qū)開(kāi)口較多，檢查方便，同樣有利于發(fā)現(xiàn)破壞，更換接頭方便。 這又是一個(gè)破損安全多路傳力結(jié)構(gòu)的例子。 再看下圖，為 J6 機(jī)翼前梁結(jié)構(gòu)： 可以發(fā)現(xiàn)，前梁緣條上加了一層墊板，一方面，這是一個(gè)破損安全多路傳力結(jié)構(gòu)，當(dāng)梁緣條發(fā)生破壞，墊板可以代替梁緣條參與承載。另一方面 ，這又是一個(gè)止裂結(jié)構(gòu)，墊板可以當(dāng)做一個(gè)止裂帶，當(dāng)蒙皮發(fā)生破損時(shí)，裂紋不至于穿過(guò)止裂帶，而是停止在該處，便于檢查檢修。 同時(shí)， J6 機(jī)翼由于采用蒙皮加長(zhǎng)桁形式，長(zhǎng)桁也可以當(dāng)做是止裂件，蒙皮的 分塊，也是一種止裂的設(shè)計(jì)，從而蒙皮被長(zhǎng)桁、接縫分為小塊，縱有撕裂，也不會(huì)迅速擴(kuò)展到太大尺寸，而可以繼續(xù)工作并在檢修期發(fā)現(xiàn)修補(bǔ)。再有就是像圖中左方的蒙皮加強(qiáng)處，有止裂 +多路傳力的作用。一方面，當(dāng)該處蒙皮撕裂，可以由加強(qiáng)蒙皮代替承力。另一方面，當(dāng)周圍蒙皮撕裂，又起止裂帶作用。這些結(jié)構(gòu)外露表面，都是便于檢查和 更換的。 還有 J6 翼肋加強(qiáng)處： 從該處設(shè)計(jì)來(lái)看，一方面翼肋剛度強(qiáng)度得到加強(qiáng)。另一方面，也有損傷容限的考慮。采用在翼肋緣條旁補(bǔ)了一個(gè)緣條，同時(shí)上加墊板的形式。翼肋緣條的破壞不影響力的傳遞，它的受力也可以通過(guò)載荷重現(xiàn)分配到加強(qiáng)用的緣條和墊板上。這也是一個(gè)破損安全多路傳力結(jié)構(gòu)。同樣的思想運(yùn)用于 13 肋加強(qiáng)： 整個(gè)肋由多塊小肋用鉚釘連接而成，剛度強(qiáng)度提高的同時(shí)，任何一個(gè)小肋破壞，都可以由其他肋分擔(dān)它傳遞的力。