【趣聊航空】

(相關(guān)資料圖)

我們知道人長時(shí)間工作會(huì)感覺累，長期服役的飛機(jī)也會(huì)累嗎？答案是會(huì)的，哪怕是鋼筋鐵骨的飛機(jī)，結(jié)構(gòu)也會(huì)產(chǎn)生疲勞。

那什么是結(jié)構(gòu)的疲勞呢？比如鐵絲彎折一次往往很難掰斷，但不斷彎折多次就能掰斷。鐵絲在循環(huán)載荷作用下，應(yīng)力值雖然始終沒有超過材料的強(qiáng)度極限，甚至比彈性極限還低，但其實(shí)在彎折點(diǎn)已經(jīng)逐漸產(chǎn)生局部永久性的性能變化，在一定循環(huán)次數(shù)后形成裂紋，并在載荷作用下繼續(xù)擴(kuò)展直到完全斷裂，這就是疲勞破壞。

航空史上最著名的因疲勞導(dǎo)致的空難事件就是大型噴氣客機(jī)“彗星”號(hào)的空中解體。由于高空飛行的“彗星”客機(jī)使用增壓座艙，長時(shí)間飛行頻繁起降使機(jī)體反復(fù)地承受增壓和減壓引發(fā)飛機(jī)鋁制蒙皮的金屬疲勞，金屬部件產(chǎn)生裂紋并擴(kuò)展而造成了解體事故。對事故的調(diào)查讓航空界開始重視壓力反復(fù)變化對飛機(jī)結(jié)構(gòu)影響并研究金屬疲勞問題。所以疲勞也被稱為機(jī)械構(gòu)件的致命殺手，機(jī)械零部件的破壞很大比例是由疲勞引起的。

那么飛行中哪些載荷容易引起結(jié)構(gòu)疲勞呢？

1.機(jī)動(dòng)載荷

它是由于飛機(jī)在機(jī)動(dòng)飛行中，過載的大小和方向不斷改變而使飛機(jī)承受的氣動(dòng)交變載荷。

2.突風(fēng)載荷

它是由于飛機(jī)在不穩(wěn)定氣流中飛行時(shí)，受到不同方向和不同強(qiáng)度的突風(fēng)作用而使飛機(jī)承受的氣動(dòng)交變載荷。

3.地－空－地循環(huán)載荷

飛機(jī)在地面停放或在地面滑行時(shí)，機(jī)翼在本身重量和設(shè)備重量作用下，承受向下的彎矩，但飛機(jī)離地起飛后，機(jī)翼在升力作用下，承受向上的彎矩。這種起落一次交變一次的載荷，稱為地－空－地循環(huán)載荷。這是一種時(shí)間長、幅值大的載荷。

4.著陸撞擊載荷

它是由于飛機(jī)著陸接地后，起落架的彈性引起飛機(jī)顛簸附加到飛機(jī)上的重復(fù)載荷。

5.地面滑行載荷

它是由于飛機(jī)在地面滑行時(shí)因跑道不平引起顛簸，或由于剎車、轉(zhuǎn)彎、牽引等地面操縱而加到飛機(jī)上的重復(fù)載荷。

6.座艙增壓載荷

這是由于座艙增壓和卸壓，而加給座艙周圍構(gòu)件的重復(fù)載荷。也是彗星號(hào)空難的罪魁禍?zhǔn)住?/p>

各種載荷的作用只是引起飛機(jī)結(jié)構(gòu)疲勞的外因，而哪些部位容易出現(xiàn)疲勞損傷則是由于構(gòu)件外形尺寸的突變或材料內(nèi)部有缺陷。在交變應(yīng)力長期作用下，在構(gòu)件外形突變處，或材料有缺陷處出現(xiàn)應(yīng)力集中，逐步形成了非常細(xì)微的裂紋，也叫疲勞源，在裂紋尖端產(chǎn)生嚴(yán)重的應(yīng)力集中，促使裂紋逐漸擴(kuò)展，構(gòu)件截面不斷削弱。當(dāng)裂紋擴(kuò)展到一定程度，在偶然的超載沖擊下，構(gòu)件就會(huì)沿削弱了的截面發(fā)生突然斷裂。

根據(jù)部隊(duì)和工廠維修實(shí)踐，大量破壞事例證明：應(yīng)力集中是影響飛機(jī)結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度的主要因素，疲勞源總是出現(xiàn)在應(yīng)力集中的部位。如開孔、開槽、倒角、螺紋等處容易出現(xiàn)疲勞裂紋。另外表面加工質(zhì)量不高、各種裝配效應(yīng)都會(huì)降低結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度。

作為飛行員，飛機(jī)的使用環(huán)境也會(huì)對結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度有所影響，例如海軍飛機(jī)在海洋環(huán)境中金屬容易受到腐蝕，將產(chǎn)生“腐蝕疲勞”，使疲勞強(qiáng)度降低，因?yàn)楦g使金屬表面產(chǎn)生無數(shù)的小應(yīng)力集中點(diǎn)，促使疲勞裂紋的形成。在使用中，應(yīng)盡力防止構(gòu)件表面人為地造成傷痕。過去有不少人認(rèn)為，碰傷、劃傷一點(diǎn)，只能觸及飛機(jī)結(jié)構(gòu)的一點(diǎn)毛皮，不會(huì)影響飛機(jī)壽命。這種認(rèn)識(shí)是片面的。另外還有擦傷疲勞、高溫疲勞、低溫疲勞、熱疲勞、聲疲勞等在操縱飛機(jī)時(shí)需要注意。

人累了休息休息就能夠活力充沛，而金屬不一樣，這種疲勞是沒辦法恢復(fù)的，一旦出現(xiàn)微裂紋就是永久性的危害。并且由于總是發(fā)生在結(jié)構(gòu)應(yīng)力遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)容許最大應(yīng)力的情況下，因此常常不容易引起人的注意，這也是疲勞最危險(xiǎn)的地方。

審核：郁大照（海軍航空大學(xué)）

撰稿：楊　斌

策劃：吳玉良 周堅(jiān)毅 宋雅娟 肖春芳

監(jiān)制：張　翼 戰(zhàn)　釗

編輯：宋雅娟 肖春芳

出品：中國科協(xié)科普部 海軍航空大學(xué) 光明網(wǎng)