用创新打造直升机疲劳设计的生命—— 记直升机所强度设计室动强度组

文 蔡培 韩景昌

在直升所活跃着这样的一组人，他们在旋翼及起落架静强度、全机疲劳、空测等领域自由驰骋，被誉为直升机寿命的设计者，他们不仅为我国多个直升机机型进行了疲劳设计并为之定寿，保证了在役直升机的飞行安全，有力地加强了我空中力量，而且还产生了显著的社会、经济和军事效益。

疲劳断裂是国际公认的难题。它取决的因素多，如材料、设计、工艺、试验、使用情况等等都会对使用寿命产生影响，造成疲劳断裂，影响直升机安全。近年来，动强度组不断转变设计理念，把提升技术创新能力摆在突出的位置，由疲劳定寿到疲劳设计，迈出了跨越性的一大步，使直升机的安全寿命得到大幅度的提高，解决了多年来困扰部队正常使用的寿命问题，并将疲劳设计在我国研制的大型航天载人离心机和风力发电机等领域的疲劳定寿中应用和推广，产生了巨大的经济效益。

直升机疲劳定寿工程始于直8。那是一项非常具有开创性的工作。试测数据准确与否，直接影响飞机的飞行安全。为此，动强度组攻关团队夜以继日地刻苦攻关，用了三年时间，完成了从制定技术方案、疲劳试验、载荷测量、载荷谱编制到寿命评定的全过程。

技术创新是永恒的主题，疲劳技术也在不断发展。为摆脱受制于人的被动局面，获得自主发展的主动权，动强度组依靠技术攻关和创新不断突破疲劳设计的关键技术。在CMH的国际合作中，该组成功将直升机疲劳工作从疲劳评定转变为疲劳设计。此后，在项目研制过程中，疲劳设计技术日趋成熟。该组通过进行大量开创性综合分析对比研究，准确把握疲劳核心环节，着力突破制约直升机疲劳技术发展的瓶颈技术，采用理论分析、实践检验相结合的设计理念，开创性地引入打样设计载荷和多载荷多点协调试验法，进行主桨毂中央件、支臂等关键件疲劳设计、验证工作，为结构设计、验证提供了有力依据。通过疲劳设计，直升机中央件等多个部件疲劳寿命提高了数十倍。

在多年的实践中创新，在创新中发展，动强度组在实践中发展了一套先进的标准全范围S-N曲线评定技术，并在大量分析飞行实测数据的基础上，寻找规律、总结经验，提出一套充分反映直升机动部件实测载荷分布的频数加权带置信度水平的实测载荷谱国际首创编谱方法，解决了直升机载荷谱编制技术关键，还采用压缩低周保载时间和全范围损伤等效的机体结构加速疲劳试验谱编制方法，解决了飞行任务剖面确定和实测载荷处理、载荷等效和载荷验证等技术难点，其加速试验技术也使得疲劳试验周期也由正常8年2万多试验机时缩短到2年不足4000试验机时，减少了6年的试验周期。

在对多种直升机的疲劳设计过程中，该组取得了多个创新成果，其疲劳设计的Sizing-load载荷法、复合材料桨叶强度一体化设计方法、载荷实测数据处理的动/静载荷分离编谱技术、飞行载荷实时监控技术、多载荷协调模拟疲劳试验设计、着陆装置疲劳设计与试验技术等数十项技术在国内处于领先地位。该组提出的在相近成熟机型、结构的基础上，进行疲劳性能和载荷横向对比分析，确定结构尺寸，通过采用打样设计载荷确定复杂关键件疲劳试验的方案在实践过程中得以验证。这套理论为多个机型疲劳设计成功发挥了独到的作用。

天道酬勤。目前，动强度组拥有了一支高水平的科研设计队伍。这支老中青结合、以青年科技骨干为主的仅有23人的技术团队却拥有5名研究员、4名高工、6名所级技术专家和若干名室级技术骨干。近年来，该组取得以两项国防奖为代表的一批科研成果，在各型号中先后有20人次立功。该组在工作中形成了10余本企业标准，有些已上升为航空行业标准，甚至成为国标、军标。这对于提高直升机疲劳技术水平、实现直升机产业跨越发展具有十分重要的意义。