轻型通用飞机结构强度适航验证技术研究

杨 康 郭向群 项 松

（沈阳航空航天大学，辽宁 沈阳110136）

随着我国经济的发展，公务飞行、商用飞行、空中游览、私人驾照培训，正受到越来越多人的青睐，有了足够大的市场需求，这必然导致为之提供服务的领域呈现快速发展的局面。据测算，通用航空及其带动的产业将形成一个万亿人民币以上的市场容量，通用航空将成为我国继汽车之后的有一个朝阳性的龙头产业。但是飞机的设计和研制是一个庞大而复杂的过程，尤其是飞机结构强度试验，而轻型通用飞机却不同于军用飞机和大型民航客机，军用飞机和大型民航客机会有繁琐的试验前期准备工作，将消耗巨大的人力和财力，造成飞机研制周期的延长，轻型通用飞机的研制讲究的是研制周期短、研制成本低，这也是轻型通用飞机研制过程中的关键技术点和非常重要的指导思想。

1 飞机静力试验概述

飞机结构静力实验的目的在于：1）确定结构在一定静载荷作用下的应力分布和变形形态；2）确定结构的刚度和稳定性；3）确定结构的最大承载能力，即强度；4）从承力的角度评价结构承受静载荷的合理性；5）验证理论分析和计算方法的可靠性，或由实验提出新的理论和计算方法。

结构静力实验同理论分析和计算一般是互相验证、互为补充的，但有时由于结构的复杂性和受力的特殊性而无法进行准确的理论分析或计算，结构静力实验就成为确定结构强度、刚度或稳定性的唯一的方法。

2 适航审定性研究

由于飞机的结构强度对飞机飞行安全的重要性，因此，世界各国的飞机适航审定部门对飞机的设计和性能都有明确的规定。目前，国内对轻型飞机的适航标准借鉴的是美国颁布的适航规范ASTM F2245-11《轻型运动飞机的设计和性能的标准规范》，其中对飞机结构强度要求有明确的条款规定：1）第5.1.1.1条：强度要求以限制载荷（使用中预期的最大载荷）和极限载荷（限制载荷乘以规定的安全系数）来表示。2）第5.1.3.1条：结构必须能承受限制载荷而无有害的永久变形；在直到限制载荷的任何载荷作用下，变形不得妨害安全运行。3）第5.1.3.2条：结构必须能够承受至少三秒钟的极限载荷。

对飞机结构的静力试验要求如下：第X2.1条：机翼对称载荷试验；第X2.3条：机翼非对称载荷试验（包括：剪切、扭转）；第X2.4条：后机身载荷试验（包括：对称水平尾翼载荷、垂直尾翼载荷）；第X2.5条：前机身载荷试验。

根据以上适航条款对飞机结构强度的要求可以看出，飞机适航审定工作更关注的是飞机结构强度试验，而不是理论分析，理论分析只能作为参考。

3 国内外适航验证情况

国外适航审定工作起步较早，飞机结构强度适航验证方面经验丰富，另外，全尺寸结构静力试验比较复杂，从40年代开始全尺寸结构静力试验都通过杠杆系统加载，并采用多点协调加载系统，保证各加载器能按预定比例加载，在结构破坏时能自动卸载，以避免破坏部位的继续扩大；目前，国内外的静力试验已采用电子计算机控制的电动液压伺服系统自动闭合回路协调加载系统，有多个加载器、几百个加载点、几百个测量通道、几千个应变片，从而导致整个飞机静力试验设备复杂、庞大、成本高昂。而一般轻型飞机仅用专用夹具对机翼或相应结构进行试验，随着飞机更改需不断制造新的夹具，且不易进行不同受载情况的综合试验。同时不易满足试验部件的边界约束条件要求。

在国内，轻型通用飞机的研制也取得了巨大的成就，也衍生出了不少关于轻型通用飞机结构强度试验的成果。由沈阳航空航天大学与辽宁通用航空研究院联合研制的“锐翔”轻型电动飞机（见图1）是国内第一款以ASTM F2245-11作为适航审定基础并且已经成功取得适航证书的复合材料双座电动轻型飞机。根据适航条款要求的飞机结构静力试验内容，研制出了轻型飞机静力试验台并且已经成功的应用到了的适航取证工作中。该试验台能根据飞机实际的力的传递情况，调整固定支撑杆的位置，对飞机相应部分的位置固定，施加约束，然后再对试验考核部位施加载荷，从而真实的模拟飞机在空中飞行时的受力情况。可进行轻型飞机的全机试验中机翼、平尾、垂尾加载等试验项目，试验所需设备、器材少，降低了试验成本，大大减少了静力试验前期繁琐的试验准备工作，缩短了试验准备周期，符合轻型小飞机研制过程中成本低廉的要求。

4 关键技术研究

飞机结构强度静力试验是飞机适航审定工作中不可或缺的部分，为了减少轻型通用飞机在试验中的成本，大大减少静力试验前期繁琐的试验准备工作，缩短试验准备及研制周期，必须根据轻型通用飞机的特点，研制出多功能静力试验台，才能符合轻型小飞机研制过程中成本低廉、周期短的要求。

用于轻型通用飞机静力试验的多功能试验台设计要求包括：1）结构简单；2）成本低廉；3）操作方便；4）功能多样，能满足全机试验，也能满足部件级试验（包括：机翼、平尾、垂尾等）；5）能采集试验数据，试验数据包括应变、位移。

5 结束语

由于国内通航产业起步较晚，轻型飞机的适航审定工作经验不足，因此要多吸取国外适航审定成功经验；国内，“锐翔”轻型电动飞机结构强度适航审定成果，可以为国内其他通用飞机研制单位提供一个很好的借鉴。尽管国内在飞机适航审定方向上起步较晚，相比国外还有很长的路要走，但随着我国国内低空空域的逐步开放，国家对通航产业的不断鼓励和政策上的支持，根据我国的实际国情，借鉴国外的适航审定经验，我国的通航产业必将迎来大好的机遇。

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