【趣聊航空】
(相關(guān)資料圖)
我們知道人長時間工作會感覺累，長期服役的飛機也會累嗎？答案是會的，哪怕是鋼筋鐵骨的飛機，結(jié)構(gòu)也會產(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度極限，甚至比彈性極限還低，但其實在彎折點已經(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“彗星”號的空中解體。由于高空飛行的“彗星”客機使用增壓座艙，長時間飛行頻繁起降使機體反復(fù)地承受增壓和減壓引發(fā)飛機鋁制蒙皮的金屬疲勞，金屬部件產(chǎn)生裂紋并擴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)變化對飛機結(jié)構(gòu)影響并研究金屬疲勞問題。所以疲勞也被稱為機械構(gòu)件的致命殺手，機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.機動載荷
它是由于飛機在機動飛行中，過載的大小和方向不斷改變而使飛機承受的氣動交變載荷。
2.突風(fēng)載荷
它是由于飛機在不穩(wěn)定氣流中飛行時，受到不同方向和不同強度的突風(fēng)作用而使飛機承受的氣動交變載荷。
3.地－空－地循環(huán)載荷
飛機在地面停放或在地面滑行時，機翼在本身重量和設(shè)備重量作用下，承受向下的彎矩，但飛機離地起飛后，機翼在升力作用下，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。這是一種時間長、幅值大的載荷。
4.著陸撞擊載荷
它是由于飛機著陸接地后，起落架的彈性引起飛機顛簸附加到飛機上的重復(fù)載荷。
5.地面滑行載荷
它是由于飛機在地面滑行時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。也是彗星號空難的罪魁禍?zhǔn)住?/p>
各種載荷的作用只是引起飛機結(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，促使裂紋逐漸擴展，構(gòu)件截面不斷削弱。當(dāng)裂紋擴展到一定程度，在偶然的超載沖擊下，構(gòu)件就會沿削弱了的截面發(fā)生突然斷裂。
根據(jù)部隊和工廠維修實踐，大量破壞事例證明：應(yīng)力集中是影響飛機結(jié)構(gòu)疲勞強度的主要因素，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)都會降低結(jié)構(gòu)的疲勞強度。
作為飛行員，飛機的使用環(huán)境也會對結(jié)構(gòu)的疲勞強度有所影響，例如海軍飛機在海洋環(huán)境中金屬容易受到腐蝕，將產(chǎn)生“腐蝕疲勞”，使疲勞強度降低，因為腐蝕使金屬表面產(chǎn)生無數(shù)的小應(yīng)力集中點，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，只能觸及飛機結(jié)構(gòu)的一點毛皮，不會影響飛機壽命。這種認(rèn)識是片面的。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時需要注意。
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)
營業(yè)執(zhí)照公示信息