1.3.2 飛機環境譜

飛機環境試驗一般可分為環境鑒定試驗和環境可靠性試驗。環境鑒定試驗是取含一定風險率的合理極值進行試驗，而可靠性試驗要盡可能模擬真實環境，各級環境強度和施加次序與實際環境盡量相同或相當，因此，需要用環境譜來進行試驗。

1.飛機環境譜概念

環境對飛機材料性能和飛機結構使用壽命的影響是一種客觀存在，如何去描述使用環境并反映這種客觀存在呢？正如人們用載荷譜去描述飛機所經受的疲勞載荷一樣，人們也用環境譜去描述飛機所遭受的化學、熱和氣候環境。這里所研究的飛機環境譜，是指飛機在實際使用過程中，影響飛機結構使用壽命的那些腐蝕環境以及由這些腐蝕環境所編制的譜。

人們對于飛機使用載荷譜是相當熟悉了，下面從載荷譜和環境譜的比較來闡述飛機環境譜概念。

從譜的來源看，載荷譜和環境譜有著形式上相似的來源。飛機疲勞載荷有兩種主要來源：外界自然環境，如大氣紊流、跑道不平度等；內部結構使用，如空中操作、地面操作等。飛機腐蝕環境也有兩種主要來源：外界自然環境，如氣溫、濕度、鹽霧、大氣污染等；內部結構使用，如氣動加熱、噴氣燃油、撒農藥等。

從譜的原始表現形態來看，載荷譜主要表現為載荷大小隨時間的變化，即載荷時間歷程，環境譜也主要表現為環境強度隨時間的變化，即環境時間歷程，兩者相似。然而在具體表現形態上，兩者卻有很大差別。就一次飛行的載荷時間歷程來說，載荷大小的變化比較急劇。這體現在載荷變化速率較快，載荷峰谷出現的次數相當多，在每個峰谷上基本沒有或只有很短的持續時間，因此，載荷波形可簡化為三角波；就一次飛行的環境時間歷程來說，環境強度的變化比較平穩，這體現在環境強度變化速率較慢，環境強度峰谷出現的次數很少，并且在每個峰谷上基本都有長短不同的持續時間，因此，環境強度波形可簡化為梯形波。

作為兩種譜表現形態不同的一個例子，圖1-6給出一次飛行重心法向過載時間歷程和飛機總溫時間歷程的示意圖，這兩個時間歷程都是根據飛行實測結果經過濾波簡化處理而得。由圖1-6看出，法向過載nz在一次飛行中共有61個峰谷；而總溫T*只有7個峰谷，不僅每個峰谷上都有持續時間，并且有的峰與相鄰的谷之間還有平臺過渡，使波形呈階梯形，與nz密集的三角波形完全不同。

從譜的要素來看，兩者既有相同又有不同的地方。飛機載荷譜有三個基本要素：載荷大小、出現頻數和先后順序。一般來說，飛機環境譜也有三個基本要素，但與載荷譜的三個基本要素不完全相同，它們是環境強度、持續時間和先后順序。也就是說，飛機使用環境譜是用各級環境強度的持續時間和先后順序表示。

環境譜和載荷譜基本要素的不同正是由于兩者的原始表現形態不同所致。如上所述，在飛機載荷時間歷程中，載荷循環次數很多，每個載荷循環所花的時間很短，經過數據處理和統計分析后，作為原始歷程里的時間因素淡化了，而是用某一載荷譜周期（如1000飛行小時）內各級載荷出現的頻數所代替。在飛機環境時間歷程中，盡管也存在各級環境強度的頻數，但在同一次飛行中，各級環境強度的出現頻數比各級載荷大小的出現頻數少得多，而某級環境強度的持續時間比某級載荷大小的持續時間長得很多。因此，在對原始環境歷程進行數據處理和統計分析時，似乎可以淡化出現頻數，強化持續時間，用各級環境強度的持續時間去代替各級環境強度的出現頻數。

由以上分析可以看出，飛機使用環境譜實質上是飛機使用過程中各級環境強度隨不同持續時間的排列，這一基本認識正是編制飛機使用環境譜的出發點。

2.飛機環境譜分類

可從不同的角度對經受腐蝕和腐蝕疲勞的飛機環境譜進行分類。

1）環境狀態

從環境狀態來看，飛機環境譜可分為液體譜（污水、鹽水、酸雨、液態農藥等）、氣體譜（空氣、水蒸氣、氫、二氧化硫等）、壓力譜、濕度譜、浮沉物譜和砂粒譜等。

2）環境性質

從環境性質來看，可分為化學環境譜和氣候環境譜，前者包括鹽水（霧）譜、氫譜、二氧化硫譜、農藥譜等，后者包括溫度譜、濕度譜、大氣壓力譜等，酸雨譜介于這兩者之間。

3）環境來源

從環境來源來看，可分為外界自然環境譜和內部工作環境譜，后者包括服役使用和人為因素引起的環境譜。

4）編譜方法

從編譜方法來看，可分為空中環境剖面譜、地面停放環境譜、環境頻率譜、環境總譜、飛—停—飛（或停—飛—停）環境譜等。

5）編譜目的

從編譜目的來看，可分為使用環境譜和當量環境譜。前者是按飛機的實際使用環境而編制的環境譜，因而這種環境譜基本上能反映飛機的真實使用環境情況。后者是對使用環境譜經過一定的當量化處理后所編制的環境譜，主要用于當量環境條件下的加速試驗，因此，當量環境譜從某種程度（某種試驗條件下）來說也稱加速試驗環境譜。

6）載荷和環境組合

從載荷譜和環境譜的組合來看，可分為飛—續—飛載荷—環境譜和程序塊載荷—環境譜。很顯然，參與這種組合的環境譜只能是當量環境譜。

7）飛機結構部位

從飛機結構部位來看，可分為飛機總體環境譜和飛機結構局部環境譜。前者指從總體來說飛機所遭受的各種使用環境譜，但這些總體環境譜對飛機結構不同部位的嚴重程度不同，不同部位對各種環境的敏感性也不相同，因此，還應根據總體環境譜來確定飛機主要結構部位的局部環境譜。