1.5.2 迅速發展的原因

如前所述，盡管在20世紀60年代人們就開始探索飛—續—飛載荷譜和飛行模擬試驗，但在70年代才引起人們的廣泛重視。從70年代初到80年代這短短的十來年，飛—續—飛載荷譜的研究獲得了迅速的發展，在飛機疲勞/耐久性/損傷容限試驗和疲勞/斷裂分析中得到了廣泛的應用，大有代替傳統的程序塊譜的趨勢。

為什么飛—續—飛載荷譜在那短短十來年會獲得如此迅速的發展呢？

任何一種新技術的產生、發展和應用，都是以現實的需要和實際的可能這兩者作為基本前提條件的，飛—續—飛載荷譜的研究也不例外。

載荷譜的編制與飛機設計準則的選擇有密切關系。靜強度設計不涉及疲勞強度，也就談不上編制載荷譜。安全壽命設計涉及疲勞范疇，可編制等幅載荷譜或程序塊譜。損傷容限設計和耐久性設計涉及斷裂力學范疇，需要編制飛—續—飛載荷譜。

就世界范圍來說，20世紀50年代以前的飛機，基本上是按靜強度設計的。1954年，英國兩架彗星1號飛機相繼因疲勞而機毀人亡，在全世界航空界引起震驚，伴隨陣痛而來的是新的設計思想——安全壽命設計思想的產生。因此，從20世紀50年代后期到整個60年代，全世界航空工業發達的國家除用靜強度準則設計飛機外，還逐步用安全壽命思想進行飛機設計。

隨著軍備競賽的日益尖銳和航空工業的不斷發展，人們對現代飛機，特別是現代戰斗機的戰術性能要求不斷提高，飛機結構型式更加復雜，飛機所受的疲勞載荷也就更加嚴重。另一方面，由于現代飛機的成本越來越高，人們也就盡可能想要提高飛機的使用壽命，對戰術飛機來說，其使用壽命要求可高達8000飛行小時，這樣，因飛機疲勞所帶來的矛盾也就更加尖銳和突出。飛機如果僅按安全壽命思想設計，就往往不能保證飛機的安全。最為典型的例子是1969年美國F-111飛機因斷裂而造成的災難性事故。

F-111是美國通用動力公司20世紀60年代初期生產的一種高速戰斗機，設計思想是以靜強度為主，并與安全壽命思想相結合。最大速度為M=2.5，設計限制過載為7.33g，設計使用壽命為4000飛行小時。1969年12月，一架F-111飛機在美國維什康西州Nellis空軍基地進行低空投彈試飛，飛行過載為3.5g，飛行中，突然左翼斷裂，飛機滾轉，飛行員彈射出來，但由于降落傘沒打開而摔死。該架飛機實際上只飛了104.6飛行小時，離預計的使用壽命還差得很遠，為什么機翼樞軸會突然斷裂呢？從疲勞的觀點是無法解釋的。經專家們對飛機殘骸進行分析，發現飛機從制造廠出來就帶有初始裂紋，這正是斷裂力學觀點。因此，1969年12月是美國飛機應用斷裂力學的里程碑。

伴隨著陣痛而來的是美國飛機設計思想的革命性變革。從20世紀70年代初期開始，美國在原有的安全壽命設計思想的基礎上探索新的設計思想——損傷容限和耐久性設計思想，并以軍用規范和軍用標準的形式把這些設計準則固定下來，因此，美國是世界上最早把斷裂力學應用于飛機設計的國家。

設計思想的更替對載荷譜的編制提出了更高要求，損傷容限和耐久性設計要求編制能反映飛機真實使用情況的復雜的載荷譜，換句話說，要用隨機的飛—續—飛載荷譜代替人為簡化了的程序塊譜。

斷裂力學是20世紀70年代以來獲得迅速發展的一門新興學科，它的興起和發展大大促進了飛—續—飛載荷譜的研究。這是因為，一方面，損傷容限和耐久性設計準則是以斷裂力學作為理論基礎的；另一方面，斷裂力學本身的研究直接促進了飛—續—飛載荷譜的研究。例如，應力相互作用和高載效應對裂紋形成壽命和裂紋擴展壽命有很大影響，試驗研究指出，一個高峰值載荷順序從正到負變成從負到正，其試件壽命差4倍，長周期程序塊譜的壽命可為隨機譜壽命的6倍。在一般情況下，載荷順序和塊的大小可使壽命相差兩倍多。這些研究結果告訴我們，在編制載荷譜時，不僅要考慮載荷大小和出現頻數，還應考慮載荷出現的真實順序，傳統的程序塊譜不能較好地滿足這些要求，而飛—續—飛載荷譜正好在這三方面都能較好地模擬飛機實際的載荷歷程。因此，飛—續—飛載荷譜在那個時代的迅速發展是應用斷裂力學研究成果的必然結果。

20世紀70年代以來，電—液壓伺服控制系統的廣泛使用為飛—續—飛載荷譜的研究和應用開辟了廣闊的前景。飛—續—飛載荷譜不能在一般的疲勞試驗機上進行試驗，它必須在專用的電—液壓伺服控制系統上進行，這種系統用計算機進行控制，既可作程序試驗，又可作隨機試驗。這種系統盡管在20世紀60年代就問世了，但獲得廣泛使用還是70年代以后的事。目前，國外已有各種不同的系列和型號，既有作全機或部件試驗用的大型系統，也有作元件或試件用的中、小型試驗機。這樣的控制系統目前我國從20世紀80年代已有引進，如從美國引進的MTS系統，從日本引進的日立80，以及從德國森口公司引進的PC160N等。

綜上所述，20世紀70年代以來，設計思想的更替和斷裂力學的興起和發展從現實需要方面大大促進了飛—續—飛載荷譜的發展，電—液壓伺服控制系統的廣泛使用從實際可能方面為飛—續—飛載荷譜的研究和應用提供了可靠保證。這就成為飛—續—飛載荷譜在20世紀70年代到80年代能獲得迅速發展的主要原因。