2.3 飛機結構完整性

2.3.1 飛機結構完整性含義

飛機結構完整性含義是隨著飛機設計思想的變化而不斷完善的。飛機結構完整性概念最早出現在美國1954年12月頒布的兩部軍用標準中，一部是MIL-S-5710《軍用標準，結構準則，有人駕駛飛機結構試驗，靜強度》，規定了“通過靜強度結構試驗方法的飛機結構完整性驗證”要求；另一部是MIL-S-5711《軍用標準，結構準則，有人駕駛飛機結構試驗，飛行》，規定了“結構完整性飛行驗證”要求。1956年，出版的《美國空軍詞典》中，給出結構完整性定義：“用于飛機設計的機體結構承受載荷的特性”，但這種結構特性究竟包含哪些具體內容，承受的什么載荷，該定義并沒明確指出。但很顯然，當時主要是指飛機結構靜載荷和靜強度設計和驗證。到了1972年9月，美國空軍正式頒布首部規定軍用飛機結構完整性設計和驗證要求的軍用標準MIL-STD-1530《飛機結構完整性大綱 飛機要求》，才明確了飛機結構特性的具體內容。2005年，頒布了新的軍用標準MIL-STD-1530C，對結構完整性作了更準確的解釋。

從飛機所處的狀態來說，結構完整性是指在要求的結構安全性、結構特性、耐久性和可保障性水平下，結構完好和未受損傷時所處的狀態；從所涉及的內容來說，結構完整性是指影響飛機功能、安全使用和費用的機體結構強度、剛度、耐久性和損傷容限的總稱。這里的強度是指在嚴重受載情況下機體抵抗破壞的能力。剛度是指在嚴重受載情況下，機體抵抗有害變形的能力。耐久性是指在規定使用期內，機體抵抗開裂（包括應力腐蝕和氫脆引起的開裂）、腐蝕、高溫退化、分層、磨損和外來物損傷作用的能力。損傷容限是指在規定的不修理使用期內，機體抵抗由于缺陷、裂紋或其他損傷引起破壞的能力，它通常用裂紋容限/剩余強度來表征。功能是指在規定的使用期內，機體完成指定工作任務的能力。

由此定義可見，飛機結構完整性具有三個要素：前提、對象和內容。也就是說，飛機結構完整性的前提條件（或出發點）是保證飛機的安全性和經濟性及結構功能，這是現代飛機的高標準要求（安全可靠和經濟長壽）所決定的。飛機結構完整性的對象是飛機結構件，換句話說，凡是影響功能、安全性和經濟性的任何機體結構件都應作為飛機結構完整性的對象來考慮。飛機結構完整性的主要內容是結構強度、剛度、耐久性和損傷容限。很顯然，這里的強度和剛度屬傳統強度范疇。這里的損傷容限和耐久性實質上也屬強度范疇，但它們已不是傳統的強度概念，而是屬于斷裂力學為理論基礎、以數理統計為基本方法、與疲勞強度密切相關的斷裂力學范疇。由此可見，結構完整性仍然屬于結構強度（指廣義強度）的范疇。

現代的飛機結構完整性是由現有各種設計準則集成的一種先進的飛機設計概念和設計思想，飛機結構完整性大綱是一種先進的飛機結構設計思想體系。飛機結構完整性設計思想和結構完整性大綱的這種先進性可以歸納為以下幾個方面：第一，既考慮了飛機使用的經濟長壽，又考慮了飛機使用的安全可靠；第二，既強調了飛機機體主要結構，又全面考慮了影響功能、經濟性和安全性的所有次要結構和機內各種系統；第三，既考慮了飛機載荷、振動、噪聲、氣動彈性、氣動加熱等載荷使用環境，又全面考慮了外界自然環境——化學、氣候、雷擊、外來物等；第四，既強調了耐久性、損傷容限的斷裂強度要求，又全面地考慮了傳統的強度和剛度要求；第五，既考慮了飛機結構強度的要求（傳統強度和斷裂強度），又從強度角度考慮了飛機結構功能要求；第六，既規定了設計研制階段和設計定型階段的要求，又規定了飛機使用階段——部隊管理要求；第七，既規定了飛機機體結構特性（強度、剛度、耐久性和損傷容限等）的設計要求，又一一對應地規定了這些要求的驗證要求等。