文章编号:1000-6893(1999)06-0558-04
确定飞机机体日历寿命的方法
张 栋
(空军第一研究所，北京 100076)
DETERMINATION METHOD FOR C ALENDAR LIFE OF AIRCRAFT
rapidfire
ZHANG Dong
(T he F ir st Rearch Institute o f A ir for ce,Beijing 100076,China)
摘 要：阐明了飞机日历寿命的定义和组成关系式；提出了确定飞机日历寿命的原则和技术途径；指明了确定飞机日历寿命的依据、关键技术和验证方法。
关键词：腐蚀损伤；当量环境谱；日历寿命
中图分类号:V215.5 文献标识码:A
Abstract:A r eview is co mpleted on the dev elopment of calendar life in the past tw ent y year s.T he definit ion and compositio n r elation of calendar life are prented.T he r elatio nship and difference betw een pr ot ect ion coating systems calendar effectiv e time Y o and calendar life of ba cor r osio n pr opag atio n Y c are pr ented as w ell as their new definitions.F irst D check:Y l=Y o+Y c;T ot al calendar life:Y T=Y o(1+R+…+R N) +(N+1)Y c+N Y s.T he pr inciple and t echnical way to determ ine calendar life ar e given.T he key t echnic and fo undatio n to deter mine calendar life ar e desig nated,along with its ver ifica tio n met ho d.
Key words:cor ro sion damag e;equivalent env ir onment spectr um;calendar life
飞机使用寿命一般指机体结构寿命，有两个主要指标：一是着眼于飞行时使用载荷(交变载荷)作用下的疲劳寿命(飞行时限，用N f表示)；二是着眼于腐蚀介质环境作用下的日历持续年限(即日历寿命，用Y T表示)。两者缺一不可，以先到达者为飞机到寿，因此，飞机退役的实际判据
(N f-N i)(Y T-Y i)=0(1)式中:N i为实际飞行时数;Y i为实际使用日历年。
飞机机体的疲劳定寿工作在国内外已开展了大量而深入的研究，已经纳入规范，并日趋成熟。鉴于影响机体腐蚀的因素很多，而且交互作用复杂，没有一套较完整的日历定寿理论和工程应用方法，因此日历定寿工作至今无章可循。
但这并不意味着过去所确定的飞机日历年限没有依据。不同机型所确定的日历年限，总的来看50年代至70年代大体上在15～25年之间，国内外过去主要依据长期使用的经验，通过相近机型的类比法和工龄探索法(领先飞行)来确定飞机的日历年限。从更大的范围来看，也是近百年来腐蚀学科对飞机腐蚀耐久性的贡献，由当时的防护体系水平来保证所给的日历年限。纵观航空史，从安全性讲，结构的疲劳破坏造成了许多次空难，而真正由于机体结构腐蚀损伤造成的空难却廖廖无几。当然，这绝不是说可以对腐蚀控制掉以轻心。尽管尚未找到确定日历年限的有效工程方法，但飞机的设计和制造部门宁可采用在当时来说是相当先进的防蚀技术(腐蚀控制技术)。从实际情况看，过去所确定的日历年限往往比较保守，国内外不少机型已经延长了日历使用年限。
鉴于军用飞机的使用率很低(97%以上时间停放在地面)，不少飞机日历年限已到，而飞行时限远未到寿。考虑到现代飞机造价非常昂贵，为了有效地利用宝贵资源，延长日历年限的需求势在必行，故而，航空界对确定日历年限方法研究已成为一个热点。
目前，确定机体日历寿命的方法主要是经验法。美国空军对飞机的定检日历周期提出了“基地环境腐蚀严重性分级法”[1～3]。国内主要根据飞机自然淘汰的统计和部分飞机领先飞行的实践以及大修的经验来确定日历总寿命和翻修间隔。澳大利亚国防科研局航空研究实验室的L.M.Bland 认为，目前还没有类似于Palm grem-M iner法则的累积腐蚀损伤法则。M ushtag Ahmad等对有效日历寿命的影响因素作出分析[4]。周希沅提出利用不同材料的环境当量折算曲线(COE)和环境试验结果来反推日历寿命[5]。
用于评定日历年限的环境腐蚀当量关系和当量环境谱的研究已有进
第20卷 第6期1999年 11月
航 空 学 报
ACT A A ERO N A U T ICA ET A ST RON A U T ICA SI NI CA
Vo l.20N o.6
N ov.1999
收稿日期:1998-10-28；修订日期:1999-01-05
展[6～8]。 最近张福泽院士进一步提出[9]，基于腐蚀损伤线性累积假设的有关金属机件腐蚀损伤日历寿命的计算模型和确定方法。作者在1993年曾提出[10]用腐蚀谱做构件腐蚀试验来测定腐蚀速度，再根据构件的腐蚀损伤容限来估算、确定飞机结构日历寿命的方案。1 日历寿命的定义和组成
飞机机体的日历寿命，从根本上讲取决于易腐蚀主要承力件的日历寿命，而机体主要承力件毫无例外地都有表面防护层，拿应用最广的铝合金(LYCZ 12)承力件来讲，不仅有表面阳极化膜、还涂有底漆或
一氧化碳的性质底漆加面漆(或胶)。防护层起到隔离开环境介质与基体金属发生化学或电化学反应的作用，只有防护层失效后，基体金属才开始腐蚀。
防护层的失效总是首先发生在某些薄弱部位(称弱防护层，例如阳极化膜太薄、不致密、与基底结合不牢、涂层不均匀、表面起泡、划伤等等)，而且随机性相当大，但弱防护层发生失效也要经历一个或长或短的过程，即防护层的日历有效期Y o (以此作为该件防护层的有效期)。首次翻修时，会发现某些主要承力件在弱防护层处已出现基体腐蚀，而非弱防护层处的涂层尚未失效，大修出厂后非弱防护层部位的薄弱处可能相继失效，但也有一个修后日历有效期，一般讲，防护层修后的日历有效期Y ′
o
小于修前的防护层有效期Y o ，二者之比为防护层翻修系数R
R =Y ′o /Y o
wxz(2)
(1)飞机机体日历首翻期定义:Y l 为飞机机体能达到的安全而不必修理的最大(或最优)服役日历年限。
Y l =Y o +Y c
(3)
式中:Y o 为防护层的日历有效期;Y c 为防护层失效处基体腐蚀扩展日历寿命。
(2)飞机机体总日历寿命定义:Y T 为飞机机体能达到的安全而经济的最大(或最优)服役日历年限(亦称日历寿命)。
日历寿命作为一种使用寿命，应是安全性和经济性的统一。安全性用腐蚀损伤容限(D c )要求给以保证；经济性则由腐蚀修理标准允许值(d c )要求来保证，它与全程腐蚀控制及其成本密切相关。
Y T =Y l +
∑N
i =1
Y
i
+N Y s =
Y o (1+R +…+R N )+(N +1)Y c +N Y s
(4)
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式中:N 为翻修次数;Y s 为停修期(在厂大修期限);Y i 为各次翻修间隔;R 为防护层的翻修系数
图1 日历总寿命示意图
说明: 当以年为周期的使用环境不变时，金属构件基体的腐蚀速率也不变; 翻修时对已发现腐蚀部位要
作腐蚀修理，以保证该部位在翻修间隔期内不再腐蚀。其中，确定首翻期至关重要，因为: 首先遇到的迫切问题就是要给出日历首翻期，不然机群的腐蚀控制无从下手、日历寿命管理也无从谈起; 日历首翻期一般大於或等于翻修间隔，它的长短在很大程度上决定了翻修次数N ,Y l 给短了，则翻修次数增加，很不经济;Y l 给长了，则不安全，由于未及时首翻，飞机结构可能出现严重腐蚀而得不到及时的腐蚀修理，不仅风险大，而且可能达不到日历总寿命而提前报废。
从安全性考虑，日历首翻期的允许值Y lc
Y lc =Y o +
D c V max
(5)
式中:D c 为腐蚀损伤容限;V max 为最大腐蚀速率。男生去痘印
从经济性考虑，日历首翻期的平均值Y -l Y -l =Y o +d c V
-(6)式中:d c 为腐蚀修理标准值;V -为平均腐蚀速率。
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为了同时满足安全性和经济性两方面的要求，由式(3)、式(4)求得的估算结果中取较小值为确定的扩展日历首翻期。2 确定日历寿命的原则和技术途径health是什么意思
(1)原 则
飞机机体寿命是一个体系，不仅日历寿命的确定应当与疲劳寿命相匹配，而且日历总寿命与日历首翻期、翻修间隔以及翻修次数也应协调。
确定日历寿命的重点是解决机体主要承力
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第6期张 栋：确定飞机机体日历寿命的方法
结构易腐蚀部位的日历年限。
在所确定的日历寿命期限内，不应出现由于腐蚀而造成的机体主要承力结构失效，也不应发生不经济的换件修理。
!机群在长期使用中出现的环境损伤(模式、程度和规律)是结构抗腐蚀能力的客观反映，这应当是确定日历寿命的最重要的依据。
affections∀确定日历寿命应与腐蚀控制相结合，确保在各翻修期内腐蚀控制有效，必要时使机群飞机的日历寿命得到逐步延长。
(2)确定日历寿命的技术途径 通过用易腐蚀的结构主要承力件，在当量环境谱下做加速腐蚀试验，由测得的腐蚀损伤尺寸的累积变化规律和腐蚀损伤容限来估算其日历寿命，并依据使用经验进行必要的验证和修正，给出机群的日历寿命。确定日历寿命的技术途径和程序框图见图2
。
图2 确定日历寿命的技术途径和程序框图
一方面通过对××机场飞机使用环境数据的实测及当量化处理，编制了加速腐蚀试验环境谱，并采用该谱，对HX 型飞机外翼长桁构件(共21件)，完成了30个星期的组合式腐蚀模拟试验，在试验过程中，适时监测腐蚀尺寸的变化，经过数据处理分别获得长桁构件涂层的日历有效期和基体腐蚀速率；另一方面在确定长桁临界腐蚀尺寸的基础上对近百架飞机的大量腐蚀故障检测数据进行统计处理。把这两方面的工作结合起来进行估算，最终给出了HX 型飞机的日历寿命。3 确定日历寿命的依据和关键技术
(1)飞机机体的日历寿命，从根本上讲，取决于易腐蚀主要承力件的日历寿命，因此，准确地选定机群的具有代表性的易腐蚀主要承力件是一个关键。
(2)依据保持对结构环境损伤的等效性原则,
可以把实测环境谱简化成便于实施的加速试验环境谱，即当量环境谱。
(3)在当量环境谱下对有代表性的易腐蚀主要承力件(带防护层的新件和经腐蚀修理的旧件)做较长周期(例如1年)模拟腐蚀试验，过程中应适时检测获得构件上环境损伤尺寸随试验周期的变化规律，通过数
据处理，可以得到该件基体的腐蚀速率以及防护层的有效期Y o 和翻修系数R 。
(4)采用计算和实验以及外场使用腐蚀故检等相结合的方法，从安全性考虑来确定易腐主要承力件腐蚀损伤容限D c ，而从经济性考虑来确定腐蚀修理标准值d c 。
(5)估算飞机日历寿命时必须同时满足安全性和经济性两方面的要求，它既要反映飞机原有的抗腐蚀能力(日历首翻期)，又要反映飞机修理后的抗腐蚀能力(日历翻修间隔)，其中，估算日历首翻期是确定日历总寿命的基础。
(6)通过特定的分解和检查最大限度地获取首批投入使用飞机的结构腐蚀有关资料和数据，进行处理，得到统计规律，它是验证和确定日历寿命的主要依据。
(7)飞机的日历寿命是依靠科学的腐蚀控制来保证的，因此，必须有配套的全过程、全方位的腐蚀控制。
不难看出，现在最关键的问题是，有无验证上述方法的、比较可靠的有关机群腐蚀状况的资料、数据及其处理方法。
4 验 证
文献[6]指出：当然最好能取得现役飞机实际腐蚀损伤状态的验证。但必须保证所采集数据能满足“材料相同、热表处理相同、结构细节类似、并拥有相近的防腐蚀体系”。
通过10年来某型一百多架飞机结构腐蚀抢修、普查检修、大修的腐蚀故检，积累获得了大量有关该型飞机结构腐蚀修理的宝贵资料和数据，足以对通过模拟腐蚀试验方法估算的腐蚀速率和日历寿命加以验证和修正。图3表示在某机场某型飞机各架飞机机翼长桁最大腐蚀深度与使用日历时间关系图。
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航 空 学 报第20卷
图3 长桁最大腐蚀深度与日历时间关系图
实际上，还有一大批(不少机型)已经退役或将要退役的机群，可以通过对典型结构腐蚀的特定检验，来不断积累腐蚀损伤数据和摸索腐蚀损伤规律，以便为确定不同类型飞机的日历寿命提供最可靠的依据。这项工作，有待大力开发。
参 考 文 献非常卧底
[1] Sum mitt R.Pacer lim e an environm ental corrosion verity
clas sfication s ystem[R].ADA100496,1980.
[2] M iller R N.Preventing aircraft cor rosion b y predictive cor-
rosion modeling[R].ADA189660.[3] C riscimagn a N H.T he air force corros ion program statu s
rep ort[R].ADA073054,1978.
辅料英语
[4] M ush taq Ahmad.E xtens ion calend life limit for aircraft
structure[A].ICAS-96-6.3.4.[C],1996.
[5] 周希沅.飞机结构的当量环境谱与加速试验谱[J].航空学
报,1996,17(5):613～616.
[6] 董登科，王俊扬.关于军用飞机服役日历年限评定用的当
量环境谱[J].航空学报,1998,19(4):451～455.
[7] 陈群志，刘文王廷，徐晓飞，等.飞机结构典型环境腐蚀当量
关系研究[J].航空学报,1998,19(4):414～418.
[8] 刘文王廷，蒋冬滨.飞机结构关键危险部位加速腐蚀试验环
境谱研究[J].航空学报,1998,19(4):434～438.
[9] 张福泽.金属机件腐蚀损伤日历寿命的计算模型和确定方
法[A].见：钟群鹏.第三次全国机电装备失效分析预测预防战略研讨会论文集[C].北京：中国机械工程学会失效分析分会.1998.86～93.
[10] 张栋.飞机结构的腐蚀和腐蚀控制[M].北京：国防工业
出版社,1993.10～11.
作者简介:
张 栋 1941年生，研究员高工，致力于产
品失效分析、事故调查的实践和理论研究;
不断探索发展机械失效的痕迹分析技术和
方法；在开拓飞机日历寿命研究领域方面有
浓厚兴趣。电话:67992225转2099。
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