非洲国际快递-解密新舟700（二）：新舟700飞机结构长寿命设计
【编者按】新舟700飞机，是新舟系列涡桨支线飞机的最新产品，定位于承担800公里以内中等运量市场的区域航空运输业务，能够适应高原高温地区的复杂飞行环境和短距频繁起降。据最新消息，新舟700飞机预计于2020年1月总装下线。作为我国完全自主研发的新一代支线涡桨飞机，新舟700依托的关键性技术有哪些？又实现了哪些重大的突破和创新？11月22日起，民航资源网推出系列报道，解密新舟700背后的“硬核技术”。系列报道第二篇，带您解析新舟700飞机结构长寿命设计。
轻重量、长寿命、高可靠性结构设计技术是飞机运营安全性、经济性的重要保障，是现代民机设计的关键技术之一。长寿命与轻重量是结构设计的一对矛盾，长寿命结构不能以牺牲重量为代价，需要综合权衡。而实现结构长寿命，需在飞机研制和运营的全寿命周期中，综合考虑材料、设计、工艺、使用和维护等诸多因素，运用耐久性和损伤容限设计技术全面分析评定，给出设计和使用具体要求。
为了参与国际竞争，除了满足适航规章要求外，新一代涡桨支线飞机新舟700结构设计，要求其设计寿命指标达到世界先进水平。从概念研发阶段开始，设计团队就全面贯彻抗疲劳设计思想，采用抗疲劳设计和工艺措施，开展多轮分析和大量研发试验，从而为实现长寿命结构提供了保证。
顶层规划，全寿命周期控制
结构使用寿命控制工作贯穿于飞机整个研制和使用全寿命周期，需要有全面、详细的顶层规划和控制方案，否则难以实现长寿命的安全使用。在新舟700飞机研制初期，设计团队结合民机研制流程，全面规划了初步设计、详细设计、试制与验证、批量生产等阶段飞机全寿命周期内相关工作，制定了耐久性和损伤容限设计控制大纲。从材料选择、结构布置、细节设计、防腐设计、维修设计等影响使用寿命的各个方面进行了详细要求，针对各类结构规定了具体设计、评定准则。与多位国内外知名行业专家进行了广泛交流，跟踪研究了适航规章要求的变化，对最新广布疲劳损伤有效性限制要求进行深入研究，制定了相关设计控制要求和评定流程方法。
精细设计，全面详细分析
影响结构使用寿命的因素有很多种，需要从各个方面进行系统的考虑。在新舟700飞机结构设计过程中，设计团队根据受载情况确定出结构疲劳敏感区域，选用抗疲劳和损伤容限性能优异的材料，并对这些区域提出了总体应力水平控制要求。新舟700飞机机身截面是由不同半径的上、下圆弧加中间小圆弧过渡构成，该过渡区结构和受力非常复杂，是以往同类飞机最薄弱的部位，在试验和使用中经常出现裂纹，就该问题，设计团队在飞机概念设计阶段进行了重点研究，通过分析发现上、下圆弧交点及过渡圆弧半径对该区域应力分布有很大影响，为此以交点位置和半径为可变参数，建立900多套细节模型寻找应力变化规律，最终确定了机身截面最优过渡参数，之后又对该区域结构进行了细节优化，并开展了等直段疲劳和损伤容限试验研究验证。由于出现疲劳裂纹的部位都在结构几何发生变化的细节位置点，如开孔、缺口、台阶等，而这种细节点在飞机结构上是数以万计的，如一块机身壁板上就多达数百个，分析团队针对每一个这种细节点都开展了详细的分析。由于分析工作量巨大，分析团队编制了一系列可批处理的计算辅助工具，极大提高了分析效率，并保证了分析质量。
制造细节控制，采取多项强化措施
制造过程对结构使用寿命也有非常重要的影响，合理选用工艺措施可以极大地提高结构寿命。在新舟700飞机结构设计中，对制孔工艺、铆接工艺、倒角、光洁度等都在结构数模中进行了明确的标注和要求，并由专业团队对影响寿命的细节进行逐一详细审查。对壁板类铆接结构，如机身壁板、机翼壁板，广泛采用自动钻孔铆接工艺，提高铆接质量；对重要的承力结构，如机翼下壁板蒙皮、加强框、重要接头等，还采用了喷丸强化工艺；对主要传力结构的连接孔，如翼梁与壁板连接、机翼对接等，采用开缝村套冷挤压工艺。这些工艺措施将对提高结构抗疲劳性能起到很大作用。
开展大量积木式试验研究验证
