2.3 飞机结构完整性

2.3.1 飞机结构完整性含义

飞机结构完整性含义是随着飞机设计思想的变化而不断完善的。飞机结构完整性概念最早出现在美国1954年12月颁布的两部军用标准中，一部是MIL-S-5710《军用标准，结构准则，有人驾驶飞机结构试验，静强度》，规定了“通过静强度结构试验方法的飞机结构完整性验证”要求；另一部是MIL-S-5711《军用标准，结构准则，有人驾驶飞机结构试验，飞行》，规定了“结构完整性飞行验证”要求。1956年，出版的《美国空军词典》中，给出结构完整性定义：“用于飞机设计的机体结构承受载荷的特性”，但这种结构特性究竟包含哪些具体内容，承受的什么载荷，该定义并没明确指出。但很显然，当时主要是指飞机结构静载荷和静强度设计和验证。到了1972年9月，美国空军正式颁布首部规定军用飞机结构完整性设计和验证要求的军用标准MIL-STD-1530《飞机结构完整性大纲 飞机要求》，才明确了飞机结构特性的具体内容。2005年，颁布了新的军用标准MIL-STD-1530C，对结构完整性作了更准确的解释。

从飞机所处的状态来说，结构完整性是指在要求的结构安全性、结构特性、耐久性和可保障性水平下，结构完好和未受损伤时所处的状态；从所涉及的内容来说，结构完整性是指影响飞机功能、安全使用和费用的机体结构强度、刚度、耐久性和损伤容限的总称。这里的强度是指在严重受载情况下机体抵抗破坏的能力。刚度是指在严重受载情况下，机体抵抗有害变形的能力。耐久性是指在规定使用期内，机体抵抗开裂（包括应力腐蚀和氢脆引起的开裂）、腐蚀、高温退化、分层、磨损和外来物损伤作用的能力。损伤容限是指在规定的不修理使用期内，机体抵抗由于缺陷、裂纹或其他损伤引起破坏的能力，它通常用裂纹容限/剩余强度来表征。功能是指在规定的使用期内，机体完成指定工作任务的能力。

由此定义可见，飞机结构完整性具有三个要素：前提、对象和内容。也就是说，飞机结构完整性的前提条件（或出发点）是保证飞机的安全性和经济性及结构功能，这是现代飞机的高标准要求（安全可靠和经济长寿）所决定的。飞机结构完整性的对象是飞机结构件，换句话说，凡是影响功能、安全性和经济性的任何机体结构件都应作为飞机结构完整性的对象来考虑。飞机结构完整性的主要内容是结构强度、刚度、耐久性和损伤容限。很显然，这里的强度和刚度属传统强度范畴。这里的损伤容限和耐久性实质上也属强度范畴，但它们已不是传统的强度概念，而是属于断裂力学为理论基础、以数理统计为基本方法、与疲劳强度密切相关的断裂力学范畴。由此可见，结构完整性仍然属于结构强度（指广义强度）的范畴。

现代的飞机结构完整性是由现有各种设计准则集成的一种先进的飞机设计概念和设计思想，飞机结构完整性大纲是一种先进的飞机结构设计思想体系。飞机结构完整性设计思想和结构完整性大纲的这种先进性可以归纳为以下几个方面：第一，既考虑了飞机使用的经济长寿，又考虑了飞机使用的安全可靠；第二，既强调了飞机机体主要结构，又全面考虑了影响功能、经济性和安全性的所有次要结构和机内各种系统；第三，既考虑了飞机载荷、振动、噪声、气动弹性、气动加热等载荷使用环境，又全面考虑了外界自然环境——化学、气候、雷击、外来物等；第四，既强调了耐久性、损伤容限的断裂强度要求，又全面地考虑了传统的强度和刚度要求；第五，既考虑了飞机结构强度的要求（传统强度和断裂强度），又从强度角度考虑了飞机结构功能要求；第六，既规定了设计研制阶段和设计定型阶段的要求，又规定了飞机使用阶段——部队管理要求；第七，既规定了飞机机体结构特性（强度、刚度、耐久性和损伤容限等）的设计要求，又一一对应地规定了这些要求的验证要求等。