HB/Z 413－2013 民用飞机结构耐久性设计准则 Civil aircraft durability design criteria 2013－04－25发布 2013－09－01实施 中华人民共和国工业和信息化部 发 布 ICS 49.045 V 36 HB/Z 413－2013 I 前 言 本标准按照 GB/T 1.1－2009 给出的规则起草。 本标准由中国航空综合技术研究所归口。 本标准起草单位：中国航空综合技术研究所、中国飞机强度研究所、第一飞机设计研究院。 本标准主要起草人：薛景川、刘友丹、孟兆康、宋利民。 HB/Z 413－2013 1 民用飞机结构耐久性设计准则 1 范围 本标准规定了民用飞机结构耐久性的设计依据、设计原则、设计内容、设计程序和设计方法，以及 为达到这些要求应遵循的验证方法。 本标准适用于民用飞机的结构耐久性设计。 2 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 2.1 耐久性 durability 在规定的使用期内，飞机结构抵抗开裂(包括应力腐蚀和氢脆引起的开裂)、腐蚀、高温退化、分层、 磨损以及外来物损伤影响的能力。 2.2 设计使用寿命 design service life 在设计时所确定的使用期(如年、飞行循环数、小时、起落数等)。 注：在此周期内，当飞机在设计载荷 /环境谱下飞行时，预期可保持其结构的完整性。 2.3 耐久性使用寿命 durability service life 由耐久性试验结果给出的使用寿命。 2.4 经济寿命 economic life 飞机的维护和修理已经不经济时所对应的使用期。 2.5 结构细节 structure detail 结构中对疲劳开裂敏感的局部区域或元件(如紧固孔、圆角、几何不连续处、耳片等)。 2.6 裂纹尺寸 crack dimension 结构细节部位裂纹在其扩展方向上的长度。 2.7 主疲劳裂纹 dominant fatigue crack 结构细节具有的一个独立的最大疲劳裂纹。 HB/Z 413－2013 2 2.8 初始质量 initial quality 在制造和装配工序完成时，机体的基本材料中存在的或制造过程中引起的各种缺陷的一种量度。 2.9 设计载荷/环境谱 design loads/environment spectrum 在飞机设计中采用的且代表了飞机在设计使用寿命期内预期遇到的典型的外部载荷和环境(化学、 热等)谱。 2.10 基准使用载荷/环境谱(基准谱) baseline operation load/environment spectrum (baseline spectrum ) 根据从使用飞机上测量的数据(如从载荷 /环境谱测量得到的数据)对设计谱修正，反映飞机平均使 用情况的载荷谱。 2.11 无损检测 nondestructive inspection (NDI) 可显示部件或材料的外表面或内部的状况， 而不会对被检测的材料或部件产生有害影响的检测工艺 或技术。 3 一般要求 3.1 设计依据 民用飞机结构耐久性的设计依据包括在国家的法律法规、顾客要求和市场要求中。民用飞机结构耐 久性设计要求通常与民用飞机的安全性、维修性和经济性等要求相关。 3.2 设计原则 在设计使用载荷 /环境谱作用下，按耐久性设计的机体结构，在使用和维护期间，机体的耐久性能 力应足以抵抗疲劳开裂、腐蚀、高温退化、分层和磨损及外来物损伤，使其不降低机体的使用和维护能力，并对使用寿命、使用方法不造成有害的影响。这些要求适用于金属和非金属结构，包括复合材料结 构。在整个设计使用寿命期内，保证机体结构具有良好的状态和低的使用维修费用。 3.3 设计内容 结构耐久性设计的主要内容包括设计使用寿命和载荷 /环境谱的确定、耐久性关键件的选择、应力 水平控制、结构布局、材料选择、受力结构耐久性设计详细要求和连接结构耐久性设计的详细要求等。 3.4 设计程序 结构耐久性设计和验证应按本标准规定的程序进行。 民用飞机研制耐久性设计和验证过程流程图见 附录 A，图中虚线框的内容为耐久性验证工作。 4 设计方法 4.1 一般要求 4.1.1 总则 HB/Z 413－2013 3 首先根据耐久性设计目标进行结构布局，然后进行应力分析。根据应力分析结果和结构的重要性等 选择耐久性关键件。对关键件进行初步设计。关键件耐久性初步设计中应考虑结构布局、材料、应力集 中等问题。初步设计中根据需要进行元件研制试验。 4.1.2 设计使用寿命和载荷/环境谱 4.1.2.1 设计使用(服役)寿命 设计使用(服役)寿命由以下内容组成： a) 飞行小时数； b) 使用年限； c) 起落次数。 4.1.2.2 设计载荷谱 对于耐久性设计，应编制耐久性设计载荷谱，以反映飞机在设计使用分布内使用情况的基准谱。设 计载荷谱的编制应满足如下要求： a) 载荷谱中应包括所有重要的重复载荷源，如：发动机地面开车、功能检查、顶起、牵引、滑行、 着陆、大气紊流、操纵系统工作、座舱增压、振动和噪声、地－空－地循环等。根据飞机的具 体使用情况，载荷谱中可略去对结构损伤影响很小的某些重复载荷源。 b) 在每个任务段或每种任务剖面里应确定重量、重心、速度和高度变化等的适当分配。 c) 载荷谱应尽可能按飞－续－飞顺序给出。当按飞－续－飞顺序给出时，应随机地或程序化地分 配每个任务段或每次飞行中少于一次的载荷。 d) 如果没有按飞－续－飞顺序给出载荷谱，应考虑地－空－地循环或最大最小载荷组成的循环。 e) 在编制基准谱时可以高载截取(掐头)，低载截除(截尾)。 4.1.2.3 设计载荷/环境谱 在设计载荷谱中应考虑环境谱，并形成设计载荷 /环境谱，以用于耐久性设计、分析和试验验证。 4.1.2.4 耐久性关键件选择 应制定准则以选择飞机结构的关键部件以及控制这些关键部件。 在选择关键部件时应考虑对飞行安 全、任务完成以及生产和维修费用的影响。 4.1.2.5 应力水平控制 为了保证结构的耐久性，结构设计时应控制其应力水平。 4.1.3 结构布局 确定机体各部件结构形式并进行结构布局时，应充分考虑耐久性要求，合理安排受力构件和传力路 线，使载荷合理地分配和传递，避免构件承受附加载荷，以利于机体结构应力水平的宏观控制。充分考 虑以下因素： a) 应保证承受高载的部件(或构件)有合理的传力路线， 避免出现附加载荷， 避免应力的急剧变化。 b) 传力路线不宜过于集中。重要结构应采用多传力途径或止裂件；在梁与肋或框与纵梁的结构交 汇处，将次要受力构件断开，保证主要受力构件的连续、完整。 c) 主要结构应便于接近和检查。对于易产生裂纹的重要构件应设计成可检结构。主要承力构件应 具有开敞的通路，以便日常维护、检查、修理或更换。 d) 当采用加筋结构时，在结构布局时需要进行合理参数配置，在众多约束条件下求得最佳方案。 e) 选择结构形式以及受力构件布置，可以参照类似机种和成熟的构形。 HB/Z 413－2013 4 4.1.4 材料选择 选材时，除考虑疲劳断裂性能外，还应考虑飞机预期使用环境条件(如温度和湿度)对材料性能的重 要影响。 a) 材料符合民用航空管理部门认可的标准。 b) 材料的适用性和耐久性必须建立在试验的基础上或有良好的工程使用经验， 一般避免采用高强 度钢。 c) 正确选用材料，使材料的腐蚀倾向减至最低。 d) 在满足必要的力学、工艺和结构要求的前提下，优先考虑材料的抗腐蚀性能。 e) 尽可能选用经验或试验证明具有良好的腐蚀性能的材料。 f) 容易腐蚀的部位和不易维修的部位，应选择耐腐蚀性能好的材料。 g) 组成结构的零件应尽量选用相同的材料。不可避免时，应选用腐蚀电位相近的材料。 4.2 详细要求 4.2.1 受力结构 一般受力结构件的细节设计除应满足 4 .1.2～4 .1.4 的要求外，还应满足如下要求： a) 应力集中区域表面粗糙度低。 b) 过渡段的表面应该与邻近表面的粗糙度一致。 c) 机加零件应避免应力集中。 d) 全部结构应具有可达性，以便于装配检查和定期维护检查。易腐蚀的部位，要易于维护。 e) 开口位置和