美国空军曾一个月摔5架B-47，飞机结构完整性大纲（ASIP）的建立

原创 林建鸿 王彬文 航空之家

1958年3—4月间，美国空军（USAF）在训练过程中连续发生了5起B-47的坠机事故。事故调查结果显示：

（1）5起坠机事故中的4起是由于机体结构发生疲劳破坏所造成的。在这 4 起坠毁的飞机中，最长的累计飞行时间为2419h。

（2）B-47的原型机在研制过程中通过了150%限制载荷的静强度测试，但没有其他相应的测试手段能够确定B-47在实际使用过程中可以承受多少较小幅度的循环载荷而不发生疲劳破坏。

（3）B-47机队服役过程中所承受的实际载荷谱远比初始设计过程中采用的假设载荷谱要严

重。

（4）B-47的型号设计中没有确定该型号飞机的使用寿命极限。

（5）B-47型号设计所采用的疲劳分析方法无法准确地预测其疲劳寿命。

在认识到基于静态载荷/试验验证的设计方法所存在的缺点后，美国空军在后续的调查过程中采取了以下4方面的措施来应对B-47系列坠机事故所造成的混乱局面：

（1）在波音、道格拉斯和NACA同时展开了三项独立的B-47全机结构疲劳试验。

（2）创立了结构完整性大纲（ASIP）体系来改进和完善飞机结构的分析、设计、验证和安全维护技术。

（3）提出了设立疲劳寿命的设计目标要求，并且以飞机的飞行小时数（FHs）和飞行起降次（FCs）来共同表征飞机疲劳寿命的设计目标。

（4）将全尺寸的全机疲劳试验提升为型号研制的基本要求，全机疲劳验证试验必须采用符合实际使用状况的疲劳试验载荷谱。此项要求适用于未来所有型号军机的疲劳设计。

（5）B-47事故的调查完成之后，ASIP体系的应用也扩展到了所有军用飞机。

1958—1969 年，美国空军发布了一系列文件来规范ASIP 体系，这些文件包括 1958 年的 WCLS-TM-58-4、1960 年的军标 8800 系列、1961 年的 ASD-TN-61-141、1968 年的 ASD-TR-66-57 和 1969 年的 AFR80-13。这些文件为ASIP确立了以下的工作目标：

（1）建立、评估和证实飞机的结构完整性（包括飞机结构的静强度、刚度、耐久

性）。

（2）充分获取、评估和利用飞机的在役运行数据，为实现单架飞机在役结构完整性的持续评估提供依据。

（3）为确定后勤和部队规划要求（维护、检查、补给、飞机轮换、系统淘汰和未来部队结构）提供技术支撑。

（4）为改进未来飞机的设计、评估和验证流程和方法提供技术支撑。

为了实现这些工作目标，ASD-TR-66-57定义了以下5个阶段工作任务：

（1）确定型号的基本设计信息：定义设计准则与目标，并且规划服役使用用途。

（2）进行初始设计分析，完成载荷与载荷谱、静态应力、疲劳、颤振的分析，并且开

展相关的试验验证。

（3）开展各类试验测试工作，包括静态、疲劳、颤振和声波的地面测试，以及载荷与载荷谱、动态响应、热和颤振的飞行测试。

（4）为结构的强度总结、运营使用限制、使用寿命和参数疲劳分析进行最终的结构完整性分析。

（5）在型号的实际服役过程中，持续记录飞机运营和维护的历史。

在 ASIP 第二阶段的工作任务中，ASD-TR-66-57 要求飞机制造商在开始详细设计之前先对相关的设计概念和设计构型进行试验验证。

试验验证的内容包括对元件和结构构型研发的试验验证，试验内容应当涵盖：

（1）材料；

（2）加工工艺；

（3）连接；

（4）最终的产品组件。

B-47机队坠机事故的调查结果，飞机服役过程中的实际载荷谱是影响飞机结构疲劳寿命的一个关键因素。因此，在进行上述各种疲劳试验，尤其是全尺寸的结构疲劳试验的验证过程中，应尽可能采用符合实际使用工况的疲劳试验载荷谱。

1958—1972年，破损安全设计方法已经成为美国军机各种新型号研发的基本设计方法。研制出来的各种型号飞机的结构必须要满足能够承受大于等于1.5倍限制载荷的静强度要求；其设计疲劳寿命则根据全机疲劳试验获得的疲劳失效寿命除以4.0的安全因数（safety factor，SF）来确定。

原标题：《美国空军一个月摔5架B-47：飞机结构完整性大纲（ASIP）的建立》

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