民用飞机后机身全尺寸静力试验与有限元分析

朱正义，任宇康

(上海飞机设计研究院，上海 201210)

作者简介：朱正义（1988—），男，工程师，硕士，主要研究方向为飞机结构强度设计及试验验证，zhuzhengyi@comac.cc.

摘要：根据后机身载荷包线对后机身全尺寸静力试验载荷进行筛选，完成从理论载荷到试验加载载荷的设计，提出了试验边界模拟、试验加载模拟等关键方法，完成了发动机失效工况和机动平衡两种危险工况的试验。建立了有限元分析模型，基于试验加载载荷进行有限元计算，得到理论位移和应变值。试验测量结果表明，试验测量得到的位移和应变值与理论值符合性良好，试验结果可作为某型民用飞机复合材料后机身结构的强度验证依据，验证的有限元分析方法可应用于结构优化设计。

关键词：民用飞机；静力试验；后机身；载荷处理

中图分类号：V258       文献标识码：A       文章编号：2095-509X(2021)05-0070-05

近年来，复合材料大量应用于民用飞机，以波音787和空客A350为代表的新一代民用飞机复合材料用量已超过50%。相对于金属材料结构，复合材料结构性能受制造和环境影响较大，分析方法成熟度相对较低，目前复合材料结构的静强度验证还需要依赖于大量的试验^［1］。国内民用飞机复合材料应用技术迅速提高，已经取得型号合格证的ARJ21-700飞机主要在翼梢小翼、方向舵、翼身整流罩、雷达罩等部位使用了复合材料^［2］。

飞机结构静强度试验是通过给试验件施加静态载荷的方法研究和验证飞机结构在静载荷作用下的强度特性^［3］。结构静强度研究有分析和试验两种方法，它们相辅相成，试验结果可作为结构强度性能的依据，同时可为建立精确的分析模型提供数据支持^［4］。刘佳^［5］针对某民用飞机后机身结构特点和受载形式，设计了相应的静力试验方案；郑建军等^［6］从试验飞机支持、试验加载及控制、试验测量及监控、损伤检测及状态监测等方面制定了总体的技术实现方案；何志全等^［7］研究了大型民用飞机前缘缝翼静力试验载荷设计技术，提出了基于最小安全裕度原则的试验基准载荷筛选方法；刘玮等^［8］开发了一种机身载荷施加策略及配套的加载装置设计技术,解决了固定杠杆比加载系统难以对不同工况机身进行有效加载的问题。以上学术论文研究了民用飞机静强度试验技术，为本文的研究提供了重要技术参数。

民用飞机后机身结构的适航验证可以通过理论分析和试验来共同表明符合性，因此对某型飞机后机身部段进行全尺寸试验验证和理论分析具有重要工程意义。