由于經(jīng)濟因素的考慮,軍用飛機延長服役年限是一個不可避免的趨勢;然而,延長飛機使用年限,伴隨著飛機使用時間的增加,飛機結(jié)構(gòu)的疲勞(fatigue)及腐蝕(corrosion)問題就會隨之一一浮現(xiàn)。根據(jù)一份1997年發(fā)表的研究報告,從1954年到1995年這40年間,全球共約發(fā)生2,800次飛機失事,其中由于結(jié)構(gòu)問題導致的有67件,原因及百分比為︰其它及設(shè)計不良各占10.4%、維修不良占7.5%、超負荷(overload)占28.4%、疲勞及腐蝕占百分之43.2%。結(jié)構(gòu)問題中疲勞及腐蝕危害最烈,幾乎占了一半,可見要維持老飛機的飛行安全,必須對結(jié)構(gòu)疲勞及腐蝕有正確的認知及處置,而這也是目前各國空軍現(xiàn)正面對的首要課題。
要防止老飛機因疲勞或腐蝕而產(chǎn)生飛行安全顧慮,除了各種腐蝕的處置方式外,在飛機后續(xù)服役期間,必須對飛機結(jié)構(gòu)退化情況持續(xù)追蹤,以及時采取適當對策。飛機結(jié)構(gòu)疲勞追蹤的歷史可回溯至1950年代初期,當時的美國及英國空軍在飛機上安裝疲勞計(Fatigue Meter),實時記錄飛機于飛行過程中的速度、高度、G值等3項飛行參數(shù),評估結(jié)構(gòu)的疲勞壽命耗損情況。
美國空軍于1972年發(fā)布飛機結(jié)構(gòu)剛性計劃需求(Aircraft Structural Integrity Program,Airplane Requirements,MIL-STD-1530)軍事規(guī)范后,美國軍用飛機皆需于機上安裝飛行記錄器(Flight Data Recorder),依據(jù)機隊管理(Force Management)綱領(lǐng)執(zhí)行結(jié)構(gòu)疲勞壽命追蹤。當代的飛行記錄器可記錄多種飛行參數(shù),除了最基本的速度、高度、G值、重量這4項外,還可記錄︰迎角、側(cè)滑(sideslip)角、滾轉(zhuǎn)速率、俯仰速率、偏航速率、燃油重量、外掛載重量等多項參數(shù),可推導出飛機于記錄期間的飛行載荷譜(load spectrum)及應力譜(stresss pectrum)。若結(jié)構(gòu)設(shè)計采安全壽命規(guī)范,則依麥內(nèi)法則(Mine's Rule)計算此期間結(jié)構(gòu)疲勞指數(shù)(fatigue index),估計疲勞壽命耗損情況(若疲勞指數(shù)達100%,表示結(jié)構(gòu)疲勞壽命已完全耗盡,飛機須立即停飛);若結(jié)構(gòu)設(shè)計采容許損傷規(guī)范,則以裂紋生長分析(Crack Growth Analysis)計算此期間結(jié)構(gòu)疲勞裂紋生長長度。不過一般而言,這兩種計算結(jié)果的準確性欠佳,而且無法評估腐蝕損傷情況。
圖1:F-16上的飛行紀錄器,包括一訊號獲取單元(SAU)
圖2:F-16上的飛行紀錄器,包括一耐墜機儲存單元(CSMU)
較佳的方式是運用目前航空業(yè)界正蓬勃發(fā)展中的實時飛機結(jié)構(gòu)健康探測系統(tǒng)(Real-Time Aircraft Structural Health Monitoring System),對結(jié)構(gòu)進行實時損傷追蹤,更能保障老飛機的結(jié)構(gòu)飛行安全。此種系統(tǒng)是在飛機結(jié)構(gòu)上預期會發(fā)生疲勞或腐蝕損傷的位置,安裝適當?shù)膫鞲衅鳎╯ensor),實時探測并回報結(jié)構(gòu)損傷情況,讓使用單位能及時采取對應措施。
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標簽: 腐蝕, 疲勞, 飛機, 結(jié)構(gòu), 健康探測

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