【趣聊航空】
我們知道人長時間工作會感覺累，長期服役的飛機也會累嗎？答案是會的，哪怕是鋼筋鐵骨的飛機，結構也會產生疲勞。
(資料圖片)
那什么是結構的疲勞呢？比如鐵絲彎折一次往往很難掰斷，但不斷彎折多次就能掰斷。鐵絲在循環載荷作用下，應力值雖然始終沒有超過材料的強度極限，甚至比彈性極限還低，但其實在彎折點已經逐漸產生局部永久性的性能變化，在一定循環次數后形成裂紋，并在載荷作用下繼續擴展直到完全斷裂，這就是疲勞破壞。
航空史上最著名的因疲勞導致的空難事件就是大型噴氣客機“彗星”號的空中解體。由于高空飛行的“彗星”客機使用增壓座艙，長時間飛行頻繁起降使機體反復地承受增壓和減壓引發飛機鋁制蒙皮的金屬疲勞，金屬部件產生裂紋并擴展而造成了解體事故。對事故的調查讓航空界開始重視壓力反復變化對飛機結構影響并研究金屬疲勞問題。所以疲勞也被稱為機械構件的致命殺手，機械零部件的破壞很大比例是由疲勞引起的。
那么飛行中哪些載荷容易引起結構疲勞呢？
1.機動載荷
它是由于飛機在機動飛行中，過載的大小和方向不斷改變而使飛機承受的氣動交變載荷。
2.突風載荷
它是由于飛機在不穩定氣流中飛行時，受到不同方向和不同強度的突風作用而使飛機承受的氣動交變載荷。
3.地－空－地循環載荷
飛機在地面停放或在地面滑行時，機翼在本身重量和設備重量作用下，承受向下的彎矩，但飛機離地起飛后，機翼在升力作用下，承受向上的彎矩。這種起落一次交變一次的載荷，稱為地－空－地循環載荷。這是一種時間長、幅值大的載荷。
4.著陸撞擊載荷
它是由于飛機著陸接地后，起落架的彈性引起飛機顛簸附加到飛機上的重復載荷。
5.地面滑行載荷
它是由于飛機在地面滑行時因跑道不平引起顛簸，或由于剎車、轉彎、牽引等地面操縱而加到飛機上的重復載荷。
6.座艙增壓載荷
這是由于座艙增壓和卸壓，而加給座艙周圍構件的重復載荷。也是彗星號空難的罪魁禍首。
各種載荷的作用只是引起飛機結構疲勞的外因，而哪些部位容易出現疲勞損傷則是由于構件外形尺寸的突變或材料內部有缺陷。在交變應力長期作用下，在構件外形突變處，或材料有缺陷處出現應力集中，逐步形成了非常細微的裂紋，也叫疲勞源，在裂紋尖端產生嚴重的應力集中，促使裂紋逐漸擴展，構件截面不斷削弱。當裂紋擴展到一定程度，在偶然的超載沖擊下，構件就會沿削弱了的截面發生突然斷裂。
根據部隊和工廠維修實踐，大量破壞事例證明：應力集中是影響飛機結構疲勞強度的主要因素，疲勞源總是出現在應力集中的部位。如開孔、開槽、倒角、螺紋等處容易出現疲勞裂紋。另外表面加工質量不高、各種裝配效應都會降低結構的疲勞強度。
作為飛行員，飛機的使用環境也會對結構的疲勞強度有所影響，例如海軍飛機在海洋環境中金屬容易受到腐蝕，將產生“腐蝕疲勞”，使疲勞強度降低，因為腐蝕使金屬表面產生無數的小應力集中點，促使疲勞裂紋的形成。在使用中，應盡力防止構件表面人為地造成傷痕。過去有不少人認為，碰傷、劃傷一點，只能觸及飛機結構的一點毛皮，不會影響飛機壽命。這種認識是片面的。另外還有擦傷疲勞、高溫疲勞、低溫疲勞、熱疲勞、聲疲勞等在操縱飛機時需要注意。
人累了休息休息就能夠活力充沛，而金屬不一樣，這種疲勞是沒辦法恢復的，一旦出現微裂紋就是永久性的危害。并且由于總是發生在結構應力遠低于設計容許最大應力的情況下，因此常常不容易引起人的注意，這也是疲勞最危險的地方。
審核：郁大照（海軍航空大學）
撰稿：楊 斌
策劃：吳玉良 周堅毅 宋雅娟 肖春芳
監制：張 翼 戰 釗
編輯：宋雅娟 肖春芳
出品：中國科協科普部 海軍航空大學 光明網
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