2.3.2 飞机结构完整性大纲
1.飞机结构完整性大纲的形成和发展
飞机结构完整性大纲（ASIP）是指规定飞机结构完整性要求的总大纲，它体现了现代飞机结构完整性设计思想体系。随着飞机设计思想的不断发展和航空技术水平的不断提高，飞机结构完整性大纲经历了一个形成、逐步深化和不断完善的过程。
飞机结构完整性大纲的形成起始于20世纪50年代美国B-47轰炸机的严重事故。B-47轰炸机是20世纪50年代“冷战时期”美国重要的战略打击力量，1958年3月至4月，5架B-47轰炸机接连因结构破坏而坠毁，其中一架飞机飞行2000小时后发生破坏，导致当时美国全军所有B-47飞机停飞。
1959年2月，美国空军研究与发展部（ARDC）和美国空军材料部（AMC）联合发布了《高性能飞机结构完整性大纲的大纲要求》，这是全世界有关飞机结构完整性大纲的第一个正式报告。该报告主要针对B-47轰炸机，包括以下11个部分：
（1）静力试验；
（2）飞行载荷测量；
（3）疲劳试验；
（4）低高度阵风环境；
（5）任务剖面数据；
（6）过渡性使用载荷（Interim Service Load）；
（7）VGH寿命历程记录；
（8）8通道使用载荷记录；
（9）声疲劳；
（10）高温结构；
（11）设计准则。
从这11项内容看出，除传统的静强度设计和验证之外，飞机载荷测量和载荷谱、疲劳设计和验证及使用寿命问题等在世界第一个飞机结构完整性大纲报告中占了很大比重。
1961年，美国空军航空系统部（ASD）发布了技术报告ASD-TN-61-141《空军结构完整性现状和详细要求》，该报告把ARDC-AMC报告的11个部分归纳整理成五大类工作，并按时间顺序进行编排如下：
（1）设计资料；
（2）初步设计分析；
（3）试验；
（4）最终结构完整性分析；
（5）实际操作使用。
这5大类工作就是目前军用飞机结构完整性大纲五大任务的雏形。1966年1月，美国空军航空系统部发布了技术报告ASD-TR-66-57《空军结构完整性大纲要求》，把飞机结构完整性大纲工作明确划分为5个阶段。
1972年9月，美国空军正式颁布了军用标准MIL-STD-1530（USAF）《飞机结构完整性大纲，飞机要求》，这是世界上首部关于飞机结构完整性大纲的军用标准，该大纲在静强度、刚度和疲劳强度设计准则基础上，增加了破损安全设计和验证要求。
1975年12月，美国空军颁布了MIL-STD-1530A取代LIL-STD-1530，仍然把结构完整性大纲分为五大任务，但把损伤容限和耐久性设计和验证内容纳入到五大任务之中。到2005年11月为止，美国飞机结构完整性大纲经历了6次更新，具体见表2-4。
表2-4 美国军用飞机结构完整性大纲演变
这里特别要提的是最近的一次更新，即2005年11月颁布的MIL-STD-1530C，该大纲具有以下几个特点。
（1）MIL-STD-1 5 3 0 C尽管由美国空军提出，但由美国国防部颁布，这意味着2 1世纪开始飞机结构完整性大纲不仅要在美国空军飞机贯彻实施，而且要在美国所有军用飞机中贯彻实施。
（2）MIL-STD-1530C比以往的结构完整性大纲更强调了风险评估和风险管理，这主要体现在以下几点。
① 风险分析贯穿飞机研制和使用的全过程，在设计分析和研制试验（任务Ⅱ）中要进行初始风险分析，在合格审定和部队管理对策（任务Ⅳ）中要进行正式的风险分析，在部队管理实施（任务Ⅴ）中要进行风险分析更新。
② 风险分析不仅要进行定性分析，还要进行定量分析，而且定量风险分析还有明确的定量指标，这个定量指标就是2.2.3节中谈到的军用飞机结构可靠性设计目标（10-7～10-5/每次飞行）。
③ 要进行全面的风险分析。全面是指研制该飞机所涉及的所有设计准则内容都要进行风险分析，也就是说，不仅要对静强度和刚度设计进行风险分析，对耐久性和损伤容限设计也要进行风险分析。
强调风险评估和风险管理意味着美国军用飞机结构设计和验证在全面地贯彻飞机结构可靠性设计思想。
（3）MIL-STD-1530C首次把军用飞机结构完整性的设计和验证要求纳入到型号飞机的适航合格审定中，这就意味着飞机适航性不再是民用飞机的专利，军用飞机也应进行适航合格审定，也应满足飞机适航要求。
针对MIL-STD-1530C所具有的这些特点，根据我国的国情，正有条件地吸收到我国即将颁布的新国军标《军用飞机结构完整性大纲》中。
由以上飞机结构完整性大纲的形成和发展过程看出，飞机结构完整性大纲是由批量飞机主要因疲劳导致的事故出现而孕育的，是伴随损伤容限和耐久性设计思想的形成而催生的，并且随着损伤容限、耐久性设计思想的完善和飞机结构可靠性设计思想的形成而逐步完善起来。
2.飞机结构完整性大纲主要内容
从1972年美国空军颁布的首部飞机结构完整性大纲（ASIP）以来，各个版本的飞机结构完整性大纲尽管具体内容不同，但均包括相互联系的五大任务（表2-5），这五大任务就构成了飞机结构完整性大纲的主要内容。现以表2-5来具体说明，该表摘自即将颁布的我国新国军标GJB775A-2012《军用飞机结构完整性大纲》。很显然，表2-5和表1-2的五大任务具体内容不是完全相同的。
表2-5 军用飞机结构完整性大纲任务（摘自GJB775A—20 1 2）
1）设计资料（任务Ⅰ）
该任务主要确定飞机设计中必须使用的准则，以保证所研制的飞机满足飞机结构完整性大纲要求。这些设计准则包括载荷准则、动力学准则、强度准则、耐久性准则、损伤容限准则和质量特性准则。除确定设计准则外，该任务还包括用于飞机结构设计和验证的下述资料：飞机结构完整性大纲主计划；设计使用寿命和设计使用方法；耐久性和损伤容限控制大纲；腐蚀防护和控制大纲；无损检测大纲；材料、工艺连接方法和结构概念的选择等。
2）设计分析与研制试验（任务Ⅱ）
在飞机结构初步设计和详细设计阶段需要设计分析和研制试验，其主要目的如下：
① 确定飞机结构必须经受的载荷和环境；
② 基于载荷和环境对飞机结构进行初始和最终分析和试验；
③ 确定满足强度、刚度、耐久性和损伤容限要求的飞机结构型式和尺寸。
设计分析和研制试验包括如下主要内容。
（1）设计分析
设计分析包括下述内容：规定和验证所用材料和接头许用值；载荷分析；编制设计使用载荷谱和设计化学/热/气候环境谱；应力分析；耐久性分析；损伤容限分析；腐蚀评估；声耐久性分析；振动分析；气动弹性和气动伺服弹性分析；质量特性分析；结构生存力分析。
（2）设计研制试验
设计研制试验包括试样元件级试验、构件级试验以及部件级试验；试验内容包括耐久性试验和腐蚀试验等。
（3）生产中无损检测能力评估
应制定无损检测大纲对生产过程监测和结构件质量控制中所用的无损检测方法的效力进行评估，以降低漏检风险。
（4）初始风险分析
应根据当量初始缺陷尺寸和类似飞机的使用数据进行初始风险分析，用于验证飞机按设计使用载荷/环境谱飞行时，在飞机设计使用寿命期内出现广布疲劳损伤起始和丧失破损安全的风险很低。同时，该分析还应预计超出设计使用寿命后，何时丧失破损安全的风险变得不可接受。对于非破损安全结构，该分析应预计超出设计使用寿命后，不管何时，即使采取了必需的安全检查/更改，也会导致飞机不可用度及不利经济后果的风险高得不可接受。
3）全尺寸试验（任务Ⅲ）
全尺寸试验的目的是通过一系列地面试验和飞行试验，确认飞机结构设计的合理性。这些试验包括：静强度试验，首飞前地面验证试验，飞行试验，耐久性试验，损伤容限试验，气候试验，最后还应对这些试验结果进行分析和评估。根据评估结果制定必要的改进措施，以验证强度、刚度、耐久性和损伤容限设计要求得到满足，并将相关风险降低到可接受的程度。
4）合格审定与部队管理对策（任务Ⅳ）
（1）飞机结构合格审定
飞机结构合格审定应以任务Ⅰ至任务Ⅲ的结果为审定基础。飞机结构合格审定的最终阶段工作是合格审定分析。合格审定分析是根据地面和飞行试验结果，对任务Ⅱ的设计分析进行修正，以解决分析和试验之间存在的不一致性问题。合格审定分析还应为制定保证飞机安全使用所需的技术文件（如使用限制操作程序、维护要求等）提供工程原始数据。
飞机结构合格审定分析的一个重要内容是进行风险分析，其分析的目的是确定飞机结构完整性大纲的各项任务对飞机结构可靠性的影响，并验证飞机结构可靠性要求。在进行风险分析时，要以概率量化的形式给出分析精度，并形成文件，以支持结构合格审定。
（2）部队管理对策
制定适用的部队管理对策的目的在于解决任务Ⅴ中飞机维护期间出现的部队管理问题。部队管理对策包括强度概要和使用限制、部队结构维护计划、载荷/环境谱测量、单机跟踪大纲等。
在部队管理对策的几项内容中，载荷/环境谱测量和单机跟踪大纲这两项内容占有重要地位。载荷/环境谱测量主要在足够数量的服役飞机上安装载荷/环境谱测量系统进行机队监控，以获得20%机队有效使用数据，编制基准使用载荷/环境谱，以及对初始的设计使用谱进行更新或确认。单机跟踪大纲主要是在所有部队服役飞机上安装能记录足够使用参数的系统（飞参记录系统），获得每架飞机的实际使用数据，调整各单机的维修间隔，确定飞机结构的损伤扩展速率，监控每架飞机的寿命耗损。
5）部队管理实施（任务Ⅴ）
该任务规定如何执行任务Ⅳ中制定的部队管理对策。该任务主要由使用方负责实施，经实施所获得的数据和信息要按规定的程序及时反馈给设计部门。同样，单机跟踪大纲和载荷/环境谱测量是其中的两大重要内容。
部队管理实施的最终结果导致部队管理更新和重新合格审定。部队管理更新中的一项重要内容是风险分析更新。风险分析更新就是将预计的飞机结构灾难性破坏概率与所规定的限制水平（10-7～10-5/每次飞行）进行比较，以确定飞机结构使用是否安全，如果不安全，应该采取何种措施（检查、修理、限制使用、更改或替换等）来降低风险。风险分析的更新是以载荷/环境谱测量和单机跟踪大纲所获得的编谱结果作为基本输入数据。