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飞机结构日历寿命是新机研制的一项重要战术技术指标，是飞机三大寿命指标（总飞行小时、总飞行次数和总使用年限）的重要组成部分。以前，国内外主要着眼于从飞行小时和飞行次数来解决新机型的定寿、老机型的延寿问题及进行飞机寿命研究，日历寿命常被人忽视，往往是根据经验来确定。自20世纪70年代开始，特别是80年代以来，随着现代飞机对使用寿命要求越来越高，特别是随着飞机在使用中暴露出来的腐蚀和腐蚀疲劳问题越来越严重，如何从日历寿命角度解决飞机使用寿命问题就显得越来越重要、越来越紧迫，目前已到达非解决不可的地步。
国内对飞机结构腐蚀疲劳定寿研究起步较晚，基本上始于20世纪80年代末；对飞机结构日历寿命研究起步更晚，基本上始于20世纪90年代中期。近十余年来，国内专家曾提出几种日历寿命估算方法，这些方法多是从纯腐蚀或飞机地面停放角度出发进行研究的。本节试图从另一个角度，即从飞机服役使用角度出发，提出一种基于谱载的估算飞机结构日历寿命的方法，以用于飞机结构日历寿命的评估和分析验证，为日历寿命定寿和延寿提供一个有用的工具。
飞机结构日历寿命，是指飞机在使用环境（如温度、湿度、化学、振动、冲击及其他介质）和使用条件（如使用应力、维护条件、储藏条件）下，能够完成使用功能的持续日历时间。飞机结构日历寿命常以日历年为单位来表示，它包括飞机结构组装完成后所经历的全部日历时间，其中有飞行时间和地面停放时间（间歇性停放、维护、修理、存储等）。例如，现代运输机和民用客机设计使用寿命一般为60000飞行小时、30日历年；现代战斗机设计使用寿命一般为6000飞行小时、25日历年。
从以上飞机结构日历寿命的内涵至少可以说明一点：不能笼统地说日历寿命是着眼于腐蚀环境的一种寿命指标，它和飞行小时寿命一样，也是着眼于服役使用的一种寿命指标。飞机的服役使用就是飞行，换句话说，飞机结构日历寿命也是一种着眼于飞行使用的寿命指标，离开了飞行，离开了使用，离开了作用在飞机上的疲劳载荷，日历寿命定寿就失去任何实际意义。哪怕飞行时间在整个日历寿命中只占很少一部分（如战斗机小于3%），也要首先立足于飞行使用来考虑日历寿命。
影响飞机结构日历寿命有多种因素，归纳起来，大体可分为四类：力学因素、腐蚀环境因素、材料因素和结构因素。
这里说的力学因素，主要是指影响飞机结构使用寿命的重复载荷源；腐蚀环境因素主要是指腐蚀环境种类、环境强度和环境持续时间；材料因素则包括材料的力学特性和冶金因素；结构因素主要指结构型式和结构表面处理类型。在这四大因素中，力学因素和腐蚀环境因素是外因，是诱发因素；材料因素和结构因素是内因，是抵抗因素。
在提出日历寿命计算模型之前，先作如下假设：
（1）飞机结构在无腐蚀环境下和腐蚀环境下经受相同的载荷谱。
（2）腐蚀疲劳损伤和疲劳损伤一样均可线性叠加，即两者均服从线性累积损伤理论。
（3）有腐蚀影响和无腐蚀影响下所造成的飞机结构破坏的总损伤度相同。
基于飞机的飞行使用，从分析日历寿命的影响因素入手，依据上述假设，就可导出如下腐蚀环境下飞机结构日历寿命表达式（具体推导从略），即
式中 Y——腐蚀环境下飞机结构日历寿命，年；
Y 0 ——无腐蚀环境下飞机结构日历寿命，年；
T——腐蚀持续时间，年；
m——腐蚀强度指数，由试验获得。
假设以一个日历年作为载荷谱的一个加载周期，无腐蚀环境下飞机结构日历寿命为
式中 D——飞机结构在一个寿命期内的总损伤度，一般取D=1；
——一个日历年（一个加载周期）的损伤；
n 0 ——一个日历年（一个加载周期）的重复载荷循环次数（载荷谱）；
N 0 ——无腐蚀环境下一个寿命期的破坏循环数。
需要说明如下两点：
（1）这里说的无腐蚀环境，并不是指真空状态，而主要是指实验室环境或常规疲劳环境。
（2）n 0 表示一个日历年的载荷谱，从一定程度上来说也是年飞行强度（飞机年出勤率）的一种量度。
式（3-9）的T可以是大气暴露腐蚀时间，也可以是加速模拟腐蚀时间，还可以是飞机在真实腐蚀环境中的腐蚀时间。而腐蚀强度指数m则是与材料、结构和环境有关的试验常数，腐蚀强度指数为
式中 b——材料S-N曲线斜率；
n——腐蚀环境强度指数。
式（3-11）中的m称为腐蚀强度指数，n称为腐蚀环境强度指数，两者称谓之所以稍有差别，这是因为m除与腐蚀环境有关外，还与材料和结构有关，而n则只与腐蚀环境有关。在材料和结构给定的情况下，两者只相差一个常数b，此时可用m代替n进行分析和讨论。
由于式（3-9）中的Y 0 是由载荷谱导出的无腐蚀环境下飞机结构日历寿命（见式（3-10）），因此，可把式（3-9）看成是基于谱载的飞机结构日历寿命表达式。
令
代入式（3-9），可得
式中，W为飞机结构日历寿命减缩系数，表示因腐蚀影响而使日历寿命降低的严重程度。很显然
现围绕式（3-9）对飞机结构日历寿命的有关问题作初步讨论和分析。
前面谈到，影响飞机结构日历寿命有四大因素，其中，重复载荷和腐蚀环境是外因，是诱发因素，材料和结构是内因，是抵抗因素。式（3-9）不仅从定性上，而且从定量上较好地反映了影响飞机结构日历寿命的四大因素之间的关系，特别是较好地揭示了重复载荷和腐蚀环境这两大诱发因素对飞机结构日历寿命影响的内在变化规律。
重复载荷对飞机结构日历寿命的影响主要体现在无腐蚀日历寿命Y 0 上。由式（3-10）知，在一个寿命期内总的破坏循环数N 0 一定的前提下，一个日历年的载荷谱越重（或年飞行强度越大），即n 0 越大，则无腐蚀日历寿命Y 0 就越短；由式（3-9）知，Y 0 越小，飞机结构日历寿命Y也就越短。也就是说，载荷谱越重，Y 0 越小，日历寿命Y就越短；反之亦然。Y和Y 0 的这种关系如图3-3所示。
图3-3 Y-Y 0 关系（m=2，T=0，1，2，…）
需要说明一点，尽管Y和Y 0 之间呈线性关系，但飞机结构日历寿命Y与载荷谱之间并不是线性关系，而是幂函数关系，这是因为载荷谱中各级载荷大小与破坏循环数进而与Y 0 之间是幂函数关系之故。并且在大多数情况下，疲劳寿命（破坏循环数）是疲劳载荷5次方的关系，换句话说，使用寿命随着疲劳载荷的增加呈5次方的关系下降。与此类似，在腐蚀环境给定的情况下，飞机结构日历寿命是疲劳载荷5次方的关系。正因为如此，即使在确定飞机结构日历寿命时，载荷谱也要尽可能给得准确。
腐蚀环境强度对飞机结构日历寿命的影响主要体现在式（3-9）中腐蚀强度指数m上。在材料和结构给定的情况下，m越大，则表明腐蚀环境强度越大，也就是说，在材料和结构给定的情况下，m是腐蚀环境强度的一个量度。
图3-4给出了T为某一给定值（如T=Y）时，飞机结构日历寿命Y随腐蚀强度指数m的变化关系。从式（3-9）和图3-4可看出，飞机结构日历寿命Y随着m的增加呈指数关系下降。很显然，m≥0，当m=0时，表明无腐蚀效应，此时Y=Y 0 ，飞机结构日历寿命即为无腐蚀日历寿命。由此可见，m值的选取对确定飞机结构日历寿命起着非常重要的作用，这正是今后要攻克的重点难题。
图3-4 Y—m关系（T=Y，Y 0 =0.5，…，45）
另一方面，由式（3-11）可知，b来自各种材料的S-N曲线性能数据，m值的确定就主要变成了对腐蚀环境强度指数n的确定，一般来说，可通过加速模拟环境试验拟合试验常数来确定。
腐蚀持续时间对飞机结构日历寿命的影响主要体现在式（3-9）中的腐蚀持续时间T上。图3-5给出了Y 0 为某一给定值（如Y 0 =40年）时Y随T的变化关系，图3-6给出了m为某一给定值（如m=2）时Y随T的变化关系。由这两个图可以看出，当Y 0 和m给定时，飞机结构日历寿命Y随着腐蚀持续时间T的增加呈对数幂函数的关系降低。由此可见，即使是载荷谱和腐蚀环境强度已确定的情况下，飞机结构预期的日历寿命也不是一个定值，而是一个随着腐蚀时间而变的动态变化值。这一结论非常重要，它不仅可以使我们随时监控日历寿命的耗损情况，还可以根据监控结果，采取措施，确保飞机满足设计日历寿命要求，或者延长飞机日历寿命。
图3-5 Y-T关系（Y 0 =40，m=0，1，…，5）
图3-6 Y-T关系（m=2，Y 0 =0，5，…，45）
从图3-5和图3-6中发现一个非常有趣的现象，在两个图所有曲线的最右下端点，其横坐标和纵坐标的值相等，即T=Y，这一点具有特殊的意义，即飞机在大气腐蚀环境中暴露Y年的日历寿命，把此时的Y称为飞机结构临界日历寿命，记为Y T ；同样，此时的T称为临界腐蚀持续时间，记为T Y ，很显然T Y =Y T 。于是，当T=Y时，式（3-9）可写成
式（3-15）物理意义在于，在载荷谱、腐蚀环境强度、材料和结构已知的情况下，按式（3-15）估算出的日历寿命是飞机结构日历寿命的临界值，而此临界值可作为确定飞机结构日历寿命的判据。
假设式（3-9）中的T为大气暴露时间或飞机所经受的真实腐蚀时间，很显然
T=0，1，2，3，…，Y
由式（3-9）和式（3-15）知：当T=0时，Y=Y 0 ；当T=Y时，Y=Y T 。于是
由式（3-16）和式（3-17）可以看出以下两点。
（1）飞机大气暴露时间或经受的真实腐蚀时间T总是小于或最多等于飞机结构日历寿命Y。
（2）飞机结构日历寿命Y总是小于或最多等于无腐蚀日历寿命Y 0 ，总是大于或至少等于临界日历寿命Y T 。当Y=Y T 时，则表示该飞机该退役了。
分析到这里，需要指出的一点是，在估算飞机日历寿命时，不能笼统地把腐蚀持续时间T或地面停放时间看做是日历寿命。从式（3-9）和上述分析看出，腐蚀持续时间或飞机停放时间长短只是影响飞机日历寿命多种因素中的一个，只有当其他影响因素已知的情况下，才能按式（3-15）计算飞机临界日历寿命，也只有这种情况下，飞机临界日历寿命才和腐蚀持续时间的临界值相同。
综上所述，材料和结构对日历寿命是抵抗因素，是影响日历寿命的内因，重复载荷和腐蚀环境对日历寿命的影响正是通过特定的材料和结构起作用的。就定量来说，材料和结构对飞机结构日历寿命的影响主要体现在式（3-9）中的无腐蚀日历寿命Y 0 和腐蚀强度指数m两个参数上。
前面提到，无腐蚀日历寿命Y 0 是载荷谱严重程度的一个量度，但这只是问题的一个方面。另一方面，不同的材料，或者同一种材料的不同结构型式，即使是相同的载荷谱，其无腐蚀寿命日历Y 0 也是不一样的。更全面更确切的说法应该是，在给定材料和结构的情况下，无腐蚀日历寿命Y 0 是载荷谱严重程度的一个量度。由此可见，应该进行飞机不同材料和不同结构型式（含结构表面处理类型）的无腐蚀日历寿命Y 0 的估算和试验，从而进一步评估飞机结构日历寿命。
就腐蚀强度指数m而言，由式（3-11）看出，m由两项组成，即m=bn，其中b为材料S—N曲线的斜率。严格说来，不同材料，或者同一材料的不同结构型式，其b值是不同的，进而m值也是不同的，由此所估算出来的飞机结构日历寿命Y也是不同的。因此和Y 0 类似，在给定材料和结构型式情况下，腐蚀强度指数m是腐蚀环境强度的量度。由此可见，应进行飞机不同材料和不同结构型式的腐蚀强度指数m的测定和参数拟合，从而进一步评估飞机结构日历寿命。
由上分析可以看出，材料和结构对飞机结构日历寿命的影响比载荷谱和腐蚀环境的影响还要复杂。
××飞机是多梁式三角翼结构，机翼四梁根部是该型飞机主要的疲劳关键部位，经试验和分析，给出该机机翼四梁接头存活率为99.9%、置信水平为95%的使用寿命为N 99.9 =2093飞行小时≈2100飞行小时，现以此为例估算该型飞机结构日历寿命。
首先求该机的无腐蚀日历寿命。根据该系列飞机多年使用和外场统计结果，该机的年平均出勤率较低，约为50飞行小时/年，单架飞机最多不超过80飞行小时/年，为保守起见，这里取n 0 =70飞行小时/年，换句话说，这里以70飞行小时代表一年的载荷谱，于是无腐蚀日历寿命为30年（Y 0 =2100/70）。
又知，该机机翼四梁为LC4铝合金，根据飞机有关该铝合金试件大气暴露试验所采集数据拟合结果，取m=2.5509，代入式（3-9），就可求出不同腐蚀时间下的该机机翼四梁日历寿命，如表3-3和图3-7所示。
表3-3××飞机机翼四梁日历寿命 单位：年
由表3-3可以看出，当T=0时，Y=Y 0 =30年；当T=Y时，Y=Y T =13.4年。由此可见，腐蚀时间T和日历寿命Y的变化范围分别为
0≤T≤13.4年
30年≥Y≥13.4年
需说明一点的是，这里说的无腐蚀环境主要是指用作疲劳试验的实验室（或试验厂房）环境，这里说的大气暴露环境主要是指东南沿海腐蚀严重环境。
由以上两者的变化范围可知，在××飞机机翼四梁根部和与此相连的机身47框是该机腐蚀疲劳一个关键部位的情况下，如果××飞机在类似于实验室环境中使用（如北方干燥大气环境），则该型飞机可以服役30年；如果整个服役期全在东南沿海使用，则只能服役13.4年，即服役日历寿命减少了55%；如果在东南沿海环境中服役10年，再转场到北方大气环境中使用，则该飞机至少还可服役5.3年（由表3-3知，该飞机在东南沿海服役10年的日历寿命是15.3年），这样该飞机此时的服役日历寿命比全在东南沿海使用时延长了两年。这些结果和该机的实际使用是基本吻合的。
图3-7 某飞机四梁服役日历寿命
由上述的分析和实例可以得出以下几点结论。
（1）不能笼统地说飞机结构日历寿命是着眼于腐蚀环境的一种寿命指标，它和飞行小时寿命一样，也是着眼于飞行使用的一种寿命指标。
（2）影响飞机日历寿命的主要因素有四个：力学、腐蚀环境、材料和结构。在这四大因素中，力学因素和腐蚀环境因素是诱发因素，是外因；材料因素和结构因素是抵抗因素，是内因。
（3）本节所提出的飞机结构日历寿命估算模型揭示了日历寿命和各种影响因素之间的内在关系，不仅从定性，而且从定量上反映了它们之间的内在变化规律；该模型立足于飞行使用，并把空中飞行和地面停放有机地结合起来；该模型立足于常规疲劳，并把疲劳、腐蚀和腐蚀疲劳三者有机地结合起来；而且，该模型表述简单明了，估算日历寿命所需参数少（只需m值），可充分利用飞机结构常规疲劳的定寿数据和材料的疲劳性能数据，对评估飞机结构日历寿命是一个非常有用的工具。
（4）从对日历寿命模型的讨论和实例分析可以看出，飞机结构预期的日历寿命是一个动态变化值而不是常值，在载荷谱和腐蚀环境强度已知的情况下，飞机结构日历寿命随腐蚀时间的增加呈对数幂函数的关系下降，这为确定、评估、监控、确保和延长飞机结构日历寿命提供了有力的根据。