图：歼10静力试验
人类在每一个科学技术领域的认知进步，都要经历一个从无到有、从浅到深、从蒙昧到明晰的过程；这种规律反应在飞机结构设计上，就是从定性设计到定量设计的变化（注）。歼10正是我国第一款实现结构定量设计的飞机。
[注：《现代飞机结构设计》]
传统的定性设计时代，设计单位的理论认识水平和计算能力都很低下。人们首先认定验收合格的材料与部件是不存在缺陷的，继而在这个基础上根据已有的理论（比如经典的工程梁理论）和经验，选出合理的方案。
图：工程梁理论基于欧拉-伯努利方程建立，其最初的思想可以追溯到达·芬奇
随后开始粗略的估算和选择结构部件的截面尺寸，再进一步对强度与刚度性能进行校核。如果强度、刚度不足，则加大截面尺寸增重补强；如果剩余强度太大，便反之进行减重。

这种设计方法在计算过程中简化的非常厉害，而且只能适用于一些外形和受力都比较简单的部件，计算结果很容易与试验结果出现较大偏差。如果设计人员的理论素养、经验水平和试验数量上不能达到非常高的水准，那么在复杂的结构设计中要获得出色的性能是不可能的。
图：工程梁理论的应用，为埃菲尔铁塔和摩天轮一类复杂结构建筑的出现奠定了基础
歼10在结构设计中遵循的几个主要国家军用标准系列，比如GJB67-85、776-89、775-89，它们全部是美国空军标准的引进版本；分别对应Mil-A-8860A、83444和MIL-STD-1530。这些标准不仅代表了美国空军在70年代中期对飞机结构的认识水平，而且意味着一套全新的设计、制造、使用维护体系。
随着飞机结构设计的要求越来越高，人们必须在截面尺寸更小的部件上实现更高的强度、刚度指标。结构中可以分担受力的冗余部分越来越少，有效的减轻部件重量的同时也带来了巨大的风险：
材料中隐藏的一道微小裂纹，或者加工时留下的一条明显刀痕，都有可能在巨大的压力和反复变形作用下迅速发展成足以导致整个部件彻底断裂的贯穿性裂纹。
图：彗星号客机、F111等，都是西方飞行器结构设计教材上绕不开的内容，每一次对它们的鞭尸，都是给后来者长记性，让未来的航空器设计不会再犯同样的错误。

上世纪60年代中期到70年代初，以高强度使用作为导火索，轻重量、高性能的结构设计矛盾在美国飞机上集中爆发。包括F111和F4在内的大量新飞机结构件出现严重的断裂现象，使飞机提前报废甚至是坠毁。比如1969年一架F111机翼解体导致机毁人亡，而这架飞机只飞行了一百多小时。
检测结论逼迫人们承认，制造飞机的材料和部件中必然存在着大量的微观缺陷，并导致了50%以上的结构疲劳失效；改善材料和工艺水平可以减少、但无法消除这种现象。这使飞机结构设计中开始正式引入断裂力学理论，系统性的研究结构部件裂纹如何发生、扩展、并引起整个部件的断裂。
图：F15前机身结构裂纹，摘自80-0034号F15机头断裂事故分析报告
这些成果最终变成了相当详细的指导标准，使设计师在设计时不仅能掌握结构部件会在什么条件下破坏；而且还知道正常使用情况下，允许结构含有多少、何种类型、大小的裂纹，以及它的寿命变化。
断裂力学理论实际上从40年代后期起就一直在高速发展，而长期没有得以应用在飞机结构设计中的原因只有一个：分析、计算能力不足。这一瓶颈最终被电子计算机的高速发展所打破。
图：歼10的进气道结构，现代设计手段的高效、简易、直观是过去只能进行纸上作业时所无法想象的（图片来自公开论文）
 计算机对于飞机结构的最大贡献在于有限元分析计算，这是一切先进设计的基础手段，也是现代定量设计与传统定性设计的根本区别所在。有限元法可以将一个结构部件划分成大量彼此连接的细小单元，每一个小单元只负责很简单的几个受力情况；通过计算这些小单元在各种条件下的变化趋势，就可以获得整个部件的近似性能数据。
通过这种原理，有限元分析可以解析外形和受力条件非常复杂的部件，这给飞机结构设计提供了极大的灵活性。但是要计算出高精度、高可信度的性能数据，对有限元计算过程中划分的单元数量要求极高，计算量极大，因此在高性能计算机出现前有限元分析一直难以实用。
 图：随着计算机软硬件的高速发展和普及，现在有限元分析已经不是当年只有大企业、大科研机构才有本钱去玩的东西了
断裂力学、有限元分析、传统设计经验的三者结合，使飞机结构设计进入了一个完全不同的时代；它所带来的不仅仅是aMil-A-8860A、83444和MIL-STD-1530等几个军用标准，还有大量《耐久性设计手册》这样的规范文件，更为后来的达索CATIA等航空航天专业设计软件提供了基础。从F16开始的西方战斗机都遵循这一系列的标准规范，当然越往后的型号所遵循的标准版本也更新。
歼10结构的成功，正是建立在这些西方技术和相关体制的引进基础上。1998年6月2日，成飞集团成为航空系统第一家获得档案工作目标管理国家一级标准的企业；作为标志性的例子，歼10的图纸就是完全西方化的，不论是各种标注还是基本的画图风格——其严谨程度不亚于任何同时代西方三代机。
以标注为例，当时我国其他战斗机结构图纸上只有强度计算人的签名；而歼10的结构图纸上则包括设计重量与疲劳强度的薄弱点数量。前者代表着每一个部件生产都实现了高度标准化，为精确重量控制和部件互换性能提供了基础。
而后者则代表每一个部件都在大量的有限元分析基础上进行了彻底的疲劳试验，所有薄弱点的位置都是已知的。这些不仅是歼10结构坚固耐用的根本所在，而且也是任何一种长寿命飞机设计制造中绝不可缺少的标准。
图：歼10的复合材料结构设计，是相关人员90年代赴美国斯坦福大学进行专项学习掌握的

在引进西方设计标准规范、软硬件体系的基础上，歼10结构上直接继承了西方70年代中期以后的设计经验；规避了国内没有独立战斗机结构设计经验风险的同时，直接达到了一个较高的水平。但是受时代和我国生产力水平的局限，歼10上还是留下了不少遗憾——并且不止于结构方面；它们有些已经被克服，有些却仍然困扰着歼10。
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PS1：拆毁性检查，即是笔者之前文章所言，“至今困扰歼10的问题”之一
PS2：对比之下，妙趣横生
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图：摘自611副总师桑建华所著《飞行器隐身设计》一书
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