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大飛機,向首飛節點沖刺

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2016年12月27日,C919大型客機被拖出機庫,進行有關調試和試驗。余創攝

1月17日,中國商飛公司民用飛機試飛中心,新投入使用的上海浦東祝橋試飛機庫寬敞、明亮。

巨大的機庫內,原本支撐C919大型客機的起落架全部被收進起落架艙內,3個“千斤頂”一樣的空氣彈簧把飛機頂起到半空中。這是在進行C919首飛前必須完成的全機地面共振試驗和模態耦合試驗,這個試驗的開始也意味著C919進入首飛前最后的沖刺階段。

目前,C919已基本完成機載系統安裝和主要的靜力、系統集成試驗,進入首飛準備階段,預計將在2017年上半年實現飛上藍天的夢想。

C919大型客機順利通過如“酷刑”般的全機2.5g靜力試驗

2016年11月8日,C919大型客機迎來“出生”以來第一次也是最嚴酷的一次“展翅”。

“加載5%,以5%為一級,逐級加至20%,檢查設備”……

“加載至50%。保載3秒”……

“加載至85%。保載3秒”……

伴隨著紅色數據的不斷變化,一條曲線同時在兩側大屏幕上躍動,反映出C919大型客機首架靜力試驗機內部的反應——飛機如同做心電圖一樣,渾身布滿白色膠布帶,膠帶內則是緊貼機體表面能敏感測出應力、應變的電阻應變片。這測量的不是C919心臟的跳動,而是機體“骨骼”在外部不斷加載情況下的應變和變形。伴隨著持續加載,飛機開始顯現明顯的外部反映,機翼開始向上一點點翹起……最后,當載荷達到試驗大綱要求的100%時,翼尖向上翹起達到近2米。

最終,C919大型客機順利通過了這項“酷刑”一般的全機2.5g靜力試驗,試驗結果也與試驗前的強度分析高度吻合,表明其強健的“骨骼”與機體足以支撐飛上藍天,為首飛打下了又一個堅實基礎。

“結構必須能夠承受極限載荷3秒鐘而不破壞。別看這短短的3秒鐘,背后的準備工作卻遠遠超過300天。”C919大型客機副總設計師周良道說。

通俗地說,靜力試驗就是讓飛機接受各種挑戰極限、超越極限的試驗考驗。讓飛機在地面狀態下,模擬在空中飛行時的受力情況,來驗證在空中到底能承受多大的力量。因此,全機靜力試驗是飛機研制過程中進行飛行試驗和設計定型的先決條件之一。由于一架客機的靜力試驗項目達20多項,持續時間較長,也被稱為飛機試驗中的“馬拉松”。

“全機靜力試驗就是檢驗飛機的抗壓能力和承受極限,是對全機和每個關鍵部件及其連接結構分別進行考核。按照適航要求,這些考核既包括飛機結構上的機身、機翼、水平尾翼、吊掛等部段,也包括起落架艙門、機身艙門、各活動翼面等。”中國商飛上海飛機設計研究院強度部部長李強說。

首飛前,C919大型客機必須完成增壓艙增壓、前起連接、主起連接、全機情況、垂尾和方向舵等13項共48個工況的靜力試驗,其進展情況直接影響著C919能否早日首飛。

增壓艙增壓試驗中的飛機像一個巨大的高壓鍋,登機門要承受16噸的載荷

很多人可能不知道,在飛機客艙內設計有增壓設備,用來在空氣稀薄的高空給客艙增加氣壓,保持乘客在最舒適的大氣壓下擁有良好的飛行體驗。此時,飛機要承受內外壓差帶來的巨大載荷。飛機的結構設計是否能承受這份載荷的考驗?這是C919大型客機進行的第一項靜力試驗——增壓艙增壓試驗。

“為了保持乘客的舒適度,飛機在高空飛行會使用增壓設備給客艙增壓,使得座艙內部大概相當于海拔2400米左右的大氣環境。”中國商飛上海飛機設計研究院強度部副部長朱林剛說。

飛機進行限制載荷試驗必須考慮飛機在工作中遇到的最嚴苛場景。在增壓艙增壓試驗中,需要模擬0.8個大氣壓的壓差。“在上海的試驗環境大概是1個大氣壓左右,因此,我們要往機艙‘灌’1.8個大氣壓的空氣,來模擬這個壓差。別小看這0.8個大氣壓的壓差,它相當于在登機門大小的機身上施加16噸的載荷。”靜力試驗團隊強度部現場負責人趙峻峰說。

“試驗中的飛機就像一個巨大的高壓鍋,國外出現過進行增壓艙極限載荷試驗時艙門爆出的情況。如果有什么零件被壓力頂飛出來,那是非常危險的。” 趙峻峰說,“在試驗時,我們給飛機做了一個防護網,為了更好地觀測飛機受載荷情況,把機身一些部位空了出來。等到做極限載荷試驗時,試驗壓力還要在此基礎上再乘1.5倍來進行。屆時會用個‘大罩子’把飛機罩起來,試驗人員也要離開現場,通過預先安裝的傳感器和攝像設備測量和觀察試驗。”

去年5月13日,在人們的見證下,C919大型客機順利完成了增壓艙增壓試驗,為靜力試驗開了一個好頭。不過,比增壓艙增壓試驗本身更為重要的,是試驗數據對強度計算方法的驗證。

“我們可以對飛機所有部位的嚴重工況進行計算機模擬分析,得到飛機設計是否滿足強度要求的結論。但在真實試驗中,不可能做那么多的靜力試驗,既浪費經費又浪費時間,只能挑選最嚴苛工況進行試驗,對關鍵部位進行考核。而適航當局是否認可模擬計算結果,就要依靠試驗數據‘說話’。”趙峻峰說,做完增壓艙增壓試驗后,立刻把試驗數據拿來和強度計算數據進行比對,最后試驗數據與計算結果吻合度較高,這就證明了自己設計的強度計算工具的有效性,對后續開展C919大客機極限載荷靜力試驗或其他型號靜力試驗也都非常重要。

我國首款自主研制的支線噴氣客機ARJ21,在靜力試驗時也曾經歷過一段考驗

在中國商飛公司上海飛機設計研究院,強度團隊是一支年輕的團隊,里面幾乎全是“80后”“90后”。在很多專業領域仍是空白的中國民機產業,這支通過不懈努力和奮斗成長起來的隊伍已嶄露頭角,由原來的三四十人壯大到220多人,也是中國民機研制的寶貴財富。在他們的努力下,C919飛機也已經順利通過了全機2.5g靜力試驗。這是難度最高、風險最大的試驗項目之一,要驗證的是飛機在2.5倍重力情況下的承載情況。而2.5g這個數字,也曾經是一個幾乎要把強度團隊乃至年輕的中國民用航空工業“壓”進深淵的重力。

2009年12月1日,我國首款自主研制的支線噴氣客機ARJ21新支線飛機在進行2.5g全機穩定俯仰靜力試驗過程中,當載荷施加到87%載荷時,龍骨梁后延伸段結構遭遇破壞,結構無法繼續承載,試驗被迫中止。這就意味著不僅后續20多項靜力試驗全部無法繼續開展,而且正在全面展開的試飛工作也不得不全線陷于停滯。這對已經面臨巨大進度壓力的新支線飛機項目來說,無異雪上加霜。

作為ARJ21靜力試驗現場負責人,趙峻峰當時一下子就蒙了。當時負責機身強度的朱林剛也依然清晰地記得那一瞬情景和那一段“黑暗”的時光,“每一個人背負的壓力都特別大,壓抑得喘不過氣來”。這個以“為中國大飛機設計強健脊梁”為使命的年輕強度技術團隊,在相當長時間內面臨難以在人前“挺起脊梁”的尷尬和窘迫。

2010年6月28日,經過7個月絕地攻堅,ARJ21新支線飛機2.5g極限載荷試驗也就是2.5g靜力試驗終于圓滿通過,掌聲、歡呼聲、喜極而泣聲溢滿了整個試驗現場。

朱林剛說,那是大飛機強度技術團隊最刻骨銘心的一段歷程,“7個月,在各級領導的帶領下,我們把原因分析清楚了,把修正方案找到了,把故障復現了,走了整個質量體系的過程,然后把事情最終干成了。更重要的是,這7個月大家不再僅僅是同事,而是戰友。”

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責任編輯: 李浩

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