看得见的飞翔 看不见的百炼成钢

2018-08-20 10:46 经济参考报

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来源标题:看得见的飞翔,看不见的百炼成钢 ——记为C919锻造“强健筋骨”的大飞机强度试验团队

      在位于上海浦东机场区域中国航空工业飞机强度研究所内,工作人员在C919大型客机10001验证飞机的工作平台上合影。丁汀/摄

有一架飞机神秘而悲壮,从诞生之日起就要接受种种“酷刑”,通过完成“极限挑战”来证明该型飞机的安全性。破坏性试验注定其永远无法翱翔蓝天,但它却为国产大型客机C919的安全飞行、适航取证做出不可替代的贡献。这就是位于中国航空工业飞机强度研究所全机静力疲劳试验室内的C919大型客机10001验证飞机。

飞机的“强健筋骨”与“坚韧之翼”是如何炼成的?中国大飞机的强度试验团队伴随着这架验证飞机经历了一次次大考,为C919飞得更高更远打下坚实基础。

地面上的“极限挑战”

走进试验室,一架银灰色飞机被钢铁框架包裹着,液压管路延伸到框架的每一个角落,通过液压驱动的整套加载系统模拟飞机的真实受载,将载荷施加到飞机上,上万个应变传感器通过电缆连接着飞机上的每一个测量点和应变测量系统,一眼看上去,给人“五花大绑受刑”的感觉。

就像测试人在各种极限条件下的耐力一样,通过向飞机施加载荷,测试机体“骨骼”在不断增加压载情况下的应变、扭曲,以及硬度、韧度情况,就是把飞机放在一个极端苛刻的环境中去检验其耐力。检测值几乎都是飞机能够承受的极限,以验证飞机在遭遇极端情况时的安全性能。

一架飞机交付给航空公司投入商业运行,为公众提供航空运输服务前,必须经过一次全面验证。2.5g极限载荷试验是这场大考中最重要的一个试验,也是风险最大的试验之一。这个试验用于考核机翼,飞机的机翼需要承受整个飞机自身2.5倍重量的载荷,机翼的最大变形将超过3米。

2018年5月11日,C919飞机全尺寸验证试验项目开始首项极限载荷试验,也是欧洲航空安全局(EASA)关注的首个结构强度验证试验。当载荷施加到137%限制载荷时,问题不期而至:后服务门上部密封件脱出形成缝隙过大,增压舱无法继续增压。飞机上的压力不得不减下来,而试验团队的压力迅速增上来。

试验团队第一时间研究讨论故障原因和解决方案,随后又召开了多轮审查会详细讨论试验中止后的数据复查、试验排故、理论分析和试验数据对比分析等工作。在不到一个月的时间里,设计人员完成了多轮故障排查,最终试验大纲获得中国民航局(CAAC)的批准和欧洲航空安全局(EASA)的认可,于2018年6月6日顺利完成了10001架机增压舱增压极限载荷试验。同时也拉开了C919飞机结构极限载荷验证试验的序幕。

C919飞机强度试验团队在9年前曾遭遇过一次重大挫折,被试验团队称为“暗黑时刻”。这就是ARJ21飞机的2.5g载荷试验。2009年12月1日,当载荷施加到87%时,随着一声巨响,ARJ21飞机龙骨梁后延伸段结构遭遇破坏,2.5g极限载荷试验被迫中止,后续20多项静力试验都无法开展,试飞工作也不得不全线停滞。

“我搞了一辈子强度试验,在全机强度验证试验中,这种情况从未遇到过,不知道问题在哪里,对于试验团队来说无异于晴天霹雳。”中国航空工业飞机强度研究所副总工程师唐吉运说。

没有选择,只有沉下心来重头来过。“花了7个月时间,每一个环节都不放过,终于找出故障原因,发现飞机设计以及验证方法都存在问题。制定解决方案,最终同时面对中国和美国的考官圆满解决了问题。这七个月中的每一天都是煎熬。”C919飞机副主任设计师赵峻峰说。

ARJ21飞机2.5g极限载荷试验圆满通过的那一天,试验室的大男人们都哭了,他们终于抗住了这个让飞机研制坠入深渊的重力。

2.5g极限载荷试验成功表明ARJ21飞机强健的骨骼与机体足以支撑它安全翱翔蓝天。

C919飞机2.5g极限载荷试验马上要开始了,如今的试验团队内心更加沉稳,这沉稳和自信来自于风雨同舟的并肩奋斗,不畏艰辛的攻坚克难。

“考试”全优再上天

强度试验为什么这么难?要通过试验达到怎样的目的?

中国商飞上飞院飞机结构强度工程技术所副所长朱林刚打了一个比方:一把椅子生产出来,需要验证它能够承受多大的体重,是40斤重的小孩,还是200斤的大汉?一把椅子能坐多少年?椅子能否承受跳跃、撬动?飞机同样要进行诸如此类的测试,需要考虑飞机在飞行中任何影响安全的因素,比如飞机遭遇鸟撞、坠机、极端天气等情况时,其性能能否满足安全要求。

安全标准谁来制定?中国民用航空局。作为“考官”,中国民航局派出上海审定中心结构强度团队代表政府和公众对飞机的安全性进行全面监督、审查。验证由中国商飞负责,飞机制造商中国商飞公司所属的上海飞机设计研究院(简称“上飞院”)结构强度团队,联合我国唯一的飞机强度试验研究机构中国航空工业飞机强度研究所(简称“623所”)是“考生”,共同开展C919大型客机全部结构强度试验的设计、实施,向“考官”提供充分的试验数据证明飞机结构和强度符合适航规章的要求。

都说严师出高徒,两位“考生”面对的考官不仅仅是中国民航局,为了满足C919未来国际客户的要求,“考试科目”参照了欧美对飞机适航取证的相关条款,这份试卷是一份国际主流标准试卷。

出难题是为了验证C919具有足够的安全性,那么飞机的安全性如何定义?“简单的说,就是飞机因单个部件失效发生危险的概率是10的负9次方,低于人正常生活可能面对的危险。”中国商飞上飞院院长沈波说,“要证实这一点,就需要进行各项验证,飞机整个适航取证科目有数百项,强度试验还只是其中一部分。C919飞机验证所经受的所有考验都是为了保证其在翱翔蓝天时矫健而稳定。”

大型客机要进行哪些试验试飞?从首飞到取得型号合格证,一款新型大型客机要开展研发试飞、表明符合性试飞及型号合格审定试飞等,要完成高温、高湿、高寒、大侧风、溅水、最小离地速度、失速、颤振等1000多项符合性验证试验。

研发试飞,一般由型号合格证申请人自行开展,以调整飞机状态、获取工程数据、完善设计细节为主要目的,中国民航局不审查研发试飞。表明符合性试飞,是由申请人按照向中国民航局报批的型号合格审定试飞大纲和试飞程序开展试飞,并提交表明符合性试飞报告,表明飞机对于适航规章的符合性。在中国民航局签发了型号检查核准书(TIA)后开始型号合格审定试飞,中国民航局试飞员或试飞工程师会直接执机飞行。型号合格审定试飞分为重复试飞和并行试飞两大类。重复试飞是指中国民航局通过对申请人试飞结果的审查,选择审定重复试飞试验内容,用以确认申请人提交的试飞结果的有效性;并行试飞是指将申请人表明符合性试飞和中国民航局审定试飞同时进行,一般用于实施难度大、风险高的科目或非常简单、没有必要重复进行的科目。

同试飞一样,地面符合性验证试验也是适航验证的重要组成部分。这些试验包括强度试验、系统集成试验、机上地面试验、工程模拟器试验、设备鉴定试验等。每一个大试验科目下面又分许多子试验科目。如强度试验就包括了全机静力试验、全机疲劳试验、鸟撞试验等;全机静力试验又包含了最大垂直力着陆试验、增压舱增压试验、襟翼、缝翼等活动面静力试验、吊挂静力试验、主起落架连接区静力试验等。

我国自主研制的ARJ21喷气支线客机在完成了300项地面试验科目、528个验证试飞科目,累计试飞2942架次、5258飞行小时,398条适航条款关闭、3418份符合性报告得到审批后才取得了中国民航局颁发的型号合格证。国产大型客机C919也要走过这样一条适航取证之路,才能够交付给用户。

五指成拳方有力

“从ARJ21到C919,强度试验走过十多年历程,有成功的经验,也有失败的教训,试验团队发现,最关键、最脆弱的地方往往是接口,也就是飞机部件的衔接处。飞机如此,团队也是如此。总结下来就是一句话:没有协同合作,试验难题就攻克不了,这是强度试验中的哲学。”朱林刚说。

上飞院的强度部,中国航空工业飞机强度研究所,中国民航局强度审查组,隶属于不同的管理体系,有着不同的责任分工,却从来没有相互推诿,而是拧成一股绳,各司其职、各尽其能,共同推进试验项目。

“一起经历了ARJ21飞机的2.5g重大挫折后涅槃重生,彼此之间的信任、默契、合作成为共同攻克难关的法宝。经过这么多年的磨合,团队之间的气质和精神都很像,齐心协力,一条心、一口气,把活干好!”中国民航上海审定中心结构强度室主任张迎春说。

飞机是一个复杂的大系统,从飞机构造上讲,航电、液压、动力诸多系统需要相互衔接,从参与单位上看,不仅有国内外企业,还涉及管理部门、研究机构,没有协同寸步难行。“工业精神就是协作精神,任何一个板块都不可能割裂存在。合作的质量和高度决定了我们的事业能否成功。个体要过硬,整体更要过硬!大飞机是这样,其他事业也是这样。”朱林刚说。

共同的事业聚集五湖四海,共同的征程让人百炼成钢。从零起步、从无到有,国产大型客机研制正在汗水、泪水和一双双紧握的手中不可阻挡地向前。

责任编辑:郝帅(QF0020)  作者:贾远琨