C919大型客機預(yù)計今年上半年飛上藍(lán)天
大飛機，向首飛節(jié)點沖刺
2016年12月27日，C919大型客機被拖出機庫，進行有關(guān)調(diào)試和試驗。余創(chuàng)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(nèi)，原本支撐C919大型客機的起落架全部被收進起落架艙內(nèi)，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(tài)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(tǒng)安裝和主要的靜力、系統(tǒng)集成試驗，進入首飛準(zhǔn)備階段，預(yù)計將在2017年上半年實現(xiàn)飛上藍(lán)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(yán)酷的一次“展翅”。
“加載5%，以5%為一級，逐級加至20%，檢查設(shè)備”……
“加載至50%。保載3秒”……
“加載至85%。保載3秒”……
伴隨著紅色數(shù)據(jù)的不斷變化，一條曲線同時在兩側(cè)大屏幕上躍動，反映出C919大型客機首架靜力試驗機內(nèi)部的反應(yīng)——飛機如同做心電圖一樣，渾身布滿白色膠布帶，膠帶內(nèi)則是緊貼機體表面能敏感測出應(yīng)力、應(yīng)變的電阻應(yīng)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(yīng)變和變形。伴隨著持續(xù)加載，飛機開始顯現(xiàn)明顯的外部反映，機翼開始向上一點點翹起……最后，當(dāng)載荷達(dá)到試驗大綱要求的100%時，翼尖向上翹起達(dá)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(jié)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(lán)天，為首飛打下了又一個堅實基礎(chǔ)。
“結(jié)構(gòu)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(zhǔn)備工作卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過300天。”C919大型客機副總設(shè)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(zhàn)極限、超越極限的試驗考驗。讓飛機在地面狀態(tài)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(shè)計定型的先決條件之一。由于一架客機的靜力試驗項目達(dá)20多項，持續(xù)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(guān)鍵部件及其連接結(jié)構(gòu)分別進行考核。按照適航要求，這些考核既包括飛機結(jié)構(gòu)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(shè)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(nèi)設(shè)計有增壓設(shè)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?lián)碛辛己玫娘w行體驗。此時，飛機要承受內(nèi)外壓差帶來的巨大載荷。飛機的結(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)備給客艙增壓，使得座艙內(nèi)部大概相當(dāng)于海拔2400米左右的大氣環(huán)境。”中國商飛上海飛機設(shè)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(yán)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(huán)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(dāng)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(xiàn)場負(fù)責(zé)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(xiàn)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(wǎng)，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(chǔ)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(xiàn)場，通過預(yù)先安裝的傳感器和攝像設(shè)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(shù)據(jù)對強度計算方法的驗證。
“我們可以對飛機所有部位的嚴(yán)重工況進行計算機模擬分析，得到飛機設(shè)計是否滿足強度要求的結(jié)論。但在真實試驗中，不可能做那么多的靜力試驗，既浪費經(jīng)費又浪費時間，只能挑選最嚴(yán)苛工況進行試驗，對關(guān)鍵部位進行考核。而適航當(dāng)局是否認(rèn)可模擬計算結(jié)果，就要依靠試驗數(shù)據(jù)‘說話’。”趙峻峰說，做完增壓艙增壓試驗后，立刻把試驗數(shù)據(jù)拿來和強度計算數(shù)據(jù)進行比對，最后試驗數(shù)據(jù)與計算結(jié)果吻合度較高，這就證明了自己設(shè)計的強度計算工具的有效性，對后續(xù)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(jīng)歷過一段考驗
在中國商飛公司上海飛機設(shè)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(yè)領(lǐng)域仍是空白的中國民機產(chǎn)業(yè)，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(jīng)順利通過了全機2.5g靜力試驗。這是難度最高、風(fēng)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(shù)字，也曾經(jīng)是一個幾乎要把強度團隊乃至年輕的中國民用航空工業(yè)“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(wěn)定俯仰靜力試驗過程中，當(dāng)載荷施加到87％載荷時，龍骨梁后延伸段結(jié)構(gòu)遭遇破壞，結(jié)構(gòu)無法繼續(xù)承載，試驗被迫中止。這就意味著不僅后續(xù)20多項靜力試驗全部無法繼續(xù)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(jīng)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(xiàn)場負(fù)責(zé)人，趙峻峰當(dāng)時一下子就蒙了。當(dāng)時負(fù)責(zé)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(fù)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(shè)計強健脊梁”為使命的年輕強度技術(shù)團隊，在相當(dāng)長時間內(nèi)面臨難以在人前“挺起脊梁”的尷尬和窘迫。
2010年6月28日，經(jīng)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(xiàn)場。
朱林剛說，那是大飛機強度技術(shù)團隊最刻骨銘心的一段歷程，“7個月，在各級領(lǐng)導(dǎo)的帶領(lǐng)下，我們把原因分析清楚了，把修正方案找到了，把故障復(fù)現(xiàn)了，走了整個質(zhì)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(zhàn)友。”（余建斌）
