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【中国梦·践行者】专访中国飞机强度研究所团队:他们专搞“破坏” 让飞机百炼成钢

2018-11-02 09:04 来源:大洋网

AG600全机静力试验

王彬文

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C919全机地面共振试验

大洋网讯 在中国飞机强度研究所(又称航空工业强度所),有上千名“强度人”,他们每天的工作便是对新研制飞机进行强度验证,并给出鉴定结论。强度试验的方式多种多样:模拟航空器在空中和地面使用中的受载情况;模拟航空器所处的极限气候环境;模拟航空器可能遭遇的冲击载荷,如飞机非正常着陆、甚至飞行时鸟类碰撞等特殊状况。

从运20、C919到“鲲龙”AG600,每一架新型号试验机都需通过万般历练之后才能取得通行证、允许投入飞行。

“在行业里面,很多人称我们的工作是搞飞机‘破坏’的,但其实我们的这种‘破坏’意义非常重大。”强度所所长王彬文在接受专访时称:“为了让一款飞机拥有高品质的生命力,让它的潜力发挥到极致,我们做的是一系列严谨科学细致的‘破坏’。没有这种‘破坏’,就没有飞机的凤凰涅槃、浴火重生。”

10月20日,我国首款自主研制的大型水陆两栖飞机“鲲龙”AG600在湖北荆门成功实现水上首飞起降。而就在“鲲龙”成功飞天之时,它的另一个“孪生兄弟”则静静地放在陕西航空经济开发区的强度所新区内。

在我国新型号飞机的研制过程中,强度所都扮演着极为重要的幕后角色——正是它为新型飞机发放了首飞“通行证”。

近日,珠海航展即将开幕之际,记者在西安阎良国家航空高技术产业基地采访了强度所所长王彬文,听他讲述“大国重器”背后的“涅槃”故事。

飞不起来的“兄弟机”

距离西安市中心50公里的陕西航空经开区,是我国首个国家级航空高技术产业基地和目前唯一以航空为产业特色的国家级经济技术开发区。这里聚集了大量的航空产业上下游企业,强度所就坐落于此。

置身于强度所,你时常可以听见“邻居”试飞院传出来的阵阵飞机轰鸣声,而强度所则总是寂静的。但在这里的试验室内,每天却都上演着壮观的强度试验。

作为我国航空工业唯一的飞机强度研究中心与地面强度验证试验基地,强度所承担的是飞机研制过程中的设计、制造、试验、试飞四大环节中必不可少的“第三棒”。从飞机的元件、组件、部件、再到全机结构都需要在强度所经过相关专业的强度鉴定验证。

在强度所里“修炼”的型号飞机很多:“胖妞”运20、“鲲龙”AG600……还有一架“小玖”C919则放在强度所上海分部的试验室里。这些试验机由于经过了无数次折腾,再也不能飞上天空。但它们通过各项“极限考验”积累下来的数据,却为“兄弟机”的飞行和适航取证做出了不可替代的贡献。

“它们用自己的悲壮,造就了‘兄弟们’的腾飞和辉煌。”王彬文这样总结试验机的“一生”。

给飞机做“心电图”

每一台试验机的试验过程几乎都是惨烈的,尤其是静力试验机和疲劳试验机。但在众多航空迷心中,全机静力试验却是最具“观赏性”的一项试验,它是通过模拟飞机在空中和地面使用中的受载情况,验证其结构是否满足静强度要求。

试验开始前,一台静力试验机往往会先被“五花大绑”,科研人员如同给飞机做“心电图”一样,从机翼、机身到尾翼贴满白色的胶布带,在关键考核部位贴有能敏感测出应变的电阻应变片,每一个应变片上再连接一根信号传输线,用以实时监测加载过程中结构响应的应变数据。只有当飞机结构能够承受住设计载荷的考验,才能支撑其安全地飞上蓝天。

今年国庆前夕,《加油!向未来》中,就有报道C919飞机全机静力试验的过程,强度所也因此“圈粉”不少。在节目现场播放的真实试验画面中,我们可以看到:随着“测试,加载”的指令发出,C919开始被无数根钢丝从四面八方吊了起来。“加载5%,以5%为一级,逐级加至20%、30%……85%”一旁的红色数据不断攀升,机翼也会随着载荷的增大高高翘起,大屏幕上的数据曲线也同时在跃动。

“加载至150%,保载3秒!”最终,C919机翼顶端的弯曲幅度超过了3米,此时单侧机翼所承受的载荷达到100吨,相当于飞机自身重量的3.75倍,飞机仍完好无损,试验取得成功!

幕后“破坏者”

虽然只有短短3秒,但“强度人”却需要准备300多天。因为全机情况只是静力试验的一类工况,而一架飞机要完成的还有增压舱增压、前起落架连接区、主起落架连接区等数十种工况的试验,这一系列高难度任务,都需要由“强度人”完成。

在记者参观全机静力试验室时,强度所的资深员工庄梁还透露,飞机上成千上万个测试点的白色胶布带的粘贴、载荷加载设备的连接也都需要“强度人”手工操作而成。“航空器体型越庞大,结构越复杂,测试点也就越多。”庄梁指了指“藏”在钢架结构中的大型水陆两栖飞机“鲲龙”AG600称。

“强度人”要伴随试验机走完很长一段艰苦的锤炼历程,“但是在行业里面,很多人都称我们是‘搞破坏’的。”王彬文幽默地说,随后又严肃地说了一句:“不过,我们也确实是‘搞破坏’的。为了让一款飞机拥有高品质的生命力,让它的潜力发挥到极致,我们做的是一系列严谨科学细致的‘破坏’。没有这种‘破坏’,就没有飞机的凤凰涅槃、浴火重生。”

20世纪60年代,强度所创建于陕西耀县的一个山沟沟里,成为我国航空工业当时唯一的飞机强度研究、验证和鉴定中心。但早期的强度试验技术不像现在如此先进,“包括像轰-6和运-8等飞机,由于没有像现在的协调保护、加载、数字化控制技术,一切都是手动。做起‘破坏’试验来,简直是地动山摇、摧枯拉朽,画面非常震撼。”王彬文这样形容。

历经了53年的发展,强度所从渭北高原到古城西安,从古城西安到航空城阎良,再从关中腹地到浦东新区,如今更是即将延伸到珠海——几代强度人的自强不息,才能成就如此。

从“破坏者”到“体检医生”

如今做试验,“强度人”更像是飞机的“体检医生”,需要将飞机潜在的“骨骼病”一一测出。他们给每一架飞机设定一套专属的“体检套餐”。如大型水陆两栖飞机“鲲龙”AG600就多拥有一份区别于陆地起降飞机的水载荷静力试验项目。

但“体检”的过程总是马拉松式的:有起落架落震与摆振试验,是为保障飞机起飞着陆的安全;鸟撞试验则是为检测飞机在飞行途中遭遇飞鸟撞击后是否能保障安全;除此之外,还有极限高温、极限低温试验等。

过去做强度试验,只需要测试飞机的结构强度,但是如今不仅要测试结构强度的安全性,还要测试飞机的可靠性、舒适性、在极端气候下飞行的适应性,以及在受到冲击后的完好性等。

为了保障乘客及飞行员的舒适性和安全性,“体检医生”还会用国际标准假人当“小白鼠”,进行旅客座椅试验。“为了测试飞机紧急降落时座椅保护乘客的能力,这个假人做出了不小的牺牲。因为它的头部、颈部、腰部等各个部分都安装了传感器,能真实地感应到人所经受的伤害等级。”王彬文说。

王彬文认为,航空装备是各类工业装备中强度要求相对最为复杂的:“经过53年的发展,中国飞机强度研究形成了由14个主要研究专业和64个主要研究方向构成的航空强度技术体系,已经能有力支撑国家重大型号航空器研制。”

“一只小鸟都不放过”

航空强度体系完备到“连一只小鸟都不会放过”——这便是鸟撞试验。鸟撞试验是为模拟“飞机撞鸟”这一飞行事故。

电影《萨利机长》中还原的便是“飞机撞鸟”这一可怕事故:一架刚起飞的飞机,遭遇鸟撞后导致飞机的两个引擎同时熄火,飞机在空中失去动力,最后在机长的沉着应对下水上迫降成功,乘客无一受伤,创造了航空史上的一大奇迹。

但并非每个经历了“鸟撞”事故的乘客都如此幸运,鸟撞一旦发生,往往轻则导致被撞击结构部件的损坏,重则引发机毁人亡。因此适航规范中对飞机的鸟撞设计有严格的要求。王彬文告诉记者,在大型客机的研制中,飞机的机头、机翼被要求能承受1.8kg鸟撞击的能力,尾翼具有承担3.6kg鸟撞击的能力。鸟撞是飞机取得适航认证前必须完成的项目,且适航当局的审查人员要亲临现场目击试验全过程。

但是如何准确地模拟鸟撞过程呢?这一直是适航验证试验中的难题。普遍的做法是将同等重量的家禽“装弹”模拟飞鸟,利用空气炮等装置加速“鸟弹”撞击飞机结构,从而评估结构的抗鸟撞安全性。

鸟撞过程极具视觉冲击力和破坏力。在前往强度所鸟撞试验室之前,基地内一名工作人员就曾告诉记者不要去鸟撞试验室:“因为‘鸟弹’高速撞击后都会变成粉末,无论现场看试验还是观看试验视频,都挺惊悚的。”

而据估算,一只1kg的飞鸟以500km/h的速度撞击航空器结构时,冲击载荷峰值往往会达到20吨以上,被试结构往往承受不住,因此一旦没有打准位置,或者设备没有及时撤离,后果不堪设想。

不过据王彬文介绍,强度所如今已经创新设计了基于本构性能精准模拟的“人工鸟”,且鸟撞试验关键的撞击速度和位置也能控制得非常精准。

在危险的边缘“试探”

“强度人基本上都是在危险的边缘试探。”王彬文笑称,由于在破坏的过程中,难免还是会有结构碎片、铆钉等飞溅的情况,除了担心试验能不能成功,试验系统会不会出故障,让人担忧的还有技术人员的防护问题,“试验关键时刻压力很大,有时感觉心脏病都快犯了”。

“飞机定型过程中有一个非常危险的试验工况,就是颤振试验。”而强度所开展的飞机全机地面振动试验就是为颤振评估提供数据。在试验过程中,“强度人”必须要让飞机模拟空中飞行的悬浮状态——用特制的低刚度、大载荷空气弹簧,将200吨级的飞机“支”起来。“有多悬?可能你拿一根指头轻轻一戳,这架飞机就会左右晃起来。”强度所副所长王世廉形容说。

除此之外,极限高温、极限低温试验也存在“风险”:“强度人”往往需要穿着防护服进入到超过70℃、低至能“泼水成冰”的试验室内,一边克服心理压力,对飞机进行周身检测试验,一边记录飞机的受损情况,制成“病历”。种种细节,都需要写入到“病历”中,为飞机的后续“治疗”提供依据。王彬文告诉记者:“‘治疗’不能太保守,否则飞机修复得太早或太频繁,会带来人力、物力成本问题;也不能太激进,修复不及时会带来安全问题。”

后墙不倒的“强度兄弟”

“干他们这行,需要内心强大!”陕西航空经开区的一位资深员工说。

可“强度人”也并不总是内心强大,随着首飞时间的临近,压力便与日俱增。“因为我们工作的性质,要给人家发首飞通行证。前期一些研制环节的耽误时间了,就总被希望在我们的这个环节上把时间抢回来,来保证后面的首飞。”

“强度人”之间流传着一句口号:后墙不倒。为了抢回时间,每一个“强度人”都经历过在试验室里加班加点、甚至连轴转的日子。特别是做全机地面振动试验的时候,因为要保证飞控系统始终处于工作状态,技术人员必须不断对系统进行打压,操控现场的四五台油泵车,在那样的高压和噪音环境下坚持无数个日日夜夜,非常不容易。

“强度试验是一项伟大而艰苦的事业,我们一名骨干成员叫王高利。”王彬文回忆道:“之前央视来采访C919时,他说着说着就开始眼里噙着泪水,说不出话来。试验成功了,他感到自豪;但又感到心酸愧疚,因为他长期坚守在一线,无法照顾妻儿老人。这是真真切切的,我们讲的航空报国精神,就体现在这些点点滴滴里。”

从幕后到台前

如今在强度所内,像王高利这样的“强度青年”不少,但在过去,强度试验却是航空领域里的“冷门活”。据王彬文介绍,过去的航空强度工业体系一直走的是“型号牵引”的路子——有新型号飞机,才有新的研制任务。由于早年我国飞机型号少、研仿多,没有多少任务的“强度人”不得不到处“找饭吃”。

“现在我们走的是‘型号牵引’和‘专业发展’并举的路子。目前来讲,我们的飞机强度专业已经基本上涵盖了全部的技术能力,还有一些新兴的学科也在不断地产生和发展。”“强度人”的科研和型号任务越来越多,这也意味着国产飞机的新型号研制和专业发展越来越全面。

“对我们个人而言,尤为自豪的是参加了国产大飞机‘三兄弟’的研制过程,而这三型飞机(运20、C919、AG600)的强度试验是近十年中国航空工业强度专业发展的一个缩影。”王彬文说。

随着近期《国家记忆·大国鲲鹏》纪录片、央视报道的“强度兄弟团”以及综艺节目《加油!向未来》的播出,“强度人”也逐渐从幕后走到了台前,强度所的发展也愈加引起了社会各界的关注。对于强度所的未来,王彬文信心满满:“强度人必将在党的十九大精神的指引下,不忘航空报国的初心,继续接力奋斗、一往无前,书写出无愧于新时代的奋斗者之歌。”

文、图/广报全媒体记者程依伦、罗嘉妮

[ 编辑: 钟尚玲 ]
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