知鷗

2018年7月12日，在CAAC適航代表全程目擊下，國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)C919“全機(jī)2.5g機(jī)動(dòng)平衡工況極限載荷靜力試驗(yàn)”取得圓滿成功。

這項(xiàng)試驗(yàn)被認(rèn)為是航空制造領(lǐng)域最為兇險(xiǎn)也最經(jīng)典的試驗(yàn)，是公認(rèn)的高難度、高風(fēng)險(xiǎn)試驗(yàn)科目，是對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的一次“極限考驗(yàn)”，只有經(jīng)受住這項(xiàng)考驗(yàn)才能證明國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)的安全性。

我們知道，一架飛機(jī)從滑跑、起飛、爬升、巡航，到下降、著陸，無(wú)時(shí)無(wú)刻不在承受著各種力的作用，比如空氣動(dòng)力、發(fā)動(dòng)機(jī)推力、外部的撞擊力（飛鳥(niǎo)、冰雹、砂石、碎片等）、慣性力、阻尼力、彈性力等。因此，飛機(jī)需要具備一定的強(qiáng)度，才能承受各種外力對(duì)機(jī)體的壓迫、拉伸。

一般而言，飛機(jī)設(shè)計(jì)要求飛機(jī)能夠承受相當(dāng)于自身2.5倍體重的“壓力”。

2.5g也是飛機(jī)在俯沖和突然拉升時(shí)產(chǎn)生的最大載荷，一般商用飛機(jī)在航線飛行時(shí)是不會(huì)飛到這個(gè)載荷的。

為確保安全，按照中國(guó)民航CCAR25部（即《運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)》）的適航條款規(guī)定，國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)C919若要取得型號(hào)合格證就必須通過(guò)“2.5g載荷”這道關(guān)。因此，這項(xiàng)試驗(yàn)是C919適航取證的必要科目，對(duì)型號(hào)研制具有重要意義。

飛機(jī)的靜力試驗(yàn)被稱(chēng)為是飛機(jī)的“體能測(cè)試”，是驗(yàn)證飛機(jī)結(jié)構(gòu)在靜載荷作用下的強(qiáng)度、剛度及應(yīng)力分布情況，是驗(yàn)證飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和靜強(qiáng)度分析正確性的重要手段。國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)C919一共需要完成的靜力試驗(yàn)有幾十項(xiàng)之多，包括全機(jī)試驗(yàn)和部件級(jí)試驗(yàn)。比如，C919首飛前的一年多時(shí)間，靜力試驗(yàn)機(jī)就已完成48項(xiàng)首飛前靜力試驗(yàn)。

其中，“全機(jī)2.5g機(jī)動(dòng)平衡工況極限載荷靜力試驗(yàn)”是C919飛機(jī)全機(jī)靜力試驗(yàn)中機(jī)翼承載最嚴(yán)重的工況（工況是指設(shè)備在和其動(dòng)作有直接關(guān)系的條件下的工作狀態(tài)）。該項(xiàng)試驗(yàn)主要是通過(guò)加載裝置，模擬飛機(jī)飛行中的空氣動(dòng)力、發(fā)動(dòng)機(jī)推力等載荷，驗(yàn)證飛機(jī)結(jié)構(gòu)在不同程度拉或壓的靜載荷作用下的強(qiáng)度和剛度。

換句話說(shuō)，就是試驗(yàn)以飛機(jī)在真實(shí)飛行環(huán)境中可能受到的最嚴(yán)重的各種外力來(lái)“蹂躪”機(jī)體，從而證明這款飛機(jī)能夠經(jīng)受得住考驗(yàn)。

靜力試驗(yàn)包括“限制載荷試驗(yàn)”和“極限載荷試驗(yàn)”。限制載荷是飛機(jī)運(yùn)營(yíng)中預(yù)期的最大載荷，限制載荷試驗(yàn)?zāi)M飛機(jī)結(jié)構(gòu)承受運(yùn)營(yíng)中最嚴(yán)酷的受力情況，飛機(jī)結(jié)構(gòu)的變形必須不能影響飛機(jī)安全運(yùn)營(yíng)。而極限載荷是限制載荷的1.5倍，用于考核飛機(jī)結(jié)構(gòu)的極限承載能力。由于飛機(jī)設(shè)計(jì)對(duì)重量的苛刻要求，極限載荷時(shí)考核部位結(jié)構(gòu)的應(yīng)力水平往往是略小于飛機(jī)結(jié)構(gòu)破壞的臨界點(diǎn)，因此極限載荷試驗(yàn)一般是不可重復(fù)的，必須保證一次成功。

這個(gè)“破壞臨界點(diǎn)”就是飛機(jī)設(shè)計(jì)師千方百計(jì)要尋找的飛機(jī)安全性和經(jīng)濟(jì)性之間的平衡點(diǎn)——一架好飛機(jī)既要足夠結(jié)實(shí)，又不能過(guò)于結(jié)實(shí)。足夠結(jié)實(shí)是要求飛機(jī)安全性足夠，不能過(guò)于結(jié)實(shí)，就是要求飛機(jī)設(shè)計(jì)不能太保守，要有商載經(jīng)濟(jì)性。

當(dāng)天試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)，C919大型客機(jī)的靜力試驗(yàn)機(jī)隨著不斷加載，飛機(jī)單邊機(jī)翼載荷最大達(dá)100噸，機(jī)翼翼尖最大變形達(dá)到3米?！鞍闯绦蛑鸺?jí)加載至150%”“測(cè)量，保載3秒”指令發(fā)出后，現(xiàn)場(chǎng)爆發(fā)出熱烈的掌聲。14時(shí)58分，CAAC適航代表宣布：“C919飛機(jī)全機(jī)2.5g機(jī)動(dòng)平衡工況極限載荷靜力試驗(yàn)按試驗(yàn)大綱順利完成?！边@意味著試驗(yàn)取得圓滿成功。

據(jù)了解，由中國(guó)商飛上飛院和航空工業(yè)強(qiáng)度所組成的大飛機(jī)強(qiáng)度試驗(yàn)團(tuán)隊(duì)在C919大型客機(jī)靜力試驗(yàn)中采用了一體式承載框架、斜加載、地板梁加載系統(tǒng)等多項(xiàng)新技術(shù)，確保試驗(yàn)高效、高精度實(shí)施。在試驗(yàn)過(guò)程中，試驗(yàn)團(tuán)隊(duì)充分運(yùn)用精細(xì)有限元模型、強(qiáng)度自動(dòng)化平臺(tái)等分析技術(shù)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別和排除，確保了試驗(yàn)件的安全。同時(shí)，采用實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)和數(shù)字散斑技術(shù)等試驗(yàn)監(jiān)控手段，對(duì)試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督，有效控制了試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。

從歷史上看，2.5g試驗(yàn)失敗的案例很多。即便是波音、空客這樣的巨頭也曾在2.5g試驗(yàn)中損失慘重。2006年2月，空客A380飛機(jī)在圖盧茲進(jìn)行2.5g試驗(yàn)時(shí)，機(jī)翼與兩個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)之間的部分發(fā)生斷裂，導(dǎo)致A380交付推遲兩年。2009年6月，波音787飛機(jī)在2.5g試驗(yàn)時(shí)，機(jī)身和機(jī)翼連接部位出現(xiàn)應(yīng)力破壞問(wèn)題，導(dǎo)致其首飛再次推遲。