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初试通过:新舟700完成全机静力首项试验

2020-04-30 16:56:00 国际航空微信公号 国际航空专栏

 

新舟700涡桨支线客机成功完成了全机静力首项试验。

4月29日下午,在新舟700飞机审查组审查代表的目击下,航空工业飞机强度研究所顺利完成了新舟700飞机全机静力首项试验,标志着新舟700全机静力试验正式拉开了帷幕。

新舟700全机静力首项试验为“机翼油箱舱充压限制载荷试验”,主要考核机翼燃油箱和通气箱的前后梁及上下壁板结构强度,以及翼肋与壁板、翼肋与翼梁、壁板和翼梁、机翼口盖和壁板间的连接。在试验中,加载过程平稳,加载精度满足任务书和大纲要求,测量数据完整有效,获得了宝贵的试验数据,得到了试验委托方的认可。完成首项试验后,研制团队已立即开始了下一项试验的准备工作,而全机静力试验的开门红,也为后续工作打下了一个良好的开端。

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新舟700静力试验机在试验中。

TC证与静力试验

新舟700要实现载客飞行,需要有三种“合格证”,分别为“型号合格证”(TC)、“生产许可证”(PC),以及“单机合格证”(AC)。而静力试验是取得“型号合格证”的一个重要环节。

根据适航规定,新舟700飞机在试验前已经提交了验证计划(CP),该计划中静力试验机在首飞前要进行近20个项目、50余种工况限制载荷(服役中预期的最大载荷)的静力试验,完成首飞前全部试验预计需要多半年时间。这些试验项目主要包括增压舱增压、前起落架连接、主起落架连接、发动机连接,以及全机-1g、稳定俯仰、急剧俯仰、偏航机动、最大垂直力着陆等工况。飞机只有通过所有工况的限制载荷静力试验考核,其首飞安全才有保障。

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3月27日,新舟700静力试验机在阎良交付。

首飞后,该机将继续进行30余项近100个工况的极限载荷(极限载荷一般是限制载荷的1.5倍静力试验。整个试验持续时间预计达1.5~2年左右。其中全机2.5g静力试验是难度最高、风险最大的项目之一。该试验模拟飞机遇上突风、紊流的袭击、或飞机操作过快等情况,致使飞机承受过载达2.5g,试验还需要飞机结构在2.5g条件下持续3秒不破坏。

试验的准备工作

自3月27日试验机身运抵强度所以来,为保证节点,参研人员通力合作,加班加点,共同努力完成了试验前的全部准备工作。

在新舟700静力试验机进入强度所后,还需要进行多方面的硬件准备才能开始试验,这些准备主要包括:承载系统规划与准备、试验支持与平衡设计与准备、载荷等效与施加准备、试验控制设备准备、数据测量与分析设备准备和试验监控设备准备等。试验前的部分准备工作承载系统规划及准备要将载荷施加到试验机上,就必须建立一套完备可靠的承载系统。新舟700试验机采用龙门架横梁承载系统,通过龙门架横梁承受试验机向上的载荷,通过承力地坪承受试验机向下的载荷,而水平载荷则通过地坪上固定承力柱的方式施加。

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龙门架横梁承载系统。

 

飞机支持与平衡系统准备要在飞机上施加载荷,就必须将飞机固定起来,这种固定不仅要考虑试验机结构传力的特点,还要考虑试验实施空间。进行静力试验的飞机通常在起落架上进行垂向、侧向和航向的六自由度约束。载荷等效与施加准备。要进行载荷传递就需要有遍布试验机的传载介质。在新舟700飞机静力试验中,强度所计划粘贴3000余块胶布带,需严格按照规程执行的操作,才能确保胶布带粘贴牢靠,且载荷传递精确。每块胶布带通过复杂的杠杆系统连接液压加载设备才可进行试验加载。

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已粘贴胶布带的机翼表面。

试验控制系统准备试验加载控制系统是指多通道协调加载控制系统,是能够进行闭环控制、保证试验加载的协调性和加载精度、具有报警或保护等功能的计算机控制的系统。测力传感器与加载设备连接后,将载荷信号反馈给试验系统控制设备,控制液压加载设备的动作,实现加载系统的协调动作。新舟700全机静力试验中规模最大的试验工况需要近100个控制通道协调加载。

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试验应变计粘贴、引线焊接。

数据测量与分析系统准备在试验前,试验机上需粘贴近2万余片电阻应变计,10mm×10mm大小的应变计要准确的粘贴在指定的结构部位,误差不能超过2mm,而且要将这些应变计牢固地与导线焊接。据统计目前试验机应变计连接的线缆长度已超200千米。此外新舟700试验机上还将布置200多个位移测量点,以测量载荷作用下结构的变形。

试验监控系统准备尽管已经布置了20000余应变计,但仍然无法做到试验过程中结构监测的全覆盖,因此有必要再在重点关注部位布置摄、录像系统,在试验全过程进行影像资料的记录,从而帮助设计人员根据图像、声音进行辅助分析。在完成上述系统的准备后才基本具备进行试验的条件,每项试验将按照试验大纲预先确定的程序进行加载,并同步测量结构变形和应变。当载荷逐级退下后,对试验机的该项测试才算完成。

值得纪念的静力试验机

整个全机静力试验系统是一个非常复杂的综合系统,每一个环节的小小失误,都会导致试验的失败。试验调试阶段未解决的问题可能在正式试验时出现,小则影响进度,大则导致结构局部破坏,必须进行修复;更严重的是结构整体破坏且不可修复,并将对项目研制产生不可估量的损失。

2009年某国产飞机在进行2.5g全机稳定俯仰试验过程中,当载荷施加到87%时,龙骨梁后延伸段结构破坏,试验被迫中止,直到数个月后,才恢复了试验工作。2019年9月波音777X客机在进行充压试验过程中,当试验进行到目标载荷的99%时,舱门脱落,机身结构受损,蒙皮撕裂严重。尽管就本次试验不会影响到飞机的使用安全,但由于结构损伤严重,对于后续的试验进度也产生了较大的影响。

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巴黎航展上航空工业展示的新舟700模型。

试验工作不仅是对试验机的考验,也是对研制人员的考验。而对于新舟700飞机全机静力试验,由于其结构、材料、工艺的相应特点,对试验过程也提出了不小的挑战,不仅要载荷施加的准,还要载荷施加的巧。因此设计人员既要精心计算,还要大胆创新,既要关注细节,还要随时准备风险防范。对于这架试验机来说,他自出生起就注定了不会翱翔蓝天,他为“死”而生,为“毁”而造。在完成试验后,如果幸运将作为“化石”被放入博物馆以供瞻仰,否则只能当做用完的试验报废品而被抛弃。但正是因为他的默默付出,才能确保在不久的将来新舟700能安全舒适的遨游蓝天。(本文作者:张建锋,航空工业飞机强度研究所。)

篇后记:一架静力试验机的最好归宿

2008年7月16日,一架全外挂的歼10战机在当时中国航空工业第一集团公司总部大楼前的广场矗立起来,其基座的铭石上镌刻着四个大字“龙腾东方”。这架歼10的出现成为当时北京的一条重要新闻,各个电视台与大小报纸纷纷报道,许多人慕名专程赶来,在飞机下面摆出各种pose合影。

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这架飞机是歼10的02架静力试验机,经重新修缮后,再配上全外挂以示威武。

在这架歼10安装完工后,当时中航一集团于7月16日举行了隆重的揭幕仪式。与此同时,飞机基座前“龙腾东方”的铭石是在泰山选的,并刻上了铭文:“乘云御风,扶摇直上,威镇环宇,龙腾东方!几代航空人胸怀报国之志,自强不息,用青春与激情抒写无悔,用智慧与汗水锻造精品,用热血与忠诚铸就丰碑。以歼十飞机为代表的一批新型飞行器,记载着航空人的创新与奉献,标志着中国航空工业进入世界先进行列,实现跨越发展。谨以此献给为中国航空工业不懈奋斗的人们。——中国航空工业第一集团公司,二○○八年七月一日”

责任编辑:实习生 马丽