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《大飞机》杂志重点推荐:筋骨之痛 ——ARJ21飞机全机最大载荷静力试验攻关札记

时间:2019-10-16 12:20来源:《大飞机》杂志 作者:中国航空

   

在哪儿摔倒就在哪儿爬起来,这是一个科技人员应有的人生态度。在经验、经历、未知领域三者之间,从来就是失败、挫折、成功的交错,而路永远伸向远方,伸向未来。

2009年12月1日,地处陕西省西安市阎良区的中国飞行试验研究院内,中航工业强度研究所的试验厂房里人来人往,一派繁忙景象。ARJ21新支线飞机在完成67%静力试验后,今天要进行最大载荷的静力试验。

这个试验的全称叫“稳定俯仰2.5g极限载荷静力试验”。这是ARJ21飞机整机静强度载荷最大、最复杂的试验,主要考核和测量飞机结构最大静强度。 

一般情况下,对新型号飞机而言这是个必做的试验,我因为参加过多个型号飞机的研制,对这项试验本身并不陌生,ARJ21首飞前的67%载荷试验我也参加了。因此,11月29日,我从上海赶到阎良时心里很轻松。时任中国商飞公司董事长张庆伟与中航工业的领导约好,12月2日到阎良检查工作。当时,已经有三架ARJ21飞机在阎良试飞,而一飞院、试飞院、强度所、西飞公司都是ARJ21飞机的重要研制单位,它们隶属于中航工业。

从上海动身前,张庆伟问我试验是哪天进行,能不能亲自去看一看。我考虑到现场的试验人员本来压力挺大,董事长一去,其他领导和人员会很多,可能给现场更大压力。于是我跟他说,等试验完了你来慰问和奖励大家吧!

12月的西安已经很冷了,关中平原的天气总是不太透亮。新中国在这里建设的航空基地集飞机设计、制造、试飞为一体,特别是试飞鉴定、强度试验为国内飞机研发所独有,且面向国内所有飞机型号。ARJ21飞机的强度试验,包括部件级、整机静力试验,疲劳试验,鸟撞试验等都由强度所承担。

到阎良后,我听取了有关试验前准备工作的汇报,ARJ21总设计师陈勇组织总师系统在阎良进行了试验前的技术评审会,似乎一切都很顺利。我又找到曾担任上海飞机制造厂厂长、640所所长的刘乾酉,了解几位老专家的意见。因为设计队伍年轻,缺乏经验,我们组织了一批航空老专家,支持总设计师系统的技术工作。

试验前的准备

大家认为情况比较好,在分析67%载荷试验时,中后机身连接处应力曲线不是太好,分析认为可能是应变片质量不好。上次试验后,经检查,约20%的应变片存在质量问题,项目指挥部已经提出要求,更换已发现失效和有问题的应变片,强度所已经落实。这个看似轻描淡写的问题被我们疏忽了。大事之前总有先兆。

12月1日上午,我到达强度所。计划下午3点做试验,如果顺利的话,5点钟可以全部结束,包括试验结果基本确认。

指挥部上午召开了试验前的最后一次检查会,听取了ARJ21副总设计师郑晓玲关于试验技术及准备情况的报告,时任强度所总工程师强宝平作了试验设备、方法、人员等准备情况的报告。 

适航和质量部门汇报了FAA、中国民航局审查的情况。FAA对试验的加载方式和试验设备的扣重方法提出了质疑,认为我们使用的“软加载”方法,波音公司已经改进为“硬加载”,垂直地面的加载方式对于大型飞机展弦比较大和变形量大的情况,会造成比较大的误差,飞机自重的相对载荷比例大,他们认为对试验会有影响。

我们的设计专业人员与他们进行了多次沟通和交流,认为目前的试验是国内典型的强度试验,技术成熟,方法有效,流程合理,又吸取了适航审查员的诸多意见,试验大纲几经修改,专家多次评审,局方已经批准,FAA代表也已认可。试验设备也按局方要求,纳入试验的质量监控范围,并确认其均在有效期内。局方已原则同意在此状态下进行试验。与会人员都认为试验已准备就绪,可以进行试验。我个人也认为,结构强度是我国航空领域比较强的专业,过去飞机设计强度裕度较大,很少出问题,虽然ARJ21飞机是按损伤容限设计,但已经过67%的试验考核,不会有大问题。

于是我提了几个要求:一是这个试验很重要,是飞机最严的载荷情况,大家思想上务必高度重视;二是两眼向内,这个试验非常复杂,试验要求、试验件、试验方法、试验流程、试验设备等涉及两个集团、十余个单位、两个国家的局方,协调范围广,难度大,只有先把自己的问题说清楚,弄明白,解决好,才能更好地协调其他方面的问题;三是按照“严肃认真、周到细致、稳妥可靠、万无一失”的精神组织好试验;四是不要放过每一个细节;五是做好应急预案。

试验中止 

下午3点15分,试验现场搭了个台子,时任强度所所长孙侠生、书记傅长安陪我坐在台子上,总师们与专业室及强度所的负责人在下面一字排开,FAA、局方审查组组长吴坚等审查员们,各就各位。我的斜前方是01架试验机,身上贴满了胶布带,上面密密麻麻地拉着钢索,下面吊着一串串的配重,飞机像一个被捆绑住的钢铁巨人,不得动弹。试验机与试验人员之间放了一很大的铁隔栅,防止试验过程中异物飞出伤人。隔栅旁边有一块大显示屏,显示加载的数据,近处另有并排的显示屏,也是用来显示加载数据和机身、机翼变形曲线。 

我是第一次参加如此大的飞机的全机100%静力试验,因此很兴奋。以前军机也做这项试验,但军机相对较小,试验很快就结束了,感觉很轻松,但今天有些紧张,也不知为什么。

试验一开始并不顺,指挥员刚下达试验命令不久,加载刚开始,试验设备就报故,试验被迫停下来。孙侠生说咱们先到二楼休息室休息,一会儿再下来。直到五点整,现场说一切准备就绪,可以开始试验,我们又回到台子上坐好。我问为什么这样,现场人员告诉我,有时试验很顺利,半小时就结束,有时不顺利,要来回很多次,他们都习惯了。我没有这方面的经历,也没有发言权。 

厂房很高,指挥员的麦克风响起来,寂静的厂房里一下子变得高吭起来,“加载”、“检查”、“加载”、“检查”,随着载荷的不断增加,飞机的各个部位都绷得紧紧的,机翼开始上翘变形,飞机不断传来金属嘎嘎的声响,时而又夹杂着“砰”的脆响,时而还有沉闷的声音,这让我的心越来越紧。我没有想到原来静力试验如此令人不安,超出了我的想象。

加载至85%时,听到有金属断裂声,紧接着,一声巨响,拉紧的钢索都松了下来,一切又回到了原点,我知道出大事了,试验不应该是这个结果,一下子觉得脑中一片空白。傅长安告诉我,自动卸载保护起动。我回过神来,现场也开始躁动起来。指挥员喊道:“启动应急预案。”

 

我看了一下显示屏,红色的数字非常刺眼——87%。我站起身来,只觉得浑身无力,但我也知道,现场很多人在看着我,我必须镇定。我走向休息室,一言未发,进房间后,点上一支烟,我在沉思,也在等待,等待初步检查结果。这时,现场应急预案会做现场的保护,之后才能进入现场。我决定在查看完现场后,立即召开项目指挥部紧急会议,研究和部署事故的处置方案。 

一刻钟后,现场通知可以去查看飞机。我心情沉重地走到飞机旁,很多人在身旁,不断地指给我看。从外部看,中机身下腹部变形较严重。刘乾酉告诉我,龙骨梁延伸段失稳严重,但要从后货舱才能看到。我又爬上高高悬在半空中的飞机里面,从客舱走到后面的货舱口盖,下到后货舱,看到龙骨梁延伸到后机身货舱的末端在机身连接处明显有裂纹,从零件表面草绿色漆层中露出长长的金属银白色,在应变片和密密麻麻的线束中显得很扎眼,两根梁左右情况相似,连接件已脱落。现场初步检查,主要发现这些问题,其他深入细致的检查还在进行。

我给张庆伟董事长去了个电话,将情况简要地作了汇报。电话那头似乎停顿了一会儿,然后,张庆伟说,要沉着冷静,不要慌,抓紧检查,分析原因,明天先去试验现场,再听汇报。我又给时任中国商飞公司总经理金壮龙去电话作了汇报。

试验后的24小时 

晚上7点,紧急会议开始。天气很冷,但我浑然不觉。会议室挤了很多人,中国商飞公司参会的有支线项目部、上飞院总师和专业部室、质量部门、适航部门、上飞公司等,中航工业参会的部门有商飞办、强度所等,另外还有五位原640所的老专家,他们全程参与了试验的技术准备和阶段性评审,我也请他们一起参加会议。

强宝平将情况作了汇报,并将失稳区域拍的照片出示给大家看,初步检查结果表明:当加载至87%时,龙骨梁延伸段失稳破坏,自动卸载保护启动,中止了试验。检查还在进行,待检查完成后,再进行原因分析。这一描述得到了与会人员的认可后,设计、质量等相关人员进行了讨论。

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