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《中国适航报告》之惊心动魄的2.5g极限载荷静力试验
来源:【www.649.net】2017-01-22 13:32:00

鲜血凝成的条款

适航条款是鲜血凝成的条款,适航规章是付出生命代价换来的规章。美国FAA总结了世界上大小空难的案例,不断丰富和完善适航内容,提出了一系列飞机制造过程中的试验、试飞条款规章,建立了人类民用航空文明中比较完整的适航体系。可以说,世界民用航空发展史是一部踏血前行的开拓史。从莱特兄弟发明世界上第一架飞机开始,一个残酷而又不得不面对的事实便摆到了人类面前,世界民用航空史上许多重大技术突破以及适航规章条款的产生,都付出了鲜血和生命的沉痛代价。

中国航空之父、第一飞行大家冯如曾发誓:吾要以身家性命研制飞机,学成这一绝艺报效祖国,苟无成,毋宁死!但终因飞机失速,血溅长空。

英国航空发明家德·哈维兰设计了世界上第一款喷气客机——彗星号,1952年5月2日首航伦敦至罗马,大获成功,轰动全球。但是后来空难接二连三地发生,1953年5月2日,一架“彗星”客机从印度加尔各答起飞,爬升到2000米高度时,突遇强大气流,飞机剧烈颠簸,导致飞机结构无法承受巨大应力而在空中解体,机组成员和旅客共有43人丧生。这是人类进入喷气时代后,商业客机的第一起重大空难。1954年新年过后第10天,一架“彗星”客机在地中海上空8000米高度飞行,通讯突然中断,6分钟后,飞机从地面空中管制中心的雷达屏幕上消失。目击的渔民称:飞机在空中解体,机体碎片和人从天而降。没过几日,又一架“彗星”号飞机在地中海上空解体,机组和旅客共21人无一生还。“彗星”3起陨落事件,震动了世界。英国丘吉尔首相下令,不惜一切代价,查清飞机空中解体的原因。英国海军出动舰船,打捞出几乎全部的飞机残骸,拼接复原后放进水槽进行9000小时压力试验,最后发现了飞机解体背后的“杀手”竟是被人们忽略的金属疲劳。客舱舷窗是方形结构,飞机在多次起落中,由于空气压力和温度变化,在舷窗拐角处产生裂纹,裂纹迅速延伸到机身各部,最终导致飞机机体断裂。

从此,金属疲劳对飞机安全的严重威胁引起了航空界高度重视,在后来的飞机设计制造中,进行飞机疲劳试验成为必做的重要安全试验内容,美国FAA把“彗星”的教训全部写入了适航规章条款。

如今显得平静的试验现场

2016年1月21日,古城西安气温骤降,雪花纷飞,阎良航空城披上了薄薄的银装。在ARJ21-700飞机型号合格审查组结构强度、客舱安全专业组副组长,西北地区管理局适航审定处副处长马健和中国航空强度研究院唐吉运副总经理的陪同下,我走进了中国试飞研究院的一座试验厂房,推开小门,豁然开朗。迎面是鲜艳的五星红旗,两条醒目的标语写道:“中国梦,强国梦,众志成城,奋斗圆梦;航空人,航空魂,继往开来,一鸣惊人”“鲲鹏展翅,亮剑长空,振奋国人心;强度取力,鏖战始终,书写强国志”。

大厅内,一架ARJ21-700型飞机在做全机疲劳试验。走到高架上的ARJ21-700型飞机近前,只见它被“五花大绑”,机身上布满了加载吊件,贴满了传感器的应变片,加载作动筒在计算机指令控制下添加载荷,精确地测量数据。

此时此刻,试验在平静地进行。而6年前,这里却上演了一场关系到ARJ21-700型飞机能否走下去的惊心动魄的大戏。

当年发生的意外情况

2009年12月1日,ARJ21-700飞机进行全机稳定俯仰(2.5g)工况极限载荷试验。审查组的马健、袁晓峰等审查代表在场,中国商飞公司的设计团队人员在场,美国FAA“影子审查”的专家在场,人们情绪异常紧张,渴望试验成功。当加载到85%极限载荷时,从机身中传出一声“咔”的响声,人们的心顿时收缩起来。加载继续,过了87%极限载荷,在开始向88%极限载荷继续施加的一刹那,机身附近传出更剧烈的响声,卸载保护系统瞬间启动,试验中止并卸载,及时有效地保护了试验件。大厅里顿时一片死寂,人们静默无语,心情十分沉重。

试验必然会面临两种结果,或者达到适航条款要求,或者不符合适航条款要求。

审查组组长吴坚、副组长邱得到消息后立即赶到了现场。12月2日,ARJ21-700飞机型号合格审定委员会主任、新萄京局适航司殷时军司长闻讯后,紧急乘早班飞机到达西安,中国商飞公司有关领导也火速赶到阎良。大家对加载到85%和87%极限载荷时发出剧烈声响的部位进行了认真、仔细地检查,发现龙骨架延伸段上缘条向右侧弯曲,与壁板连接部位构件断裂,龙骨梁下盖板的第一个铆钉处断裂,盖板变形,与中后机身下部连接的翼身整流罩支架部分零件变形。

殷时军司长在阎良待了5天,大、小会议也开了5天。他与审查组、中国商飞、试飞院和西飞公司的相关人员以及美国FAA专家共同讨论分析问题并查找原因,寻找多种解决方案。美国FAA专家说:“试验出现问题是正常的,美国曾经出现过更严重的问题,‘影子审查’是看你们解决问题的能力,看你们怎样从困境中走出来。”

12月3日,中国商飞公司董事长张庆伟及副总经理罗荣怀、吴光辉、贺东风在中航工业集团公司总经理林左鸣陪同下,赶到现场,查看了解情况。张庆伟董事长鼓励大家在挫折面前,挺起腰杆,总结经验教训,严格遵循适航要求,攻坚克难,树立信心,坚决把项目进行到底。

坚定信心重头再来

审查组与申请方不断沟通,一起分析情况查找原因,并互相鼓励,减轻压力,坚定信心,共同攻克难关。大家心里明白:这一关过不去,ARJ21-700型新支线飞机就飞不起来。

在此后的七八个月时间里,申请人中国商飞公司终于查出了龙骨梁上缘条结构上的一些设计缺陷,重新调整参数,变更设计,加强了龙骨梁下缘条与壁板连接部位的强度和侧向稳定度。

承担ARJ21-700型飞机全机静力试验的中航工业强度研究院第八研究所曾在国家多项重点型号强度试验中建立功勋,具有丰富的试验经验和精湛的科研技术。在后来的试验中他们采用了垂直弦平面加载新技术,以及新的加载方法和调零方法,使测量数据更真实、精确。邱、马健对此表示认可。

重头再来,中国适航“国家队”加大了行动力度,在西安飞机公司车间和中航工业强度研究院试验现场,开办适航培训班,讲授适航验证试验技术和适航规章条款。

接着又先后做了新旧龙骨梁承载模拟试验、全机故障恢复试验以及6次限制载荷试验,这在国外也是从来没有过的。中航工业强度研究院的科研试验人员、申请方中国商飞的设计团队和中国适航“国家队”审查代表团结奋战,严格试验,付出了艰苦的努力。

激动人心的时刻

2010年6月28日晚7时40分,修复后的ARJ21-700型飞机再次迎来了全机稳定俯仰(2.5g)工况极限载荷试验。国务院大型飞机重大专项领导小组副组长、申请方中国商飞公司的董事长张庆伟来了,中国航空工业集团公司总经理林左鸣来了,【www.649.net】局的张红鹰、殷时军来了,ARJ21-700新支线飞机项目总指挥罗荣怀、中国商飞公司副总经理贺东风来了,美国FAA影子审查的专家也来了,大家心情激动、充满喜悦,穿上了大红T恤衫,一扫心中阴霾,喜气洋洋地来到试验大厅,共同见证中国首架涡扇喷气ARJ21-700新支线客机走向成功的历史时刻。

时间一分一秒地过去,人们按捺不住激动的心情,心跳在加快。当极限载荷加载到67%时,突然加不上去了,顿时,领导们的表情变得严肃起来,张红鹰、殷时军脸色显得异常冷峻,人们的心再次收紧,这种现象是完全没有料到的,问题出在哪里?试验单位紧急查找原因,原来是加载作动筒行程装置出现故障,于是马上调整,故障很快排除,加载继续。人们松了一口气,正所谓“开弓没有回头箭”。加载过了67%,极限载荷继续以5%、10%的比例增加,原则上必须加到100%不发生异常,才算达到适航规章条款要求。过了80%的极限载荷,继续;到了极限载荷的87%,人们的心又“咯噔”一下;静候片刻,极限载荷过了87%,到了90%,人们激动了;极限载荷到了95%,大厅里响起了掌声;加载到98%,人们再也按捺不住激动的心情,掌声更加热烈。最后,到了100%极限载荷,试验大厅沸腾了,全场欢呼声、掌声响成一片,许多人热泪流淌。多少个日日夜夜的奋战,多少压力的困扰,终于随着突破全机稳定俯仰(2.5g)极限载荷试验大关,画上了句号。ARJ21-700飞机经过惊心动魄的这一刻,终于度过难关,继续向前迈进了。

当晚,国务院发来了贺电。当领导宣读这份贺电时,试验大厅顿时成了欢乐的海洋。从全机稳定俯仰(2.5g)极限载荷试验一开始,美国FAA专家就密切关注这个举足轻重的重大试验,他们着重了解中国适航审查代表处理问题时的态度和解决问题的方法,只看不说,像“影子”一样陪伴身边。当试验出现问题时,他们会突然出现,考察中国适航审查代表对适航理念的认知,对适航规章条款的理解,并根据审查代表分析、解决实际问题的临场处置表现,分别亮出红、黄、绿灯。邱组长、马健副组长以及袁晓峰、江国华、宗捷、徐逸乐、路遥、吴嘉勉、黄少麟、张柱国和委任代表们的辛勤工作得到了认可,美国FAA专家在这一影子试验的审查中亮了绿灯。

在影子审查过程中,马健作为结构、强度、客舱安全专业组的中方联络人,负责与美国FAA专家沟通和协调处理遇到的各种问题,解答美方提出的各种质疑。早在上世纪90年代,马健就参与了中美联合审查运7-200X的工作,熟悉东西方文化特点与差异。这次在ARJ21-700型飞机的静力试验、疲劳试验、颤振试飞、载荷试飞等影子审查过程中,她应对从容,表现出中国适航审查代表专业、沉着的优良素质。在全机静力试验中,审查组提出机翼应采用斜加载的载荷施加方式,申请人通过分析论证,采纳应用,重新设计了设备,作为国内首例被写入试验大纲,对第二次全机稳定俯仰(2.5g)极限载荷试验的成功做出了贡献,不仅解决了加载不均匀的技术难题,也使申请人大幅度提升了试验水平,使试验结果更真实、更精确。

在审查飞机内外襟翼时,马健和审查代表提出要有应急断离措施,确保机翼油箱的完整可靠,避免油箱因受损漏油引起火情。申请人按此要求,进行了设计更改,得到美国FAA专家认可。在颤振试飞方案审查中,马健发现国外专家推荐的关于颤振的试验方法早已被局方废止,便直率提出该方法不可采用。申请人提交的颤振试飞大纲仅规划两个高度的试验点不够,不能完整表述飞机的颤振特性,审查组提出要充分考虑飞机在高、中、低三个不同高度下的试验状况。申请人采纳了审查组的这些意见,在试飞大纲中将典型试飞高度增加至4个,充分验证了飞机在不同高度下的颤振特性,美国FAA专家也毫不迟疑地亮了绿灯。

载荷试飞“有惊无险”

ARJ21-700型飞机载荷试飞,可以说是“有惊无险”。载荷试飞与极限载荷关系密切,飞机通过风洞试验确定了载荷,还要进行结构载荷计算测试和地面试验,最后再经过载荷试飞。ARJ21-700型飞机载荷试飞的目的就是要验证它能否满足CCAR-25部有关条款的要求,同时获取典型载荷数据。从2014年8月13日开始,飞机进行了长达3个月的载荷试飞,安排在适航审查的最后阶段。

大家都很担心,万一载荷试飞采集的载荷数值大于理论设计值怎么办?万一结果不理想,涉及飞机所有的静力试验都要重头再来,加大理论载荷设计值。

情况紧急,申请方主管适航的领导赵越让率载荷设计团队一行30多人驻扎阎良,每天的联席早会上,他的眼睛布满红红的血丝,一眼望去,人们就知道他又是彻夜未眠。那段时间,他每天凌晨3点就到现场,组织试飞准备。试飞大纲做得很细,审查代表袁晓峰负责此项审定,他被申请方严谨、专业的工作态度所感动。申请方试飞大纲中在飞行包线内密集地选取了上百个具有代表性的点,全部覆盖了主要工况,充分采集数据,准确验证飞机载荷。试飞结果表明,在允许飞行包线(范围最大)的80%内,飞行载荷小于理论设计载荷1.5倍,这是适航规章条款可接受的结果,载荷试飞获得成功。

载荷试飞中遇到了许多意想不到的问题,一些工况无法测准,局部也有差错。袁晓峰等审查代表“严”字当前,严格把控,代表公众利益,不轻易放过任何一个疑问,同时也为申请人着想,在做技术分析判断时,认真听取意见,宣讲规章条款,互相支持,共同成长。

袁晓峰说:“适航审查责任重大,角色光荣。飞机设计者有成就感,我们帮申请人获得成功,虽然在幕后,但非常自豪。审查目的不是为难申请人,而是要帮助他们强化适航意识,找出办法,共同解决难题,符合规章条款,在挑战中一起前行。”

(刘斌 作者系中国作家协会会员、编审、中国作协2015年重点作品扶持项目《中国大飞机》作者)

ARJ21-700飞机2.5g极限载荷静力试验现场。(中国商飞公司新闻中心供图)

ARJ21-700飞机极限载荷静力试验审查会。

马健在颁证仪式上。

责任编辑:邢路
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