航空工业强度所以技术研究新成果支撑C919翱翔蓝天

2018-06-30 07:11

  航空工业强度所坚定践行作为强度理论的探索者、强度技术的创造者、强度工具的提供者、强度设计的验证者的,在C919大型客机强度研究中,孕育出的一大批成果强力支撑了C919飞机首飞,为大型客机翱翔蓝天做出了重要贡献!

  “晴空一鹤排云上,便引诗情到碧霄。”5月5日,国产大型客机C919在上海浦东国际机场成功首飞,这一历史性的时刻了中国民航的新时代,也标志着中国航空装备制造水平迈上了新台阶。

  C919大型客机的研制,集聚了我国近年来在高端制造业领域形成的大批科研成果,彰显了我国航空工业的整体科技实力和“中国智慧”。多年来,航空工业强度所着力于大型客机的强度设计、分析与验证,经过自身不懈研究与攻坚,突破了一大批关键技术,形成了一批具有良好应用价值的研究成果,为C919飞机翱翔蓝天提供了强有力的支撑。

  强度所针对C919飞机材料、工艺以及结构特点,编制了机体结构静强度分析手册和复合材料结构强度分析手册,这两本具有自主知识产权的手册,填补了我国民机结构设计长期依赖国外手册的空白,为C919飞机强度设计与分析提供了重要参考。

  强度所针对C919飞机结构首次选用铝锂合金、铝镁钪合金等新材料,在没有基本性能数据的情况下,结合国外公司材料及其制造工艺研发的进度,规划了设计性能试验矩阵和试验标准,并完成了大量的材料力学性能测试,获得了第一手的性能数据,为新材料工艺状态的确定与结构设计提供了有力支撑。

  强度所针对C919飞机机翼、机身等部件所采用的新结构形式,进行了结构选型试验规划与试验件设计,详细分析了结构的传力特性与强度性能,结合所开展的验证试验,最终确定了综合考虑结构强度、重量代价、工艺难度等因素的最优结构形式,使C919飞机结构的每一克重量都带来更多收益。此外,通过一系列的结构验证试验,如中央翼盒段、后机身段、翼身组合体等强度试验,验证了结构是否满足设计要求。

  静力试验是强度试验一个基本的、最为重要的门类。在C919飞机全机静力试验中,强度所突破了八大关键技术,包含多功能一体化试验平台设计技术、双梁式轻量模块化机翼胶布带布置技术、双层地板双向静定加载及扣重技术、约束点主动位移补偿控制技术、约束点误差转移控制技术、大变形起落架自适应垂向支持及加载技术、基于试验数据与模型驱动的民机结构强度虚拟实验技术、基于仿真结果的实时监测及强度实时评估技术。在该项试验中突破的八大关键技术,结合核心技术和创新点形成了彰显强度所创新力度的三大成果,即“一个平台”、“一个边界”和“一个体系”。

  该平台是为满足C919飞机研制而设计的集智能框架、液压控制、协调加载、精确测量、数据分析、虚拟仿真、实时、协同管理八大系统于一体的多功能智能化验证平台。该平台根据强度所多年实践经验总结而成,采用了多通道协调控制及载荷技术、海量多类型数据测量与管理技术、全方位多层次试验系统设置技术三大核心技术,结合本次试验突破的智能化多功能一体化试验平台设计技术、双梁式轻量模块化机翼胶布带布置技术、双层地板双向静定加载及扣重技术,依托于国际领先、功能强大的控制、采集、液压伺服、实时、协同管理等基础设施系统,并将试验机及以上各类系统放置在全新设计建造的国内最大、技术最先进的“大型客机全机静力/疲劳试验厂房”中实施,达到了高质量、高标准、高可靠、高效率完成试验项目的效果。

  该平台的顺利可靠运行实现了内在技术指标的提升,伺服液压协调加载控制精度优于1%,响应同步采集测量精度优于1%,试验系统可靠度大于99%。

  飞机要做全机静力试验,它的支持边界需要非常准确,这也是载荷的前提,尤其是在结构复杂的多约束条件下,只有实现了边界的精确,才可以更好地反映结构的受载状态。

  强度所突破了多项关键技术,如约束点主动位移补偿控制技术、约束点误差转移控制技术、大变形起落架自适应垂向支持及加载技术等,同时结合强度所六度静定约束试验支持技术,载荷误差控制技术等核心试验技术,实现了试验支持边界的精确化,了载荷的精确。

  通过以上技术的使用,实现了控制点飞机姿态误差位移不超过5mm,角度误差不大于1;约束点载荷误差小于5000牛;主动控制加载点误差小于1%Pmax等技术指标,达到了国际先进水平。

  “一个体系”就是构建了一个物理试验和虚拟试验双线并行的技术体系,有效降低了试验风险、缩短了试验周期。

  随着数字化、信息化技术的快速发展,飞机研制逐步进入数字化时代。为此,强度所紧跟发展前沿,结合预先研究课题,通过持续攻关,搭建了以仿真模型库和试验数据库为支撑的物理试验和虚拟试验双线并行的、全新的技术体系,并在型号中进行了应用验证。该技术体系具有鲜明的强度所特色,并达到了较高的技术水平。

  这种全新的试验技术体系是利用高性能计算机、网络及各类传感器,建立模拟真实试验状态的虚拟,在此中对虚拟样机进行数值模拟,并运用虚拟现实的手段进行直观展示,以此支持物理试验实施。在试验前,预估试验结果,把控试验风险,加快试验进度,对整个试验做到“成竹在胸”;在试验进行过程中,对重点部位进行实时、实时评估,快速、准确地掌握整个试验过程;试验完成后,及时进行数据及知识的积累,为持续完善虚实结合的试验技术体系提供支持,有效缩短了试验周期、降低了试验风险。

  为了满足C919飞机全机地面共振试验对飞机的支持要求,强度所经过技术攻关,突破了高压模式空气弹簧研制技术、空气弹簧升降计算机控制技术、空气弹簧自动充放气控制技术,研制成功一套高压、低刚度、大位移、多度的C919飞机专用空气弹簧支持系统,实现了C919飞机在支托中三点同步升降及在悬浮支持中一直保持水平姿态,极大地提高了飞机支托的安全性和效率,性能指标达到国内领先、国际先进水平。

  为了解决密集模态的识别问题,强度所在C919飞机全机地面共振试验中采用相位共振与相位分离相结合的试验方法,即通过多点宽带随机数字识别技术,快速获得飞机结构频谱和初步的各阶模态参数,取得了良好的效果。此外,通过机翼大变形低频模态激励和识别技术,使机翼产生了较大振动变形,克服了机翼-机身装配间隙的影响,解决了C919飞机低频模态识别问题。

  鸟撞试验具有不可逆、短瞬时等特点,试验实施风险大,必须一次成功,这对加载和测试系统的可靠性以及测试精度的要求极高。C919飞机垂尾和平尾等结构需按照民机适航规章进行8磅鸟的撞击试验,我国之前在该工况试验技术成熟度还不够高。强度所突破了鸟体姿态控制、结构模式和高精度动态参数测试等多项关键技术,创新性地提出了新的鸟弹脱壳技术和鸟弹弹壳制作的工艺方法,在C919飞机平尾、机翼8磅鸟撞试验中赢得了中国商飞“姿态完美”的赞誉,为C919飞机的抗鸟撞评估提供了基础的试验数据支撑。

  强度所在C919飞机全机试验中,针对大量的复合材料给检测带来的巨大挑战,进行了超声相控阵技术在复合材料结构检测中的应用研究,实现了对复合材料损伤的准确定量和快速化无损检测。在此基础上,快速及时地获取了大量损伤数据,给出了机体结构的初始损伤状态和试验后的损伤变化情况,为确定飞机寿命和设计改进提供数据支撑。强度所通过超声相控阵检测技术的应用,快速化原位无损检测能力得到了很大的提升,走在了行业的前列。

  航空工业强度所坚定践行作为强度理论的探索者、强度技术的创造者、强度工具的提供者、强度设计的验证者的,在C919大型客机强度研究中,孕育出的一大批成果强力支撑了C919飞机首飞,为大型客机翱翔蓝天做出了重要贡献!未来,强度所将继续牢记、撸起袖子加油干,为努力把大型客机项目打造成为新时期的标志性工程、建设创新国家和制造强国的标志性工程,为实现中华民族伟大复兴的中国梦再立新功,以优异成绩迎接党的十九大胜利召开!