漲姿勢 　飛機也有"體能測試"

2016年04月14日

圖：飛機靜力試驗

靜力試驗被形象地稱為飛機的"體能測試"。飛機的體格夠不夠強健，設計指標是否合理，往往能通過靜力試驗進行反映。因此，靜力試驗對於確保飛機的安全性有著重要的意義。昨天，C919大型客機全機靜力試驗機（01架機）交付暨試驗啟動會在中國飛機強度研究所上海分部召開，這標志著C919大型客機靜力試驗正式啟動。那這個標志性的"靜力試驗"到底是什麼？關於靜力試驗，你應該知道哪些？飛寶為你一一道來......

據史料記載，500多年前，著名的意大利畫家、發明家達·芬奇及物理學家伽利略先後做過全尺寸的結構靜力試驗。雖然那時的試驗設施很簡單，試驗方法也有些粗糙，但相比複雜構件的受力分析與繁雜的計算，靜力試驗卻能直接得出結論：結構受力下會不會破損，大變形下會不會折斷或失穩。

圖：飛機靜力試驗

早期的飛機靜力試驗，采用沙袋和鉛塊模擬飛機的氣動均布載荷，用繩子吊沙袋來模擬集中載荷，雖然看上去有些可笑，但效果卻出奇地好。到了上世紀40年代，隨著飛機的尺寸越來越大，飛行速度越來越快，一種新穎的飛機杠杆加載系統嶄露頭角，使全機靜力試驗的面貌煥然一新。此後，靜力試驗的方法逐步規範，試驗結果更加准確。

走進全機靜力試驗大廳，你一定會為眼前的場景所驚歎：一架飛機懸掛在高大、明亮的大廳中央，機體被大大小小的"∏"形杠杆團團圍住。因測試點距離不一，∏形杠杆的跨度也有所不同。杠杆之間環環相扣，形成一個鋼質的"網"，十分引人注目。這種沿襲了幾十年的杠杆系統，簡單又實用，既能真實模擬機身、機翼、尾翼上的均布載荷，也能通過杠杆跨度和間距的差異，模擬出大小各異的作用力。它與液壓控制系統、液壓作動器組成閉環加載伺服回路，由計算機控制，令作動器輸出到"杠杆系統-飛機機體"上各點的載荷與理論計算值達到非常吻合的地步。

成千上萬的加載點受力後，機體內產生的應力、應變會是怎樣的呢？這是試驗最想獲取的主要數據。其中的奧妙就藏在那遍布機體的密密麻麻的白色膠帶中。實際上，膠帶內緊貼機體表面的是能敏感測出應力、應變的電阻應變片。在外力作用下，應變片會產生電信號，並直接反映在計算機上，描繪出一條條多姿多彩的應力、應變曲線，逼真地顯示出各個部位的強度、應力等測量結果。

如同人的體能檢測一樣，全機靜力試驗主要是測試飛機結構承受外部負載的能力。其檢測項目之多、規模之大、技術含金量之高，令人難以想象。靜力試驗中選用的載荷涵蓋飛機起飛、爬升、巡航、進場和著陸的全過程，最大載荷常常產生於幾種狀態的疊加中，需要反複綜合權衡。試驗中常伴隨不可預測的安全隱患，遭遇突如其來的風險。設計師需要從以往的大量經驗教訓中總結出行之有效的操作程序：先以20%—30%的使用載荷進行預加載，以消除加載系統之間的間隙。然後，逐漸、緩慢地施加使用載荷。在試驗過程中，還可能出現很大的局部結構變形。此時，應立即卸載檢查，限制最大變形不能超出總撓度的5%，也不能有大於0.2%的殘餘永久變形。

新研制飛機的首次飛行，充滿種種的不測。為確保首飛萬無一失，靜力試驗肩負重任，在選擇加載點及加載力大小時需周密考慮。一般情況下，飛機首次飛行不會飛出大機動和大過載，也不會沖出飛行包線之外，通常機體的最大載荷不超過使用載荷的67%。通過全機靜力試驗考驗的現代客機，首飛成功才有保障。

首飛成功後，一個個靜力試驗項目接踵而至。通常是先易後難，先小後大。一架客機的靜力試驗項目達20多項，持續時間較長，被戲稱為飛機試驗中的"馬拉松"。其中，2.5Ｇ全機穩定俯仰靜力試驗是難度最高、風險最大的項目之一。它模擬飛機遇上了突風、紊流的襲擊，飛行員情急之下操作過猛，致使飛機承受大於2.5倍的極限載荷。試驗除顯現這驚險的情景外，還需持續3秒鐘。一旦操作不當，極容易失敗，前功盡棄。

全機靜力破壞試驗是最令人驚心動魄的試驗。在逐步加載超過使用載荷之後，便進入了扣人心弦的幾分鐘，載荷一點點地在增加，直至一聲巨響的那一刹那。這一刻是禍還是福？加載數據會告訴你。記得上世紀80年代國產首架大型客機"運十" 全機靜力破壞試驗的加載數據定格為105%。這是一個非常理想的數字。大於它，說明飛機的強度設計偏於保守，機體重量過大；低於它，安全性差。破壞試驗雖然耗資巨大，但它是飛機研制的必經之路。（轉自微信公眾號"大飛機"）

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