看得见的飞翔，看不见的“百炼成钢”

庄敏

2018年7月12日，在上海浦东机场南面的中国飞机强度研究所上海分部祝桥试验基地，备受瞩目的C919大型客机将要迎接“出生”以来一次极为严酷的考试。今天，它将要进行2.5g机动平衡工况极限载荷静力试验。

试验现场，C919大型客机总设计师吴光辉、中国强度设计研究所副所长蒋军亮、副总工程师唐吉运、中国民航上海审定中心结构强度室主任张迎春等数十人身穿红色T恤，不知从何时起，每当遇到重大试验节点，大家都会不约而同地穿上一身象征好运的中国红。

下午2时，试验正式开始。

“加载到5%，检查测试设备是否正常，检查飞机状况是否正常”……“加载到35%，加载到40%，检查测试设备是否正常，检查飞机状况是否正常” ……“加载到80%，所有参试人员离开飞机” ……随后，试验开始以1%为一级，逐级加载。随着代表加载值的红色数字不断攀升，现场变得鸦雀无声。渐渐地，飞机开始出现外部反应，两侧机翼不断向上翘起。当载荷达到100%时，翼尖向上翘起的高度已经指向了坐标尺2米的位置。“加载到150%，保载3秒”“加载到153%，保载3秒”，此时，翼尖向上翘起的高度已经超过3米，现场瞬间爆发出雷鸣般的掌声。

试验成功了！由中国飞机强度研究所、中国商飞上海飞机设计研究院、中国民航上海审定中心共同组成的中国大飞机“强度兄弟团”经受住了考验！

有一种痛叫2.5g

对于一款全新研制的飞机来说，除了飞行试验外，还要进行大量的地面试验，而全机静力试验则是诸多地面试验中的一项。同时，全机静力试验也是飞机型号研制过程中最为关键的试验项目之一，是局方在适航取证过程中重点考察的项目。

这项试验的作用是验证飞机在受到均匀或等速从起飞-爬升-巡航-下降-降落全过程中可能遇到的外力情况下是否具备安全飞行的强度和刚度。通俗来说，就是检验飞机的抗压能力和承受极限。2.5g机动平衡工况极限载荷静力试验则是验证飞机在2.5倍（相对于飞机重量）重力情况下的承压载情况。这个试验曾经差点儿把年轻的中国民用航空工业“压”进万丈深渊。

2009年12月1日，我国首款自主研制的ARJ21新支线飞机在进行全机稳定俯仰2.5g极限载荷试验过程中，当载荷施加到87%时，龙骨梁后延伸段结构遭到破坏，试验被迫中止。这意味着不仅后续的20多项静力试验无法继续开展，而且正在全面开展的试飞工作也不得不陷入停滞。这对于中国商飞公司年轻的团队来说，无异于晴空霹雳。

“很痛苦，非常痛苦，现场的每一个人背负的压力都特别大，气氛压抑得让人喘不上气。”一位在现场的队员回忆说。尽管已经过去多年，但队员们都清晰地记得那个瞬间的场景和那一段“黑色时光”。

经过7个多月的攻坚，项目团队终于找到了试验失败的原因，并在对故障进行复现后重新调整了方案。2010年6月28日，ARJ21全机稳定俯仰2.5g极限载荷试验获得圆满成功。尽管付出了代价，但一支年轻、稚嫩的强度试验联合攻关团队也因此涅槃重生。今天，他们中的很多人已经挑起了C919大型客机2.5g极限载荷静力试验的大梁。

有一种成长叫2.5g

尽管在ARJ21新支线飞机项目中，试验团队已经积累了一些经验，但这些经验要应对C919大型客机的2.5g试验是远远不够的。因此，早在几年前，C919大型客机结构强度团队就已经开始了各项准备。

航空领域中的飞机结构设计是有限元技术最早得到广泛应用的工程领域。作为一种主要的民机强度计算方法，有限元技术在应用之初受到计算机水平的限制，全机模型通常只能划分为几万个单元，因而模型简化的难度非常高，计算结果也常常不尽如人意。2000年以后，国外逐步出现百万级的整机精细化有限元模型，但国内民机产业尚无使用先例。

2012年，中国商飞上海飞机设计研究院开始策划创建百万级的精细化有限元模型，并成立了国内第一个专业有限元仿真室。2013年，随着第一个百万级精细化模型的初步完成与成功应用，上海飞机设计研究院有了一个更大胆的想法：创建一个千万级的有限元模型，把飞机上的每一颗铆钉都囊括其中，彻底突破建模过程最大的技术难点——模型简化。

2014年，C919翼身组合体开始进行静力试验，精细化模型初露锋芒：有限元仿真室创建的百万级“细化模型”和千万级“精细模型”的计算结果与试验结果惊人地相似。2016年，全机静力试验按计划展开，全机精细模型再一次技惊四座：其精准的计算结果使得工程师们成功地预测了试验样机的高应变、高钉载以及可能的失稳区域，为试验风险的监控和排除提供了强有力的保障。

除此之外，上海飞机设计研究院还与中国飞机强度研究所配合，在飞机共振试验中紧密合作，弥补了我国大型民用飞机强度试验中多项空白。飞机共振试验是一项非常重要的强度试验，其试验数据是设计人员修正颤振计算模型的重要依据，对保证试飞安全具有重要意义。

在C919大型客机全机地面共振试验中，双方共同克服了多项难题：首先是飞机悬浮支托的难题。由于全机地面共振试验要求模拟飞机在空中的状态，现有的空气弹簧系统无法满足试验的支托要求。其次，飞机尤其是机翼部件的模态频率较低而全机结构模态密集、频率相近且耦合严重，主翼面和操纵面均存在安装间隙和摩擦，这些非线性因素对主翼面和操纵面的模态测试带来了很大挑战。

针对飞机悬浮支托的问题，中国飞机强度研究所与上海飞机设计研究院多次协调，最终确定了试验的支托方案，并据此研制了一套C919飞机专用的空气弹簧支托系统。该系统具有高压、低刚度、大位移、多自由度等特点，由计算机自动控制三点同步升降，彻底解决了大型飞机的悬浮支托问题。2017年7月，C919大型客机共振试验圆满完成，为飞機的后续试验打下良好的基础。

有一种涅槃叫2.5g

2015年12月31日，C919飞机全尺寸静力试验的第一项试验——右侧缝翼限制载荷静力试验开试。此后的2年多时间里，上海飞机设计研究院结构强度团队先后完成了多份试验大纲的编写，上海审定中心审查组先后批准了22份试验大纲，完成了试验件和试验设施的制造符合性审查，开展了2.5g机动平衡工况、全机最大垂直力着陆工况限制载荷静力试验等22项共52个工况的全尺寸静力试验。

2018年5月11日，是中国商飞公司成立十周年的日子。就在这一天，C919大型客机正在进行全尺寸验证试验项目中的首个极限载荷试验——增压舱增压极限载荷试验。这个试验不仅中国民航局高度关注，也是欧洲航空安全局（EASA）关注的首个结构强度验证试验。

当载荷施加到137%时，问题不期而至：后服务门上部密封件脱出，形成缝隙过大，增压舱无法继续施压。现场的试验人员不得不中止试验，对飞机进行减载，但参试人员面临的压力却迅速增长。

审定中心结构强度审查组立即召集有关人员在试验现场第一时间研究讨论故障原因和解决方案，随后又召开了多轮审查会，详细讨论试验中止后的数据复查、试验排故、理论分析和试验数据对比分析等工作。在不到一个月的时间里，设计人员完成了多轮故障排查和方案修改。最终，试验大纲获得了中国民航局和欧洲航空安全局的认可。2018年6月6日，增压舱增压极限载荷试验顺利完成。这为C919大型客机结构极限载荷验证试验的开展奠定了坚实基础。

在随后一个多月的“备考”过程中，项目团队组织相关专家对2.5g试验设计工作开展了专项质量复查，核查了试验设计工作的符合性和正确性，进一步保证了后续工作输入源头的正确性。

2018年7月12日，当上海飞机设计研究院和中国飞机强度研究所的考生们走上考场时，尽管有些忐忑和紧张，但他们仍然充满信心。他们相信，在经过充分准备后，C919大型客机一定能够通过这次“严酷”的考试。

这一次，C919没有辜负大家的信任。我相信，未来也不会。