扬子晚报丨给C919飞机装“假冰”,这是什么操作?

发布时间:2021-10-06浏览次数:257作者:杨甜子来源:紫牛新闻供图:紫牛新闻责任编辑:彭丽审核:许静

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10月2日,南京航空航天大学收到了一封从中国商用飞机有限责任公司寄来的感谢信。商飞对南航周光明教授、蔡登安老师带领的“追”着飞机跑、为C919装“假冰”的硬核团队表示了感谢。科研团队不辞辛苦、日夜倒班,在多地开展模拟冰型预安装工作,以创新的方式大大减少了由于安装模拟冰导致的占用飞机时间,确保了模拟冰试飞进度,为C919项目按期完成模拟冰试飞任务提供了坚实的保障。


从零开始,打破技术封锁

2017年,承载着中国航空制造业几代人梦想的C919首架飞机成功试飞。自此,C919进入民航“服役”备受期待,只有投放市场,这款飞机才真正被赋予生命。但C919投入运营,尚缺关键一步,即“适航取证”,适航取证就是让飞机经受“极限挑战”,以验证飞机性能。

开展局方审定试飞是商用飞机适航取证的关键环节。

在局方开展审定试飞前,已有6架试飞飞机在上海、阎良、东营、南昌等地开展试飞工作,完成必要的地面检查和试验,进行必要的飞行试验并提交报告。

每一次成功试飞,意味着其距离适航许可交付更进一步。其中,国内首次基于FAR25-121修正案的临界冰型的确定,填补了国内模拟结冰防冰试验的空白。这背后凝聚了一支南航科研团队“从零起步”“十年磨一剑”的艰辛付出。



在低温气象环境中飞行时,飞机表面极易发生结冰现象,对飞行安全造成威胁,严重的甚至可能导致飞行灾难,因此结冰试飞工作就尤为重要。自然结冰试飞是一项高风险试飞科目,按适航条款规定,试飞前进行模拟冰试飞,则可以摸清飞机带冰特性,进行临界冰型性能的适航验证。

早在2010年,来自南航航空学院的周光明教授、蔡登安老师团队就开始了ARJ21-700飞机模拟冰试飞项目。模拟冰试飞是选取其他材料加工出具有真实冰型外形及特征的“假冰”安装于飞机上进行试飞,是自然结冰试飞的关键步骤。

当时国外对其进行技术封锁,国内完全没有研究基础,可谓是困难重重,内外交困。

从零开始,周光明教授带领团队从选材、工艺、载荷试验等众多方面开始调研,在验证了包括木材、泡沫等多种方案后,创造性地研发了木夹芯复合材料模拟冰。这种“冰”不仅能模拟真实冰型的外形,还具备良好的刚度、强度,能在大过载、强气流的作用下保证截面符合理论形状并且安全系数高。



2021年是C919大型客机适航取证关键年,模拟冰试飞工作则是其中重要一环。自2019年,周光明教授和蔡登安老师就带领团队开始攻关C919大型客机模拟冰试飞项目。由于C919大型客机试飞冰型的特殊性和复杂性,团队开展多方面研究,在ARJ21飞机基础上,进一步升级,通过引入3D打印冰型方案、大颗粒粗糙度带等多项创新工作,大幅度提升了模拟冰型的质量和工艺实施效率,开创了我国夹芯复合材料模拟冰改装及试飞的先河。


拿猫砂做实验,我们是认真的

模拟冰型的主体外表光滑,然而真实结冰条件下冰型外表面会密布冰渣子,有一定的粗糙度,为了将“冰”模拟到极致,团队费尽脑汁到处找材料,一名成员突然发现家里的猫砂竟然满足粗糙度的要求,就立即进行试验。冰渣子细小,只有2-3毫米,团队成员就将猫砂碾碎,用筛子筛细,再粘接于冰型表面。周光明教授笑道,“如此大量采购猫砂以后要培养养猫的兴趣了。”



模拟冰做好了,但怎么装到飞机上?这是个大难题。

结合多年经验,团队将复合材料手糊工艺引入改装过程。采用厚度只有0.1-0.2mm的玻璃纤维布铺设于飞机前缘,待树脂固化完成后再将木夹芯粘贴其上,覆盖上玻璃纤维布后整体固化。这样的操作工艺则对安装技术提出了较高要求。“我们安装的时候都是提心吊胆的,一定要认真细致,模拟冰型一旦贴合不到位,在飞机飞行时则可能砸在飞机上甚至掉落至发动机内,后果不堪设想。”周光明教授说道。

摸着石头过河,在C919的羽翼上一点点安装“冰渣子”,他们探索危险的边界以确保安全。


辗转多地,“追”着飞机跑是常态

试飞地点分散在上海、江西、山东、陕西四地。飞机不等人,有时只给两天改装时间,规定期限内就要完成安装,但做一套冰型的时间远不止两天,怎么办呢?

从今年1月份起,团队就瞄准各架飞机的“空窗期”,在四个试飞点之间辗转。博士生李想回忆,飞机经常晚点,常常是“飞机还没试飞,我们的工作人员就已经飞了好几圈。”

除了在试飞点之间辗转,为试飞任务加班加点更是团队成员的家常便饭。今年4月,团队接到一项紧急改装任务,需要第二天将新的冰型安装完毕并安全试飞。20个小时,要完成原本48小时的工作量,这对团队成员的生理及心理都是一次重大的考验。

接到任务的1小时内,团队与现场工作人员冷静沟通,迅速确定改装方案,将12小时的等待时间缩短至3小时,同时现场即刻开始改装。



不巧的是,此时停机坪上刮起大风,操作工具随时可能被风吹走,“站起来挡风!” 团队成员顶着寒冷的大风,搭起人墙为操作人员遮风,保障改装顺利进行。

凌晨2点,团队成员相互加油打气,通过跑步让自己保持清醒。凌晨5点,所有操作步骤完成,现场所有人瘫坐在地。除了疲惫,心里更多是任务完成后的喜悦。这一紧急改装任务于第二天中午顺利完成,并于当天下午成功试飞。


砥“力”前行,和C919一同起飞

除了指导老师,这支年轻的团队还有4名博士生、4名硕士生,专业都是工程力学,大家一路砥“力”前行,收获良多。

2010年前后,蔡登安还在南航读大二时,就开始跟着周光明教授接触ARJ飞机试飞项目。2017年博士毕业留校,成为南航的一名老师,依然在试飞的路上。

与十年前不同的是,试飞机型、试飞项目更多了,团队成员的任务更重了。

作为研究生一年级的新生,熊信发同学和彭锦峰同学都觉得能有机会到试飞院参与C919飞机的现场改造工作很难得。“以前看到的都是航空航天馆里的模型,这次让我好好摸到了真正的大飞机!”熊信发说。“再辛苦都值得!”

“刻苦攻关、严谨求实”让这个团队和C919一起张开了科学的羽翼,安全飞行过一个个巅峰。



2020年11月,C919获型号检查核准书(TIA),全面进入局方审定试飞阶段。2021年1月,民航上海审定中心完成C919首次局方审定试飞。目前,C919正全面朝着适航取证、交付运营的目标推进。据周光明教授介绍,暑期南京新冠疫情反扑,但模拟冰试飞并未中断,项目组成员在学校实验室仍加班加点完成模拟冰制作,多次视频指导试飞现场人员安装操作。周教授说,“虽然压力很大,但我们很自豪,也有信心排除万难,踏踏实实把C919模拟冰项目做好,为祖国大飞机早日取证交付,贡献我们自己的力量!”