探秘西安研發(fā)大飛機(jī)實(shí)驗室：用活雞做鳥撞實(shí)驗 —— 文章正文2015-11-11

　　11月2日，我國自主研發(fā)的C919大型客機(jī)首架機(jī)在上海下線。獨(dú)立承擔(dān)該機(jī)機(jī)翼設(shè)計和抗鳥撞試驗的西北工業(yè)大學(xué)航空學(xué)院研發(fā)團(tuán)隊的師生們，在本校航空館分享了成功的喜悅。作為支撐研發(fā)團(tuán)隊的實(shí)驗室更是創(chuàng)立了多項世界紀(jì)錄。11月3日，記者走進(jìn)這些實(shí)驗室，探秘研發(fā)中那些鮮為人知的故事。
　　
　　NF-6增壓連續(xù)式高速風(fēng)洞為翼型設(shè)計和驗證提供技術(shù)手段
　　
　　NF-6增壓連續(xù)式高速風(fēng)洞，是西工大自主研制的我國第一座連續(xù)式高速翼型風(fēng)洞，為我國翼型設(shè)計和驗證提供技術(shù)手段。該風(fēng)洞有兩個可更換使用的試驗段，第一段為亞洲最大的專門用于翼型實(shí)驗的二元試驗段；第二段可作為全模和半模實(shí)驗的三元試驗段。
　　
　　“在C919大飛機(jī)的研發(fā)中，我們承擔(dān)翼型和機(jī)翼設(shè)計，采用先進(jìn)的超臨界翼型。”西工大航空學(xué)院教授、博導(dǎo)，該項目負(fù)責(zé)人高正紅說，項目的絕大部分實(shí)驗與驗證在NF-6增壓連續(xù)式高速風(fēng)洞進(jìn)行。
　　
　　風(fēng)洞的作用是模擬空中飛行環(huán)境和飛行狀況，對理論設(shè)計進(jìn)行驗證。“為了提高試驗精度和效率，我們針對C919翼型特點(diǎn)，重新設(shè)計了模型支撐裝置。”西工大航空學(xué)院教授、博導(dǎo)高超說。實(shí)驗集中在第一試驗段進(jìn)行，模型往支撐系統(tǒng)安裝是最關(guān)鍵環(huán)節(jié)，安裝精度直接影響實(shí)驗數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，要在高0.8米、寬0.4米、長3米的空間里安裝模型，200多個傳感器要和模型連接，保證測壓管路不漏氣并暢通。　　

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 　　在空氣不流通的試驗段，要安裝一個模型，實(shí)驗員穿著緊口衣褲，需爬行13米才能到達(dá)模型支撐點(diǎn)，在這里翻身都很困難，僅靠有限的現(xiàn)場光和頭燈、手電筒作為工作光源，不能在試驗段和模型上留下包括汗跡在內(nèi)的任何異物，稍不注意就會出錯，此項工作夏天氣溫高難度最大。每次試驗10個人各司其責(zé)，在不同的條件下，從初步設(shè)計到多輪優(yōu)化實(shí)驗，模型需要反復(fù)拆裝幾十次，經(jīng)過上千次實(shí)驗優(yōu)化改型最后確認(rèn)。“風(fēng)洞的來流速度控制是最重要的指標(biāo)，它直接影響實(shí)驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，我國目前在用的高速風(fēng)洞的馬赫數(shù)控制精度只達(dá)到0.002，在C919翼型實(shí)驗中，我們的馬赫數(shù)控制精度可達(dá)到0.001，達(dá)到國際先進(jìn)水平。”高超說。
　　
　　在C919大飛機(jī)鳥撞試驗中用現(xiàn)殺活雞代替真鳥
　　
　　沖擊動力學(xué)試驗室的主要功能:1、為材料動態(tài)力學(xué)性能測試（航空金屬材料及復(fù)合材料的動態(tài)力學(xué)性能），為數(shù)值仿真提供材料性能輸入，提高仿真計算的準(zhǔn)確與可靠度；2、動態(tài)沖擊試驗，主要是航空結(jié)構(gòu)的抗鳥撞試驗。飛機(jī)在研制過程中，要取得適航認(rèn)證必須做抗鳥撞試驗，且適航局的人員要親臨現(xiàn)場目睹試驗全過程。
　　
　　“C919飛機(jī)舷窗、機(jī)頭、機(jī)翼、尾翼、垂尾等離散源撞擊實(shí)驗，都是我們做的。”西工大航空學(xué)院教授、博導(dǎo)，試驗室負(fù)責(zé)人李玉龍說，試驗報告可以肯定或否定產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計，并提供結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)建議。
　　
　　在西工大沖擊動力學(xué)試驗室，陳列著大小不同的機(jī)翼鳥撞后試驗件，試驗室最大的高速氣炮管長10米，內(nèi)徑150毫米，還有試驗臺和靶架、數(shù)據(jù)采集器、超動態(tài)應(yīng)變放大器、高速攝像機(jī)等設(shè)備。做鳥撞試驗時，用氣炮發(fā)射明膠彈體（模擬鳥體）沖擊試驗件。將試驗件安裝在靶架上，用氣壓控制速度，模擬飛行被鳥撞上時的狀況。試驗時需要測試彈體速度，記錄撞擊時的應(yīng)變、位移等數(shù)據(jù)，并對試驗過程進(jìn)行高速攝像，“試驗時彈體速度精確度要求在正負(fù)3%，而我們實(shí)際控制在1%左右。”試驗室湯忠斌博士說。這樣的試驗室全國高校僅此一家。
　　
　　在C919部件鳥撞試驗中，采用現(xiàn)殺活雞代替真鳥進(jìn)行試驗，考慮生物污染大，不宜在校園進(jìn)行，部分試驗會放在西工大鐵錨實(shí)驗室進(jìn)行。試驗也不是一帆風(fēng)順的，2014年7月,在西工大鐵錨實(shí)驗室做實(shí)驗時，鳥彈都上膛了，正給空氣炮充氣時，遭遇雷擊，造成數(shù)據(jù)采集器板卡燒毀，試驗被迫延遲一個月。
　　
　　用3D打印C919飛機(jī)3.07米部件
　　
　　金屬加工，傳統(tǒng)的方法是鑄造、鍛造、機(jī)加、焊接，而金屬3D打印是用微積分原理，將三維模型剖分成面，面分解成線，隨后在數(shù)控系統(tǒng)控制下，用激光做熱源，將金屬粉末材料按照一定路徑熔化“堆積”。
　　
　　在C919設(shè)計驗證階段，西安鉑力特激光成形技術(shù)有限公司利用金屬3D打印技術(shù)解決了飛機(jī)中央翼緣條(3.07米的鈦合金部件)的制造工作。加工該部件傳統(tǒng)工藝一稿需要6個月，三至四稿就需要2-3年的驗證周期。“我們做用了15天，2個多月加工就可完成，大大縮短了設(shè)計驗證制作周期。”鉑力特總工程師趙曉明說。最終得到“其性能略好于鍛造件”的高度認(rèn)可，力學(xué)性能通過了“五項性能測試”。除了C919，鉑力特還利用金屬3D打印技術(shù)為國產(chǎn)各類飛機(jī)制造近3000個零部件，其中絕大部分已裝機(jī)使用。 （來源：華商網(wǎng)）