运12F飞机研制之适航取证篇:攀越适航新高度

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2015年12月12日,北京的天空清澈湛蓝,人们的心情格外晴朗。位于三元桥的中航工业北办公区会议室里,中航工业哈飞董事长聂小铭从中国民用航空局航空器适航审定司司长殷时军手中接过运12F飞机CAAC型号合格证,现场快门声、掌声响成一片,媒体记者纷纷记录下这一重要历史时刻。

展开运12F适航取证历程的记忆画卷,其间写满了欢笑与泪水,拼搏与坚守。这是一代哈飞人用*美好的年华创造出的飞机研制奇迹,更是一张国产新机中、美适航取证同步规划、同步验证的真实路线图。这段岁月中的所有**与积累,将成为今后我国民机研制适航取证的宝贵财富和重要借鉴。

  顶层设计 实现中美适航同步规划

哈飞拥有30余年的适航取证历史,运12系列飞机先后获得中国、英国、法国、美国、俄罗斯等11个国家的型号合格证,是我国目前**同时获得进入欧、美地区发达国家“通行证”的民用飞机。运12系列飞机的取证历程促进了我国适航标准的进步和中美适航双边的建立,推动了国产民机适航验证技术和适航管理水平的发展。

伴随航空科技的飞速发展和飞行经验的大量累积,中、美两国适航当局不断对适航标准和程序要求进行修订,取证难度大幅提升。运12F项目继承运12系列机的研制经验,在酝酿之初就确定了中、美适航取证“同步走”的路线图,并在立项前提早谋划适航取证事宜。2005年7月,哈飞向CAAC提交型号合格证申请,一个月后CAAC受理了申请。2006年8月,哈飞又向美国FAA提交型号合格证申请,并派出代表团赴美协商,8个月后,FAA受理了申请。运12F迈出了中、美适航取证同步规划的**步。

2006年8月18日,CAAC在北京召开运12F**TCB会议,明确了审定基础采用中、美*新适航标准CCAR23-R3/FAR23部。同时提出编写PSCP/CP(专项合格审定计划/审定计划)的要求,并参照先进经验,将审定方式由按条款审查改为按系统审查。“当时国内从未编写过PSCP/CP,难度可想而知。”时任飞机设计研究所可靠性室适航组组长陈洪艳对这段在艰难中寻求突破的岁月记忆犹新,“我们反复研究FAA的资料,借鉴国外的经验。要在几千页的英文资料中捋出头绪,加班就成了常事,孩子放学后只能托管到小饭班,那段日子特别苦。”“不过,*终收获也很大。”陈洪艳欣慰地说。经过20多轮的修订,用了3年时间,她指导飞机设计研究所相关专业科室共完成了1份PSCP的编制和40份CP清单的确定和编写。内容涵盖整机、系统情况介绍、适航条款、符合性验证思路、验证方法、制造符合性检查及计划等方面。针对局方关注的复合材料、损伤容限、闪电直接和间接影响等专题,他们还编制了专门的审定计划。审查方和申请方按照PSCP/CP开展工作,推进了适航审定进程,也开创了适航审定新模式。

“上世纪50年代,**款用于民用市场的喷气飞机——英国彗星飞机发生了几次空中解体事故,适航当局意识到民用飞行器的**问题。”哈飞副总工程师宋展介绍,“因此*新适航标准对新机申请型号合格证提出了更高的要求,损伤容限技术就是其中重要一项。”“在掌握损伤容限技术的过程中我们遇到了很多困难,后来选择与欧洲GECI咨询公司合作,消化吸收国外技术成果,再结合型号设计特点,逐步形成了一套适合我国通用飞机的损伤容限设计和分析方法。”运12F项目团队按照国际认可的试验规则和ASTM标准,规划实施了“积木式”试验,对结构的损伤容限特性进行验证,极大地提高了飞机结构的**性和经济性,运12F也成为该座级全球首款采用损伤容限理念设计的通用飞机。

按照中美*新适航标准要求,哈飞还需要建立属于自己的复合材料适航验证体系。“我们走出了一条从无到有,从模糊到清晰的道路。”飞机设计研究所复合材料结构设计室主任齐德胜谈起这项成果非常自豪。在3年时间里,团队成员与CAAC、FAA反复沟通,对复合材料结构设计、材料鉴定、材料许用值和设计许用值、试验验证、条款符合性等内容进行了深入研究。经过刻苦攻关,他们制定了“复合材料取证规划”和“积木式”试验规划,解决了多项技术难点,形成了具有自主知识产权的材料和工艺规范,建立了复合材料强度分析体系,突破了复合材料结构强度验证、损伤容限评定等关键技术。“我们*终建立起涵盖材料、设计与分析、工艺、检验在内的一套完整的复合材料适航验证体系,不仅得到了适航当局的批准和认可,而且填补了国内该领域空白。”

为了确保产品符合设计要求,实现质量保证和工程确认的双重目的,CAAC对制造符合性检查提出了更高要求。哈飞按照《型号合格审定程序》(AP-21-03R3)要求,对原型机零部件及试验件的制造、试验和试飞进行了**的制造符合性检查,并**进行了型号检查报告(TIR)地面检查。检查涉及工艺、制造、总体、结构等15项内容,几乎覆盖了所有的专业,工作量非常大。面对这个艰巨的挑战,质量保证部副总质量师徐丽艳带领项目团队,扎实开展自查工作,对大量的支持性文件、原型机实物进行“文—文”、“文—实”相符检查,*终通过了局方审查。

地面试验 突破多项关键验证技术

每款飞机在放飞前,都将进行大量的地面试验,验证关键技术、**技术和各系统关键部件是否符合适航标准,确保飞机各系统满足**要求。运12F先后完成了静力、疲劳、地面电网、液压系统及燃油系统等地面试验,并在试验中突破了多项关键技术。

2010年,运12F开始进行静力试验。2012年3月,进行*后一项整机试验时,极限载荷加载到80%,突然“咔”一声脆响,飞机严重偏移。“当时感觉飞机完了!”想起那一刻的惊险,飞机设计研究所副总设计师薛伟松现在还会心有余悸,他记得民航沈阳审定中心副主任李保良、审查代表顾宝栋、运12F总设计师李先哲和现场所有人的脸色都闻声一变。试验人员立刻上前对飞机、工装、试验件进行检查,对工装连接件断裂瞬间飞机各部位受力情况进行分析,当听到“飞机毫发无损时”,人们长出了一口气。更换了新工装,指挥员再次下达指令,“加载,10%、40%、80%……”现场安静得可怕,人们的心全都悬了起来,“95%、100%极限载荷,卸载,试验成功!”现场爆发出雷鸣般的掌声,运12F全机静力试验圆满成功。哈飞自此成为国内能够进行定翼机全机静力试验的极少数主机厂之一。

2010年,哈飞还启动了结冰风洞试验的准备工作,先后完成了试验模型设计、试验矩阵制定及与风洞试验设备接口对接等关键技术突破。2011年11月,宋展率队飞赴美国纽约,在考克斯公司的结冰风洞中进行了为期两周的试验。FAA和CAAC审查代表全程目击,对哈飞现场确认的临界冰形表示认可,非常满意试验结果。运12F成为我国首款完成结冰风洞试验的国产通用飞机。

试验结束后,按照FAA的适航审定要求,哈飞特级技术专家、飞机设计研究所设计员王洪伟对试验得到的大量数据进行分析、整理。通过半年的努力,他用英文编写完成《运12F飞机结冰风洞试验报告》,并提请FAA审查。FAA对哈飞的分析结果表示认可,一次性通过审查,并关闭了《运12F飞机除防冰问题纪要》。这标志着哈飞建立起一套FAA认可的通用飞机除防冰适航验证方法,也标志着哈飞在通用飞机除防冰适航验证技术领域处于了国内**地位。

恶劣天气导致的恶性事故屡屡见诸报端,适航当局意识到必须让飞机机体成为“空中避雷针”,减少雷击造成的损失。设计之初,运12F就严格贯彻闪电防护理念。2009年,经与中、美适航当局沟通,*终确定需对雷达罩、升降舵、油箱、空速管4个*具代表性的部件进行闪电防护试验,以试验及分析相结合的方式进行全机身闪电防护设计的验证。

2014年年底,哈飞将按照全新理念设计的雷达罩试验件发往合肥航太电物理技术研究所,进行闪电防护试验。飞机设计研究所设计员孙春雷、杜洁琼也随即赶赴现场。试验室里,一切都已准备就绪,罩体被分成4个区域,进行16次雷击试验。“放电”按钮启动后,一道道模拟闪电划破黑暗,连成折线击向雷达罩,巨大的轰鸣声充斥着试验现场。突然一声异响,孙春雷和杜洁琼紧张起来,立刻打开手电,只见一簇光束透过针孔大小的击穿点散射了出去。两人的心都是一沉,试验失败了。南方的冬夜湿冷异常,杜洁琼和孙春雷两个东北人一边搓手跺脚取暖,一边认真地研究改进对策,形成方案后便连夜传回哈尔滨,绘制新的图样。2015年5月,他们与改良后的雷达罩再次抵达合肥,在已有试验结果的基础上,对金属传导能力重新分析,通过加大搭铁线的截面积和条数解决了电流传导问题。在不改变原金属分流条的基础上采用了新型材料金属氧化物分流条,保证了雷达罩的透波率要求,从根本上解决了雷达罩的雷电附着问题,满足了适航条款要求。2015年11月,运12F成功完成了4项闪电防护试验及整机闪电防护的分析及验证工作,成为我国首款在通用飞机上完成闪电防护设计和试验验证的飞机。

通过近百项地面试验,运12F项目团队*大限度地将**隐患解决于地面,让飞机从容地展翅苍穹。

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