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《大飞机报》重点推荐:C919飞机结构强度适航审查纪实:促C919磨炼“筋骨皮”

时间:2019年11月15日   来源:大飞机报
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  C919型飞机型号合格审定结构强度专业审查小组是由上海航空器适航审定中心组建,作为审查组13个专业专题组之一,主要针对C919飞机机体结构、系统中结构和客舱内饰等对象,以中国民用航空规章CCAR-25为适航标准,按照《航空器型号合格审定程序》开展审查工作。近9年来,结构强度专业审查小组坚持标准,实事求是,在审定实践中快速成长,努力把好C919飞机结构强度适航审定的安全关。

  C919飞机的每一个型号结构强度重要节点,结构强度专业审查小组都在现场。

 

 

  坚实身躯

  源自114条使用条款 11个专用条件草案

  审定基础是C919飞机为了具有可接受的安全水平而在型号合格审定过程中必须符合的适航标准,也是C919飞机必须满足的最低安全要求,由适用的中国民用航空适航规章、环境保护要求及补充安全要求即专用条件等组成。

  审定基础确定得合适与否,尤其是能否识别出C919飞机的新颖独特设计并制定恰当的专用条件,直接关系到型号设计的适航性,也将考验出审查人员的专业水平。

  在确定C919飞机审定基础的过程中,C919飞机结构强度专业审查小组对照中国民用航空规章《运输类飞机适航标准》(CCAR-25)、《持续安全改进》(CCAR-26),对申请人梳理的不适用条款逐条判别其理由是否成立,最终确定了适用条款共114条;通过对C919飞机设计的详细技术熟悉、对CCAR-25适航条款的深入研究以及参考相似机型的经验,最后编制了11个专用条件草案。

  由此,C919飞机必须满足的结构强度适航要求涵盖材料、制造方法、结构保护、载荷、静强度、应急着陆情况、疲劳与损伤容限、气动弹性稳定性、客舱安全等方方面面。其中,CCAR25.603条款要求其失效对飞机安全有不利影响的零件所用材料必须符合经批准的材料规范,保证所采购的材料符合设计中的性能要求。CCAR25.613条款进一步要求材料的强度性能必须建立在试验或经验基础上,从而保证飞机结构因材料性能的偏差而失效的概率降至最低。

  CCAR25.605条款要求飞机的制造方法必须保证能制造出始终完好的结构,新的制造方法必须经试验验证、需严格进行过程控制的工艺必须符合经批准的工艺规范。该要求保证了飞机结构因制造方法的不稳定而失效的概率降至最低。

  CCAR25.305条款要求结构必须能够承受限制载荷而无有害的永久变形,在直到限制载荷的任何载荷作用下,变形不得妨碍安全运行;结构必须能够承受极限载荷至少3秒钟而不破坏。

  CCAR25.571条款则对飞机主要结构元件的疲劳与损伤容限评定、广布疲劳损伤提出了要求。1953年5月到1954年4月的11个月间,3架“彗星号”客机先后在空中解体、机毁人亡。事故分析表明,其中两次空难的原因是飞机密封座舱结构发生疲劳开裂所致。1988年4月,夏威夷航空公司的一架波音737飞机在飞往火奴鲁鲁的过程中,由于广布疲劳损伤,机身上部5.5米长的一段蒙皮从飞机上脱离,导致一乘务员飞出舱外而亡。

  这些适航要求的产生,饱含对生命的敬畏。它们就像一层一层的网、一个一个盾牌,从不同学科、不同角度为C919飞机在结构强度领域构筑起多重安全保障,将当前认知的可能对飞机安全有不利影响的结构失效因素拦截在外。因此可以这么说,C919飞机一旦满足了审定基础中的适航要求,飞机就具有了坚实的身躯,能为飞机空中飞行安全和应急着陆情况下的乘员生命安全提供保障。

 

  绘就“路线图”

  20份审定计划 全部批准

  审定计划(CP)是型号合格证申请人制定的关于采用何种符合性验证方法来表明产品符合审定基础的计划,是适航取证和型号合格审定的技术路线图,必须得到审查组的批准。根据《航空器型号合格审定程序》的要求,只有在审查方与申请人之间就审定计划达成一致意见的情况下,才能开展具体的制造符合性检查、试验目击等活动,这样做的目的是使双方有一个共同的基础,即按此计划进行,其结果应能表明符合性。

  C919飞机结构强度专业共规划了20份审定计划。审定计划制定得合适与否,不仅关系到适航符合性证据和符合性表明的完整性,还关系到验证成本和取证进度,因此无论是申请人还是审查方,对审定计划都是严阵以待。在评审审定计划的过程中,C919飞机结构强度专业审查小组严谨细致,在对规章条款的正确把握和对C919飞机设计特点了解的基础上,针对每一个验证对象,评估其每一条适用条款的符合性验证思路是否正确完整,判断所用符合性方法是否合适。经过多轮审查,20份审定计划全部获得审查组批准,其中每一份审定计划都凝聚着审查代表的智慧和辛勤工作。

 

  勇往直前

  冲破复合材料、3D打印 等新技术带来的新挑战

  C919飞机结构设计采用了一些新材料、新工艺、新设计,以实现结构重量优势,这也为结构强度审定带来巨大挑战。面对挑战,C919飞机结构强度专业审查小组从适航条款的实质要求出发,结合C919飞机新技术的特点,及时、充分地研究新技术,明确其符合性验证的实施路径和审查关注点,接受审查实践的考验。

  C919飞机在国内民机中首次将复合材料应用于后机身、尾翼等主承力结构,结构强度审查团队缺少复合材料结构完整审查经验。为此,审查团队针对复合材料的材料、制造方法、损伤威胁评估、混合结构热应力、积木式验证规划等方面收集并研阅了大量的指导材料和其他资料,并通过国内外专家咨询、专题项目研究等不断验证审查方法、积累审查经验,最终与设计研发团队经过反复沟通,明确了审查思路和审查重点,有力推动了验证和审查工作。在工艺鉴定、积木式验证规划等方面还为型号设计与验证提供了有益的信息,提升了设计与验证的规范性。

  C919飞机在部分舱门结构采用了增材制造(3D打印)技术,国际领先。由于3D打印技术作为一种特殊且复杂的工艺,如何审查判断该工艺是否能稳定生产出始终完好的结构是审查中的难点和重点。审查团队深入了解增材制造技术的制造工艺控制、制造缺陷、性能影响等特点,并与设计团队反复讨论,提出了相关符合性方法的问题纪要,对3D打印材料、工艺及其结构的验证提出了具体要求,为符合性验证指明了方向。

  C919飞机采用了承载式曲面风挡。该设计特征给风挡极限强度和破损安全、风挡丢失后驾驶舱快速释压的验证和审查带来了挑战,无经验、无案例可循。审查团队深入研究规章制定过程,挖掘规章背后的本质要求,提出了C919飞机风挡应满足的详细要求和具体方法。

  面对新技术应用,每一个问题的解决或推进都包含了结构强度专业审查团队的钻研和勤奋,也离不开中国商飞设计团队的合作。

 

  保驾护航

  确保431项 验证试验的有效性

  符合性验证试验是型号合格审查中产生符合性证据最直接、最接近实际情况的验证方法,其结果的有效性直接关系到验证结论。按审定计划的规划,C919飞机结构强度专业共有431项适航符合性验证试验,包括材料级的试验、工艺验证试验、载荷风洞试验等。

  对符合性验证试验进行审查并选择重要试验进行目击是审查的重点工作。在备受关注的全机2.5g机动平衡极限载荷试验、最大垂直力极限载荷试验中,审查团队与适航工程委任代表一道,逐项评判试验方案的合理性、试验件构型对型号设计的代表性、试验件过渡段的考虑、试验件的约束、试验载荷工况的选择、试验加载点和加载方式、试验设备及其精度、试验的步骤、试验记录、试验成功与否的判据等等,并全程目击试验,确保了试验过程和试验结果的有效性。

  目击试验的过程也是审查代表丰富知识、积累审查经验的过程。2017年开展的驾驶舱门防子弹穿透试验就得到一个教训。试验时发现有一设计细节(用某厚度钢板遮挡的孔)未能抵御子弹的穿透,试验失败。起先大家都认为此设计不会有问题,因为曾对该厚度的钢板单独进行防子弹穿透试验,按照一般的逻辑,将该厚度的钢板用于遮挡孔应没问题,然而却忽视了边界条件的影响。这个教训告诉我们,适航审查中必须关注支持正确结论的相关条件是否存在,一旦条件发生变化,结论也会发生逆转。

  C919大型客机研制正处于型号合格审查的关键阶段,C919飞机结构强度审查组将在岗位上做好每一项C919飞机结构强度适航审查工作,不忘“人民航空为人民”初心,牢记使命,补齐适航短板,为C919飞机安全翱翔蓝天努力,为民航强国建设作奉献。

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