瀚海狼山:这种飞机结构强到吓人!
2019-05-15 06:45:50



飞机是需要飞在天上的一种机械。而人类很早就认识到天有不测风云。天上的狂风暴雨,都是力量很大的自然现象。早年的飞机不过是木框架加钢丝帆布制造,在强烈的高空风下,曾经有直接被吹的解体坠落的先例。而飞机发明后又很快参与到战争中,一战期间就有了飞机之间的空战。空战需要飞机大范围大幅度的机动。这种战术要求对飞机本身的机体强度的需求,甚至比自然空气气流冲击对飞机的强度要求更高。那么一种新飞机被设计出来,如何判断强度是否达标,满足激烈空战或者大多数情况下空中强烈气流的影响呢?最好的办法,自然是到天上去真实的试飞。但是试飞中一旦结构强度不达标,那就是凌空解体的大事故了。能不能先在陆地上进行强度试验?基本达标后再实际试飞?这种试验在二战以前的航空工业比较发达的国家就开始了。
试验本身就是通过不断加码的破坏力来测试飞机的整体结构强度。专业术语叫做飞机地面静力试验。用来检测飞机主体结构够不够结实。这种试验需要一架甚至多架“静力试验机”,在专门的台架上用人造外力来压、拉飞机机体,看飞机的结构强度极限,直到最终破损为止。静力试验是所有新飞机试飞的诸多关键测试中的重要一环,验证新飞机是否满足飞行所要求的结构强度,是保证飞机飞行安全的重要手段。通过试验,观察和研究新设计的飞行器结构或构件在静载荷作用下的强度、刚度以及应力、变形分布情况,是验证飞行器结构强度和静力分析正确性的重要手段。一般开展试验的飞机,就是最早组装的几架原型机中的一架,这架飞机除了没有安装必要的雷达和飞控,以及发动机外,其他不论大梁、主框还是蒙皮,都与其他原型机基本一致。
也就是说这架用来做破坏性试验的飞机,完全就是一架全尺寸的样机,这样才能试验出这种新设计飞机的强度能否达标。这架被试验的飞机,大多数最终将被试验外力破坏,因此静力试验机一般不会再有机会飞上天。全尺寸结构静力试验的加载过程比较复杂。20世纪40年代以前,静力试验一般将飞机仰置,用铅粒或砂粒装在袋中模拟机翼分布载荷;用铁块吊在绳索上模拟集中载荷,方法简陋。后来再改用电动机械加力器或液压作动筒和千斤顶加载。从二战后开始全尺寸结构静力试验都通过杠杆系统加载,并采用多点协调加载系统,保证各加载器能按预定比例加载,在结构破坏时能自动卸载。以避免破坏部位的继续扩大。上世纪70到80年代,静力试验已采用计算机控制的电动液压伺服系统自动闭合回路协调加载系统,有上百个加载器、几百个加载点、几百个测量通道、几千个应变片,并用计算机进行数据采集和处理。
由于静力地面破坏试验有一个较长的试验过程。破坏力也是逐步加码在飞机上的,静力试验一般需要1到2年才能做完,甚至有的大型飞机的试验需要更长的时间。而大多数飞机的研发要求越快越好,尤其是军用飞机。因此新飞机一般在试验的破坏力达到设计指标的70%到80%时,就可以先行开始升空试飞了。然后等待最终的破坏结果再决定是否改进机体结构强度设计。静力破坏试验,做到设计指标的100%还没出现断裂等破坏,就算达标,大多数飞机做到120%到150%左右会出现断裂破坏。一般来说超过150%还没破坏,就说明飞机的结构强度设计的过大。


强度过大,往往伴随有机体超重现象,就需要结构减重。比如把部分钢梁换成铝合金等。国产战斗机中,到目前被公开的超过设计指标最大是枭龙。机体强度指标超过设计指标的180%!这也导致枭龙是国产飞机中第一种在机翼尖端有导弹挂架的。还有一个比枭龙更狠的。这就是轰六。据说当年轰六的静力破坏试验,加到了300%机体还没坏!最终想减重居然没地方可减,最终就这样了。这也导致新老轰六系列的机体寿命非常长,和B52一样飞他个70年80年,甚至100年问题都不大!