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《大飛機報》重點推薦:C919飛機結構強度適航審查紀實:促C919磨煉“筋骨皮”

時間:2019年11月15日   來源:大飛機報
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  C919型飛機型號合格審定結構強度專業審查小組是由上海航空器適航審定中心組建,作為審查組13個專業專題組之一,主要針對C919飛機機體結構、系統中結構和客艙內飾等對象,以中國民用航空規章CCAR-25為適航標準,按照《航空器型號合格審定程序》開展審查工作。近9年來,結構強度專業審查小組堅持標準,實事求是,在審定實踐中快速成長,努力把好C919飛機結構強度適航審定的安全關。

  C919飛機的每一個型號結構強度重要節點,結構強度專業審查小組都在現場。

 

 

  堅實身軀

  源自114條使用條款 11個專用條件草案

  審定基礎是C919飛機為了具有可接受的安全水平而在型號合格審定過程中必須符合的適航標準,也是C919飛機必須滿足的最低安全要求,由適用的中國民用航空適航規章、環境保護要求及補充安全要求即專用條件等組成。

  審定基礎確定得合適與否,尤其是能否識別出C919飛機的新穎獨特設計并制定恰當的專用條件,直接關系到型號設計的適航性,也將考驗出審查人員的專業水平。

  在確定C919飛機審定基礎的過程中,C919飛機結構強度專業審查小組對照中國民用航空規章《運輸類飛機適航標準》(CCAR-25)、《持續安全改進》(CCAR-26),對申請人梳理的不適用條款逐條判別其理由是否成立,最終確定了適用條款共114條;通過對C919飛機設計的詳細技術熟悉、對CCAR-25適航條款的深入研究以及參考相似機型的經驗,最后編制了11個專用條件草案。

  由此,C919飛機必須滿足的結構強度適航要求涵蓋材料、制造方法、結構保護、載荷、靜強度、應急著陸情況、疲勞與損傷容限、氣動彈性穩定性、客艙安全等方方面面。其中,CCAR25.603條款要求其失效對飛機安全有不利影響的零件所用材料必須符合經批準的材料規范,保證所采購的材料符合設計中的性能要求。CCAR25.613條款進一步要求材料的強度性能必須建立在試驗或經驗基礎上,從而保證飛機結構因材料性能的偏差而失效的概率降至最低。

  CCAR25.605條款要求飛機的制造方法必須保證能制造出始終完好的結構,新的制造方法必須經試驗驗證、需嚴格進行過程控制的工藝必須符合經批準的工藝規范。該要求保證了飛機結構因制造方法的不穩定而失效的概率降至最低。

  CCAR25.305條款要求結構必須能夠承受限制載荷而無有害的永久變形,在直到限制載荷的任何載荷作用下,變形不得妨礙安全運行;結構必須能夠承受極限載荷至少3秒鐘而不破壞。

  CCAR25.571條款則對飛機主要結構元件的疲勞與損傷容限評定、廣布疲勞損傷提出了要求。1953年5月到1954年4月的11個月間,3架“彗星號”客機先后在空中解體、機毀人亡。事故分析表明,其中兩次空難的原因是飛機密封座艙結構發生疲勞開裂所致。1988年4月,夏威夷航空公司的一架波音737飛機在飛往火奴魯魯的過程中,由于廣布疲勞損傷,機身上部5.5米長的一段蒙皮從飛機上脫離,導致一乘務員飛出艙外而亡。

  這些適航要求的產生,飽含對生命的敬畏。它們就像一層一層的網、一個一個盾牌,從不同學科、不同角度為C919飛機在結構強度領域構筑起多重安全保障,將當前認知的可能對飛機安全有不利影響的結構失效因素攔截在外。因此可以這么說,C919飛機一旦滿足了審定基礎中的適航要求,飛機就具有了堅實的身軀,能為飛機空中飛行安全和應急著陸情況下的乘員生命安全提供保障。

 

  繪就“路線圖”

  20份審定計劃 全部批準

  審定計劃(CP)是型號合格證申請人制定的關于采用何種符合性驗證方法來表明產品符合審定基礎的計劃,是適航取證和型號合格審定的技術路線圖,必須得到審查組的批準。根據《航空器型號合格審定程序》的要求,只有在審查方與申請人之間就審定計劃達成一致意見的情況下,才能開展具體的制造符合性檢查、試驗目擊等活動,這樣做的目的是使雙方有一個共同的基礎,即按此計劃進行,其結果應能表明符合性。

  C919飛機結構強度專業共規劃了20份審定計劃。審定計劃制定得合適與否,不僅關系到適航符合性證據和符合性表明的完整性,還關系到驗證成本和取證進度,因此無論是申請人還是審查方,對審定計劃都是嚴陣以待。在評審審定計劃的過程中,C919飛機結構強度專業審查小組嚴謹細致,在對規章條款的正確把握和對C919飛機設計特點了解的基礎上,針對每一個驗證對象,評估其每一條適用條款的符合性驗證思路是否正確完整,判斷所用符合性方法是否合適。經過多輪審查,20份審定計劃全部獲得審查組批準,其中每一份審定計劃都凝聚著審查代表的智慧和辛勤工作。

 

  勇往直前

  沖破復合材料、3D打印 等新技術帶來的新挑戰

  C919飛機結構設計采用了一些新材料、新工藝、新設計,以實現結構重量優勢,這也為結構強度審定帶來巨大挑戰。面對挑戰,C919飛機結構強度專業審查小組從適航條款的實質要求出發,結合C919飛機新技術的特點,及時、充分地研究新技術,明確其符合性驗證的實施路徑和審查關注點,接受審查實踐的考驗。

  C919飛機在國內民機中首次將復合材料應用于后機身、尾翼等主承力結構,結構強度審查團隊缺少復合材料結構完整審查經驗。為此,審查團隊針對復合材料的材料、制造方法、損傷威脅評估、混合結構熱應力、積木式驗證規劃等方面收集并研閱了大量的指導材料和其他資料,并通過國內外專家咨詢、專題項目研究等不斷驗證審查方法、積累審查經驗,最終與設計研發團隊經過反復溝通,明確了審查思路和審查重點,有力推動了驗證和審查工作。在工藝鑒定、積木式驗證規劃等方面還為型號設計與驗證提供了有益的信息,提升了設計與驗證的規范性。

  C919飛機在部分艙門結構采用了增材制造(3D打印)技術,國際領先。由于3D打印技術作為一種特殊且復雜的工藝,如何審查判斷該工藝是否能穩定生產出始終完好的結構是審查中的難點和重點。審查團隊深入了解增材制造技術的制造工藝控制、制造缺陷、性能影響等特點,并與設計團隊反復討論,提出了相關符合性方法的問題紀要,對3D打印材料、工藝及其結構的驗證提出了具體要求,為符合性驗證指明了方向。

  C919飛機采用了承載式曲面風擋。該設計特征給風擋極限強度和破損安全、風擋丟失后駕駛艙快速釋壓的驗證和審查帶來了挑戰,無經驗、無案例可循。審查團隊深入研究規章制定過程,挖掘規章背后的本質要求,提出了C919飛機風擋應滿足的詳細要求和具體方法。

  面對新技術應用,每一個問題的解決或推進都包含了結構強度專業審查團隊的鉆研和勤奮,也離不開中國商飛設計團隊的合作。

 

  保駕護航

  確保431項 驗證試驗的有效性

  符合性驗證試驗是型號合格審查中產生符合性證據最直接、最接近實際情況的驗證方法,其結果的有效性直接關系到驗證結論。按審定計劃的規劃,C919飛機結構強度專業共有431項適航符合性驗證試驗,包括材料級的試驗、工藝驗證試驗、載荷風洞試驗等。

  對符合性驗證試驗進行審查并選擇重要試驗進行目擊是審查的重點工作。在備受關注的全機2.5g機動平衡極限載荷試驗、最大垂直力極限載荷試驗中,審查團隊與適航工程委任代表一道,逐項評判試驗方案的合理性、試驗件構型對型號設計的代表性、試驗件過渡段的考慮、試驗件的約束、試驗載荷工況的選擇、試驗加載點和加載方式、試驗設備及其精度、試驗的步驟、試驗記錄、試驗成功與否的判據等等,并全程目擊試驗,確保了試驗過程和試驗結果的有效性。

  目擊試驗的過程也是審查代表豐富知識、積累審查經驗的過程。2017年開展的駕駛艙門防子彈穿透試驗就得到一個教訓。試驗時發現有一設計細節(用某厚度鋼板遮擋的孔)未能抵御子彈的穿透,試驗失敗。起先大家都認為此設計不會有問題,因為曾對該厚度的鋼板單獨進行防子彈穿透試驗,按照一般的邏輯,將該厚度的鋼板用于遮擋孔應沒問題,然而卻忽視了邊界條件的影響。這個教訓告訴我們,適航審查中必須關注支持正確結論的相關條件是否存在,一旦條件發生變化,結論也會發生逆轉。

  C919大型客機研制正處于型號合格審查的關鍵階段,C919飛機結構強度審查組將在崗位上做好每一項C919飛機結構強度適航審查工作,不忘“人民航空為人民”初心,牢記使命,補齊適航短板,為C919飛機安全翱翔藍天努力,為民航強國建設作奉獻。

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