平原高原,高温高寒,适航淬羽,“新”然向前!
适航验证是民用直升机取得型号合格证和投入市场前的必经之路,在一次次试验试飞的淬炼中,型号的各项性能将得到全面验证,为型号设计指标“证明”,为用户放心使用“背书”。
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作为国产民用直升机明星产品,“吉祥鸟”AC332直升机的优异性能既是研制出来的,也是验证出来的。让适航验证更加精准高效,让质量安全更有科学保障,项目团队在国内实现多个“第一次”,突破适航验证多项关键核心技术,推动国产民用直升机适航领域取得长足进步。
国产民机再破冰
“滑橇式起落架让直升机起降更轻松,蛤壳式后舱门布局让应急救援尤其是医疗救护更方便,AC332的全新构型就是我们亟需的。”用户表示。
“研制之初我们就进行了充分的市场调研,AC332一定‘抢手’。但在国产四吨级直升机领域,滑橇起落架的设计与验证以及全机静力试验等,在国内尚属首次且难度极大,突破国外技术壁垒,走出自主创新的‘华山一条路’势在必行。”项目团队充分识别困难,但自主创新的信心十分坚定。
滑橇起落架设计要求结构强度“又硬又软”,硬是强度要足够保障着陆安全,软是尽量缓冲以减少地面反作用力,参数的选择直接影响产品性能。项目团队在国内首次以直升机坠撞仿真手段,预先模拟验证和优化参数选择,把趋近于理想值的参数成功模拟出来,显著提升研制效率。同时,创新工作思路和计算方法,突破落震试验和静力试验等关键适航技术,使各项性能得到充分验证。
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在此过程中,项目团队解决四吨级直升机滑橇起落架构型设计、坠撞仿真、地面共振分析、验证试验等一系列“卡脖子”问题,打破国外技术壁垒,夯实自主创新技术基础,形成自主知识产权。AC332滑橇起落架与机体刚度匹配度、着陆吸能能力、着陆场地适应性等达到设计预期,为型号取得市场成功夯实重要基础。在国产民用直升机领域,该成果为我国后续自主研制滑橇起落架直升机提供重要方向,将助推滑橇起落架的广泛应用,降低直升机研制及运营维护成本,助力我国低空装备蓬勃发展。
全机静力试验,验证的是直升机“骨架”结不结实,重点是试验设计是否科学充分,既要保证真实安全,同时确保顺利通过。科学充分的验证为直升机的可靠性和安全性证明,一次通过则反向验证产品设计水平,让研制提速。在这一环节,AC332得了“双百分”。
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AC332全机静力试验面临试验复杂、难度大、风险高等问题,项目团队攻克多自由度整机边界模拟设计技术,在国内直升机领域首次采用六自由度静定约束方案,改变传统悬吊约束方式,让试验效率更高、风险系数更低、对关键重点部位的“考核”更准。在国内直升机强度验证领域,首次应用全机强度虚拟试验技术,对试验设计的合理性和准确性进行过程仿真和全面检查,有效规避试验风险,有力保障全机静力试验各工况均一次性通过。两项关键技术的创新,为我国后续直升机低成本、高效率研制和产品性能提升奠定基础。
降本增效闯新途
“成本管控能力是型号市场竞争力的重要组成部分,而通过技术创新降成本,则是‘一本万利’的不二之选。”项目团队思想高度一致,并在AC332适航验证过程中拓展新思路、突破新技术,在保障适航验证准确性的前提下创新验证路径,以国内直升机领域的多个“第一次”,显著降低型号研制成本。
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进气系统防冰功能有效性的验证是民用直升机适航取证过程中的重要一环。传统验证依托国外大型冰风洞,搭配真实发动机开展测试,成本高、周期不可控、外协环节多。项目团队充分研究分析,基于当时国内现有冰风洞成熟条件,采用模拟吸气代替真实发动机工作的全新试验方法,有效还原发动机进气真实工况,高效完成进气系统防冰功能适航验证,试验过程和验证数据有效,试验报告和符合性方法获得审查组认可和批准。该方案大幅精简试验流程,有效规避发动机租借、跨域人员差旅、复杂试验件安装调试等高成本支出,节约型号研发经费,为国产民用直升机后续相关验证开拓全新路径,为型号研制降本增效提供技术支撑。
民用直升机发动机舱灭火剂浓度测试试验是关乎飞行安全的重要适航验证,该试验不仅安全风险高,同时需要直升机进行大量改装,试验准备周期长,试验费用高,国内外民机在适航取证工作中,长期依赖空中飞行试验完成验证。项目团队创新工作思路,开展发动机舱灭火剂浓度地面模拟试验项目研究,与厂家联合研制测试系统,最终通过地面模拟试验成功替代飞行试验完成相关验证工作,取得适航验证领域重要突破,填补国内技术空白,显著提升适航取证工作效率,并直接降低可观的试验成本。
“不止适航验证,在型号研制过程中,以技术创新引领提质、降本、增效的成功经验还有很多。我们将系统总结、持续改进、全面推广,让这些新技术在后续型号研制中发挥更大作用,为型号获取市场成功赢得先机。”项目团队对后续型号研制有更多期待。
体系重塑铸安全
AC332以最新修订的《运输类旋翼航空器适航规定》(CCAR-29-R2)为审定基础,新版适航规章对型号适航验证和产品质量安全提出更为严苛的要求。项目团队在型号适航验证过程中,首次搭建符合CCAR-29-R2要求的全流程适航验证体系,严格对标开展设计、试验和验证工作,让型号适航水平迈上新台阶。
CCAR-29-R2要求全机结构在设计时要考虑疲劳和损伤的影响,必须执行疲劳容限评定适航要求。“简单来说,就是要验证型号金属结构件在一定的损伤情况下,仍是安全可靠的。但适航要求是目标,怎样充分、科学、合理地把符合性验证出来是一项复杂系统工程,国内还没有整机全系统自主验证的经验可以借鉴。”项目团队相关负责人补充道。
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项目团队集智攻关,开展选材、设计、工艺、制造、检验、维护等全生命周期的研究,创新搭建涵盖分析流程、验证方法、判定标准于一体的可推广的适航符合性验证方法体系,通过积木式适航试验验证的开展,有力证实AC332结构疲劳/损伤容限特性全面满足最新适航规章,提升全机的安全性。全新构建的适航符合性验证方法体系,将为后续国产民用直升机新型号研制提供重要借鉴,有效压缩研制周期,铸牢质量安全保障。
AC332试飞验证技术的体系创新和变革更为深入,直观表现为试飞科目更多、验证的细节要求更严格。传统试飞验证工况相对固化,配套测试硬件、处理软件存在短板,已经无法满足最新适航规章。项目团队面向AC332重塑民用直升机性能和飞行特性适航验证试飞技术体系,创新构建“理论建模-试飞探索-参数辨识-模型迭代”闭环试飞验证体系,并自主研发试飞专业软件,完善数据采集、解析处理与试飞安全监控能力,全方位保障风险科目试飞安全有序实施。
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“理论建模在试飞开始前即按适航规章高效规划了试飞路径,极大程度预先规避试飞风险,通过试飞探索、参数辨识,进一步迭代模型,让试飞更加科学高效、符合性验证更加精准。”项目团队相关负责人介绍道。在新的试飞体系支撑下,AC332在国产双发直升机领域首次完成高原自转着陆试飞,空中再起动适航验证试飞高度打破AC系列直升机在该领域纪录。
迸发“新”力量,淬羽向天高。从灵光一现的点子到自主创新的技术,从试验的方寸之地到试飞的广阔蓝天,项目团队将以航空报国的热忱,以科技创新的坚定,助推国产民用直升机实现新跃升,更好服务国家战略、造福人民美好生活。
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