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嘉峪檢測(cè)網(wǎng) 2017-07-06 10:04
飛機(jī)氣候環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)（簡(jiǎn)稱(chēng)“飛機(jī)氣候試驗(yàn)”），是指在室內(nèi)模擬或外場(chǎng)自然氣候環(huán)境（包括高溫、低溫、濕熱、淋雨、降霧、降雪、凍雨/積冰和太陽(yáng)輻照等）條件下，讓飛機(jī)經(jīng)受氣候環(huán)境應(yīng)力的作用，從而獲取飛機(jī)耐氣候環(huán)境極限能力信息，并根據(jù)研制要求、失效判據(jù)及試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)其氣候環(huán)境適應(yīng)性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，確定其氣候環(huán)境適應(yīng)性能力滿足要求的程度。
圖1 S-92直升機(jī)旋翼冰防護(hù)系統(tǒng)適航性驗(yàn)證試驗(yàn)。
（S-92A實(shí)驗(yàn)室結(jié)冰試驗(yàn) ， S-92A外場(chǎng)結(jié)冰試驗(yàn)，S-92A飛行結(jié)冰試驗(yàn)）
飛機(jī)氣候試驗(yàn)是通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確認(rèn)飛機(jī)氣候環(huán)境適應(yīng)性是否滿足要求的一種評(píng)價(jià)方法，它是飛機(jī)質(zhì)量驗(yàn)收的基礎(chǔ)。飛機(jī)氣候試驗(yàn)并不包含飛機(jī)結(jié)構(gòu)腐蝕和老化等長(zhǎng)期效應(yīng)的環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)，屬于非破壞試驗(yàn)，試驗(yàn)完成后，飛機(jī)可正常使用。飛機(jī)氣候試驗(yàn)分為實(shí)驗(yàn)室模擬氣候試驗(yàn)、外場(chǎng)自然氣候試驗(yàn)和使用環(huán)境氣候試驗(yàn)。
與外場(chǎng)自然氣候試驗(yàn)相比，實(shí)驗(yàn)室氣候試驗(yàn)不受季節(jié)、地區(qū)和時(shí)間的限制，周期短而且成本低，容易得到可重復(fù)的試驗(yàn)結(jié)果，所以飛機(jī)氣候試驗(yàn)大多數(shù)在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行。當(dāng)飛機(jī)機(jī)體過(guò)大而沒(méi)有實(shí)驗(yàn)室可以容下時(shí)，只能在外場(chǎng)自然氣候中進(jìn)行試驗(yàn)。另外，受氣候?qū)嶒?yàn)室的尺寸限制，難以在室內(nèi)開(kāi)展飛機(jī)處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的氣候試驗(yàn)，例如，飛機(jī)不能在實(shí)驗(yàn)室中滑行，不能再現(xiàn)飛機(jī)在冰霧情況下滑行、起飛等試驗(yàn)。因此，飛機(jī)的實(shí)驗(yàn)室氣候試驗(yàn)和外場(chǎng)自然氣候試驗(yàn)是相輔相成，互為補(bǔ)充的。
飛機(jī)氣候?qū)嶒?yàn)室
實(shí)驗(yàn)室是開(kāi)展飛機(jī)氣候試驗(yàn)的有力工具，是綜合運(yùn)用制冷、加熱、空調(diào)、控制、計(jì)量等技術(shù)模擬極端氣候條件的載體，目前正常運(yùn)營(yíng)的氣候?qū)嶒?yàn)室有美國(guó)麥金利氣候?qū)嶒?yàn)室、英國(guó)飛機(jī)氣候?qū)嶒?yàn)室、瑞典飛機(jī)氣候?qū)嶒?yàn)室和韓國(guó)飛機(jī)氣候?qū)嶒?yàn)室等。
美國(guó)麥金利氣候?qū)嶒?yàn)室
麥金利氣候?qū)嶒?yàn)室始建于1947年，位于佛羅里達(dá)州格林空軍基地，后經(jīng)過(guò)多次改造，可容納美國(guó)最大的C-5“銀河”軍用運(yùn)輸機(jī)（圖2），是世界上現(xiàn)有規(guī)模最大的氣候?qū)嶒?yàn)室。麥金利氣候?qū)嶒?yàn)室有8個(gè)大型實(shí)驗(yàn)室，包括主環(huán)境室（71m×62m×21m）、發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)境模擬室、沙塵模擬室、鹽霧實(shí)驗(yàn)室、高度模擬室、雷電實(shí)驗(yàn)室、沙漠氣候?qū)嶒?yàn)室和海洋氣候?qū)嶒?yàn)室，能對(duì)全機(jī)進(jìn)行高溫、低溫、濕熱、淋雨、降雪、凍雨、地面降霧、吹雨、吹雪、吹風(fēng)、日照、旋風(fēng)結(jié)冰、雷電等氣候試驗(yàn)，目前已進(jìn)行了400余架各類(lèi)飛機(jī)，70多個(gè)導(dǎo)彈系統(tǒng)，2600多種軍事裝備的氣候試驗(yàn)。
圖2 美國(guó)麥金利氣候?qū)嶒?yàn)室。
英國(guó)飛機(jī)氣候?qū)嶒?yàn)室
英國(guó)飛機(jī)氣候?qū)嶒?yàn)室位于博納科姆鎮(zhèn)，由低溫實(shí)驗(yàn)室（18.5m×16 m×4.5m）和高溫實(shí)驗(yàn)室（30m×30 m×5.5m）組成（圖3）。主要用于飛機(jī)及其他武器裝備的氣候試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)可運(yùn)轉(zhuǎn)，具備空氣補(bǔ)償和廢氣排放能力，可對(duì)飛機(jī)進(jìn)行高低溫、濕熱、沙漠等極端氣候條件測(cè)試。
圖3 英國(guó)飛機(jī)氣候?qū)嶒?yàn)室。
瑞典飛機(jī)氣候?qū)嶒?yàn)室
瑞典飛機(jī)氣候?qū)嶒?yàn)室位于瑞典基律納，是僅有的位于北極圈內(nèi)的氣候?qū)嶒?yàn)室。該實(shí)驗(yàn)室是美國(guó)波音公司、美國(guó)航空航天局（NASA）、歐洲空客公司、歐洲航空安全局（EASA）等的極寒定點(diǎn)測(cè)試場(chǎng)所。實(shí)驗(yàn)室具備進(jìn)行飛機(jī)全機(jī)低溫、高溫試驗(yàn)的能力，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)溫度可在-50～45℃調(diào)節(jié)。試驗(yàn)對(duì)象包括各類(lèi)民航客機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、戰(zhàn)斗機(jī)、直升機(jī)等，開(kāi)展過(guò)美國(guó)ER-2、F-15、C-130、波音737、M-55、歐洲A400M等飛機(jī)的極寒氣候試驗(yàn)。
圖4 瑞典飛機(jī)氣候?qū)嶒?yàn)室
韓國(guó)飛機(jī)氣候?qū)嶒?yàn)室
韓國(guó)飛機(jī)氣候?qū)嶒?yàn)室建成于2008年，位于瑞山，內(nèi)部尺寸42m×32m×15m（圖5）。具備對(duì)中小型飛機(jī)進(jìn)行高溫、低溫、降雨、太陽(yáng)輻照、凍雨、濕熱等環(huán)境試驗(yàn)的能力，主要用于韓國(guó)KF-X隱身戰(zhàn)斗機(jī)、武裝直升機(jī)、中高空無(wú)人機(jī)和中程反坦克制導(dǎo)導(dǎo)彈等武器系統(tǒng)氣候試驗(yàn)。
圖5 韓國(guó)飛機(jī)氣候?qū)嶒?yàn)室。
實(shí)驗(yàn)室飛機(jī)氣候試驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)室飛機(jī)氣候試驗(yàn)通常在極端氣候條件飛行試驗(yàn)之前進(jìn)行，以提前暴露飛機(jī)氣候環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)與工藝缺陷，并對(duì)設(shè)計(jì)與工藝的改進(jìn)進(jìn)行驗(yàn)證，保障飛行試驗(yàn)安全。2003年9月，F(xiàn)/A-22“猛禽”在麥金利氣候?qū)嶒?yàn)室開(kāi)展了為期3個(gè)月的氣候試驗(yàn)（圖6），包括高寒、太陽(yáng)輻照、淋雨、降雪、吹風(fēng)、降霧和濕熱試驗(yàn)，另外還有極端氣候條件下的保障與維修測(cè)試。在麥金利氣候?qū)嶒?yàn)室工作了近30年的實(shí)驗(yàn)室主管Wayne Drake說(shuō)：“我們?cè)囼?yàn)了F/A-22可以想象到的每一種作戰(zhàn)條件。在這里用3個(gè)月時(shí)間得到的數(shù)據(jù)，在沒(méi)有這個(gè)設(shè)施的情況下要花幾年的時(shí)間才能得到，并且費(fèi)用要高得多。我們現(xiàn)在知道F/A-22能夠在哪些氣候條件下工作。”
波音787“夢(mèng)想飛機(jī)”在麥金利氣候?qū)嶒?yàn)室進(jìn)行了兩周的極端溫度測(cè)試（圖7）。目的是保證飛機(jī)系統(tǒng)在可能遇到的所有溫度環(huán)境下均能正常運(yùn)行。之前波音787對(duì)于低溫測(cè)試地點(diǎn)存在爭(zhēng)議，項(xiàng)目的延遲錯(cuò)過(guò)了冬季去加拿大北極地區(qū)進(jìn)行試驗(yàn)的時(shí)機(jī)，最終波音公司宣布787將前往麥金利氣候?qū)嶒?yàn)室進(jìn)行測(cè)試，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室不僅可以開(kāi)展低溫測(cè)試，還能模擬夏天烈日炎炎的環(huán)境。
飛機(jī)氣候試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)
目前，發(fā)達(dá)國(guó)家?guī)缀醵加凶约旱沫h(huán)境試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，但這些標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)等級(jí)和試驗(yàn)方法并不統(tǒng)一。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的高度發(fā)展，世界各國(guó)之間設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化和通用化，要求采用統(tǒng)一的環(huán)境試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前在國(guó)際上有較強(qiáng)影響力的環(huán)境試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)有美國(guó)軍標(biāo)MIL-STD-810《環(huán)境工程考慮與實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)》、英國(guó)國(guó)防部標(biāo)準(zhǔn)DEF-STAN 00-35《防務(wù)裝備環(huán)境手冊(cè)》、北大西洋公約組織標(biāo)準(zhǔn)NATO STANG 4370《應(yīng)用環(huán)境條件與試驗(yàn)發(fā)行》、俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)гост20.57-406-89《質(zhì)量檢驗(yàn)綜合系統(tǒng)、電子技術(shù)產(chǎn)品、量子電子產(chǎn)品和電氣產(chǎn)品試驗(yàn)方法》和гост16962.1/16962.2《電氣產(chǎn)品對(duì)外界氣候作用/機(jī)械作用因素性試驗(yàn)方法》。我國(guó)也以MIL-STD-810F標(biāo)準(zhǔn)為藍(lán)本，制定了GJB4239《裝備環(huán)境工程通用要求》和GJB150A《軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法》。目前有關(guān)環(huán)境試驗(yàn)方法的標(biāo)準(zhǔn)通常只用于部件或設(shè)備的試驗(yàn)，不包括飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)和動(dòng)力裝置的試驗(yàn)，還沒(méi)有用于實(shí)驗(yàn)室飛機(jī)氣候試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范。
圖6 F/A-22“猛禽”降雪試驗(yàn)。
美國(guó)空軍飛機(jī)的氣候試驗(yàn)以空軍系統(tǒng)和裝備全天候驗(yàn)證程序AFR80-31和AFR80-31的補(bǔ)充材料為主要依據(jù)。在這個(gè)文件中規(guī)定空軍裝備必須具備在各種氣候條件下運(yùn)行的能力，規(guī)定在設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和試驗(yàn)中必須考慮自然環(huán)境的影響，并且要求采購(gòu)的系統(tǒng)和設(shè)備必須在很寬的自然條件范圍內(nèi)可運(yùn)行、維修、貯存、包裝和運(yùn)輸。在此驗(yàn)證程序中還列出了5類(lèi)全天候試驗(yàn)及其他項(xiàng)目，其中包括設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，全天候試驗(yàn)策略、責(zé)任分配和特殊的試驗(yàn)支撐程序，該文件是美國(guó)進(jìn)行軍用飛機(jī)氣候試驗(yàn)的指令性文件。
飛機(jī)氣候試驗(yàn)的發(fā)展建議
氣候環(huán)境適應(yīng)性是飛機(jī)的一項(xiàng)重要質(zhì)量特性，飛機(jī)氣候試驗(yàn)是驗(yàn)證飛機(jī)氣候環(huán)境適應(yīng)性的有效手段，飛機(jī)氣候?qū)嶒?yàn)室是開(kāi)展飛機(jī)氣候試驗(yàn)的有力工具。飛機(jī)氣候試驗(yàn)在國(guó)外已經(jīng)進(jìn)行了60余年，形成了較為完善的專(zhuān)業(yè)體系和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ΑＮ覈?guó)的飛機(jī)氣候試驗(yàn)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀不容樂(lè)觀，主要體現(xiàn)在以下幾方面。
圖7 波音787“夢(mèng)想飛機(jī)”氣候試驗(yàn)。
一是專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)極其薄弱。長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)飛機(jī)型號(hào)的研制模式?jīng)Q定了專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員聚焦于傳統(tǒng)專(zhuān)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)與瓶頸技術(shù)的研究，對(duì)飛機(jī)氣候試驗(yàn)技術(shù)的關(guān)注度較低，重視度不夠，對(duì)其重要性認(rèn)識(shí)不足，科研經(jīng)費(fèi)投入很少，導(dǎo)致其專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)極其薄弱。
二是試驗(yàn)?zāi)芰ι袑倏瞻住ｏw機(jī)氣候?qū)嶒?yàn)室是飛機(jī)氣候試驗(yàn)技術(shù)專(zhuān)業(yè)發(fā)展的前提條件，是實(shí)現(xiàn)飛機(jī)服役極地氣候模擬的關(guān)鍵系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)營(yíng)均具有系統(tǒng)復(fù)雜度高和技術(shù)難度大等特點(diǎn)，目前國(guó)內(nèi)飛機(jī)氣候試驗(yàn)?zāi)芰ι袑倏瞻住?/span>
三是型號(hào)研制需求緊迫。近年來(lái)，我國(guó)航空工業(yè)迎來(lái)了型號(hào)研制的高峰期，一大批軍民用飛機(jī)型號(hào)進(jìn)入研制的關(guān)鍵階段，這些型號(hào)能否滿足氣候適應(yīng)性設(shè)計(jì)要求，將對(duì)飛機(jī)研制計(jì)劃、未來(lái)戰(zhàn)斗力和經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生極其重要的影響。
綜上所述，基于國(guó)內(nèi)目前專(zhuān)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和飛機(jī)型號(hào)研制需求，對(duì)飛機(jī)氣候試驗(yàn)的未來(lái)發(fā)展提出以下建議。
系統(tǒng)規(guī)劃，構(gòu)建體系
鑒于國(guó)內(nèi)目前氣候試驗(yàn)技術(shù)與試驗(yàn)?zāi)芰Φ陌l(fā)展現(xiàn)狀和型號(hào)研制的緊迫需求，國(guó)家應(yīng)高度重視，在專(zhuān)業(yè)研究機(jī)構(gòu)的技術(shù)支撐下，由國(guó)家相關(guān)部門(mén)組織國(guó)內(nèi)強(qiáng)度專(zhuān)業(yè)研究所和相關(guān)研究機(jī)構(gòu)，認(rèn)真研究國(guó)內(nèi)外專(zhuān)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，結(jié)合目前與未來(lái)新機(jī)研制的技術(shù)需求，系統(tǒng)研究我國(guó)飛機(jī)氣候適應(yīng)性專(zhuān)業(yè)發(fā)展綱要，制訂專(zhuān)業(yè)未來(lái)發(fā)展規(guī)劃，穩(wěn)步構(gòu)建未來(lái)專(zhuān)業(yè)發(fā)展的技術(shù)體系。
深入研究，突破關(guān)鍵
基于專(zhuān)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，梳理目前需要突破的一批關(guān)鍵技術(shù)，如飛機(jī)氣候適應(yīng)性設(shè)計(jì)技術(shù)、飛機(jī)氣候試驗(yàn)規(guī)劃與剪裁技術(shù)、飛機(jī)氣候試驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)施技術(shù)、飛機(jī)氣候適應(yīng)性評(píng)估技術(shù)等，在“十三五”期間應(yīng)予以重點(diǎn)支持，深入研究，實(shí)現(xiàn)突破。同時(shí)，對(duì)國(guó)內(nèi)外關(guān)于氣候試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)與試驗(yàn)管理程序進(jìn)行深入研究，通過(guò)消化、吸收和再創(chuàng)新，編制適應(yīng)我國(guó)國(guó)情的飛機(jī)氣候試驗(yàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與試驗(yàn)管理程序。
加大投入，形成能力
氣候?qū)嶒?yàn)室系統(tǒng)技術(shù)難度大、復(fù)雜程度高、資金投入大，是研究氣候適應(yīng)性專(zhuān)業(yè)技術(shù)必須具備的關(guān)鍵試驗(yàn)?zāi)芰?，是集溫度控制、氣流組織、隔熱保溫、環(huán)境實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)總控于一體的建筑、設(shè)備和系統(tǒng)高度耦合的復(fù)雜試驗(yàn)平臺(tái)，其試驗(yàn)對(duì)象是全狀態(tài)飛機(jī)，在試驗(yàn)的各個(gè)狀態(tài)和系統(tǒng)需要單獨(dú)、全部或組合工作，這包括發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。建議國(guó)家應(yīng)在未來(lái)10年內(nèi)，系統(tǒng)規(guī)劃，穩(wěn)步實(shí)施，加大試驗(yàn)?zāi)芰ㄔO(shè)的投入力度，盡快建成體系完整、技術(shù)先進(jìn)的氣候?qū)嶒?yàn)室，支撐專(zhuān)業(yè)體系件建設(shè)，支撐型號(hào)研制，提升飛機(jī)品質(zhì)，以保障飛機(jī)氣候適應(yīng)性和戰(zhàn)斗力。
(王彬文，中國(guó)飛機(jī)強(qiáng)度研究所)
來(lái)源：國(guó)際航空
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