浅述大型水陆两栖飞机全机和部件静力试验总体规划与实施

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　　摘 要 通过对大型水陆两栖飞机全机和部件静力试验的总结和分析，对大型水陆两栖飞机全机和部件静力试验的试验目的、试验任务规划、验证思路、试验机要求等方面进行探索研究，提出了大型水陆两栖飞机在试验规划及实施过程中重点关注问题的解决途径，可为后续静力试验的设计和实施提供支持。
　　关键词 大型水陆两栖飞机;静力试验;试验规划
　　全机和部件静力试验是新研大型水陆两栖飞机首飞和取证的先决条件之一。大型水陆两栖飞机研制费用较低、周期较短，而全尺寸试验机成本比较昂贵，为了充分利用静力试验机，在进行静力试验验证时，结构静强度验证性和部分研究性试验任务全部规划在静力试验上完成。因此，水陆两栖飞机全机和部件静力试验的考核任务非常繁重，另外由于大型水陆两栖飞机结构尺寸大、中机身顶部有大开口、中后机身有大的救援舱门、中机身下部有8个投水舱门、活动舵面多点悬挂（2个以上悬挂点）和操纵复杂、水载荷模拟施加困难等特点，同时对于机翼来说空中的上弯和着水的下弯分别为考核情况，给试验任务的规划和实施提出了新的要求。基于其特殊性，需对舵面的运动检查验证、变形下结构内力变化的特征验证、中后机身大开口强度刚度的研究、中机身船底投水开口的强度刚度验证、船体结构水载荷的准确模拟以及机翼上弯和下弯机翼极限载荷静力试验安排等进行研究和验证。因此，大型水陆两栖飞机全机和部件静力试验目标和验证思路有别于以往小型飞机和大型飞机。在大型水陆两栖飞机全机和部件静力试验实施的过程中，根据试验需求和条款符合性验证方法，合理规划试验任务、合理规划试验顺序，提出切实可行的验证思路，以化解试验周期和试验技术的风险，圆满完成试验任务。
　　1 试验目的
　　全机和部件静力试验是民用飞机取证过程中结构静强度符合性条款验证试验内容之一，按照CCAR-25-R4[1]《中国民用航空器规章 第25部运输类飞机适航标准》和AP-21-AA-2011-03-R4[2]《航空器型号合格审定程序》，其目的主要是：（1）验证TA600型飞机结构对CCAR-25-R4部25.305、25.307、25.681、25.683、25.561条款的符合性;（2）验证飞机结构静强度是否满足设计要求，验证强度和刚度计算方法的准确性;（3）检验TA600水陆两栖飞机结构设计的合理性，并确定结构的可增潜力（包括提高承载能力或减轻结构重量）;（4）检验TA600水陆两栖飞机生产工艺的可靠性，为结构改进、改型提供数据和资料。
　　2 静力试验验证思路
　　从试验规模和费用上来讲，全机和部件静力试验是型号研制过程中所有地面验证试验里面规模最大、技术难度和风险最高、经费投入最大的试验项目。从规章要求和试验有效性上来讲，全尺寸静力试验机结构完整性带来的结构连续性，及试验边界条件的真实性，试验夹具简单化等优点，都是其他部件级静力试验无法比拟的。因此在全机和部件静力试验规划时都遵循一条主导原则：在全机和部件静力试验机上尽可能完成更多的结构验证试验任务。
　　对于大型水陆两栖飞机的研制，国内外都缺少相关的设计和试验经验，在设计过程中遇到的诸多疑问及未进行研发试验验证的部位均需进行试验研究和验证，从缩短研制周期和节约经费上考虑，全机和部件静力试验机都拥有不可替代的优势。在研制经费紧张及研制周期紧张的情况下，对静力试验规划提出了更高的要求和期望：保证满足验证机体结构要求的前提下进行更多的验证性和研发性试验;完成结构试验验证的同时，对操纵系统的进行试验验证。同时在试验大纲批准前需确定试验机的构型状态并完成试验机制造符合性检查、挂签，在全机和部件静力试验前需完成试验加载设备制造符合性檢查。
　　2.1 结构强度验证试验
　　结构强度验证静强度试验为规章的最基本或最低要求，是全机和部件静力试验必须完成的试验任务，共有23个试验验证项目（包含了除起落架外所有主结构件的试验），并且各项试验均需完成限制载荷试验和极限载荷试验，如有必要选择一个严重工况完成破坏试验。
　　2.2 结构强度研究性试验
　　针对大型水陆两栖飞机特点和设计中需要通过试验进行研究的问题，如在局部水压作用下船底壁板几何非线性和材料非线性研究、带水飞行时不同位置的压力对机体结构刚度和强度的影响、舱门和开口区结构设计间隙的要求、水箱带水投水问题、前起舱门在水中滑行/收放强度刚度、抑波槽在水中告诉滑行时的强度刚度等问题，依据规划结构强度研究性试验。
　　2.3 舵面运动及操纵功能检查试验
　　按照CCAR25-R4[1]要求，舵面（包括副翼、升降舵、方向舵）运动及操纵功能检查试验是检查舵面运动过程中是否与结构或其他系统件发生干涉，以及系统操纵功率或功能是否满足要求。试验分为无载运动检查，主翼面（机翼或平尾或垂尾）最严重载荷下、舵面不加载运动检查等。
　　3 试验任务规划
　　全机和部件静力试验的周期是决定型号研制的一个关键节点。首飞前的试验周期往往特别紧张，众多的试验任务必将与试验周期产生矛盾，为了解决矛盾，化解风险，在分析规范要求和各试验内容的性质基础上，最终将整个试验任务分解为四个阶段。
　　3.1 第一阶段试验
　　该阶段试验是针对CCAR-25-R4的要求，在陆上首飞前必须完成空中和着陆情况的结构强度验证试验和相关检查试验，包括操纵系统和舵面限制载荷试验、主结构限制载荷试验、主要连接区结构（起落架连接区、发动机连接区等）的限制载荷试验，舵面不带载（主翼面加载）功能检查试验。
　　3.2 第二阶段试验
　　该阶段主要完成水上首飞前结构强度验证试验，包含主结构水上工况限制载荷试验，水舵结构限制载荷试验和浮筒结构限制载荷试验。
　　3.3 第三阶段试验
　　该阶段主要完成首飞后的限制载荷和极限载荷验证试验，主要包括：操纵系统和舵面极限载荷试验、襟翼极限载荷试验、主结构极限载荷试验、主要连接区极限载荷试验（发动机连接区、起落架连接区等）、小部件限制和极限载荷试验（APU安装、担架连接、前起舱门等）。 　　3.4 第四阶段试验
　　利用全机和部件静力试验机的有力支持和边界条件，进行有关如顶升、地面/水面系留和牵引连接、雷达罩安装、机翼前缘防冰腔、锚泊安装、机身水箱、抑波槽、扰流片、船底结构局部压力、抑波槽结构、投水舱门、前起舱门等次承力结构强度研发试验。通过合理的规划和安排大型水陆两栖飞机全机和部件静力试验工作，从结构强度验证的思路出发，综合协调各专业需求，对试验机进行综合利用，以便为型号研制提供更多的试验数据，同时也为后续改进设计提供试验数据支持。
　　4 试验实施
　　在试验实施过程中，试验工况多、部分工况加载复杂、涉及面广，为保证试验的顺利实施，考虑了3方面的因素：
　　4.1 通过合理规划，达到试验并行
　　合理规划首飞前试验，可采用并行实施部件试验，可缩短试验的周期，化解时间节点的压力，如某型水陆两栖飞机通过合理规划，将舵面和操纵系统静力试验合并、将内外襟翼静力试验合并、将发动机支架与全机工况极限载荷合并等，用5月时间完成了陆上首飞前40个工况的静力试验，用4个月时间完成水上首飞前7个工况的静力试验，不仅为首飞提供了技术支持同时确保了首飞节点。
　　4.2 在验证的基础上与研发试验相结合
　　在开展验证试验的同时，视情况开展结构研究、系统研究试验，为型号设计提供了大量的试验数据，为试飞排故和生产问题处理提供了试验依据。某型水陆两栖飞机在完成验证试验的同时，还在试验实施测量监控、运动翼面加载检查、主起随动加载装置与预置加载、水载荷模拟加载等试验技术进行进一步的探索和研究。
　　4.3 优化高载试验顺序
　　考虑水陆兩栖飞机的特殊性，机翼在空中和着水情况下为严重受载情况、机身在着水和着陆情况下为严重受载情况，在满足结构强度验证的目标要求前提下，还要保证全机破坏试验的实施，这样不但可以获得结构的承载能力，还可为后续改型提供试验依据，就必须优化高载试验顺序。
　　5 结束语
　　在大型水陆两栖飞机全机和部件静力试验的试验规划及整个实施过程中，从适航规章要求入手，以结构强度验证为目标，结合试验机的特点，充分发挥试验机的作用，前期研发静力试验严重不足，针对不同的试验阶段、不同的使命要求、不同的完成目标，完成近百项结构和系统验证性和研究性试验。通过合理规划圆满完成了大型水陆两栖飞机试验任务，并取得了非常理想的结果，全机和部件静力试验总体规划和思路可为后续飞机静力试验提供借鉴。
　　参考文献
　　[1] CCAR-25-R4.中国民用航空器规章 第25部运输类飞机适航标准[S].北京：中国标准出版社：1985.
　　[2] AP-21-AA-2011-03-R4.航空器型号合格审定程序[S].北京：中国标准出版社：2011.
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