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時間:2019-10-16 12:20來源:《大飛機》雜志 作者:中國航空 點擊:
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在哪兒摔倒就在哪兒爬起來,這是一個科技人員應有的人生態度。在經驗、經歷、未知領域三者之間,從來就是失敗、挫折、成功的交錯,而路永遠伸向遠方,伸向未來。

2009年12月1日,地處陜西省西安市閻良區的中國飛行試驗研究院內,中航工業強度研究所的試驗廠房里人來人往,一派繁忙景象。ARJ21新支線飛機在完成67%靜力試驗后,今天要進行最大載荷的靜力試驗。

這個試驗的全稱叫“穩定俯仰2.5g極限載荷靜力試驗”。這是ARJ21飛機整機靜強度載荷最大、最復雜的試驗,主要考核和測量飛機結構最大靜強度。 

一般情況下,對新型號飛機而言這是個必做的試驗,我因為參加過多個型號飛機的研制,對這項試驗本身并不陌生,ARJ21首飛前的67%載荷試驗我也參加了。因此,11月29日,我從上海趕到閻良時心里很輕松。時任中國商飛公司董事長張慶偉與中航工業的領導約好,12月2日到閻良檢查工作。當時,已經有三架ARJ21飛機在閻良試飛,而一飛院、試飛院、強度所、西飛公司都是ARJ21飛機的重要研制單位,它們隸屬于中航工業。

從上海動身前,張慶偉問我試驗是哪天進行,能不能親自去看一看。我考慮到現場的試驗人員本來壓力挺大,董事長一去,其他領導和人員會很多,可能給現場更大壓力。于是我跟他說,等試驗完了你來慰問和獎勵大家吧!

12月的西安已經很冷了,關中平原的天氣總是不太透亮。新中國在這里建設的航空基地集飛機設計、制造、試飛為一體,特別是試飛鑒定、強度試驗為國內飛機研發所獨有,且面向國內所有飛機型號。ARJ21飛機的強度試驗,包括部件級、整機靜力試驗,疲勞試驗,鳥撞試驗等都由強度所承擔。

到閻良后,我聽取了有關試驗前準備工作的匯報,ARJ21總設計師陳勇組織總師系統在閻良進行了試驗前的技術評審會,似乎一切都很順利。我又找到曾擔任上海飛機制造廠廠長、640所所長的劉乾酉,了解幾位老專家的意見。因為設計隊伍年輕,缺乏經驗,我們組織了一批航空老專家,支持總設計師系統的技術工作。

試驗前的準備

大家認為情況比較好,在分析67%載荷試驗時,中后機身連接處應力曲線不是太好,分析認為可能是應變片質量不好。上次試驗后,經檢查,約20%的應變片存在質量問題,項目指揮部已經提出要求,更換已發現失效和有問題的應變片,強度所已經落實。這個看似輕描淡寫的問題被我們疏忽了。大事之前總有先兆。

12月1日上午,我到達強度所。計劃下午3點做試驗,如果順利的話,5點鐘可以全部結束,包括試驗結果基本確認。

指揮部上午召開了試驗前的最后一次檢查會,聽取了ARJ21副總設計師鄭曉玲關于試驗技術及準備情況的報告,時任強度所總工程師強寶平作了試驗設備、方法、人員等準備情況的報告。 

適航和質量部門匯報了FAA、中國民航局審查的情況。FAA對試驗的加載方式和試驗設備的扣重方法提出了質疑,認為我們使用的“軟加載”方法,波音公司已經改進為“硬加載”,垂直地面的加載方式對于大型飛機展弦比較大和變形量大的情況,會造成比較大的誤差,飛機自重的相對載荷比例大,他們認為對試驗會有影響。

我們的設計專業人員與他們進行了多次溝通和交流,認為目前的試驗是國內典型的強度試驗,技術成熟,方法有效,流程合理,又吸取了適航審查員的諸多意見,試驗大綱幾經修改,專家多次評審,局方已經批準,FAA代表也已認可。試驗設備也按局方要求,納入試驗的質量監控范圍,并確認其均在有效期內。局方已原則同意在此狀態下進行試驗。與會人員都認為試驗已準備就緒,可以進行試驗。我個人也認為,結構強度是我國航空領域比較強的專業,過去飛機設計強度裕度較大,很少出問題,雖然ARJ21飛機是按損傷容限設計,但已經過67%的試驗考核,不會有大問題。

于是我提了幾個要求:一是這個試驗很重要,是飛機最嚴的載荷情況,大家思想上務必高度重視;二是兩眼向內,這個試驗非常復雜,試驗要求、試驗件、試驗方法、試驗流程、試驗設備等涉及兩個集團、十余個單位、兩個國家的局方,協調范圍廣,難度大,只有先把自己的問題說清楚,弄明白,解決好,才能更好地協調其他方面的問題;三是按照“嚴肅認真、周到細致、穩妥可靠、萬無一失”的精神組織好試驗;四是不要放過每一個細節;五是做好應急預案。

試驗中止 

下午3點15分,試驗現場搭了個臺子,時任強度所所長孫俠生、書記傅長安陪我坐在臺子上,總師們與專業室及強度所的負責人在下面一字排開,FAA、局方審查組組長吳堅等審查員們,各就各位。我的斜前方是01架試驗機,身上貼滿了膠布帶,上面密密麻麻地拉著鋼索,下面吊著一串串的配重,飛機像一個被捆綁住的鋼鐵巨人,不得動彈。試驗機與試驗人員之間放了一很大的鐵隔柵,防止試驗過程中異物飛出傷人。隔柵旁邊有一塊大顯示屏,顯示加載的數據,近處另有并排的顯示屏,也是用來顯示加載數據和機身、機翼變形曲線。 

我是第一次參加如此大的飛機的全機100%靜力試驗,因此很興奮。以前軍機也做這項試驗,但軍機相對較小,試驗很快就結束了,感覺很輕松,但今天有些緊張,也不知為什么。

試驗一開始并不順,指揮員剛下達試驗命令不久,加載剛開始,試驗設備就報故,試驗被迫停下來。孫俠生說咱們先到二樓休息室休息,一會兒再下來。直到五點整,現場說一切準備就緒,可以開始試驗,我們又回到臺子上坐好。我問為什么這樣,現場人員告訴我,有時試驗很順利,半小時就結束,有時不順利,要來回很多次,他們都習慣了。我沒有這方面的經歷,也沒有發言權。 

廠房很高,指揮員的麥克風響起來,寂靜的廠房里一下子變得高吭起來,“加載”、“檢查”、“加載”、“檢查”,隨著載荷的不斷增加,飛機的各個部位都繃得緊緊的,機翼開始上翹變形,飛機不斷傳來金屬嘎嘎的聲響,時而又夾雜著“砰”的脆響,時而還有沉悶的聲音,這讓我的心越來越緊。我沒有想到原來靜力試驗如此令人不安,超出了我的想象。

加載至85%時,聽到有金屬斷裂聲,緊接著,一聲巨響,拉緊的鋼索都松了下來,一切又回到了原點,我知道出大事了,試驗不應該是這個結果,一下子覺得腦中一片空白。傅長安告訴我,自動卸載保護起動。我回過神來,現場也開始躁動起來。指揮員喊道:“啟動應急預案。”

 

 

我看了一下顯示屏,紅色的數字非常刺眼——87%。我站起身來,只覺得渾身無力,但我也知道,現場很多人在看著我,我必須鎮定。我走向休息室,一言未發,進房間后,點上一支煙,我在沉思,也在等待,等待初步檢查結果。這時,現場應急預案會做現場的保護,之后才能進入現場。我決定在查看完現場后,立即召開項目指揮部緊急會議,研究和部署事故的處置方案。 

一刻鐘后,現場通知可以去查看飛機。我心情沉重地走到飛機旁,很多人在身旁,不斷地指給我看。從外部看,中機身下腹部變形較嚴重。劉乾酉告訴我,龍骨梁延伸段失穩嚴重,但要從后貨艙才能看到。我又爬上高高懸在半空中的飛機里面,從客艙走到后面的貨艙口蓋,下到后貨艙,看到龍骨梁延伸到后機身貨艙的末端在機身連接處明顯有裂紋,從零件表面草綠色漆層中露出長長的金屬銀白色,在應變片和密密麻麻的線束中顯得很扎眼,兩根梁左右情況相似,連接件已脫落。現場初步檢查,主要發現這些問題,其他深入細致的檢查還在進行。

我給張慶偉董事長去了個電話,將情況簡要地作了匯報。電話那頭似乎停頓了一會兒,然后,張慶偉說,要沉著冷靜,不要慌,抓緊檢查,分析原因,明天先去試驗現場,再聽匯報。我又給時任中國商飛公司總經理金壯龍去電話作了匯報。

試驗后的24小時 

晚上7點,緊急會議開始。天氣很冷,但我渾然不覺。會議室擠了很多人,中國商飛公司參會的有支線項目部、上飛院總師和專業部室、質量部門、適航部門、上飛公司等,中航工業參會的部門有商飛辦、強度所等,另外還有五位原640所的老專家,他們全程參與了試驗的技術準備和階段性評審,我也請他們一起參加會議。

強寶平將情況作了匯報,并將失穩區域拍的照片出示給大家看,初步檢查結果表明:當加載至87%時,龍骨梁延伸段失穩破壞,自動卸載保護啟動,中止了試驗。檢查還在進行,待檢查完成后,再進行原因分析。這一描述得到了與會人員的認可后,設計、質量等相關人員進行了討論。

 

 

我根據大家的意見,作了幾點決定:

一、此次試驗因龍骨梁延伸段失穩破壞,自動卸載保護啟動,試驗中止。這次試驗失敗,并不等于2.5g極限載荷試驗已經失敗。原因待查,可以定性為事故。向兩個集團報送信息。

二、成立事故聯合調查領導小組,我擔任組長,下設事故調查組、技術攻關組。事故調查組由兩個集團的質量部門組成,具體人員由工作組定,主要任務是開展事故調查,進行原因分析;技術攻關組由總設計師系統牽頭負責,進行技術調查、分析原因、制定下次試驗的技術方案。

三、由設計系統發文,對在試飛的101架機、102架機和103架機進行檢查,今天晚上連夜研究,給出試飛限制條件。

四、第二天上午9點,通知試飛機組開會,通報試驗情況,明確飛行限制,確保飛行安全。

五、將初步檢查結果和今晚會議研究事項通報適航審查組。

六、支線項目部對重大試驗的管理要求、工作流程、工作制度進行梳理。

七、強度所對試驗要求、流程、設備、人員崗位情況也進行一次清理和檢查,寫出報告給指揮部。

 

 

會議一直開到晚上9點。會議結束后,大家心情沉重地各自散去,忘了是誰說了一句:“羅總,食堂還備著飯呢。”我這才覺得有點餓了,忙說:“叫大家一起去吃飯。”

回到賓館,我先給妻子打了個電話,告訴她我很好,讓她放心。然后點上煙,靠在房間的沙發上,陷入了沉思。

ARJ21飛機是完全按照適航規章進行整機靜力試驗,這在國內是第一次。若能成功,將填補我國商用飛機強度試驗的技術空白,定會載入史冊,但沒想到會以這樣的方式被寫入歷史。

這次試驗中止,有幾個核心問題是難以回避的:

一是對強度試驗的影響巨大。按照試驗規劃,這個試驗結束后,還要進行最大垂直力著陸試驗,還是用01架試驗機,接下來便可以用02架機進行整機疲勞試驗,從而凍結飛機構型,到時結構強度試驗就打通了。

二是試驗成功后,飛機試飛的飛行包線將全面放開,項目的進展會大大加快。此次挫折,必將影響后續試飛進度。

三是這次載荷已達到87%,屬高載,雖然增加了過載保護系統,是試驗的一項保護性技術措施,但從現象上看,既有設計問題,又有制造問題,飛機能修理嗎?修理后還能進行后續的試驗嗎?最大垂直力著陸試驗怎么辦?機翼受到損傷了嗎?如果出現最糟的情況,項目后續目標節點如何調整?

四是預投產飛機需要控投才行。如果飛機結構需要更改,還需要與配套的沈飛和西飛公司協調。

五是社會各界會怎么看?公司內部會怎樣評價?年輕的設計隊伍能不能承受這么大的壓力?如何給他們釋壓?

12月2日,張慶偉和中航工業的領導來到試驗現場,察看了01架飛機,聽取了現場兩總的匯報。兩位領導都對當前的措施給予了肯定,同時鼓勵大家集智攻關,并提出采用先進的強度分析軟件,借鑒國內外的經驗,集中一些國內航空專家,攻克難關。

原本以為他們會嚴厲批評我們,但沒有,兩總的人員總體上受到了極大的鼓舞。但對我來說,這比嚴厲的批評還難受。無論如何,在哪兒摔倒就在哪兒爬起來,這是一個科技人員應有的人生態度。在經驗、經歷、未知領域三者之間,從來就是失敗、挫折、成功的交錯,而路永遠伸向遠方,伸向未來。

我知道,必須先把試驗中止的原因找到,才能知道錯在哪兒,換句話說,死也死個明白。送走兩位領導后,我立即組織召開了事故調查組的第一次會議,研究試驗中止的根本原因。

集智攻關

ARJ21飛機型號總質量師孫善福代表調查小組作了事故調查報告,ARJ21飛機副總設計師鄭曉玲代表設計系統作了一個事故分析報告。結論令人驚詫,連接中機身和后機身的龍骨梁延伸段為飛機典型結構,試驗加載到87%時延伸段失穩,發生斷裂,進而引起后機身714框斷裂,導致機身整流罩變形。這時,自動卸載保護啟動,試驗中止。

事故分析人員查閱了結構數模、制造圖紙、零件制造大綱、裝配制造大綱、強度分析報告、強度校核報告、試驗大綱后發現:一、這一典型結構沒有進行充分的強度校核;二、延伸段與后機身連接的連接件用錯,應為鋼制高鎖螺栓,而飛機上用的是鋁制鉚釘。經初步計算,延伸段剛度不夠,造成失穩,而連接件選錯,大大降低了結構強度,引起此次事故。

 

 

 

這在研制工作中是一個很低級的錯誤,而引起這個低級錯誤的原因是中國商飛公司成立后,承擔ARJ21支線飛機總設計師單位的中航工業第一飛機設計研究院需要將主設計責任移交給新成立的中國商飛上海飛機設計研究院,當然,具體專業和設計人員的移交不可能在一夜之間完成,按照兩個集團公司在整合過程中的協調,一飛院逐步移交設計工作,在沒有完成移交前,繼續承擔部分工作,直至完全移交完成。正是這一過程中,出現了責任真空,而后來的強度計算結果顯示,ARJ21采用的這一結構本身強度并不滿足設計要求。

 

 

我聽了這兩個報告,心情十分沉重,真的不知說什么好,在座的還有幾位一直跟著試驗的老專家,他們也認同這一原因和結果。我后來說,大家振作起來,原因找到了,大家一定要吸取教訓,舉一反三,并要求:一是總質量師將調查報告根據今天會議情況進行完善后上報兩個集團;二是強度所也要舉一反三,再對試驗流程和設備進行徹底清查;三是總設計師陳勇負責完善設計分析報告,并對失穩區域進行一輪詳細的有限元強度計算分析,對現有狀態的飛機試驗件發出變形和損傷檢查要求,對飛機進行初步評估,提出下一步試驗的技術方案和建議;四是上飛公司做好飛機損傷和變形的測量報告,測量工具和設備向閻良地區的單位借或租都行,實在沒有就從上海運來,爭取三天左右干完,數據經質量部門確認后,提交給設計系統;五是一飛院會后要認真清理目前手中的設計工作,結構強度尚有大量工作,要積極配合總師,共同完成測量工作;六是支線部鄭聞負責幾項工作的全面協調,測量報告完成后,與公司董辦和辦公廳聯系,向公司董事長和總經理作一次全面匯報。

原因浮出水面,十分簡單,而這一事故一方面引起了各級領導的重視,甚至驚動了國家領導人。另一方面,社會上的一些議論也開始出現,大多數議論是正面的,但也有別有用心的人以知情人士和專業人士自居,極盡詆毀之詞,攻擊支線飛機。一些不明真相的人士表示出擔憂,公司的一些同志也忿忿不平,建議寫文章告訴大家真相并予以回擊。我認為,這不奇怪,中國商飛公司剛成立,又是實施國家大型飛機重大專項中大型客機項目的主體,幾十年來,從運10、干線項目到ARJ21、C919,中國的大飛機事業一直爭論不斷。但只要主心骨在,方向正確,天塌不下來,路不會走錯,摔一跤不可怕,爬起來繼續走就是。我們走的是前人沒有走過的路,還要與歐美先進國家比速度,自然會遇到很多困難,包括意想不到的問題,這算不了什么。

 

 

一星期后,我回到上海,為試驗的事心里難以平靜。隨后,飛機的測量報告如期拿出,現場的人員幾乎是連軸轉,適航審查組的制造代表也參與其中。報告中除已知的損傷外,機身因受壓在連接固定工裝的610框有變形,機身有十幾個連接件損壞,慶幸的是機翼沒有發現損傷,多次測量沒有發現變形。這是個好消息,要知道在2.5g情況下,機翼變形量從翼尖處相對機身軸線最大計算可達1.8米,機翼大梁和肋等結構會受到損傷,如果沒有變形,說明在高載下沒有造成永久性損傷。我立刻組織兩總負責人進行研究討論。

基于飛機能夠修理,我召集指揮部成員會議,開始制訂攻關方案和攻關計劃,大家討論了技術方案。當時我考慮以下幾點要特別注意:一是以最小的代價對試驗機進行修復,完成后續的試驗,包括最大垂直力著陸試驗;二是如何使修復后飛機試驗構型對后續生產的飛機影響最小;三是如何說服審查組和FAA代表,同意還用這架飛機進行修復和繼續進行符合性驗證試驗;四是對3架試飛的飛機進行結構補強,在攻關結束前保證安全。

大家進行了深入熱烈的討論,在制訂計劃時,大家情緒很高,上飛院和上飛公司表示要抽調精兵強將,以最快的速度修復好飛機,投入試驗。但考慮到適航審查組的因素,因此決定,12月進行飛機測量,把數據提交給局方。
 
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