强度所为主要完成单位的“大型飞机研制强度关键技术及应用”项目取得成果

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日期:2020-01-21 16:48:55    来源:科技日报    

日前,记者获悉,由中国飞机强度研究所(以下简称“强度所”)为主要完成单位的“大型飞机研制强度关键技术及应用”项目,针对大型飞机研制过程中面临的强度难题开展技术研究和攻关,取得的成果对于大型飞机研制起到了重要的支撑作用,突出反映了我国航空基础技术的成果创新和显著进步。

责任重大 使命光荣

大飞机事业是建设创新型国家、提高我国自主创新能力和增强国家核心竞争力的重大决策,习近平总书记表示“我们要做一个强国,就一定要把装备制造业搞上去,把大飞机搞上去,起带动作用、标志性作用”。而“大型飞机研制强度关键技术及应用”项目正是依托强度所的专业优势,实现了与我国大飞机事业的紧密联系。

理论研究是科学体系的源头,而基础研究是科学体系的基石,源于力学的强度专业是航空装备重量最轻与品质最优的博弈焦点,是确保安全、可靠、经济、舒适的核心技术。强度所做为我国唯一的航空强度研究、实验、与鉴定中心,主要为飞机研制和改型提供强度关键技术和进行强度验证工作,其承担的大型飞机研制强度关键技术是大飞机能否成功飞上蓝天的核心技术之一。

据项目主要完成人中国航空工业集团公司强度专业首席技术专家、强度所王彬文研究员介绍,美欧大型飞机研制已历经60余年,相继建立了完整的大型飞机强度技术体系和验证能力,有力地支撑了大型飞机的研制。而我国研制大型飞机意味着短期内要实现最大起飞重量从60吨到200吨级的跨越式发展,强度技术面临着极其严峻的挑战,尤其是耐久安全长寿命、轻质结构抗冲击、全机实验低风险等三大强度难题,需要通过技术研究和攻关,揭示若干机理、提出一批方法、突破技术难点和形成实验能力,为大型飞机具有良好的安全性、经济性、可靠性和舒适性提供坚强的技术支撑。

潜心科研 创新驱动

强度所自1965年建所以来,始终履行国家赋予的“四大”使命——强度理论的探索者、强度技术的创造者、强度工具的提供者、强度设计的验证者,聚焦三新、深挖广拓、支撑了型号研制,促进了专业发展。

作为大飞机研制重要的参研单位,强度所与中国商飞上飞院、中航通飞研究院等联合组成的项目组历时10年,通过20余个项目的深入研究,取得了丰硕的成果,尤其在创新方面更为显著:

在耐久性与损伤容限技术方面:针对耐久期寿命不长问题,创建了全寿命域名义应力模型,提出了疲劳特征值确定方法,研制了分析软件,实现了高精度耐久性分析,成功应用于新工艺性能参数确定和结构设计。针对扩展期寿命不长问题,揭示了力学和几何参量对性能影响规律,突破了多参数损伤容限优化技术,提高了结构的损伤容限性能,保障了结构的安全性成功。针对实验验证不精准问题,提出了以主承载结构替代母体部件实验的方法,突破了多工况载荷解耦与超复杂边界模拟技术,构建了积木式验证体系,研制了满足多种载荷和多种工况要求的壁板结构系列化实验装置。

在大型复杂结构冲击技术方面:针对大吨位飞机高效着陆缓冲难题,创建了起落架动力学分析理论体系,研制的载荷优化软件实现着陆减载20%;研制的200吨级落震实验系统,支撑了多型起落架研制。针对高过载应急坠撞吸能难题,建立了轻质薄壁结构大变形坠撞参数时变混合模型,揭示了破坏吸能规律,提出了国际首个基于加权指数模型的评估方法,攻克了适坠性分析与实验技术。针对鸟撞安全性评估难题,发明了人工鸟,以标准件实验为依据,准确反演了鸟体本构参数,实现了高精度响应预计;研制了满足适航要求的实验系统,速度误差小于2%,支撑了近二十个部件适航审定。

在全机强度虚拟实验技术方面:针对大规模实验系统故障风险,构建了液压、机械、测量系统数字模型,突破了多通道协调加载、海量测量最优配制、多物理系统耦合仿真、加载过程智能预警等关键技术,提升了实验系统可靠性。针对超复杂结构意外破坏风险,确定了典型结构破坏参数,提出了失效准则,突破了宏细观跨尺度建模、多级边界等效、非线性刚度衰减技术,实现了渐进式破坏虚拟。使刚度误差小于3%,应力误差小于5%,保障了实验飞机安全性。针对单线程载荷响应偏离风险,开创了虚拟与物理实验并行融合新模式,突破了危险部位监控、实验可靠性评估技术,提出了一致性准则,研制了虚拟实验软件,缩短实验周期达30%。

硕果累累 成绩斐然

2018年7月12日,在CAAC(中国民用航空局)、EASA(欧洲航空安全局)代表目击下,强度所完成C919飞机全机静力试验中机翼承载最严重的工况,同时也是适航取证必须要完成的项目。试验的圆满完成不仅有力助推了C919飞机研制和适航取证进程,也标志着我国大飞机强度试验能力和研究水平迈上了更高的台阶。该试验的成功集中体现了“大型飞机研制强度关键技术及应用”项目的成果价值。

王彬文研究员说到:“大型飞机研制强度关键技术及应用”项目已成功应用于国产大型飞机研制中,为大型飞机三剑客翱翔蓝天做出了突出贡献。在三大强度技术难题方面:耐久安全长寿命技术成功应用于设计手册编著和近二十个项目的评估,支撑了我国大飞机长寿命结构设计的技术飞跃,保障了长寿命指标的实现,达到欧美同类水平。轻质结构抗冲击技术成功应用于二十余个项目的评估,解决了大吨位、高过载、强冲击下安全和舒适的难题,达到国际先进水平。全机实验低风险技术成功应用于多个项目的全机静力实验,确保了一次成功、绝对安全和过程高效,构建了全机实验低风险技术,实现了验证从物理到数字的跨跃,达到国际一流水平。

据悉,该项目已推广应用于国发、通航、民航等大航空领域多家单位的多型装备研制中;衍生应用于航天、兵器、船舶等大军工领域多装备研制中;辐射应用于石油、高铁、汽车等大工业领域,有力推动了我国装备研制能力提升和技术体系发展。成果在大航空、大军工和大工业等十余个行业,近二十个省份的百余家单位得到广泛应用,累计完成各类应用五百项,近三年新增产值累计达到7亿,间接经济效益近百亿。

此外,项目形成了系列科研成果,获国家发明专利授权23项,实用新型16项,软件著作权20项,出版专著2部,发表SCI/EI及核心期刊论文52篇,获2018年航空学会科学技术成果一等奖,有力的推动了强度专业技术的发展。

由于在大型飞机研制中的卓越创新,强度所被中共中央、国务院、中央军委联合授予装备研制重大贡献奖,被人力资源与社会保障部、国资委联合授予中央企业先进集体荣誉称号,重大贡献先后六次被中央电视台国家记忆等重要栏目全面讲述,在科技创新、装备研制等领域产生广泛而深远的影响力。

记者获悉,该项目构建了我国大型飞机强度专业技术体系,确保了跨越发展;形成了我国大型飞机强度分析实验能力,达到了国际先进;攻克了大型飞机研制三大强度关键技术,彰显了自主创新;实现了大飞机/大航空/大军工/大工业领域的广泛应用,创造了显著效益。

科技兴则民族兴,科技强则国家强,科技成就“中国梦。在建设世界科技强国的征程上,强度所表示,将继续发扬科学报国的光荣传统和追求真理、勇攀高峰的科学精神,深入践行“航空报国、航空强国”的初心使命,只争朝夕加油干、不负韶华再前行,持续提升强度研究和技术创新能力。要用汗水浇灌收获、以实干笃定前行,着力实现原始创新重大突破,攻克关键核心技术,破解创新发展难题,为实现“打造世界一流的航空强度研究与验证中心”的愿景,加快建设航空强国、科技强国,实现中华民族伟大复兴的中国梦作出新的贡献。(记者 马爱平)

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