淺述大型水陸兩棲飛機全機和部件靜力試驗總體規劃與實施
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摘 要 通過對大型水陸兩棲飛機全機和部件靜力試驗的總結和分析，對大型水陸兩棲飛機全機和部件靜力試驗的試驗目的、試驗任務規劃、驗證思路、試驗機要求等方面進行探索研究，提出了大型水陸兩棲飛機在試驗規劃及實施過程中重點關注問題的解決途徑，可為后續靜力試驗的設計和實施提供支持。
關鍵詞 大型水陸兩棲飛機;靜力試驗;試驗規劃
全機和部件靜力試驗是新研大型水陸兩棲飛機首飛和取證的先決條件之一。大型水陸兩棲飛機研制費用較低、周期較短，而全尺寸試驗機成本比較昂貴，為了充分利用靜力試驗機，在進行靜力試驗驗證時，結構靜強度驗證性和部分研究性試驗任務全部規劃在靜力試驗上完成。因此，水陸兩棲飛機全機和部件靜力試驗的考核任務非常繁重，另外由于大型水陸兩棲飛機結構尺寸大、中機身頂部有大開口、中后機身有大的救援艙門、中機身下部有8個投水艙門、活動舵面多點懸掛（2個以上懸掛點）和操縱復雜、水載荷模擬施加困難等特點，同時對于機翼來說空中的上彎和著水的下彎分別為考核情況，給試驗任務的規劃和實施提出了新的要求?；谄涮厥庑?，需對舵面的運動檢查驗證、變形下結構內力變化的特征驗證、中后機身大開口強度剛度的研究、中機身船底投水開口的強度剛度驗證、船體結構水載荷的準確模擬以及機翼上彎和下彎機翼極限載荷靜力試驗安排等進行研究和驗證。因此，大型水陸兩棲飛機全機和部件靜力試驗目標和驗證思路有別于以往小型飛機和大型飛機。在大型水陸兩棲飛機全機和部件靜力試驗實施的過程中，根據試驗需求和條款符合性驗證方法，合理規劃試驗任務、合理規劃試驗順序，提出切實可行的驗證思路，以化解試驗周期和試驗技術的風險，圓滿完成試驗任務。
1 試驗目的
全機和部件靜力試驗是民用飛機取證過程中結構靜強度符合性條款驗證試驗內容之一，按照CCAR-25-R4[1]《中國民用航空器規章 第25部運輸類飛機適航標準》和AP-21-AA-2011-03-R4[2]《航空器型號合格審定程序》，其目的主要是：（1）驗證TA600型飛機結構對CCAR-25-R4部25.305、25.307、25.681、25.683、25.561條款的符合性;（2）驗證飛機結構靜強度是否滿足設計要求，驗證強度和剛度計算方法的準確性;（3）檢驗TA600水陸兩棲飛機結構設計的合理性，并確定結構的可增潛力（包括提高承載能力或減輕結構重量）;（4）檢驗TA600水陸兩棲飛機生產工藝的可靠性，為結構改進、改型提供數據和資料。
2 靜力試驗驗證思路
從試驗規模和費用上來講，全機和部件靜力試驗是型號研制過程中所有地面驗證試驗里面規模最大、技術難度和風險最高、經費投入最大的試驗項目。從規章要求和試驗有效性上來講，全尺寸靜力試驗機結構完整性帶來的結構連續性，及試驗邊界條件的真實性，試驗夾具簡單化等優點，都是其他部件級靜力試驗無法比擬的。因此在全機和部件靜力試驗規劃時都遵循一條主導原則：在全機和部件靜力試驗機上盡可能完成更多的結構驗證試驗任務。
對于大型水陸兩棲飛機的研制，國內外都缺少相關的設計和試驗經驗，在設計過程中遇到的諸多疑問及未進行研發試驗驗證的部位均需進行試驗研究和驗證，從縮短研制周期和節約經費上考慮，全機和部件靜力試驗機都擁有不可替代的優勢。在研制經費緊張及研制周期緊張的情況下，對靜力試驗規劃提出了更高的要求和期望：保證滿足驗證機體結構要求的前提下進行更多的驗證性和研發性試驗;完成結構試驗驗證的同時，對操縱系統的進行試驗驗證。同時在試驗大綱批準前需確定試驗機的構型狀態并完成試驗機制造符合性檢查、掛簽，在全機和部件靜力試驗前需完成試驗加載設備制造符合性檢查。
2.1 結構強度驗證試驗
結構強度驗證靜強度試驗為規章的最基本或最低要求，是全機和部件靜力試驗必須完成的試驗任務，共有23個試驗驗證項目（包含了除起落架外所有主結構件的試驗），并且各項試驗均需完成限制載荷試驗和極限載荷試驗，如有必要選擇一個嚴重工況完成破壞試驗。
2.2 結構強度研究性試驗
針對大型水陸兩棲飛機特點和設計中需要通過試驗進行研究的問題，如在局部水壓作用下船底壁板幾何非線性和材料非線性研究、帶水飛行時不同位置的壓力對機體結構剛度和強度的影響、艙門和開口區結構設計間隙的要求、水箱帶水投水問題、前起艙門在水中滑行/收放強度剛度、抑波槽在水中告訴滑行時的強度剛度等問題，依據規劃結構強度研究性試驗。
2.3 舵面運動及操縱功能檢查試驗
按照CCAR25-R4[1]要求，舵面（包括副翼、升降舵、方向舵）運動及操縱功能檢查試驗是檢查舵面運動過程中是否與結構或其他系統件發生干涉，以及系統操縱功率或功能是否滿足要求。試驗分為無載運動檢查，主翼面（機翼或平尾或垂尾）最嚴重載荷下、舵面不加載運動檢查等。
3 試驗任務規劃
全機和部件靜力試驗的周期是決定型號研制的一個關鍵節點。首飛前的試驗周期往往特別緊張，眾多的試驗任務必將與試驗周期產生矛盾，為了解決矛盾，化解風險，在分析規范要求和各試驗內容的性質基礎上，最終將整個試驗任務分解為四個階段。
3.1 第一階段試驗
該階段試驗是針對CCAR-25-R4的要求，在陸上首飛前必須完成空中和著陸情況的結構強度驗證試驗和相關檢查試驗，包括操縱系統和舵面限制載荷試驗、主結構限制載荷試驗、主要連接區結構（起落架連接區、發動機連接區等）的限制載荷試驗，舵面不帶載（主翼面加載）功能檢查試驗。
3.2 第二階段試驗
該階段主要完成水上首飛前結構強度驗證試驗，包含主結構水上工況限制載荷試驗，水舵結構限制載荷試驗和浮筒結構限制載荷試驗。
3.3 第三階段試驗
該階段主要完成首飛后的限制載荷和極限載荷驗證試驗，主要包括：操縱系統和舵面極限載荷試驗、襟翼極限載荷試驗、主結構極限載荷試驗、主要連接區極限載荷試驗（發動機連接區、起落架連接區等）、小部件限制和極限載荷試驗（APU安裝、擔架連接、前起艙門等）。 3.4 第四階段試驗
利用全機和部件靜力試驗機的有力支持和邊界條件，進行有關如頂升、地面/水面系留和牽引連接、雷達罩安裝、機翼前緣防冰腔、錨泊安裝、機身水箱、抑波槽、擾流片、船底結構局部壓力、抑波槽結構、投水艙門、前起艙門等次承力結構強度研發試驗。通過合理的規劃和安排大型水陸兩棲飛機全機和部件靜力試驗工作，從結構強度驗證的思路出發，綜合協調各專業需求，對試驗機進行綜合利用，以便為型號研制提供更多的試驗數據，同時也為后續改進設計提供試驗數據支持。
4 試驗實施
在試驗實施過程中，試驗工況多、部分工況加載復雜、涉及面廣，為保證試驗的順利實施，考慮了3方面的因素：
4.1 通過合理規劃，達到試驗并行
合理規劃首飛前試驗，可采用并行實施部件試驗，可縮短試驗的周期，化解時間節點的壓力，如某型水陸兩棲飛機通過合理規劃，將舵面和操縱系統靜力試驗合并、將內外襟翼靜力試驗合并、將發動機支架與全機工況極限載荷合并等，用5月時間完成了陸上首飛前40個工況的靜力試驗，用4個月時間完成水上首飛前7個工況的靜力試驗，不僅為首飛提供了技術支持同時確保了首飛節點。
4.2 在驗證的基礎上與研發試驗相結合
在開展驗證試驗的同時，視情況開展結構研究、系統研究試驗，為型號設計提供了大量的試驗數據，為試飛排故和生產問題處理提供了試驗依據。某型水陸兩棲飛機在完成驗證試驗的同時，還在試驗實施測量監控、運動翼面加載檢查、主起隨動加載裝置與預置加載、水載荷模擬加載等試驗技術進行進一步的探索和研究。
4.3 優化高載試驗順序
考慮水陸兩棲飛機的特殊性，機翼在空中和著水情況下為嚴重受載情況、機身在著水和著陸情況下為嚴重受載情況，在滿足結構強度驗證的目標要求前提下，還要保證全機破壞試驗的實施，這樣不但可以獲得結構的承載能力，還可為后續改型提供試驗依據，就必須優化高載試驗順序。
5 結束語
在大型水陸兩棲飛機全機和部件靜力試驗的試驗規劃及整個實施過程中，從適航規章要求入手，以結構強度驗證為目標，結合試驗機的特點，充分發揮試驗機的作用，前期研發靜力試驗嚴重不足，針對不同的試驗階段、不同的使命要求、不同的完成目標，完成近百項結構和系統驗證性和研究性試驗。通過合理規劃圓滿完成了大型水陸兩棲飛機試驗任務，并取得了非常理想的結果，全機和部件靜力試驗總體規劃和思路可為后續飛機靜力試驗提供借鑒。
參考文獻
[1] CCAR-25-R4.中國民用航空器規章 第25部運輸類飛機適航標準[S].北京：中國標準出版社：1985.
[2] AP-21-AA-2011-03-R4.航空器型號合格審定程序[S].北京：中國標準出版社：2011.
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