砰的一声,运20机翼瞬间断裂!画面首次公开,飞机不是越结实越好?

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砰的一声,运20机翼瞬间断裂!画面首次公开,飞机不是越结实越好?

来源:娱情社 发布时间:2023-12-07 12:01

  【导读】这是一架国产运-20运输机,被加载了111%的载荷之后,突然砰的一声,机翼瞬间断裂,连接机身的中央翼盒也断了!但是,现场的所有人全都欢呼起来。这就是运-20的全机静力破坏试验。

  运20静力破坏试验

  为什么飞机断了还欢呼呢?因为这个实验就是测试飞机的极限载荷,看飞机到底有多坚固。实验合格的水平是100%到120%,如果不到100%就断了,说明飞机结构强度不够,没达到设计指标,就必须改进;

  如果超过了120%还没断,说明飞机结构过于结实了。

  (运-20在111%断裂,说明设计很精确,大家欢呼)

  飞机不是说造得越结实就一定越好,是有个范围的,如果明显超出了范围,说明可能结构有点浪费了,增加了不必要的重量,可能飞机的航程、机动性、油耗等其他指标都会下降。

  运-20在111%的极限载荷情况下断裂,说明我们的飞机设计很精确,强度充分满足要求,又没有一点儿浪费。

  试验现场的巨大厂房

  有朋友评论说,110%就断了,安全冗余才多了10%,能行吗?

  其实没问题的,因为这个100%,已经是在考虑了飞机在最大载重、最大幅度机动的极限情况下,又乘以了1.5的安全系数的,在这个基础上又乘以了110%才断的。

  最大载荷×2.5g机动×1.5安全系数×110%,整体的安全冗余已经非常高了。

  运20机翼受压变形

  这里再说一个概念,飞机的机翼全都是有一定弹性的,被掰弯是正常现象。

  这里有个专门的学科,包含气动弹性力学、结构弹性力学、材料弹性力学等等。

  简单说就是,金属材料制造的机翼结构,保持一定弹性,才能保持韧性,受力性能会更好。

  美国波音787最大载荷情况下,机翼弯曲非常夸张

  因为包括飞机在内的机械结构,受到五种力的共同作用:拉、压、弯、剪、扭,如果过于坚硬,可能会很脆,五种力剧烈变化的话,一下子就绷断了。

  静力试验就是要测试所有的受力情况,包括两个环节,一是“限制载荷试验”,二是“极限载荷试验”。

  刚刚看到运20机翼的断裂画面,就属于“极限载荷试验”,已经是最后一个破坏环节了。

  贴满应变片

  实验的时候,飞机表面是贴满了一个个的“小方块”,这个叫应变片,是一种专门测量应力的传感器。

  全机要铺设成千上万个应变片,实时测量添加载荷之后,飞机结构的各种受力情况。

  不管是运-20、C919,还是歼-10、歼-20,都必须先做静力试验。

  一些大型机械装置,比如说风力发电机的巨大叶片,设计造出来之后,也要先做静力试验,看叶片到底能承受多大的载荷,确保稳定安全运行。

  风力发电机叶片进行静力试验

  以我们国家另一种大飞机C919为例子,在C919首飞前一年,就已经完成了48项静力试验。

  限制载荷,是飞机运营中的最大载荷,也就是C919装油、装货全都装到最满,去模拟飞行中最大的动作,飞机结构的变现不能影响安全飞行。

  极限载荷,是限制载荷的1.5倍,相当于又乘以了1.5的安全系数。

  C919机翼在破坏试验中断裂,结果同样十分精确

  对战斗机来说,最大的机动过载是8到9个G;

  但是对客机和运输机来说,最大过载是2.5个G;

  实际为了保持乘客舒适性,一般飞行中都不会超过1.5个G,超过1.5G,普通人就有点难受了,可能要投诉航空公司了。

  而极限载荷试验,就相当于在1.5倍的最大运营载荷下,飞2.5G的最大机动。这就是“全机2.5g机动平衡工况极限载荷静力试验”,是C919结构最大的极限。

  做这个实验的时候,C919每个机翼都承受了100吨左右的载荷,机翼像个弹簧片一样被掰弯,翼尖甚至往上抬了3米,但是仍然接受住了考验,所有实验全都圆满成功,达到了预期设计。

  2.5g实验不是随随便便就能成功的,我们之前在ARJ-21支线客机上面,这个实验就遭遇惨败,花了7个月时间修改结构,才通过考核。

  这也不是说咱们不行,美国波音,欧洲空客,一样也多次遭遇惨败。

  2006年空客A380客机,世界上最大的客机,也是在2.5g实验中失败,机翼和发动机的结构提前破裂,导致A380重新加强结构,交付推迟两年多。

  2009年波音787客机——目前世界上最先进、最畅销的宽体客机,未来C929的追赶对象和竞争对手——也是在2.5g试验中失败,机翼和机身连接处提前破裂,导致首飞推迟半年多。

  我国在气动、结构、材料这些航空基础方面的底子还是很扎实的,并不比西方落后。这也是咱们在大型客机领域,快速追赶欧美的底气。

  一排运-20

  网上有个新照片,就是一排运-20的尾翼,有二三十架,说明运-20的数量正在迅速增加,大涵道比发动机也已经量产了,“心脏”问题早就是历史了。

  在运20的带动下,国内大飞机产业链的水平也在快速提高。

  11月份第四架交付用户的C919已经首飞,生产速度也在加快。

  目前C919的订单已经有1000架了,除了上海,国内可能还要新建第二条总装线,地点还在考核中,目前郑州、南昌、西安这几个地方可能性最大,苏州、扬州也在努力争取。

  C919的发动机、电子设备的国产供应商,也已经拿出了替代品,全国产化的目标越来越近,防止西方断供。

  总而言之,我们大飞机的前途很光明,虽然肯定还会有很多挑战,但是跟以前最困难的时候比起来,根本不算什么了。

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