實習(xí)記者于紫月
日前，ARJ21-700客機114架機在南京完成了最后一架次交付試航任務(wù)，通過中國航空局認(rèn)證，順利交付上海民航，成為中國商飛公司向北京民航交付的第9架ARJ21-700客機。
那些年，一架又一架國產(chǎn)客機飛出“巢穴”大學(xué)物理虛擬仿真實驗，駛向藍(lán)天。隨著選擇搭乘客機出游的人越來越多，我們不禁想問，我們搭乘的客機是否安全？客機的硬度是否足夠？對于客機結(jié)構(gòu)的硬度又是怎樣審視的？科技商報記者帶著這種疑惑，近期專訪了中國客機硬度研究所估算結(jié)構(gòu)技術(shù)與仿真中心副總師聶小華。
結(jié)構(gòu)硬度實驗保障安全飛行
“不論是小到幾公斤的無人機，還是大到載客上百人的小型飛機，不論是軍用戰(zhàn)斗機還是民用運輸機，每一架客機在上天之前還會有專門的研究團隊對其進行嚴(yán)酷的硬度實驗?！甭櫺∪A告訴記者，結(jié)構(gòu)硬度是指結(jié)構(gòu)承受荷載和耐受環(huán)境的能力，客機結(jié)構(gòu)硬度實驗是客機研發(fā)中的必要環(huán)節(jié)。
進行客機硬度實驗卻不是件容易的事情。一架小型客機進行硬度實驗時，其翼尖上承受的最大荷載高達(dá)幾百噸，腹鰭變型可達(dá)好幾米，在地面進行硬度實驗時大學(xué)物理虛擬仿真實驗，須要通過幾百個加載通道將荷載施加到客機上以模擬空中受載狀態(tài)，同時要布置數(shù)以千計的傳感檢測客機的承載狀態(tài)。“但這項實驗是確保飛行安全所必須完成的?！甭櫺∪A說。
此外，在客機的設(shè)計和制造過程中，為了保證結(jié)構(gòu)硬度達(dá)到要求，須要借助大量積木式乃至全機實驗來完成硬度設(shè)計的驗證與評估工作，整個過程除了須要花費巨大的財力物力，稍有不慎就會在實驗中出現(xiàn)非預(yù)期的結(jié)構(gòu)損傷和破壞，其風(fēng)險大、周期長、成本高。
近些年來，人們?nèi)匀辉诩臣痴覍そ鉀Q之策。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，科研人員開始探求將真實實驗環(huán)境以及實驗體的化學(xué)性能轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€個數(shù)字和公式，“投喂”給計算機，構(gòu)建起數(shù)字模型，模擬真實實驗的過程。從此，虛擬實驗技術(shù)應(yīng)運而生。
虛擬實驗護航全生命周期
“虛擬實驗技術(shù)是一項集大數(shù)據(jù)、計算熱學(xué)與硬度理論、實驗數(shù)字化、虛擬現(xiàn)實等于一體的綜合技術(shù)，借助現(xiàn)代數(shù)字建模、虛擬仿真、增強現(xiàn)實及數(shù)據(jù)挖掘等計算機數(shù)字化手段，在數(shù)字空間完成硬度研究、設(shè)計、驗證，在虛擬環(huán)境中進行客機結(jié)構(gòu)硬度的評估與驗證?！甭櫺∪A表示，虛擬實驗可以指導(dǎo)和輔助化學(xué)實驗，增強化學(xué)實驗的成功率，同時還可以優(yōu)化和降低化學(xué)實驗工況，逐漸取代部份化學(xué)實驗，達(dá)到減少實驗風(fēng)險、縮短實驗周期、節(jié)省實驗成本的目的。
記者了解到，目前一些小型美國客機公司早已開始采用虛擬實驗技術(shù)，在實驗前對實驗體進行充分剖析和預(yù)判，在實驗過程中進行實驗與剖析的一致性評估，有效把控實驗周期和風(fēng)險。
“本世紀(jì)初，國外一些院校和研究所開始進行相關(guān)技術(shù)攻關(guān)與積累，目前在個別領(lǐng)域早已擁有了一定的技術(shù)優(yōu)勢?！甭櫺∪A舉例，中國客機硬度研究所創(chuàng)建的小型客機靜硬度虛擬實驗系統(tǒng)可借助虛擬仿真技術(shù)快速精確模擬實驗件的承載狀態(tài)，提早預(yù)估實驗件的危險部位及其破壞模式，并經(jīng)過化學(xué)實驗數(shù)據(jù)與虛擬實驗數(shù)據(jù)的一致性評估，可達(dá)到機翼變型偏差大于3%，撓度偏差大于5%，破壞荷載偏差大于10%，已成功應(yīng)用于ARJ21-700、C919、AG600等客機全機靜力實驗中，大大提升了實驗精度，減短實驗周期近30%。
虛擬實驗手段的應(yīng)用在客機研發(fā)過程中產(chǎn)生了虛實互動融合、雙線并行的實驗新模式，也對研究人員提出了新挑戰(zhàn)。“對實驗環(huán)境的數(shù)字化描述和結(jié)構(gòu)熱學(xué)特點的精確模擬，仍是虛擬實驗面臨的兩大困局?！甭櫺∪A強調(diào)。