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看“鲲龙”如何征服颤振
来源:国家国防科工局    发布日期:2023年12月21日    点击率:3839次

12月5日,“鲲龙”AG600M在陕西蒲城国家民机试飞基地顺利完成颤振和气动伺服弹性(ASE)表明符合性试飞,向适航取证迈出了坚实一步。


  

在世界航空领域,颤振、失速尾旋和空中停车被公认为“三大Ⅰ类风险试飞科目”,所有的新机及结构上有重大改变的型号都需要进行颤振试飞,有电传飞控系统的飞机还需进行ASE试飞。颤振一旦发生,其后果往往是灾难性的,在几秒钟内就有可能导致机毁人亡,即使是出现稳定极限环振荡的“良性”颤振,也会造成飞机结构的疲劳破坏。颤振探索的是飞机飞行包线的右边界极限,毫不夸张地说是在刀尖上起舞。一旦进行颤振试飞,试飞团队所有成员都要进入备战状态,设计人员、地面保障人员、试飞员往往要承担着巨大的压力。

那到底什么是颤振呢?颤振是弹性结构在均匀气流中受到气动力、弹性力和惯性力的耦合作用而发生的一种大幅度振动现象。飞行中的颤振有很多种类,如机翼颤振、尾翼颤振、舵面颤振和嗡鸣、蒙皮颤振和飞机/直升机螺旋桨旋转颤振,等等。

颤振飞行试验使用真实的飞机在实际的飞行条件下进行,新型号设计和型号改型都必须进行直至限制速度包线的各种速度下的全尺寸颤振飞行试验,以验证在整个规定的飞行限制速度包线范围内,飞机临界构型都无任何颤振现象。有电传飞控系统的飞机在颤振试飞的同时,结合开展ASE试飞,以评估飞机是否满足ASE稳定裕度的要求。

在三大Ⅰ类风险试飞科目中,颤振是唯一不能通过人为控制改出的试飞科目,只能通过恰当的结构设计来防止。因此,新机在研制的早期阶段就要开始进行防颤振研究,还要贯穿于研制的全过程。


  

2023年11月至12月,AG600飞机在陕西蒲城国家民机试飞基地进行的颤振/ASE表明符合性试飞,是AG600飞机表明符合性试飞的代表性成果之一。作为国内第一款按照相关专用条件开展颤振/ASE试飞的大型涡桨民用运输机,具有4发螺旋桨、“T”型尾翼、机翼外翼配备浮筒水上稳定机构的极其复杂的结构形式,给气动弹性设计及试飞验证增加了巨大困难。AG600飞机攻克了全电传国产飞控系统颤振/ASE激励系统测试改装的核心技术,深入验证了新飞机的安全性,最大程度地扩展了飞机的使用包线,其试飞方法为后续相似机型颤振/ASE试飞提供了参考。


  

为了确保试飞安全,AG600飞机早在2022年就开展颤振/ASE试飞的准备工作。2022年3月AG600飞机开展了全机地面共振试验,修正了结构动力学模型;2023年1月和3月开展了尾段颤振模型和全机颤振模型的风洞试验,确认飞机的颤振特性;2023年8月开展了全机结构模态耦合试验,确认飞机的ASE稳定特性。

由于涡桨飞机的特点,在包线右边界附近状态点的试飞过程中,需要较长时间的俯冲,试飞难度和风险都很大。为了保证试飞安全,AG600飞机加装了传感器,数量创下了此类飞机的国内纪录,达到国外同类飞机试飞的先进水平。同时,试飞团队建立了严密的监控体系,实时处理试飞数据,为试飞提供强大的技术支持保障。


  

最终,AG600颤振/ASE表明符合性试飞共设置168个试验点,试飞团队对试验点进行分类优化,实现不同油量构型和不同襟翼构型的多维度构型组合,通过数字化预测方法实现试飞动作精准设计,通过民机专用颤振激励系统实现激励动作高效执行,充分发挥试飞数据实时分析技术优势提升安全保障和结果评估效率,多措并举大幅提升单架次试验点执行率,最终圆满完成共计26天17架次的颤振/ASE表明符合性试飞,为后续相继完成各科目适航试飞以及最终完成适航取证奠定关键基础。

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