大工五项课题助力国产大飞机首飞

我国自主研制的国产大型客机C919昨日首飞成功,托举着中国几代航空人的梦想翱翔蓝天。这是我国航空科技史上的一次集成创新。大连理工大学工程力学系工业装备结构分析国家重点实验室白瑞祥团队先后承担并圆满完成了C919加筋壁板结构、垂尾盒段结构以及尾翼前缘抗鸟撞等结构的承载能力检测和力学性能计算评估等5项课题。2015年11月2日,国产大型客机C919首架机正式下线,之后,团队又迅速投身于宽体客机的预研工作中,在机身复合材料结构的制备工艺与基本力学性能评估和提高复合材料加筋壁板的承载性能等方面开展了研究。10年磨一剑,团队取得了重要科研成果。 为C919建设复合材料破坏机理与结构数据库

5月5日,我国自主研制的国产大型客机C919首飞。大连理工大学工程力学系工业装备结构分析国家重点实验室白瑞祥团队先后承担并圆满完成了C919加筋壁板结构、垂尾盒段结构以及尾翼前缘抗鸟撞等结构的承载能力检测和力学性能计算评估等5项课题。

研究团队针对大型复合材料构件试验需求,进行了大吨位大尺寸加载系统、承力系统和电测系统的建设,开展了材料级、结构级、部件级三级的大飞机复合材料结构破坏机理研究,并开发数值分析模型和软件,指导、校正实际试验,建立了飞机典型复合材料结构的破坏行为数据库。

国产客机的研制,关键之一是提高先进材料应用水平。飞机行业发展趋势是大幅度提高复合材料的应用率以实现减重和提高飞机性能。研究团队针对大型复合材料构件试验需求,进行了大吨位大尺寸加载系统、承力系统和电测系统的建设,开展了材料级、结构级、部件级三级的大飞机复合材料结构破坏机理研究,并开发数值分析模型和软件,指导、校正实际试验,建立了飞机典型复合材料结构的破坏行为数据库。

这项研发早在2008年就开始,当时团队受邀承担了上海飞机设计研究院ARJ支线客机复合材料研发的两个课题项目,团队由白瑞祥带领的复合材料力学课题组和雷振坤老师带领的光测力学课题组组成,课题成果对研发C919具有重要参考价值;鉴于团队的科研成果,2010年C919正式研发启动时,白瑞祥受邀在启动会上对C919研发力学试验提出建设性意见;2011年10月,在C919飞机项目结构强度实验过程管理研讨会上,确认大连理工大学成为中国商用飞机有限责任公司固定合作单位。 一个壁板要贴300-400个应变片

白瑞祥团队解决了C919尾翼、中央翼复合材料壁板承载强度和安全性能等关键问题。为保证从复合材料壁板各环节处获得详实、完备有效的实验数据,及时处理不可测原因导致的意外情况,研究团队采取在飞机壁板上对危险考验部位贴大量应变片的采集数据方法。一个大型壁板就需要采集300-400个通道数据,针对C919飞机,一共测试了60多块壁板,也就是要贴1.8万-2.4万个应变片。更不容易的是,将应变片焊接在壁板上需要打磨、清洁,焊端子,引出引线连接到测试仪器上,应变片如手指盖儿大小,非常脆弱,不小心就会被损坏。白瑞祥和雷振坤带领团队教师和几名硕士生、本科生奔赴大飞机各加工基地,做了大量的测试和保护措施,保证每个应变片性能完好无损。

白瑞祥团队解决了C919尾翼、中央翼复合材料壁板承载强度和安全性能等关键问题。虽然团队基于前期复合材料结构数据库的校正,给出了几种标准模块化程序,但从制作工艺和加工质量角度来说,数值模拟还不能代替实际试验,因为,实际材料制备中存在各种工艺缺陷,干扰试验预期结果,为此,必须重视试验研究,因为试验数据对于结构强度失效、刚度失效以及材料损伤演化、界面开裂等行为的研究非常有价值。

在C919飞机尾翼结构前缘承载能力试验中,团队创造性地设计了加载拉压垫和分力杠杆系统,使实验加载具有更高的精度。他们采用设计变形协调装置,选取飞机垂尾和平尾的局部结构进行实验,在国内首次实现了变形协调、气动载荷、可控环境温度的多场耦合下大飞机承载能力试验。

为保证从复合材料壁板各环节处获得翔实、完备有效的实验数据,及时处理不可测原因导致的意外情况,研究团队采取在飞机壁板上对危险考验部位贴大量应变片的采集数据方法。

团队在科研攻关中还培养了优秀学生,他们毕业后被中国商飞设计研发中心录用,继续在C919研发岗位工作,为中国民机研发事业挥洒着汗水。

为不忽略每一可靠数据的采集,一个大型壁板就需要采集300-400个通道数据,针对C919飞机,一共测试了60多块壁板,也就是要贴1.8万-2.4万个应变片。更不容易的是,将应变片焊接在壁板上需要打磨、清洁,焊端子,引出引线连接到测试仪器上,应变片如手指盖儿大小,非常脆弱,不小心就会被损坏。白瑞祥和雷振坤带领团队教师和几名硕士生、本科生奔赴大飞机各加工基地,在生产线上贴片,在加工车间挥汗如雨。为防止运输前后应变片遭到破坏,每个应变片还要作保护措施,防止搬运和长途运输过程中出现损坏,而且运输前后都要进行测试,保证每个应变片性能完好无损。 创造性设计杠杆系统

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