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开拓创新 建设一流的气候实验室 ——记航空工业强度所气候环境实验室

文章来源:   发布时间:2019-06-21 01:23:00   点击量:0

题记:

6月11日,某型民机全状态飞机成功运抵中国飞机强度研究所气候环境实验室,后续将开展相关气候环境适应性试验。该试验的开展标志着我国首次进行全状态飞机室内气候环境试验,填补了我国室内整机气候环境试验领域的空白。

6月18日,中国航空报刊发了题为《开拓创新  建设一流的气候实验室》的专题文章,该文全面介绍了这座填补我国跻身世界大型综合气候环境试验专业空白的实验室建设项目,以及建设气候实验室的必要性、重要意义、强度所建设该实验室的历程。该文的刊登向社会大众推介了气候实验室,引起了良好的反响。现将这篇文章与大家分享。让我们共同祝福祖国繁荣昌盛、航空腾飞,强度专业薪火传承、继往开来,强度所日新月异、蓬勃发展。

开拓创新  建设一流的气候实验室

——记航空工业强度所气候环境实验室

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图1

走进航空工业强度所阎良新区,一座 “凸”字形的实验室悄然矗立,这是一个神奇的存在,在这里可以呼风唤雨,可以洒水成冰,可以随意变换酷暑严冬,这就是我国规模最大、系统组成最复杂、模拟环境因素最多的大型综合气候环境实验室。实验室的建成填补了我国整机气候环境试验领域的专业空白,充分发挥了能力建设的引擎作用。而2019年6月11日,实验室以自信的姿态迎接来了某型民机全状态飞机,后续将开展相关气候环境适应性试验。该试验的开展是我国首次进行的全状态飞机室内气候环境试验,填补了室内整机气候环境试验领域的空白。 

使命所在  迎接挑战

飞机在实际使用中经常碰到高温、低温、湿热、日照、降雨、降雾、冻雨、大风、降雪等气候环境,有时复杂的极端气候环境将引起飞机的环境适应性问题。例如美国 B-1B飞机寒冷天气中的失去飞行能力,V-22战机的地面防撞与警示系统在结冰环境下存在问题导致战机多次坠毁。我国的某型飞机早期在高寒机场-20℃环境下液压系统出现多处渗漏,某型飞机布防在我国南方夏季湿热天气发动机启动困难等。因此,整机气候环境试验是在实验室内模拟复杂极端气候环境,并且考核飞机在复杂极端气候条件下环境适应性的地面验证项目,验证飞机在极端气候条件下按照技术指令程序完成预期任务的能力。

按照以往的方式,飞机是通过外场极端自然环境来验证飞机的气候适应性,这存在很多问题:在有限的时间段内往往找不到合适的极端气候条件,而且极端自然环境条件具有不确定性和季节性,一旦错过将影响研制进度。与外场自然气候试验相比,实验室气候环境试验不受季节、地区和时间的限制,费效比高,试验环境可复现,能够保证研制周期,所以建设我国自己的大型综合气候实验室是使命所在,责任所在。经过长时间的周密考察和反复论证,2012年3月,气候环境实验室建设项目取得立项批复,此项目系统复杂,工程建设难度大,为确保实验室建设进度及质量,上级机关明确要求项目建设试行总指挥、总设计师负责制,成为航空工业集团内首批实行“两总系统”管理的建设项目之一。航空工业集团进一步细化管理体系,在“两总系统”管理体系下成立项目行政指挥系统、设计师系统、质量师系统和会计师系统,“四位一体”有效融合,顺利推动了项目建设工作,为项目建设提供了有力支撑。强度所在上级机关的支持和领导下,接过责任和使命,也接过了机遇和挑战。 

创新超越  攻克难关

气候环境实验室系统组成复杂,技术难度高,国内没有建设经验可以借鉴,属于一个创新型的建设项目。项目可研批复后,设计师系统发现,随着设计的深入逐渐暴露出较多技术问题,主要集中在目前我国缺乏大体量、深冷、多工况的综合实验设施的设计经验和项目配套设备的设计经验。针对项目设计面临的技术瓶颈,强度所通过广泛调研,选择与国外某设计公司开展了项目概念设计国际合作。2012年11月至2015年6月,项目概念设计国际合作顺利完成,取得了实验室总体设计报告及分项计算报告等,完成了预定目标。

因为没有经验可循,项目建设是边设计边探索,在对标国际先进水平的同时,还要符合我国工业实际。设计师系统在概念设计的基础上消化吸收再创新,统筹制定了实验室总体设计方案,将概念设计的大室循环风系统由集中式送风优化为分布式送风,将制冷系统由双级制冷方案优化为复叠制冷方案,使方案更符合国内工业水平,也使实验室内气流均匀度、制冷能力等技术指标优于了设计指标。

施工图设计是项目建设前的关键一环,设计师系统按照“总体规划、分步迭代”的思路开展工作,同步进行了实验室BIM设计,辅以先进的数字化设计手段以三维形式直观展示各系统的位置关系,开展设备、管道安装检查,最终通过3轮迭代完成施工图设计。2016年12月项目施工图设计最终冻结,奠定了实验室建设基础。

 

风雨征程  集智攻关

气候环境实验室是填补国内空白的大型综合试验设施,国内没有建设经验可以借鉴,如何将实验室的复杂设计转化为工程实际是建设团队要攻克的难题。实验室主厂房大温差条件下高承载复合地面施工、大温差条件下冷桥的处理技术、气密性要求极高的实验室舱结构、保温性要求极高的大门加工安装等,均属于创新性极强的施工方案。同时实验室设计中应用了大量新技术、新材料,给实验室施工带来的很大难度。

建设团队多维度开展集智攻关,最终突破了复杂环境实验室总体设计、超大空间气流组织设计等关键技术,解决了实验室围护结构一体化保温密封技术、宽温域地面施工工艺等难题,为实验室建设提供了技术保障。建设团队以“咬定青山不放松”的精神,按照“高起点、高标准、高质量”的总要求,坚定信念、攻坚克难、风雨兼程、全力以赴,完成了实验室建设工作。

实验室转入调试阶段。由于实验室各分系统应用了大量新工艺、新技术,调试创新性非常强。调试团队经过4个月的艰苦奋斗,完成了循环风系统独立运行、载冷剂系统带压运行、循环水系统带压运行、微正压系统控制压力运行、新风系统独立运行和制冷系统空载运行6个单系统调试工况,标志着实验室单系统调试完成。

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图2

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图3

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图4

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图5

实验室启动联合调试开始后,实验室大、小环境室相继完成极限高温工况、极限低温工况以及温湿工况调试。调试数据表明,实验室温度控制精度、温度波动度、温度场均匀性、制冷和加热设备能力、舱体密封性等指标均满足或优于设计指标要求,完全实现了实验室设计目标及批复的实验室建设技术指标。2018年11--12月,在气候环境实验室小环境室内,以某型飞机结构平台为试验对象,完成了高温稳态工况、湿热工况、低温稳态工况和降雪工况等4项能力验证试验,是我国国内首次以整机为对象进行室内气候环境试验,能力验证试验结果表明,实验室环境模拟系统、配套设施及结构、动力系统的各项功能和性能均满足设计指标。

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图6

国家使命面前,我们奉献拼搏,责无旁贷;六年春秋岁月,我们风雨兼程,创新超越。强度所气候实验室的建成填补了我国整机气候环境试验领域的专业空白,为我国新型号飞机研制及飞机气候环境适应性专业发展提供了有力条件支撑。在新的征程上,气候实验室必将发挥强大的创新引擎作用,锐意进取、砥砺奋进,为强度所“打造世界一流的航空强度研究与验证中心”的愿景实现、引领强度专业持续发展奠定坚实基础。