近日，美國(guó)《西雅圖時(shí)報(bào)》報(bào)道，波音777系列最新機(jī)種777X在9月5日進(jìn)行地面高壓應(yīng)力測(cè)試時(shí)一扇客艙門脫落，脫落原因是機(jī)身結(jié)構(gòu)受損，機(jī)身撕裂。

波音777X機(jī)身上的撕裂部位

這在各種飛機(jī)的研制和試驗(yàn)中并非罕見一幕。而這件事情背后，卻讓一個(gè)飛機(jī)研制中重要的學(xué)科再度走到我們面前——飛機(jī)強(qiáng)度研究。

那么，飛機(jī)強(qiáng)度研究到底是一個(gè)怎樣的學(xué)科？在飛機(jī)設(shè)計(jì)中又具有怎樣的地位？

力學(xué)是大工業(yè)時(shí)代的真正科學(xué)的基礎(chǔ)——馬克思

強(qiáng)度專業(yè)從力學(xué)衍生而來(lái)，深耕于工程技術(shù)，屬于工程力學(xué)領(lǐng)域（技術(shù)科學(xué)范疇）和工程技術(shù)領(lǐng)域。其中，飛機(jī)強(qiáng)度專業(yè)又屬于工程力學(xué)領(lǐng)域和航空技術(shù)領(lǐng)域。

以前的飛機(jī)強(qiáng)度專業(yè)，研究的主要范疇是狹義的機(jī)械力和廣義的自然力。

狹義的機(jī)械力

廣義的自然力

隨著飛行速度越來(lái)越高，使用環(huán)境和操控形式越來(lái)越復(fù)雜，人們開始密切關(guān)注結(jié)構(gòu)、控制、環(huán)境之間的耦合作用，由高超聲速飛行器發(fā)展引出的靜、熱、振、噪多場(chǎng)耦合問題，以及隨著飛機(jī)全空域飛行、跨地域部署帶來(lái)的氣候環(huán)境適應(yīng)性問題等，也就是進(jìn)入“大強(qiáng)度”的領(lǐng)域。

多物理場(chǎng)耦合

多系統(tǒng)耦合

這幾年來(lái)，飛機(jī)強(qiáng)度研究的方向更從過去較為單一的安全性，演進(jìn)為安全性、穩(wěn)定性、可靠性、舒適性、適應(yīng)性等相互交融，這被稱為“新強(qiáng)度”的領(lǐng)域。而強(qiáng)度研究手段，也從最初的解析法發(fā)展到工程法，再到數(shù)值法；進(jìn)入二十一世紀(jì)之后，其研究手段已經(jīng)全面演進(jìn)為基于模型的數(shù)字化階段，也就是“數(shù)字強(qiáng)度”領(lǐng)域。

數(shù)字強(qiáng)度

同時(shí)，隨著航空科技的發(fā)展，飛機(jī)已由傳統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)演變到由現(xiàn)代飛控系統(tǒng)使能的半自動(dòng)化系統(tǒng)，目前正向人-機(jī)交互系統(tǒng)發(fā)展，未來(lái)將向智能系統(tǒng)方向演進(jìn)。飛機(jī)強(qiáng)度專業(yè)將面臨諸多挑戰(zhàn)，在克服這些挑戰(zhàn)的同時(shí)也將被賦予更多新的內(nèi)涵。

因此，航空發(fā)展百余年來(lái)，強(qiáng)度的廣義內(nèi)涵應(yīng)按這樣闡述：

研究對(duì)象在設(shè)計(jì)狀態(tài)下保持其目標(biāo)品質(zhì)的能力。

我國(guó)飛機(jī)強(qiáng)度研究始于我國(guó)首型自行研制的飛機(jī)殲教1。著名的飛機(jī)設(shè)計(jì)大師陸孝彭任飛機(jī)的總設(shè)計(jì)師，重點(diǎn)負(fù)責(zé)飛機(jī)的總體強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)，只用了兩年多就讓殲教1飛機(jī)首飛成功。

陸孝彭

接下來(lái)，在強(qiáng)5身上，陸孝彭進(jìn)行了我國(guó)首次飛機(jī)靜力強(qiáng)度破壞試驗(yàn)：通過不斷試驗(yàn)，陸孝彭帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)不斷修改設(shè)計(jì)和制造工藝，終于在1965年6月4日，強(qiáng)5試飛成功！由于設(shè)計(jì)出色，強(qiáng)5于1985年獲得中國(guó)國(guó)家科技進(jìn)步特等獎(jiǎng)，也是我國(guó)首型出口的作戰(zhàn)飛機(jī)。

1965年6月10日，完全自主研制的強(qiáng)5飛機(jī)首飛成功

新歲來(lái)臨舊歲離，華燈明滅晚煙低。

拼將白發(fā)填雙鬢，定叫雄鷹展翅飛。

——陸孝彭，于1961年除夕（強(qiáng)5研究階段）

自此，我國(guó)飛機(jī)設(shè)計(jì)就進(jìn)入規(guī)范化路徑。尤其是從上世紀(jì)末到如今近二十年時(shí)間，是飛機(jī)型號(hào)研制和專業(yè)技術(shù)發(fā)展的黃金時(shí)段——我國(guó)相繼成功研制殲10、殲15、殲20、運(yùn)20和C919等一大批新型軍民用飛機(jī)，攻克了一大批強(qiáng)度關(guān)鍵技術(shù)，形成了系統(tǒng)的強(qiáng)度專業(yè)能力。

運(yùn)20全機(jī)靜力試驗(yàn)

殲10飛機(jī)全機(jī)靜力試驗(yàn)

殲11飛機(jī)全機(jī)靜力試驗(yàn)

強(qiáng)度專業(yè)能力要經(jīng)由怎樣的路徑來(lái)驗(yàn)證和提高呢？

這就要提到地面靜力試驗(yàn)。這被稱之為所有飛機(jī)型號(hào)必經(jīng)的“體檢科目”，體檢對(duì)象就是飛機(jī)的強(qiáng)度。

2017年12月，央視報(bào)道C919靜力試驗(yàn)，C919接受靜力測(cè)試機(jī)翼被拉斷的視頻曝光。

12月30日22時(shí)，試驗(yàn)正式開始，按試驗(yàn)大綱要求逐級(jí)加載，飛機(jī)單邊機(jī)翼載荷最大達(dá)到了95噸，機(jī)翼翼尖最大變形達(dá)到了3.26米，隨著“按程序逐級(jí)加載至153%”、“測(cè)量，保載3秒”指令的發(fā)出，現(xiàn)場(chǎng)爆發(fā)出了熱烈掌聲。

C919靜力試驗(yàn)

這只是靜力試驗(yàn)中的一個(gè)“小case”。多年來(lái)，航空工業(yè)強(qiáng)度所著力于大型客機(jī)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)、分析與驗(yàn)證，突破了一大批關(guān)鍵技術(shù)，形成了一批具有良好應(yīng)用價(jià)值的研究成果，為C919飛機(jī)翱翔藍(lán)天提供了強(qiáng)有力的支撐。

C919靜力試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)

在進(jìn)行靜力試驗(yàn)前——

強(qiáng)度所針對(duì)飛機(jī)材料、工藝以及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，編制了機(jī)體結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度分析手冊(cè)和復(fù)合材料結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析手冊(cè)（具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，填補(bǔ)了我國(guó)民機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)長(zhǎng)期依賴國(guó)外手冊(cè)的空白）。

其次，針對(duì)C919選用的鋁鋰合金、鋁鎂鈧合金等航空新材料，以及機(jī)身和機(jī)翼的新結(jié)構(gòu)形式，強(qiáng)度所規(guī)劃了設(shè)計(jì)性能試驗(yàn)矩陣和試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，并完成了大量的材料力學(xué)性能測(cè)試。

緊接著，在靜力試驗(yàn)過程中——

首先為C919這個(gè)龐然巨物進(jìn)行了針對(duì)性的工具建造：集智能框架、液壓控制、協(xié)調(diào)加載、精確測(cè)量、數(shù)據(jù)分析、虛擬仿真、實(shí)時(shí)監(jiān)控、協(xié)同管理八大系統(tǒng)于一體的多功能智能化驗(yàn)證平臺(tái)。通過試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，這一平臺(tái)的服液壓協(xié)調(diào)加載控制精度優(yōu)于1%，響應(yīng)同步采集測(cè)量精度優(yōu)于1%，試驗(yàn)系統(tǒng)可靠度大于99%。

其次，在C919飛機(jī)全機(jī)靜力試驗(yàn)中，保證載荷施加能夠非常精準(zhǔn)的加載在控制點(diǎn)上。能夠做到飛機(jī)姿態(tài)誤差位移不超過5mm，角度誤差不大于1°；約束點(diǎn)載荷誤差小于5000牛；主動(dòng)控制加載點(diǎn)誤差小于1%Pmax等技術(shù)指標(biāo)，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

強(qiáng)度研究與試驗(yàn)貫穿于飛機(jī)設(shè)計(jì)與制造的全過程，對(duì)于飛行安全非常重要。正因?yàn)橛羞@些航空強(qiáng)度專家們的不斷研究與突破，才保證了每型飛機(jī)的安全、可靠與舒適。