氣動(dòng)團(tuán)隊(duì)：為飛機(jī)插上奮飛的翅膀

【亞洲氣動(dòng)網(wǎng)】如果說(shuō)發(fā)動(dòng)機(jī)是飛機(jī)的心臟，那么氣動(dòng)就是飛機(jī)的魂魄。

氣動(dòng)技術(shù)決定著飛機(jī)的飛行性能，可以說(shuō)，氣動(dòng)設(shè)計(jì)是體現(xiàn)飛機(jī)平臺(tái)水平高低的首要因素。在型號(hào)研制中，中航工業(yè)一飛院/中航飛機(jī)研發(fā)中心提出了“30年不落后，50年可用”的目標(biāo)，這是對(duì)型號(hào)整體的要求，更是給氣動(dòng)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)下的“軍令狀”。

機(jī)翼是飛機(jī)上最重要的氣動(dòng)部件。放眼全球，先進(jìn)的超臨界翼型及機(jī)翼的設(shè)計(jì)已成為現(xiàn)代運(yùn)輸類飛機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，是飛機(jī)先進(jìn)與否的重要標(biāo)志。超臨界機(jī)翼設(shè)計(jì)還存在諸多難點(diǎn)，高效增升裝置就是其中一項(xiàng)。

氣動(dòng)團(tuán)隊(duì)：為飛機(jī)插上奮飛的翅膀

某型號(hào)飛機(jī)的增升裝置采用了全翼展前緣縫翼、后緣三縫襟翼的形式，在機(jī)械式增升系統(tǒng)中是迄今為止最為復(fù)雜的一種，國(guó)內(nèi)還未研制過(guò)這種形式的增升裝置。盡管困難很大，但它是確保型號(hào)研制目標(biāo)的關(guān)鍵之一。對(duì)此，氣動(dòng)團(tuán)隊(duì)瞄準(zhǔn)了這項(xiàng)被西方發(fā)達(dá)國(guó)家定為“高度機(jī)密”的技術(shù)，下定決心自強(qiáng)自立，自主設(shè)計(jì)。一場(chǎng)攻關(guān)“馬拉松”拉開(kāi)了帷幕。

一飛院很早以前就開(kāi)始為型號(hào)研制進(jìn)行技術(shù)儲(chǔ)備。早在“九五”期間，就研制完成了一套功能完整、可直接應(yīng)用于型號(hào)設(shè)計(jì)的超臨界機(jī)翼和增升裝置設(shè)計(jì)軟件集成系統(tǒng)，打破了國(guó)外的技術(shù)封鎖。 “十五”期間，通過(guò)超臨界機(jī)翼驗(yàn)證機(jī)的研制，進(jìn)行了總體、氣動(dòng)、性能、操穩(wěn)、載荷、強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)等專業(yè)的綜合設(shè)計(jì)，走完了超臨界機(jī)翼設(shè)計(jì)、制造、飛行試驗(yàn)的全過(guò)程。

“一定要在型號(hào)研制中實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)技術(shù)”既向氣動(dòng)團(tuán)隊(duì)提出了挑戰(zhàn)，也為他們提供了一次難得的工程應(yīng)用機(jī)會(huì)。仿佛多年來(lái)練就的“屠龍之術(shù)”，這一刻終于有了用武之地。

設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)制定了攻關(guān)的技術(shù)路線。首先針對(duì)型號(hào)的布局特點(diǎn)，改進(jìn)和完善機(jī)翼、增升裝置的設(shè)計(jì)方法和軟件，使其能夠適用飛機(jī)構(gòu)型特點(diǎn)，提高超臨界機(jī)翼以及增升裝置氣動(dòng)外形的設(shè)計(jì)效率和計(jì)算模擬精度;通過(guò)CFD(計(jì)算流體力學(xué))技術(shù)進(jìn)行大量的數(shù)值優(yōu)化選型，然后再經(jīng)過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)進(jìn)行校核驗(yàn)證，根據(jù)出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行針對(duì)性的改進(jìn)，最終完成性能優(yōu)異的設(shè)計(jì)方案。這樣的技術(shù)路線既能彌補(bǔ)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的不足，又能夠提高設(shè)計(jì)質(zhì)量、保證設(shè)計(jì)周期、降低研制風(fēng)險(xiǎn)。

初步總體技術(shù)方案提出后，機(jī)翼設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)開(kāi)始了多輪次的設(shè)計(jì)、計(jì)算分析、風(fēng)洞試驗(yàn)驗(yàn)證工作，一方面是為了適應(yīng)總體技術(shù)方案的逐步演變，另一方面是為了持續(xù)改進(jìn)機(jī)翼的氣動(dòng)特性。長(zhǎng)達(dá)數(shù)年的時(shí)間里，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)不知進(jìn)行了多少輪次的設(shè)計(jì)、計(jì)算分析和風(fēng)洞試驗(yàn)驗(yàn)證工作。大家常年加班加點(diǎn)，不斷往返于單位和風(fēng)洞試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)。

尤其是2008年的“風(fēng)洞歷險(xiǎn)”，更展示了團(tuán)隊(duì)一心為型號(hào)的高尚情懷。

那時(shí)，機(jī)翼選型試驗(yàn)正在某風(fēng)洞開(kāi)展，團(tuán)隊(duì)遇到了震驚世界的5·12汶川大地震。危難關(guān)頭，試驗(yàn)人員奮不顧身地往返于風(fēng)洞，搶出了寶貴的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。在余震不斷的日子里，墻壁上的道道裂紋令人觸目驚心，但大家沒(méi)有絲毫的退縮情緒。在強(qiáng)烈使命感的激勵(lì)下，團(tuán)隊(duì)對(duì)機(jī)翼復(fù)雜構(gòu)型流動(dòng)機(jī)理進(jìn)行了大量數(shù)值仿真研究，通過(guò)一輪輪的設(shè)計(jì)、計(jì)算分析、試驗(yàn)驗(yàn)證及多專業(yè)協(xié)調(diào)，對(duì)機(jī)翼、翼身整流包、起落架艙、短艙及掛架等部件氣動(dòng)外形和位置參數(shù)進(jìn)行了不斷改進(jìn)和優(yōu)化，有效降低了各部件之間的干擾阻力，使機(jī)翼復(fù)雜構(gòu)型的流動(dòng)狀況大大改善，獲得了良好的氣動(dòng)性能。

在增升裝置設(shè)計(jì)中，團(tuán)隊(duì)研究和消化了大量資料，根據(jù)飛機(jī)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行優(yōu)化。他們采用CFD方法，通過(guò)大量分析計(jì)算工作，對(duì)襟翼和縫翼外形、縫隙、重疊量、偏角等進(jìn)行優(yōu)化與最佳匹配，完成了設(shè)計(jì)方案。后期的大風(fēng)洞校核試驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)，機(jī)翼和增升裝置各構(gòu)型低速特性主要指標(biāo)都符合要求，但失速特性還達(dá)不到現(xiàn)代先進(jìn)民用客機(jī)的安全性要求。這時(shí)，距總體方案凍結(jié)的節(jié)點(diǎn)已越來(lái)越近了。

難題擺到了設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)成員面前，大家把試驗(yàn)結(jié)果、計(jì)算曲線和相關(guān)資料翻來(lái)覆去地進(jìn)行對(duì)比研究。唐長(zhǎng)紅院士對(duì)此高度重視，經(jīng)常午夜之后還和團(tuán)隊(duì)成員一起討論分析。直到有一天，從剛剛完成的計(jì)算模擬結(jié)果中發(fā)現(xiàn)了一些不同尋常的特性，使大家看到了曙光。此時(shí)，時(shí)間已經(jīng)非常緊迫，距發(fā)圖節(jié)點(diǎn)只有一個(gè)多月。唐院士鼓勵(lì)大家一定要做不留任何遺憾的精品，要求在發(fā)圖節(jié)點(diǎn)前對(duì)機(jī)翼方案再進(jìn)行一輪改進(jìn)。于是，在這一個(gè)月的時(shí)間里，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，夜以繼日地連續(xù)奮戰(zhàn)，終于得到了各方面特性都比較滿意的設(shè)計(jì)方案。

通過(guò)技術(shù)攻關(guān)，聯(lián)合攻關(guān)團(tuán)隊(duì)在超臨界機(jī)翼氣動(dòng)力設(shè)計(jì)這一關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域取得了多項(xiàng)技術(shù)突破，完成了型號(hào)超臨界機(jī)翼的設(shè)計(jì)，獲得了良好的氣動(dòng)性能，使機(jī)翼的高、低速氣動(dòng)特性均達(dá)到了世界同類飛機(jī)的先進(jìn)水平。

“它飛起來(lái)就像鳥兒一樣輕盈，具有很好的飛行品質(zhì)?！边@是空軍飛行員對(duì)飛機(jī)的贊美，無(wú)疑也是對(duì)氣動(dòng)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)最大的肯定。