静力试验——飞机的“体能测试”！

据史料记载，500多年前，著名的意大利画家、发明家达·芬奇及物理学家伽利略先后做过全尺寸的结构静力试验。虽然那时的试验设施很简单，试验方法也有些粗糙，但相比复杂构件的受力分析与繁杂的计算，静力试验却能直接得出结论：结构受力下会不会破损，大变形下会不会折断或失稳。

早期的飞机静力试验，采用沙袋和铅块模拟飞机的气动均布载荷，用绳子吊沙袋来模拟集中载荷，虽然看上去有些可笑，但效果却出奇地好。到了上世纪40年代，随着飞机的尺寸越来越大，飞行速度越来越快，一种新颖的飞机杠杆加载系统崭露头角，使全机静力试验的面貌焕然一新。此后，静力试验的方法逐步规范，试验结果更加准确。

走进全机静力试验大厅，你一定会为眼前的场景所惊叹：一架飞机悬挂在高大、明亮的大厅中央，机体被大大小小的“∏”形杠杆团团围住。因测试点距离不一，∏形杠杆的跨度也有所不同。杠杆之间环环相扣，形成一个钢质的“网”，十分引人注目。这种沿袭了几十年的杠杆系统，简单又实用，既能真实模拟机身、机翼、尾翼上的均布载荷，也能通过杠杆跨度和间距的差异，模拟出大小各异的作用力。它与液压控制系统、液压作动器组成闭环加载伺服回路，由计算机控制，令作动器输出到“杠杆系统-飞机机体”上各点的载荷与理论计算值达到非常吻合的地步。

◆ 成千上万的加载点受力后，机体内产生的应力、应变会是怎样的呢？这是试验最想获取的主要数据。其中的奥妙就藏在那遍布机体的密密麻麻的白色胶带中。实际上，胶带内紧贴机体表面的是能敏感测出应力、应变的电阻应变片。在外力作用下，应变片会产生电信号，并直接反映在计算机上，描绘出一条条多姿多彩的应力、应变曲线，逼真地显示出各个部位的强度、应力等测量结果。

◆ 如同人的体能检测一样，全机静力试验主要是测试飞机结构承受外部负载的能力。其检测项目之多、规模之大、技术含金量之高，令人难以想象。静力试验中选用的载荷涵盖飞机起飞、爬升、巡航、进场和着陆的全过程，最大载荷常常产生于几种状态的叠加中，需要反复综合权衡。

试验中常伴随不可预测的安全隐患，遭遇突如其来的风险。设计师需要从以往的大量经验教训中总结出行之有效的操作程序：先以20%—30%的使用载荷进行预加载，以消除加载系统之间的间隙。然后，逐渐、缓慢地施加使用载荷。在试验过程中，还可能出现很大的局部结构变形。此时，应立即卸载检查，限制最大变形不能超出总挠度的5%，也不能有大于0.2%的残余永久变形。

新研制飞机的首次飞行，充满着不可预知的情况。为确保首飞万无一失，大型客机必须完成增压舱增压、前起连接、主起连接、全机情况、垂尾和方向舵等一系列静力试验。一般情况下，飞机首次飞行不会飞出大机动和大过载，也不会冲出飞行包线之外，通常机体的最大载荷不超过使用载荷的67%。通过全机静力试验考验的现代客机，首飞成功才有保障。

首飞成功后，一个个静力试验项目接踵而至！先易后难，先小后大。一架客机的静力试验项目达20多项，持续时间较长，被戏称为飞机试验中的“马拉松”。其中，2.5Ｇ全机稳定俯仰静力试验是难度最高、风险最大的项目之一。它模拟飞机遇上了突风、紊流的袭击，飞行员情急之下操作过猛，致使飞机承受大于2.5倍的极限载荷。试验除显现这惊险的情景外，还需持续3秒钟。一旦操作不当，极容易失败，前功尽弃。

全机静力破坏试验是最令人惊心动魄的试验。在逐步加载超过使用载荷之后，便进入了扣人心弦的几分钟，载荷一点点地在增加，直至一声巨响的那一刹那。这一刻是祸还是福？加载数据会告诉你。记得上世纪80年代国产首架大型客机“运十” 全机静力破坏试验的加载数据定格为105%。这是一个非常理想的数字。大于它，说明飞机的强度设计偏于保守，机体重量过大；低于它，安全性差。破坏试验虽然耗资巨大，但它是飞机研制的必经之路。