四季輪轉在這里“一鍵切換”

五月剛到，陜西西安就有了初夏的溫熱。但在西安市閻良區(qū)的一處大型廠房式建筑里，氣溫還停留在初春時節(jié)，四季輪轉在這里可以做到“一鍵切換”。

這所建筑是中國飛機強度研究所（以下簡稱“強度所”）歷時15年研發(fā)建設的大型氣候環(huán)境實驗室。“這就是目前世界體量最大、模擬氣候種類最多、技術性能指標最優(yōu)的大型氣候環(huán)境實驗室。”強度所某科研人員說。不久前，科技日報記者跟隨中國航空工業(yè)集團國企開放日活動走進強度所大型氣候環(huán)境實驗室，感受中國航空強度事業(yè)非凡發(fā)展歷程。

一型飛機要保證安全可靠，首飛前必須經過特定的強度試驗驗證。

“我們的工作就是給幾乎所有的中國飛機發(fā)放‘強度合格證’。”強度所所長王彬文告訴記者，強度所的職責之一，就是通過三大類四層級的“積木式”強度驗證體系，對各型飛機強度進行充分試驗驗證。

說起所里的工作，王彬文滔滔不絕。但要說最令他感到驕傲的，還是強度所近年來在飛機氣候環(huán)境適應性評估領域取得的突破性成就。

氣候環(huán)境是影響飛機安全運行的重要因素，氣候環(huán)境適應性是飛機最根本的特性之一。“飛機和人一樣，面對不同氣候環(huán)境變化，都有可能產生‘頭疼腦熱’。”王彬文說，如何讓飛機在面臨各種極端環(huán)境時依然能正常運行，不被“頭疼腦熱”影響，一直是飛機研制中的重要工作。

過去很長一段時間，我國要對飛行器的氣候環(huán)境適應性進行評估驗證，只能依賴自然環(huán)境。但自然環(huán)境的不可控，導致研究工作盲區(qū)多、效能低、潛在風險大。“比如今天天氣預報顯示有10級大風，到了驗證場所發(fā)現只有8級，大家就只能干等著。”王彬文說，要增強我國飛行器等重大裝備的研制效率和水平，就必須改變氣候環(huán)境適應性評估“看天吃飯”的現狀，自主建設大型氣候環(huán)境實驗室。帶著這個目標，強度所闖進了“無人區(qū)”。

“我們的最初目標就是要建世界最大、國際領先的實驗室，但我們面臨的第一個問題就是，如何在這么大的空間里模擬出足夠真實的氣候環(huán)境。”王彬文帶領團隊從氣候環(huán)境形成機理的源頭出發(fā)，從零開始一步步向前摸索。

“太陽為自然環(huán)境提供能量，洋流及大氣環(huán)流將這些能量運輸擴散，水的各種形態(tài)變化形成了雨、雪、霧等天氣。在這個超大的密閉空間里，我們通過解析各種環(huán)境的能量需求，提出氣流載運方法，研究水、氣等介質的演變規(guī)律，建立了一套‘巧奪天工’的氣候環(huán)境設計理論。”王彬文介紹。

大型氣候環(huán)境實驗室既是“冰箱”也是“烤箱”，其最低氣溫可達-50℃以下，最高則到70℃以上。極大的溫差讓實驗室面臨嚴重的熱脹冷縮等難題，需要采取多種施工措施應對。例如，實驗室采用的多層地面結構可以讓地面經歷極端的日風雨雪霧和高低溫交變后仍能保持完好，不發(fā)生凍融。

大到數千平方米地面，小到一條大門縫隙，實驗室的每一個角落都凝結著團隊的心血。

除了要模擬出自然環(huán)境，還要在巨大空間內實現氣候環(huán)境的精準調控，并確保均勻一致。“這絕非易事，不是一個設備、一個因素的問題，而是要考慮多種因素的耦合。”王彬文介紹，在缺乏參考經驗的情況下，團隊成員不斷摸索、反復試錯，最終，實驗室成功實現了對12種氣候環(huán)境的精準調控。

2024年11月，西安剛入冬不久，氣候環(huán)境實驗室里已經飄起了雪花。借助實驗室模擬的降雪環(huán)境，國產大飛機C919在這里成功完成輔助動力系統揚雪適航符合性試驗。這也是國內首次在實驗室條件下開展的揚雪適航符合性試驗。歐洲航空安全局工作人員在現場對試驗進行了審查與目擊，并高度認可此次試驗結果。“高度認可來源于我們試驗的高水準。我們這里既可以下小雪也可以下暴雪，還可以將降雪量誤差控制在每立方米正負0.2克以內。”王彬文說。

如今，強度所大型氣候環(huán)境實驗室不僅能夠為我國航空裝備研制“呼風喚雨”，也在航天、兵器等多型裝備產品氣候環(huán)境試驗中得到廣泛應用，為眾多“大國重器”保駕護航。