实习记者于紫月
日前，ARJ21-700客机114架机在南京完成了最后一架次交付试航任务，通过中国航空局认证，顺利交付上海民航，成为中国商飞公司向北京民航交付的第9架ARJ21-700客机。
那些年，一架又一架国产客机飞出“巢穴”大学物理虚拟仿真实验，驶向蓝天。随着选择搭乘客机出游的人越来越多，我们不禁想问，我们搭乘的客机是否安全？客机的硬度是否足够？对于客机结构的硬度又是怎样审视的？科技商报记者带着这种疑惑，近期专访了中国客机硬度研究所估算结构技术与仿真中心副总师聂小华。
结构硬度实验保障安全飞行
“不论是小到几公斤的无人机，还是大到载客上百人的小型飞机，不论是军用战斗机还是民用运输机，每一架客机在上天之前还会有专门的研究团队对其进行严酷的硬度实验。”聂小华告诉记者，结构硬度是指结构承受荷载和耐受环境的能力，客机结构硬度实验是客机研发中的必要环节。
进行客机硬度实验却不是件容易的事情。一架小型客机进行硬度实验时，其翼尖上承受的最大荷载高达几百吨，腹鳍变型可达好几米，在地面进行硬度实验时大学物理虚拟仿真实验，须要通过几百个加载通道将荷载施加到客机上以模拟空中受载状态，同时要布置数以千计的传感检测客机的承载状态。“但这项实验是确保飞行安全所必须完成的。”聂小华说。
此外，在客机的设计和制造过程中，为了保证结构硬度达到要求，须要借助大量积木式乃至全机实验来完成硬度设计的验证与评估工作，整个过程除了须要花费巨大的财力物力，稍有不慎就会在实验中出现非预期的结构损伤和破坏，其风险大、周期长、成本高。
近些年来，人们仍然在汲汲找寻解决之策。随着计算机技术的发展，科研人员开始探求将真实实验环境以及实验体的化学性能转变为一个个数字和公式，“投喂”给计算机，构建起数字模型，模拟真实实验的过程。从此，虚拟实验技术应运而生。
虚拟实验护航全生命周期
“虚拟实验技术是一项集大数据、计算热学与硬度理论、实验数字化、虚拟现实等于一体的综合技术，借助现代数字建模、虚拟仿真、增强现实及数据挖掘等计算机数字化手段，在数字空间完成硬度研究、设计、验证，在虚拟环境中进行客机结构硬度的评估与验证。”聂小华表示，虚拟实验可以指导和辅助化学实验，增强化学实验的成功率，同时还可以优化和降低化学实验工况，逐渐取代部份化学实验，达到减少实验风险、缩短实验周期、节省实验成本的目的。
记者了解到，目前一些小型美国客机公司早已开始采用虚拟实验技术，在实验前对实验体进行充分剖析和预判，在实验过程中进行实验与剖析的一致性评估，有效把控实验周期和风险。
“本世纪初，国外一些院校和研究所开始进行相关技术攻关与积累，目前在个别领域早已拥有了一定的技术优势。”聂小华举例，中国客机硬度研究所创建的小型客机静硬度虚拟实验系统可借助虚拟仿真技术快速精确模拟实验件的承载状态，提早预估实验件的危险部位及其破坏模式，并经过化学实验数据与虚拟实验数据的一致性评估，可达到机翼变型偏差大于3%，挠度偏差大于5%，破坏荷载偏差大于10%，已成功应用于ARJ21-700、C919、AG600等客机全机静力实验中，大大提升了实验精度，减短实验周期近30%。
虚拟实验手段的应用在客机研发过程中产生了虚实互动融合、双线并行的实验新模式，也对研究人员提出了新挑战。“对实验环境的数字化描述和结构热学特点的精确模拟，仍是虚拟实验面临的两大困局。”聂小华强调。