四季輪轉(zhuǎn)在這里“一鍵切換”

五月剛到，陜西西安就有了初夏的溫?zé)帷５谖靼彩虚惲紖^(qū)的一處大型廠房式建筑里，氣溫還停留在初春時(shí)節(jié)，四季輪轉(zhuǎn)在這里可以做到“一鍵切換”。

這所建筑是中國(guó)飛機(jī)強(qiáng)度研究所（以下簡(jiǎn)稱“強(qiáng)度所”）歷時(shí)15年研發(fā)建設(shè)的大型氣候環(huán)境實(shí)驗(yàn)室。“這就是目前世界體量最大、模擬氣候種類最多、技術(shù)性能指標(biāo)最優(yōu)的大型氣候環(huán)境實(shí)驗(yàn)室。”強(qiáng)度所某科研人員說。不久前，科技日?qǐng)?bào)記者跟隨中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)國(guó)企開放日活動(dòng)走進(jìn)強(qiáng)度所大型氣候環(huán)境實(shí)驗(yàn)室，感受中國(guó)航空強(qiáng)度事業(yè)非凡發(fā)展歷程。

一型飛機(jī)要保證安全可靠，首飛前必須經(jīng)過特定的強(qiáng)度試驗(yàn)驗(yàn)證。

“我們的工作就是給幾乎所有的中國(guó)飛機(jī)發(fā)放‘強(qiáng)度合格證’。”強(qiáng)度所所長(zhǎng)王彬文告訴記者，強(qiáng)度所的職責(zé)之一，就是通過三大類四層級(jí)的“積木式”強(qiáng)度驗(yàn)證體系，對(duì)各型飛機(jī)強(qiáng)度進(jìn)行充分試驗(yàn)驗(yàn)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(qiáng)度所近年來在飛機(jī)氣候環(huán)境適應(yīng)性評(píng)估領(lǐng)域取得的突破性成就。

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

過去很長(zhǎng)一段時(shí)間，我國(guó)要對(duì)飛行器的氣候環(huán)境適應(yīng)性進(jìn)行評(píng)估驗(yàn)證，只能依賴自然環(huán)境。但自然環(huán)境的不可控，導(dǎo)致研究工作盲區(qū)多、效能低、潛在風(fēng)險(xiǎn)大。“比如今天天氣預(yù)報(bào)顯示有10級(jí)大風(fēng)，到了驗(yàn)證場(chǎng)所發(fā)現(xiàn)只有8級(jí)，大家就只能干等著。”王彬文說，要增強(qiáng)我國(guó)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(yīng)性評(píng)估“看天吃飯”的現(xiàn)狀，自主建設(shè)大型氣候環(huán)境實(shí)驗(yàn)室。帶著這個(gè)目標(biāo)，強(qiáng)度所闖進(jìn)了“無人區(qū)”。

“我們的最初目標(biāo)就是要建世界最大、國(guó)際領(lǐng)先的實(shí)驗(yàn)室，但我們面臨的第一個(gè)問題就是，如何在這么大的空間里模擬出足夠真實(shí)的氣候環(huán)境。”王彬文帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)從氣候環(huán)境形成機(jī)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(yùn)輸擴(kuò)散，水的各種形態(tài)變化形成了雨、雪、霧等天氣。在這個(gè)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(yùn)方法，研究水、氣等介質(zhì)的演變規(guī)律，建立了一套‘巧奪天工’的氣候環(huán)境設(shè)計(jì)理論。”王彬文介紹。

大型氣候環(huán)境實(shí)驗(yàn)室既是“冰箱”也是“烤箱”，其最低氣溫可達(dá)-50℃以下，最高則到70℃以上。極大的溫差讓實(shí)驗(yàn)室面臨嚴(yán)重的熱脹冷縮等難題，需要采取多種施工措施應(yīng)對(duì)。例如，實(shí)驗(yàn)室采用的多層地面結(jié)構(gòu)可以讓地面經(jīng)歷極端的日風(fēng)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(shù)千平方米地面，小到一條大門縫隙，實(shí)驗(yàn)室的每一個(gè)角落都凝結(jié)著團(tuán)隊(duì)的心血。

除了要模擬出自然環(huán)境，還要在巨大空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)氣候環(huán)境的精準(zhǔn)調(diào)控，并確保均勻一致。“這絕非易事，不是一個(gè)設(shè)備、一個(gè)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(jīng)驗(yàn)的情況下，團(tuán)隊(duì)成員不斷摸索、反復(fù)試錯(cuò)，最終，實(shí)驗(yàn)室成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)12種氣候環(huán)境的精準(zhǔn)調(diào)控。

2024年11月，西安剛?cè)攵痪茫瑲夂颦h(huán)境實(shí)驗(yàn)室里已經(jīng)飄起了雪花。借助實(shí)驗(yàn)室模擬的降雪環(huán)境，國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)C919在這里成功完成輔助動(dòng)力系統(tǒng)揚(yáng)雪適航符合性試驗(yàn)。這也是國(guó)內(nèi)首次在實(shí)驗(yàn)室條件下開展的揚(yáng)雪適航符合性試驗(yàn)。歐洲航空安全局工作人員在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行了審查與目擊，并高度認(rèn)可此次試驗(yàn)結(jié)果。“高度認(rèn)可來源于我們?cè)囼?yàn)的高水準(zhǔn)。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(fù)0.2克以內(nèi)。”王彬文說。

如今，強(qiáng)度所大型氣候環(huán)境實(shí)驗(yàn)室不僅能夠?yàn)槲覈?guó)航空裝備研制“呼風(fēng)喚雨”，也在航天、兵器等多型裝備產(chǎn)品氣候環(huán)境試驗(yàn)中得到廣泛應(yīng)用，為眾多“大國(guó)重器”保駕護(hù)航。