运-10(Y-10)运输机

第三节　设计
        
    运-10飞机的设计主要分3个阶段进行。1971年4月～1972年底为总体方案设计，主要是制订飞机设计方案和技术、经济指标，确定飞机的气动布局和各系统的原理方案，提出全机成品目录，制定强度计算原则，进行首轮强度外载荷计算，提出材料标准选用目录，并提出飞机总体设计方案报告等。1973年初至第三季度为草图设计，主要是开展结构打样，进行必要的设计试验，完善系统原理设计，进行结构、系统的大量技术协调，估算飞机重量、重心等工作。1973年6月～1974年底为工作图设计，全机结构图纸于1974年底完成，各系统图纸于1975年完成。

    在设计过程中，工程技术人员克服技术上、工作上、生活上的各种困难，夜以继日地努力工作，共编发图纸14.3万标准图幅、技术条件211份，提供各种计算、论证报告789份，开展各种研究课题318项，编制较大的电子计算机程序138项，编写各种技术手册约200万字。

一、总体方案

    开始，航空工业领导小组和三机部均设想在轰6飞机的基础上设计一架旅客机。1970年7月29日，在三机部召开的研制大型运输机预备会议上，归纳了8条设计原则：载客100人左右；在轰6飞机基础上改，是小改、局部改，不是重新设计；安装3台或4台发动机；航程5000公里；高度1万米；速度每小时1000公里；全天候；外表美观。7月31日，三机部召开方案讨论会，对提出的3个方案讨论后，初步确定采用轰6飞机机翼，机身参考三叉戟，3台发动机尾吊的方案。会后向航空工业领导小组汇报，原则上同意这一方案，并指出飞机要达到迅速、安全、美观大方，将来要作总理出国专机；选型要选好，一定要比伊尔18、图104、三叉戟好。9月12日和14日，旅客机方案组分别向上海市革委会领导和市革委会碰头会议作了汇报，均原则同意。会后，设计组用40天时间赶制了高速和低速吹风模型，去北京进行选型吹风试验；设计和制造了1:1的木质协调样机等。1971年初，设计工作面临巨大困难。上面有人提出要在当年国庆节前出飞机，实际是连图纸都出不了；工作中受的牵制太多，成品不落实，材料、新工艺定不下来，试验无安排，特别是空军有关部门又对大客机设计提出8条更高的要求，原来以轰6为基础的方案大都难以满足，面临着必须更改方案的局面，使设计工作难以继续进行。为此，设计组负责人熊焰、马凤山、汪克庆专程赴京，于1971年3月5日、10日分别向空军、三机部领导作了汇报，但未能取得一致意见。

    4月21日，空军副司令员曹里怀来沪听取设计方案汇报，同时确定新的设计技术要求：实用航程不能少于7000公里，巡航速度要在每小时900公里以上，飞机升限要达到1.2万米以上，起飞滑跑距离不得大于1300米。会后，设计组经过讨论，初步确定翼吊4台涡扇8发动机的方案，并绘制了三面图和机身内部平面布置图。5月11日，由熊焰带队，马凤山、王金大参加，赴京向空军党委汇报。5月14日，空军领导听取设计组的汇报，通过了上述设计方案。5月20日，又征得民航总局同意。此后，设计组重新按新方案开展设计工作。

    1972年1月12日，设计组在北京向国家计委汇报设计方案。l月15日，中央军委副主席叶剑英主持召开中央军委办公会议，听取设计方案汇报。会议原则同意汇报的方案，并决定组织专家进行技术会审。

    根据航空工业领导小组等领导部门的历次指示，设计组于1972年6月11日向上级告，确定如下主要设计原则：运-10飞机是一架自行设计、自行制造的飞机，采用机翼下吊装4台国产涡扇8发动机的布局。飞机技术性能指标是：实用航程不小于7000公里，巡航速度850～900公里/小时，起飞滑跑距离不大于1300米，飞行升限1.2万米，载人100～120名，飞机最大起飞重量为110吨，最大商载为17吨，远航程商载为5吨；开始研制时，按国际航线班机的要求进行设计，待飞机研制出来后，再根据上级要求，改为首长专机或其他型别飞机。

    1972年8月5～22日，三机部和上海市联合在上海召开大型客机总体设计方案会审会议（代号728会议），全国航空专家及有关领导共228人与会。到会代表对总体设计方案和总体、气动、强度、结构、特设、系统6个部分，进行了专题审查。代表们认为飞机设计的指导思想基本正确，总体设计方案基本可行，结构布置、系统设计和设备的采用基本合理，性能接近世界同类飞机水平，具有一定先进性，经过努力是可以实现的。但在设计方案中，还存在一些问题，需要作进一步计算、分析和试验校准，加以改进，使设计方案逐步达到完善。会后，设计组根据会审会议的意见，于年内完善了设计方案。

二、主要设计技术

1.设计规范

    解放后，国内设计飞机一直采用苏联设计规范。运-10飞机设计开始也采用苏联1953年规范，计算结果结构超重。1972年7月改按英国民航适航性要求，算出第二轮载荷，基本满足重量要求。“728会议”后，设计组决定以美国运输类飞机适航性标准FAR－25部为设计依据，同时也参考相应的英国、苏联民航规范。这是国内飞机设计首次采用美、英规范。运-10飞机通过试验、试飞，证明采用美、英民航规范不仅使飞机能够达到规定的重量指标，保证飞行安全，具有一定的先进性，而且为后来研究和制订中国民用飞机适航性标准打下了基础。

2.机翼翼型

    1971年5月，设计组根据运-10飞机应有良好的速度特性和远航程的要求，在机翼选型时提出4种翼型，配置36副机翼模型进行风洞对比试验。最后，选定性能较波音707机翼翼型为优的尖峰翼型。大量风洞试验和飞行试验表明，在国内首次采用尖峰式高亚音速机翼翼型是成功的。

3.结构疲劳

    1972年6月，设计组提出运-10飞机结构按“破损安全”概念进行设计。1973年8月，在三机部、航空研究院和上海市召开的708工程飞机结构疲劳设计专题讨论会上，同意上述意见，并提出需要协作的10项研究课题和16项试验项目。在三机部的领导下，组织各厂、所、院校协同攻关，为国内全面开展疲劳、断裂研究打下重要基础。同时，设计组按10年使用3万小时寿命的要求，贯彻抗疲劳设计细则，广泛采用多路传力，控制应力水平；敏感部位设置止裂带，避免元件的刚度突变；采用抗疲劳紧固件以及喷丸、冷作孔等措施，还针对关键部位进行大量疲劳试验和寿命计算，在国内尚属首次。

4.全翼展整体油箱

    由于运-10飞机航程要求达到7000公里，必须装载大量燃油。为此，设计组采用全翼展整体大油箱，其密封采用干涉配合的油密铆钉、以缝外密封为主的表面密封以及隔离密封等先进技术，于1974年完成整体油箱的设计。运-10飞机翼展42.24米，从翼根到翼尖分置6个整体油箱，装油量达27.8吨，为国内最大的全翼展整体油箱。1983年12月，运-10大型运输机整体油箱设计获航空部科技成果三等奖。

5.大型气密客舱

    运-10飞机需在高空飞行，高空空气稀薄、气压较低，机舱内需要进行压力、温度和空气调节，客舱必须密封。运-10飞机机身1～74框是一个大气密舱，长33.55米，总容积为320立方米。由于是国内首次采用密封胶密封高余压大容积客舱，通过论证分析，采用以高紧度气密铆钉及缝外密封为主的密封形式，并适当选用缝内密封和特种密封相结合的方法，使结构重量轻，施工方便。1980年，第二架运-10飞机气密试验时，压降时间达到17分钟，满足气密设计的要求。1983年7月，大型增压密封舱设计获航空部科技成果三等奖。1986年，根据航空部的决定，飞机研究所将这一成果用于运8飞机改气密舱的设计，并获得成功。

6.发动机布局

    1971年4月，设计组在广泛讨论的基础上，决定采用机翼下吊装4台涡扇8发动机，这是国内首次采用机翼下吊装发动机的布局。运-10飞机的试飞成功，证明这种发动机布局具有易于维修和更换，减轻机翼载荷和重量，客舱噪声小及提高颤振临界速度等优点。

7.操纵形式

    设计组在“728会议”上，提出国内首次采用由调整片带动舵面的气动助力操纵形式，不仅操纵轻便，而且还可以省掉助力器装置。会议认为，对调整片操纵的气动规律还需进一步摸透，并作计算分析和试验。

    1973～1979年，通过大量铰链力矩风洞试验和相应的计算分析，并在计算机上使用调整片气动助力操纵系统运动方程进行模拟计算。结果表明，升降舵、副翼和方向舵由各自的调整片都能带动到设计偏度要求，且无明显滞后现象；调整片气动力操纵系统的动态特性满足有关设计规范的要求。1980年，经运-10飞机试飞验证，驾驶员对飞行操纵系统反应良好，达到了预期效果。

8.系统模拟试验

    在运-10飞机的设计中，决定对飞行操纵系统、液压系统、燃油系统和电网路系统采用地面全尺寸模拟试验，这是确保飞行安全的一项关键性措施。1980年，在国内首次进行规模最大的全机、全尺寸模拟试验。在试验技术上探索了模拟加载方法，既进行静态试验，又进行动态试验，接近于国际上同类飞机试验的水平。试验结果符合设计计算数据和技术规范的要求。

9.新材料、新标准、新成品

    为了使运-10飞机达到先进水平，在国内首次对一架新机较多地采用新材料、新标准和新成品。据1980年统计，全机选用材料415项，其中新材料76项，占18％；选用标准955项，其中新标准164项，占17％；选用成品435项，其中新成品305项，占70％。

10.电子计算机用于飞机型号设计

    在国内首次大规模采用电子计算机进行运-10飞机设计中的总体、气动、强度、结构和系统的计算。1970年底，在上海市计算技术研究所的X－2电子计算机上用手工编程进行计算。1971年，运用复旦大学和上海计算所的最新科研成果“X－2机ALGOL编译系统”，开始用ALGOL语言编程进行计算。运-10飞机设计全面铺开后，为了满足计算的需要，708设计院于1974年配置了1台TQ－16计算机。同时还应用华东计算技术研究所每秒80万次的655型电子计算机进行大型课题的计算。不仅节省人力、物力，加快了工作进度，而且使原来一些无法用手工计算的课题算出了结果，提高了设计的准确性与可靠性。将计算机技术用于飞机型号设计，对型号设计方法的改进产生重大影响。在运-10飞机研制中，共编制较大的计算程序138项。

三、改型方案

   为扩大运-10飞机的使用范围，打开销路，占有市场，飞机研究所从1977年8月起，组织部分设计人员开始探索运-10飞机加长型的设计工作；1978年8月起开展运-10飞机改为预警机的方案可行性论证；1983年开展运-10飞机改为空中加油机的方案研究，均取得阶段性成果。后由于运-10飞机的研制停止，改型工作未能进一步深入下去。

第四节　试验
        
    运-10飞机设计中共提出试验项目179项。其中总体气动63项，结构强度61项，系统30项，特设25项。按设计要求，在首次试飞前必须完成165项。后实际完成163项，其余2项用运-10飞机在跑道上滑行试验代替。

一、气动力试验

    为了确定运-10飞机的气动布局和测定气动力数据，设计组在设计中制成各种吹风模型，先后在全国4个省、市的9个风洞中进行模型吹风试验。试验分4个阶段。1971年4月～1973年4月，进行18项选型试验。通过试验，最后选择尖峰翼型为运-10飞机机翼的基本翼型，并确定了机翼的平面形状、反弯度平尾和低阻翼尖，给出第一轮极曲线、气动载荷和气动导数等。

    为了提高气动效率，对机翼局部修型，1973年5月～1974年10月进行预定型试验。经过10个项目的试验，取消机翼的几何扭转，从而改善了工艺性；将机翼根部改为喇叭形，可增加升阻比6％左右，相当于增加航程400公里；测得第二轮极曲线、气动载荷和气动导数等，供飞行性能、飞行品质和外载计算等使用。

    1974年11月～1980年9月，为确定运-10飞机最终的气动力特性，进行32次定型试验和其他气动力试验。用试验取得的数据进行计算，证明运-10飞机性能达到上级提出的技术指标，飞机收襟翼的临界失速特性略优于波音707飞机，放襟翼的特性则略差，为此改进了前缘襟翼与发房吊挂处的缝隙；调整了机翼上扰流板的面积和位置，避免造成副翼效率下降，并验证了机翼增升装置设计的可行性。通过颤振风洞试验，证明运-10飞机的颤振特性符合规范要求；通过两次大攻角风洞试验和11架次自由飞模型投放试验，证实运-10飞机具有良好的失速特性和尾旋特性，不易进入尾旋，如强迫进入尾旋，用常规的方法就能成功地改出尾旋。

    为了验证运-10飞机的临界失速特性，1980年9月运-10飞机首次试飞后，又进行了定型后的吹风试验。

    至1981年11月止，共进行63项气动力试验，吹风10493次，试验时间1353小时。共作40套吹风模型，试验对比了18种形态的机翼、3种平尾、4种垂尾、6种发动机短舱位置和42种前、后缘襟翼的组合方案，选择了一种组合后的优化方案。特别是针对当时国内的风洞都比较小，建设新的大风洞需巨额经费，时间也来不及的问题，科技人员创造性地采取有关飞机风洞试验与实际飞行差量的对比修正方法，解决了小风洞吹大飞机的难题。

二、全机静力试验

    根据运-10飞机研制总方案的安排，第一架运-10飞机为静力试验机。全机静力试验在三机部飞机结构强度研究所（以下简称飞机强度所）进行。

1976年5月11日，三机部会同上海市革委会工交组、市机电一局708办、陕西省第三机械工业局在北京召开运-10飞机静力试验协调会，商定静力试验进度。同时，市机电一局708办成立由上飞厂和708设计院参加的运-10飞机静力试验领导小组，并组织一支有干部、技术人员、工人参加的近300人的试验队，赴陕西飞机强度所参加静力试验。

1.飞机运输

    由于运-10飞机体积较大，用火车从上海运到陕西耀县必须分解。经过研究决定采用上海试装——局部分解——运输——耀县装配的方案。1976年6月28日，上海铁路局和上飞厂派人去铁道部、三机部汇报运输方案，商定由上海铁路局调28节车皮（包括硬卧、餐车各1节），组成708运输专列。为使飞机顺利地运到目的地，上飞厂事前还设计、制造了1:100的运-10飞机拼装模型及特种车皮模型。经铁路局反复检查，铁道部批准，在部队保卫下，1976年9月20日下午1时，编号为5701次的专列进入南翔站编组出发。为避开山洞，途经鹰潭、株洲、张家口、兰州、宝鸡等地，经70多个小时的运行，于9月23日中午安全到达陕西耀县。

2.全机破坏试验

    1978年11月16日，在飞机强度所召开运-10飞机静力试验领导小组扩大会议。会议由飞机强度所所长主持，上海市航办、三机部、航空研究院代表参加。会议认为，前一时期共完成142个试验情况，全机破坏试验前的部件试验项目已全部完成。会议决定，于11月30日进行全机破坏试验。会后，完成了试验安装工作，并进行了预试和加载67％的阶段试验。

    1978年11月30日上午，进行运-10飞机全机静力破坏试验。参加这次试验的除飞机强度所、上海飞机研究所、上飞厂有关人员外，还有三机部副部长莫文祥、航空研究院副院长刘鸿志、上海市航办主任萧卡及各单位代表，共约800人。上午10时正式进行试验，当加载到设计载荷的100.2％时，左机翼在预计的6～10肋处断裂，试验结果与理论计算十分吻合，试验一次成功。莫文祥在现场祝贺试验成功，并授予锦旗。

    1979年5月17日，又进行运-10飞机机身破坏试验。当加载到105％设计载荷时，机身在预计部位破坏，试验结果符合设计要求。至此，运-10飞机静力试验项目全部胜利完成。

三、四项系统模拟试验

    为了制定和验证系统的设计方案，保证系统功能正常、性能可靠和飞机的飞行安全，经专家建议、上级批准，决定对运-10飞机进行全尺寸的操纵、液压、燃油和电网路四项系统地面模拟试验。模拟试验包括系统功能试验和系统品质试验等。

1.筹建试验室

    1972年8月，三机部和市机电一局明确四项系统模拟试验任务由上飞厂承担。工厂即成立试验组着手准备。1974年4月27日，根据市机电一局的决定，成立模拟试验室，属上飞厂领导，工厂和708设计院各派干部、技术员和工人参加工作。同时批准了试验厂房的扩大初步设计方案。1975年初至1979年底筹建工作基本结束，建成试验厂房总建筑面积5285平方米。其中操纵与液压系统共用1个试验厂房，面积3052平方米；燃油试验厂房面积1138平方米；电网路试验厂房面积1095平方米。总费用727万元，其中基建费132万元，设备费595万元。

    操纵、液压试验厂房建有1台自行设计研制的全机操纵、液压系统全尺寸试验台架，被称为“铁鸟”，是迄今为止国内最大的操纵、液压系统模拟试验台。主要设备有泵站、中频发电机组、单轴转台、主液压泵拖动台、频率响应分析仪和模拟计算机等。燃油试验厂房建有1台安装机翼整体油箱的旋转缸式燃油试验台。主要设备有液压泵站、燃油泵站、空气泵站、中频发电机组、油库等。电网路试验厂房建有可控硅拖动台驱动飞机发电机组并联供电的试验台。主要设备有可控硅直流调速拖动台、风冷和油冷的冷却装置、自动巡回检测装置、1000千瓦变电站等。

    1980年1月，为加强模拟试验工作的统一领导和管理，市航办决定将模拟试验室全部划归飞机研究所领导管理。

2.功能、品质试验

    1980年1～8月，进行四项系统第一阶段飞行高度4000米以下功能、品质试验。共完成19项试验，测得大量试验数据，验证了系统功能和品质达到设计要求，为运-10飞机的首次试飞提供了依据。1980年9月～1983年6月，进行第二阶段飞行高度4000米以上功能、品质试验。共完成19项试验，进一步证明四项系统的设计是成功的。

    在进行四项系统试验的同时，还进行了地面复现故障、排故和起落架收放等试验。

四、其他试验

1.起落架落展试验

    运-10飞机起落架按照适航规章要求，必须进行起落架缓冲性能和动力强度试验（以下简称落震试验）。试验由708设计院与航空电器厂派人至陕西与飞机强度所共同进行。

    1977年12月～1978年11月，在35吨米落震试验台上进行主起落架缓冲性能试验，分别进行了水平着陆、机尾下沉着陆姿态的试验，按功量要求共投放约200次。其中机轮带转试验约70次，最大功试验约19次。由于发生故障，起落架试验件于1978年6月在西安飞机制造厂进行分解，改进了针杆与隔板固定的保险，加大了缓冲支柱下轴套螺母的内径。1979年3～4月，进行动力强度试验。主起落架共完成1200次落震试验，证明其缓冲系统的缓冲性能满足设计要求，吸收功量的能力有一定剩余。并证明经两次改进后的针杆即使碰伤，在一定程度内也不会影响缓冲性能，但应在试飞中定期分解检查。

    前起落架落震试验于1979年6～9月底在一台新的10吨米小落震台上进行。试验件共投放110次（其中机轮带转约30次），证明达到功量要求。后按照动力强度试验的要求，进行前起落架1200次落震试验，证明其缓冲性能良好，满足设计要求。

2.全机共振试验

    为保证运-10飞机安全可靠试飞，1980年3～4月，在大场上飞厂总装厂房进行运-10飞机首次全机地面共振试验。飞机商载4吨，中重心位置，无油载。共测定全机主要频率104个、振型97个，实测了飞机的全机振动特性，证明运-10飞机的振动计算是正确的，颤振计算是可靠的。

3.风挡鸟撞试验

    运-10飞机的风挡玻璃由上海耀华玻璃厂研制，面积为0.6平方米，厚度55毫米，由五层组成：第一、三层是半钢化、钢化硅玻璃，第二、四层是PVB胶，第五层是有机玻璃。按适航规章要求，应达到飞机速度640公里/小时，承受4磅飞鸟的撞击，内侧第五层玻璃不破裂。1979年在南昌飞机制造厂进行风挡鸟撞试验，用4磅的鸡代替飞鸟炮击风挡。第一个试验件仅外层玻璃破裂，但未测出乌速；第二个试验件在乌速每小时629公里时，第一和第三层硅玻璃碎裂。经分析研究，认为风挡玻璃的设计是安全可靠的。