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”。

這所建筑是中國飛機(jī)強(qiáng)度研究所（以下簡稱“強(qiáng)度所”）歷時15年研發(fā)建設(shè)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(shù)性能指標(biāo)最優(yōu)的大型氣候環(huán)境實驗室。”強(qiáng)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(tuán)國企開放日活動走進(jìn)強(qiáng)度所大型氣候環(huán)境實驗室，感受中國航空強(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)度試驗驗證。

“我們的工作就是給幾乎所有的中國飛機(jī)發(fā)放‘強(qiáng)度合格證’。”強(qiáng)度所所長王彬文告訴記者，強(qiáng)度所的職責(zé)之一，就是通過三大類四層級的“積木式”強(qiáng)度驗證體系，對各型飛機(jī)強(qiáng)度進(jìn)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(qiáng)度所近年來在飛機(jī)氣候環(huán)境適應(yīng)性評估領(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。

過去很長一段時間，我國要對飛行器的氣候環(huán)境適應(yīng)性進(jìn)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(dǎo)致研究工作盲區(qū)多、效能低、潛在風(fēng)險大。“比如今天天氣預(yù)報顯示有10級大風(fēng)，到了驗證場所發(fā)現(xiàn)只有8級，大家就只能干等著。”王彬文說，要增強(qiáng)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(yīng)性評估“看天吃飯”的現(xiàn)狀，自主建設(shè)大型氣候環(huán)境實驗室。帶著這個目標(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、國際領(lǐng)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(lǐng)團(tuán)隊從氣候環(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(dá)-50℃以下，最高則到70℃以上。極大的溫差讓實驗室面臨嚴(yán)重的熱脹冷縮等難題，需要采取多種施工措施應(yīng)對。例如，實驗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，實驗室的每一個角落都凝結(jié)著團(tuán)隊的心血。

除了要模擬出自然環(huán)境，還要在巨大空間內(nèi)實現(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，不是一個設(shè)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(jīng)驗的情況下，團(tuán)隊成員不斷摸索、反復(fù)試錯，最終，實驗室成功實現(xiàn)了對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)境實驗室里已經(jīng)飄起了雪花。借助實驗室模擬的降雪環(huán)境，國產(chǎn)大飛機(jī)C919在這里成功完成輔助動力系統(tǒng)揚(yáng)雪適航符合性試驗。這也是國內(nèi)首次在實驗室條件下開展的揚(yáng)雪適航符合性試驗。歐洲航空安全局工作人員在現(xiàn)場對試驗進(jìn)行了審查與目擊，并高度認(rèn)可此次試驗結(jié)果。“高度認(rèn)可來源于我們試驗的高水準(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)境實驗室不僅能夠為我國航空裝備研制“呼風(fēng)喚雨”，也在航天、兵器等多型裝備產(chǎn)品氣候環(huán)境試驗中得到廣泛應(yīng)用，為眾多“大國重器”保駕護(hù)航。