编者注：
本文曾发表在《民航学报》（2024年11月，第8卷 第6期），原题为《热气球织物适航符合性强度试验的试验件选型分析》，略有修改。
为了确保适航符合性验证试验结果的可信度和有效性，试验中所用的试验件必须能够代表适航产品的最严酷条件。条件最严酷，意味着适航符合性试验件应在最恶劣的条件下进行试验，以验证产品在极端情况下的性能和安全性，这包括在高温、低温、高湿度、高压力、高振动、腐蚀等极端环境条件下进行试验，以及在最大负载、最大速度、最大高度等极限工作状况下进行试验。代表性，意味着适航符合性试验件应能够代表实际使用的产品，包括其设计、材料、制造工艺和使用条件等方面，这样可以确保试验结果能够真实反映产品在实际使用中的性能和安全性。本文以载人自由热气球（以下简称“热气球”）的织物为例，阐述了开展适航符合性的强度验证试验时，试验件选型至少应考虑的因素，以确保实现符合性验证试验的意义。热气球织物试验件需要综合考虑材料性能、防火性能、强度和耐久性、可加工性等因素。鉴于热气球织物的组成种类多、每个热气球外观的个性化程度大、各种织物的组合形式很多，开展试验件选型非常必要，否则不得不就各种形态、各种组合构型均开展试验，费时费力但收效甚微。试验前，如果能充分评估织物组成构型对适航符合性强度试验结果的影响，科学地确定出最严酷条件下代表性的试验件构型，就可以在确保试验有效性的前提下，极大提升适航审定工作的效率。
本文中的强度试验旨在验证热气球织物对适航规章《载人自由气球适航规定》（CCAR-31-R1）第31.27条“强度”（a）、（b）款的符合性，对热气球球囊织物的构型、受力和受到的高温及辐射影响进行分析，确定典型试验件构型，并通过试验表明对规章的符合性。（a）结构应当能够承受限制载荷，而无永久变形或者其他有害影响。（b）应当用试验证明，结构能承受极限载荷至少3秒钟而不失效。对于球囊，允许使用具有代表性的部件进行试验，前提是该试验件足够大，包含了关键接缝、接头及承载连接点及构件。依据《型号合格审定程序》，制造单位需策划表明满足规章要求的适航符合性试验，以验证热气球织物材料对强度要求的符合性。作为试验的基础，首先应确定出最严酷条件下的试验件构型，确保试验结果的可信度和有效性，且避免不必要的额外工作，于是综合考虑了以下因素：1）受力部位：热气球需要承受高空中的载重、气压和风力等各种强度因素的影响，需选择受力最强处的缝合部位作为织物的试验件构型。2）火焰燃烧：热气球使用过程中暴露在火焰燃烧的环境中，某些部位甚至直接接触火焰或高温气体，这导致热气球材料的强度、弹性、抗拉性等性能下降，会增加材料发生破裂、撕裂或失效的风险，需选择受到火焰燃烧影响的部位，以确定防火面料的试验件构型。3）高温和辐射环境：热气球材料长期暴露于高温和辐射环境下，可能加速材料的老化过程，使其变得脆弱和易碎，增加材料在使用过程中破裂或损坏的可能性，需选择受高温和辐射老化影响最强的部位，以确定高温强度试验、高温老化和辐射老化试验的试验件构型。4）面料颜色：热气球会应用各种颜色的面料进行球囊制造，面料染色是借助于染料与纤维发生物理或化学的结合，染料从染液向纤维表面扩散，并吸附在纤维表面，吸附在纤维表面的染料向纤维内部扩散，染料固着在纤维内部。在高温情况下，面料吸收热量的方式与其颜色基本没有关系，因此，高温断裂和高温老化的试验件选取面料的其中一个颜色进行试验即可。但是需要注意的是，不同颜色对不同波长的日照辐射存在着差异，所以在辐射老化的情况下，需要对面料试验件的各种颜色进行验证，通过面料的辐射老化进行对比，以辐射老化强度衰减最严重的面料颜色来确定试验件构型。
热气球由球囊系统、燃烧器系统、吊篮系统等连接而成，如图1所示，其中与强度有关的主要织物件分布在球囊和悬挂系统上。![]()
图1 热气球示意图
球囊是包容升力物质而产生升力的包囊，球囊主要由球囊钢丝绳、载荷带、球顶金属环、球衣幅、防撕裂带、球下口芳纶织带、球上口织带、防火面料、顶伞定位绳、排气伞、排气拉绳滑轮、排气拉绳等组成。球囊上缝制载荷带（辐射加强带），载荷带在顶部利用球顶金属环进行全部连接，载荷带在球衣进气口处形成扣袢与球囊钢丝绳连接，如图2所示。按照不同级别的热气球，球囊钢丝绳分成不同的组别和根数，每根球囊钢丝绳用压结管压结成三个钢绳环，环上有不锈钢套环保护。![]()
球囊悬挂系统的主要受力件为球顶金属环、载荷带（辐射加强带）、顶伞定位绳、球衣幅、防撕裂带、球下口芳纶织带、球上口织带、球囊钢丝绳组。除了悬挂系统的受力零件外，顶伞定位绳、排气伞、排气拉绳滑轮、排气拉绳需要承受来自排气时的拉力。根据上述受力分析，本文给出热气球织物强度验证试验的试验件构型确定思路，如表1所示。表1 热气球织物强度验证试验的试验件构型分析
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根据选取热气球织物强度试验件的各项考虑因素，最终确定出试验件构型，如表2所示。
注1：广告系袢缝合件缝合在球体外部，高温老化对该部件没有明显影响，且该部件仅作为球体外挂广告的系袢，对球体本身的安全没有影响，所以高温老化试验省略。
注2：标注通过对比实验确定颜色的试验件，是指针对面料进行辐射老化试验后，基于辐射老化强度衰减最严重的面料颜色来进行缝合试验件构型的验证。本文以热气球的强度验证试验为例，提出了开展试验件选型至少应考虑的因素，既具备了最严酷条件下的代表性，确保适航符合验证结果的可信度和有效性，又避免了不必要的额外工作，缩短了试验周期。该试验件选型思路得到了适航审定机构的高度认可，并为适航取证过程的顺利开展奠定了基础。
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