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揭秘中国ARJ21飞机试飞:受美公司软件困扰2年

更新时间:1970-01-01 08:00:00 作者:

  资料图:中国ARJ21飞机

  2012年底,历时2年的ARJ21-700飞机失速试飞完成了最后一个环节——局方审定试飞。一时间,欢呼与喜悦荡漾在西安外场试验队的每个角落。

  失速审定试飞的顺利完成为后续的操稳、大侧风、发动机特性检验等与速度有关的高风险科目的审定试飞创造了条件,更使一支队伍从稚嫩走向成熟。

  “五个一”叠加 困难再升级

  “失速试飞很难、很危险、很重要。”采访中,ARJ21-700飞机总体气动设计副总师赵克良关于失速试飞的评价贯穿始终。

 

  据他介绍,飞机失速是指飞机超过临界攻角后,由于机翼气流强烈分离所引起飞机随意地、非周期性的非正常运动,是使飞机升力明显降低、阻力急剧增大,性能和操稳品质急剧恶化的一种反常的飞行现象,很多航空事故都是由于飞机临近失速引起的。而作为试验试飞科目,失速试飞更因其飞行难度大、风险高而著称,是当之无愧的I类风险科目。

  “因为风险高,所以失速试飞很难。”说到失速试飞的难度,虽然整天与失速试飞打交道,赵克良仍旧语气严肃。“这种难度体现在‘五个一’上。”

  第一款新一代喷气式支线客机,第一次采用国际流行的“主制造商-供应商”管理模式,第一次严格按照CCAR-25部中有关失速条款的要求进行,申请人和审定方均是第一次经历民机失速试飞,供应商美国柯林斯公司也是第一次为ARJ21-700 飞机研制“失速安全保护系统”。“五个一”叠加到一起,为本是高风险的失速审定试飞增加了更高的风险和更大的难度。千钧重担无疑在考验着负责处理ARJ21-700飞机失速审定试飞技术问题的赵克良和他率领的这支年轻的技术队伍,以及所有的合作团队。

  虽然极具风险,但失速试飞意义极其重大。失速试飞确定的失速速度作为飞机的基准速度,既决定着飞机安全飞行的速度范围,又决定着飞机的使用性能和飞行品质,是飞机设计中首先需要确定的基准数据。通过失速审定试飞给出飞机失速的边界值,这对飞机的安全飞行很重要。赵克良说:“从设计角度讲,我们希望失速速度越低越好。证明我们的飞机越安全。”

  尽管对像ARJ21-700飞机这样属于尾吊高平尾布局的飞机来说失速的风险大,但赵克良对ARJ21-700飞机的安全可靠充满自信。

  放低身段做“功课”

  为了不打无准备之仗,在首飞到失速试飞这一段时间里,赵克良带领他的团队,结合ARJ21-700飞机的实际情况,参考国外同类飞机和我国军机的失速试飞经验;研读国际先进的民机失速试飞资料后,从手册编写、试飞大纲制定、技术准备、参数确认、失速试飞时发动机一旦熄火等情况的紧急预案处置等,都用了很长时间进行充分的研究、讨论。

  “前期准备,我们可谓绞尽脑汁,用尽心力,做足了‘功课’。”说起那时的情况,赵克良记忆犹新。

  在失速审定试飞前,设计人员放低身架,不懂就学、不会就问,与具有丰富民机失速审定试飞经验的乌克兰、加拿大专家多次进行求教性交流,对试飞方案、试飞程序、试飞方法进行咨询。为了在技术上吃透,设计人员还做了大量的风洞试验、工程模拟器试验,模拟在深失速时的气动特性,并做了认真的技术总结,对失速特性较弱的个别方面进行了改进设计。

  2010年底,ARJ21-700飞机的失速研发试飞正式开飞。

  然而好事多磨,由于飞机处于失速飞行阶段,其流场属于非定常状态,各种飞行参数在非定常气动力和驾驶输入作用下均处于快速动态变化中,有时候理论上可行的、以往的成功经验、地面实验中通过的事情,在试飞中却不可行或行不通。赵克良说:“理论与实践确实存在着差异。你只有勇敢地承认这些差异、勇敢地去解决这些差异,社会才能进步。”

  采访赵克良的得力战将、性能室主任李栋成时,他讲了这么个事情:因为我们和试飞院做ARJ21-700飞机的失速试飞都是第一次,在采用何种方法试飞上都有一个相互切磋、相互认识、相互理解的过程。试飞院以往做失速速度验证时采用的是前支杆,效果不错,也积累了丰富的经验。试飞院主张用前支杆测量。但对像ARJ21-700飞机机身这么粗、这么长的飞机用前支杆合适吗?对民机速度校准,FAA的通常做法是用拖锥。开始试飞时我们发现前支杆的支架对飞机机头安装的空速探头存在气流干扰,主张用拖锥。但改用拖锥无疑给试飞增加了难度。我们同试飞院、局方进行了多次讨论。大家都是为了圆“发展中国民机产业”这个梦才走到一起来了,尽管以前做失速速度试飞未用过拖锥、尽管试飞难度大,试飞院还是采用了拖锥,保证了所测数据精准、可靠。

  与合作伙伴共进退

  “除了加强自身,我们还对合作伙伴给予了充分的信任。我们充分相信像美国柯林斯公司这样国际大牌公司的技术实力和经验,相信他们能为ARJ21-700飞机提供安全可靠的失速保护系统;相信中国飞行试验研究院失速试飞课题组的同志、适航审定管理部门的同志会同我们一道,尽职尽责,想尽办法做好ARJ21-700飞机的失速审定试飞工作的。心中有了底,再险、再难、审定要求再高我们的心里也是踏实的。”在两年的失速试飞中,赵克良和他的团队感触最深的,是同柯林斯公司打交道。

  尽管是技术实力雄厚的国际著名的大牌公司,但柯林斯公司为ARJ21-700飞机研制的失速安全保护系统构型仍不能适时冻结。“这个问题一直困扰着我们,也困扰着柯林斯公司的软件开发人员。”

  “柯林斯公司认为他交付的失速安全保护系统没问题,但试飞后就出现了一些新的情况、新的问题。为了说明情况,我们总是有理、有据、有节,耐心细致地跟柯林斯公司员工沟通,请他们按照ARJ21-700飞机试飞的实际情况、按飞机的实际需要、按软件的流程来完善、修改他的系统。”赵克良说。

  尽管有时更新系统需要长达半年的时间;尽管每次大的修改失速试飞都要暂停,但为了飞机的安全,试验队设计人员和柯林斯公司一道,不厌其烦地对失速安全保护系统进行了一次次修改完善,版本从最初的3.205做起,一直修改到3.12,修改了6-7个版本,直到满足要求为止。试飞员、审查员也严格按新版本的要求去做。

  风雨之后见彩虹。自2010年12月2日自然失速试飞开始,至2012年12月27日局方失速审定试飞结束,历时两年的ARJ21-700飞机失速试飞,共飞行213个架次,630个飞行小时,进入失速8220次,失速试飞证明,ARJ21-700飞机性能、品质都达到了设计要求。飞机在满足安全的要求下,达到最小的失速速度。实践证明柯林斯公司提供的失速安全保护系统推杆准确、迅速、推杆行程稳定,整个系统安全、可靠。

  从稚嫩走向成熟

  说起失速试飞成功的意义,赵克良掩饰不住内心的激动与自豪:“失速审定试飞的成功,不仅仅表明ARJ21-700飞机是安全可靠,更为后续的操稳、大侧风、发动机特性检验等与速度有关的高风险科目的审定试飞创造了条件,同时也证明我们这支年轻的科技队伍浴火重生,从稚嫩走向了成熟,可以担当先进民用客机的适航审定试飞。”

  据了解,民机适航审定条款规定的失速试飞分析数据的精确度要求比军机高得多。每次验证失速的一个点,要连续飞6次。局方要求这6个点的离散程度非常小。离散范围越小,测得数据的精确度就越高。

  负责失速数据分析的性能室主任李栋成对记者说:“飞机一般在可飞日每天平均飞2个架次,每次飞下来的数据非常多,我们的处理压力也很大。”第一次看到试验数据的情况,让现在的李栋成仍旧心有余悸。“第一天拿到导出的数据时,我当时就傻眼了,密密麻麻的,简直不知从何下手。”冷静下来后,李栋成和3个同事从晚上9点一直看到次日早上6点。“后来处理得多了,就明白了,只要你能耐得住性子,肯钻研,肯总结规律,很快就能熟悉。”

  困难还不止这些。试飞测得的数据真真假假、虚虚实实,对于数据真伪的争论、对于一种现象的探讨是常有的事。弄不明白时,大家争论得很凶,常常要争到面红耳赤、口干舌燥后,才能最终形成统一意见,第二天早上开飞时,还得早早赶到飞机前,把有关飞行安全的数据告诉给飞行员和机务人员。

  2012年9月17日,104架机在试飞后,发现飞机左右风标差异超过1度。局方要求申请人要找到原因,给出明确答复,否则飞机马上停飞。赵克良把外型专业、航电专业的人员召集起来,大家一起讨论,一起查找原因,并最终解决了问题。

  2012年12月初的一个深夜,李栋成偶然发现101架机的升力系数与104架机不一样。“本想第二天汇报的,可晚上怎么也睡不着,心里就是不踏实。”几经辗转反侧,李栋成连夜给赵克良打了电话。没想到电话一打,就打到了第二天的凌晨。“我们就在电话里商量分析、处理问题的办法。直到将解决方案敲定,电话才挂断。”

  实践出真知,排故长智慧。一次次的困难,提高了青年设计人员的能力,更磨炼了他们的意志。

  谈到成长经历时,赵克良带领的团队中一位得力干将、操稳室主任付琳深有体会:“失速试飞的这两年,让我深刻体会到,有时理论上行得通的东西在实践上却行不通。只能通过一次次试飞过程的实践来检验。我们的失速试飞大多是这样一步步艰难走过来的!”(来源:中国商飞网站)