ARJ21-700飛機自然結冰試飛紀實(圖)
2014年3月15日,ARJ21-700飛機飛離閻良機場,開始了遠赴加拿大的萬里“追云”之旅,這是它第一次跨國飛行,目的是完成獲得適航證前最關鍵的一項試飛科目——自然結冰試飛,以驗證ARJ21-700飛機在臨界結冰條件下仍具備安全飛行與運營的能力。(朱衛東/攝)
2014年4月28日,ARJ21-700飛機降落在閻良機場,完成了遠赴北美五大湖區的萬里“追云”之旅,這是它第一次環球飛行,目的是完成獲得適航證前最關鍵的一項試飛科目——自然結冰試飛,以驗證ARJ21-700飛機在自然條件下仍具備安全飛行與運營的能力。
同樣的試飛,巴西航空工業公司ERJ190飛機僅用了7天時間,美國波音777飛機也只用了17個月的時間,而中國ARJ21-700飛機已經用了4年的時間……
眾多的飛機制造商將自然結冰試飛看做是一項“艱難的試驗”,因為試驗本身對氣象條件有著極為嚴格甚至苛刻的規定與限制,很大程度上,試驗的完成更依賴于大自然的眷顧!
然而任何一部適航法規都不可能忽視結冰對飛行安全帶來的影響,根據美國聯邦航空管理局(FAA)最新數據顯示,每年大約有8起因結冰導致的飛行事故,我國最嚴重的一次事故發生在2006年6月3日,中國空軍一架軍用運輸機在空中多次穿越結冰區域時導致飛機失控墜毀,機上40人全部遇難。
按照中國民航規章CAAC25部和美國聯邦航空條例FAR25部的規定,商用飛機進行自然結冰試驗的氣象條件必須滿足:連續最大結冰試驗時液態水含量在每立方米0-0.8克,水滴直徑在15-40微米;間斷最大結冰試驗時液態水含量在每立方米0-3.0克,水滴直徑在15-50微米,尤其是后者更屬于極其罕見的極端氣象條件。
“這是FAA對北美地區結冰氣象云層統計后得到的數據,而我們在烏魯木齊苦尋了4年,幾乎沒有捕捉到這樣的氣象,ARJ21-700飛機不得不選擇到條款判據的誕生地進行自然結冰試飛。”中國商飛支線項目部部長趙越讓說:“試驗的結果將直接影響ARJ21-700飛機進入市場的時間表。”
“做出這個決策并不輕松,在此之前,ARJ21-700飛機從來沒有飛過這么遠的距離,從哈爾濱到底特律河畔的溫莎城,14000公里的飛行途中它要經歷大風、低溫、暴風雪以及越洋飛行等諸多情況的考驗。”中國商飛副總經理羅榮懷非常清楚這一路的風險所在,“雖然有些晚,但ARJ21-700飛機必將飛向世界,這是我們必須接受的挑戰。”
中國民用航空局方試飛員趙志強(左)、申請人試飛員趙生(右)與加大NTI公司專家的密切合作提高了試飛效率,無論是空域的開放程度還是航空氣象專業人員的能力與經驗,都與國內形成了鮮明的對比,這正是決定自然結冰試飛成敗的關鍵所在。(朱衛東/攝)
為“冰”所困
自然結冰試飛是一項直接關乎運營安全與經濟性的試驗,必須在真實的自然環境下進行結冰驗證。4年來,此項試驗一直是拖延ARJ21項目進展的難題,但是作為項目的決策者,中國商飛公司從未考慮過向中國民用航空局(CAAC)申請臨時豁免,“我們必須為航空公司的經濟性考慮,必須證明ARJ21-700飛機能夠在結冰的氣象環境下保證安全運營,”中國商飛公司董事長金壯龍說,“安全是民機的生命,堅持國際標準,把安全和質量放在第一位,這是中國商飛公司永不改變的承諾。”
上海飛機設計研究院總體氣動專業馮麗娟介紹說:“風險性最高的一項考核要讓ARJ21-700飛機在結冰條件下飛行45分鐘,在飛機表面結冰達到一定厚度,氣動外形發生重要改變的情況下,驗證它是否依然能表現出滿足適航條款要求的操縱品質。”
“相比于3年前,我們現在唯一要做的就是‘等冰來’,雖然是折磨人的等待,但我們已經不需要再承受來自技術方面的壓力。”今年是ARJ21-700飛機副總設計師趙克良第4次參加自然結冰試飛。
“我國首次在商用飛機領域進行此類試飛,沒有太多的經驗可以借鑒,這使我們在4年間經歷了一系列艱難的探索與選擇。” ARJ21-700飛機總設計師陳勇說。
早在2011年,所有參試人員對如何驗證自然結冰條款的符合性還是個模糊概念,是先驗證防冰系統的功能,還是先驗證飛機在結冰條件下的操縱穩定性,這在當時是一個被廣泛爭議的問題。
2012年3月4日,ARJ21-700飛機降落烏魯木齊地窩堡機場的第二天,陳勇就召開了一個重要的會議,他希望在第一個氣象條件來臨的時候最先驗證ARJ21-700飛機在結冰條件下的操縱穩定性。
這個決策并沒有得到環控專業的支持,面對總設計師的決心,上海飛機設計研究院環控專業霍西恒仍然堅持自己的觀點,“這會為防冰系統的試驗帶來一系列的困難,”他甚至列出大量國外試飛數據來證明自己的觀點,“了解防冰系統的能力,這是自然結冰試飛至關重要的前提。”
“飛機在結冰云層中飛行,可能會遇到超冷大水滴,超出飛機的防冰能力,這種情況下,飛機會瞬間喪失正確的空速和高度指示,使試飛員做出錯誤判斷。”霍西恒解釋說,“這不僅意味著ARJ21-700飛機的防冰系統不滿足設計要求,而且會導致機毀人亡的事故!”
遇到任何技術問題,ARJ21-700飛機試飛員趙生總會將飛機設計師理論上的判斷視覺化的呈現在駕駛艙里,他在腦海中快速的模擬出ARJ21-700飛機防冰系統失效后的情景:
機翼被更臨界的冰型覆蓋,飛機失去80%的升力,所有的操縱面都難以控制,一系列試圖控制飛機的動作導致積聚在飛機表面的冰層脫落,這些厚厚的冰塊直接撞擊在機身上,碎裂的冰塊又被發動機吞入,發動機葉片損傷甚至是熄火……
“事實上,自然結冰條件下操縱穩定性的試飛是一次更加逼近危險邊緣的探索!”中國民用航空局局方試飛員趙志強解釋說,“在整個試驗過程中,我們需要帶著冰進行大坡度盤旋、左右30°副翼階躍機動與失速等一系列操穩動作,雖然,申請人完成了冰風洞實驗,進行了大量的分析,但在實際進入結冰試飛前風險仍然是未知的!”
趙克良回憶說,“在2012年,試飛員心中最大的顧慮在于,結冰后的ARJ21-700飛機由于氣動特性的改變是否會變成一架完全陌生的飛機!”
作為總設計師,陳勇需要綜合考慮所有的信息,“2011年,我們在烏魯木齊苦守了27天,一個結冰氣象條件都沒有遇到,如果只有一次機會,我必須決策先要完成哪些任務。”
霍西恒清楚的記得,那一天,就在大家對結論莫衷一是的時候,賓館上厚厚的積雪已經在太陽的照耀下漸漸的融化,一塊一塊的積雪墜落在大家眼前……
中國商飛支線項目部副部長高喜軍充滿顧慮的說:“很多人說我們又來晚了,又錯過了最好的‘結冰季’。”
氣象條件始終是制約自然結冰試飛的首要問題,然而,2012年,ARJ21項目試飛性質的改變也使項目決策者倍感壓力。
2012年2月14日,ARJ21-700飛機獲得型號檢查核準書(TIA),標志著ARJ21項目正式進入局方審定試飛階段,自然結冰試飛成為這之后,首個申請人與局方并行的I類風險試飛科目。“這不僅是對申請人的考驗,更考驗中國局方對自然結冰適航條款的審定能力,具體就是對CCAR25部附錄C條款的理解以及判據的制定。”ARJ21型號合格審查組副組長、民航華東局適航審定處副處長錢惠德解釋說。
“對ARJ21項目進行‘影子審查’的FAA也派出觀察員進行現場目擊。”中國商飛支線項目部副部長白永寬介紹說,“FAA會對所有試驗環節予以評估,甚至包括氧氣瓶在飛機上的擺放位置,如果FAA認為有問題,不排除他們會直接叫停試驗,沒有人可以忽視這種壓力,無論是申請人還是中國局方。”
中國商飛公司適航部肖俊介紹說:“盡管當時TIA比較脆弱,大量的技術問題仍在搖擺,每個人心中也都有各自的顧慮與壓力,但我們必須在氣象條件來臨前解決所有的問題。”
眾多的飛機制造商將自然結冰試飛看做是一項“艱難的試驗”,因為試驗本身對氣象條件有著極為嚴格甚至苛刻的規定與限制,很大程度上,試驗的完成更依賴于大自然的眷顧!(楊李/攝)
第一次“觸冰”
2012年3月19日,一場僅能維持3小時的氣象條件在烏魯木齊地區悄然而至,ARJ21-700飛機完成了在國內4年自然結冰試飛過程中僅有的一次“觸冰”飛行。
負責提供氣象服務的國家氣象局氣象專家汪曉斌在氣象云圖上標出了這片區域,當被追問云層的大概高度、液態水含量與水滴直徑的時候,氣象專家并不能向試飛員提供更多的信息。“這需要我們飛上去之后自己找云,這種不確定性會導致資源的浪費,”趙生無奈的說,“即使這是大海撈針,我們也要努力嘗試。”
各個專業的技術人員擠在趙生的房間進行試飛前的任務協同,趙生問道:“你們算準了嗎?ARJ21-700飛機的實際冰型與你計算的臨界冰型會吻合嗎?”
“相信我,它不會變成一架陌生而又危險的飛機!”
在趙克良心中存在著另一個疑問:在緊急的時刻,試飛員會把處置險情最關鍵的幾秒交給自己來判斷,還是選擇相信ARJ21-700飛機的性能?
隨后,在2013年11月進行的模擬冰型試飛中,趙生用自己的行動給出了答案。為了驗證失速功能設計的準確性,當ARJ21-700飛機在飛行中出現強烈的滯止性抖振(飛機進入失速時一種強烈的警告)時,趙生并沒有立即改出失速,而是努力的控制飛機,僅僅幾秒鐘的堅持后,ARJ21-700飛機就依靠自身性能對飛行姿態進行了調整,恢復了飛行安全。
“這需要很大的勇氣,試飛員要對ARJ21-700飛機非常信任與了解,正是這幾秒鐘的堅持使模擬冰型試飛獲得了關鍵性的進展,”趙克良感慨的說,“這也正是試飛員的價值所在,他們永遠將獲得試飛數據作為首要任務。”
“就像演出前的最后排練,所有參試人員都在細化試驗環節,每一項處置預案。”上海飛機設計研究院性能操穩專業付琳回憶說,“歷時8年的結冰設計研究在ARJ21-700飛機‘觸冰’的那一刻將得到真正的檢驗。”
2012年3月19日14時,中航工業試飛中心停放在烏魯木齊地窩堡機場的遙測車里擠滿了監控人員與CAAC審查代表,然而,在跑道上排隊等待的ARJ21-700飛機卻又滑了回來。
上海飛機設計研究院動力專業鄭辰回憶說:“右側發動機出現了短派遣的信號,這是個非常令人討厭的信號,意味著發動機的某些非關鍵性的部件出現了故障,只能進行短暫的飛行。”
此時,雨點已經落下,時間也在一分一秒的流逝,錢惠德仰面迎著雨滴,甚至有些沮喪的說,“我們似乎正在失去機會……”
消除了虛警信號的ARJ21-700飛機快速沖入云層,遙測車中,指示云層中液態水含量與水滴直徑的“小紅點”很快就異常活躍的閃爍在滿足附錄C條款要求的方框內。
“2年來,‘小紅點’第一次出現在了它應該存在的位置上,這意味著氣象條件完全滿足條款要求。”上海飛機設計研究院動力專業劉大興奮的說,“我甚至一直懷疑結冰探測儀出現了故障,因為,‘小紅點’從來沒有活躍過。”
趙生對那天的飛行記憶猶新,“ARJ21-700飛機剛剛進入900米就出現了結冰告警信號,不到10分鐘,平尾和機翼前緣的結冰就達到了1.5英寸,云層中液態水含量一度接近甚至超過了標準值的3倍……”
霍西恒在飛機上密切的監控著防冰系統的工作狀態,“我們遇到了異常苛刻的結冰環境,在整個過程中,ARJ21-700飛機的防護區表面都沒有積冰,充分的驗證了防冰系統的工作能力。”當ARJ21-700飛機降落在地窩堡機場的時候,機頭上還保留著1.4公斤重的冰塊。
趙生興奮的告訴趙克良,“是的,你說的沒錯,今天的結果驗證了你們前期冰型數據的準確性,飛機結冰后對飛機的操穩特性影響不大。”
“自然結冰是一個結合了大家心血的試飛科目,大量的理論分析和計算工作需要通過這一次‘觸冰’來檢驗。”付琳說,“如此逼近真實的理論計算,讓我們這支團隊再一次經受住了考驗!”
然而,這種喜悅的心情并沒有維持多久,在對試飛數據進行分析后,航電系統陷入到一系列棘手的問題中。
飛機航電專業副總設計師趙春玲說:“飛機的左右迎角出現了5次明顯的迎角跳變,而在著陸階段,又出現了約5分鐘的風標凍結現象,這些故障使失速保護計算機喪失了正常功能……”
“這是兩項對試飛安全產生影響的故障,”趙克良解釋說,“風標不能反映飛機真實的迎角,這會使試飛員對目前飛機所處的姿態產生錯誤的判斷,直接危害飛行安全,同時也將影響自然結冰操縱穩定性科目試飛結果的有效性。”
麻煩還遠不止于此,在對ARJ21-700飛機方向舵進行檢查中,機務人員發現了脫粘的現象,而且逐漸進入蜂窩區。高喜軍不無擔心的說:“比上一次飛行又增加了2毫米,雖然不影響飛行,但這的確是個隱患。”
經過仔細觀察,設計人員發現迎角傳感器的安裝存在問題,風標的底座比蒙皮低了1至2毫米,同時底座缺少加溫功能,當水滴與溫度適合的時候,在底座與蒙皮的階差以及與機體之間的縫隙就會出現一些結冰現象,從而阻礙了風標傳感器的正常工作。
趙克良感慨的說:“對于細節的把握正是民機研制的內涵所在,也是飛機制造商技術能力的綜合體現。”
這一年的自然結冰試飛幾乎將所有專業的副總師都牽涉進來,一時間,ARJ21-700飛機就像一個鬧脾氣的孩子……
羅榮懷在接受采訪時說:“2012年對自然結冰試飛是至關重要的一年,盡管只完成了部分試驗任務,但設計人員清理了所有的技術問題,正是這些有益的嘗試和探索為后續自然結冰試飛積累很多寶貴的經驗與教訓。更為重要的是,試飛員對ARJ21-700飛機在結冰條件下的性能有了充分的信心,這些為后續高風險任務的完成奠定了基礎。”
人們也開始對“飛機等天”的被動局面產生了思考與追問。
“事實上,自然結冰條件下操縱穩定性的試飛是一次更加逼近危險邊緣的探索!”中國民用航空局局方試飛員趙志強解釋說,“在整個試驗過程中,我們需要帶著冰進行大坡度盤旋、左右30°副翼階躍機動、失速等一系列操穩動作,雖然,在此之前,申請人完成了冰風洞實驗,進行了大量的分析,也準備了詳細的預案,但在實際進入結冰試飛前風險仍然是未知的!”(朱衛東/攝)
危機中的轉變
一直以來,來自總參大氣環境研究所和中國氣象科學研究院的專家為ARJ21-700飛機的自然結冰試飛提供氣象預測與監控,每天下午他們會提供24小時的氣象預報,還有3天的氣象趨勢。所以,晚飯時間,無論是CAAC的審查代表還是試驗隊員見到高喜軍的第一句話都是:“明天有氣象條件嗎?”
在4年的國內試飛中,ARJ21-700飛機仍然碰到過幾次“機會”:
2012年3月13日傍晚到次日凌晨,氣象預報顯示,地窩堡機場200公里范圍內可能存在結冰氣象。中航工業試飛中心張建解釋說,“沒有人會選擇在夜間進行高風險科目的試飛,我們無法觀察飛機的結冰情況。”
2012年3月15日,地窩堡機場以北250公里出現一次輕度的結冰氣象。“受限于遙測車功率的限制,ARJ21-700飛機只能在烏魯木齊機場上空160-200km的監控距離內飛行,”在中航工業試飛員學院副院長湯連剛看來,“I類風險的試飛科目如果超出了遙測車監控的范圍就必須中止試驗。”
2012年3月17日,地窩堡機場西北方向再次出現弱結冰氣象。然而受到空域的限制,直到空軍活動結束后,ARJ21-700才能起飛,此時云層的厚度已經不足100米,幾乎沒有了液態水含量。
每一次飛行中,大家總是期待著下一秒會有奇跡,會有希望, “小紅點”細微的波動都會牽動人心,直到對講機里傳出飛機返航的信息,大家才不得不相信“這一次不會再有機會!”
諸多限制降低了試飛效率,更多的質疑也指向了國內的氣象預報能力,為何選址烏魯木齊的討論一時間甚囂塵上。
“的確,在西南地區和長江中下游區域也存在可能滿足要求的結冰氣象條件,”中航工業試飛中心副院長趙鵬說,“但是,烏魯木齊地區是在綜合了氣象條件、空域地形以及機場保障等多方面因素后的選擇。”
國內氣象專家普遍認為,目前國內通用的模式預報結合衛星資料與形勢場分析的方法,只能保證48小時內的氣象預報準確率,同時,我國缺少對結冰云層內部微物理量的研究,應該盡快展開適用于民機適航條款驗證的航空氣象研究。
國家氣象局汪曉斌形象的解釋說,“要讓氣象條件以合適的強度出現在合適的時間與合適地點,這除了精心的準備更需要一定的機遇。”
賦有結冰試飛經驗的美國氣象專家Margaret向試驗團隊介紹了國外在進行此項試驗時所采用的“追云”模式。這本應該成為中美氣象專家一次有價值的交流,然而,很多時候中國專家并不接受Margaret的判斷。
項目的決策者們開始意識到,即使解決了所有的技術問題,在國內完成-700飛機自然結冰試飛仍然面臨著難度與局限性。
首先是空域問題,國外的空域是開放的,對自然結冰試飛的驗證機不構成限制,但是國內必須進行預先申請,只能在規定的空域內進行飛行,即使在非預定的空域內發現有結冰云層,ARJ21-700飛機也不能獲準進入,這就造成了試飛資源的極大浪費。
其次是氣象預報問題,國外氣象專家經驗豐富,能夠通過對氣象模型的分析進行長期的氣象預報,提供較為精準的結冰氣象預測結果。例如,在試飛區域,他們可以在地面上采用放熱氣球等手段進行短期的氣象預報,而在試飛過程中,氣象專家通過衛星電話跟試飛員溝通,根據氣象預報結果指導試飛員飛進入結冰區域,尋找適合結冰的云層。這種由氣象專家指揮的“追云”試飛模式非常高效。
2013年,為了提高試飛效率,中航工業試飛中心采用了三地試飛的組織模式,在阿勒泰、克拉瑪依與烏魯木齊機場分別設置了三個遙測監控點。
張建介紹說:“試飛監控范圍擴展到400-500km,試飛區域增加到20萬平方公里,較前兩次的試飛范圍大大擴展,極大的增加了捕捉到最嚴酷氣象條件的幾率,同時,還在ARJ21-700飛機上安裝了衛星電話,試飛員可以直接和地面監控人員進行聯系,實時決策。”
然而,僅僅是試飛范圍的擴展并沒有真正的解決難題,某些時候,人們在思想上接受改變所需要的時間往往比解決危機所需要的時間更加漫長!
2013年11月18日,閻良試飛現場傳來了好消息,模擬冰型的研發試飛順利結束。“整個試驗過程就像過山車一樣跌宕起伏,在進行防冰系統延遲打開冰型(DTO冰型)試飛時,我們遇到了很多未知的情況。”趙克良介紹說,“由于將試驗條件設置的過于保守與嚴酷,導致ARJ21-700飛機出現了滯止性抖振與急劇滾轉,一時間,飛機所有的失速特性全都表現了出來……”
“模擬冰型試驗的成功驗證了我們對臨界冰型定義的準確性,”付琳解釋說,“試驗結果也得到了俄羅斯資深試飛員的認可,這一點讓試驗團隊倍感驕傲,更為重要的是,我們為自然結冰試飛掃清了最后的障礙。”
馮麗娟自信的說:“ARJ21-700飛機在結冰領域的很多探索與試驗都是填補國內空白的,雖然我們缺少成熟的經驗,但是,我們不缺少中國人在此領域獨特的理解與智慧。ARJ21-700飛機比任何時期的中國民機都走得更加深遠,這其中的艱辛只有親歷者才能真正體會!”
“是時候了!”趙越讓用一貫從容的語氣說,“雖然這是最無奈的選擇,但這也是最成熟的時機!”
未被實現的愿望總是具有強大的力量,2014年3月19日,ARJ21-700飛機從哈爾濱飛離國境,開始了中國民機研制歷史上第一次越洋“追云“的征程。
飛機還意外的遇到了一次間斷最大結冰氣象條件,這是一種非常罕見的氣象條件,往往伴有嚴重的紊流和冰雹,極易對飛機產生損傷。(趙志強/攝)
艱難十日
按照加拿大NTI公司氣象專家Ben提供的氣象數據,溫莎當地時間3月20日,安大略省南部地區云層液態水含量大約在每立方米0.2至0.4克,水滴直徑大約在15-20微米量級。
趙克良解釋說:“這是我們苦尋了4年的結冰氣象條件,完全符合CCAR25部附錄C的要求,意味著在距離加拿大溫莎機場200海里范圍內,我們可以完成大部分自然結冰試飛科目。”
然而遺憾的是,此時ARJ21-700飛機正被肆虐在白令海峽的暴風雪阻隔在堪察加半島,任何人都沒有意識到,這場持續了7天的暴風雪會為后續試驗帶來意想不到的困難。
“最佳的‘結冰季’應該是在3月份,進入4月份我們的機會就減少到40%。”與ARJ21-700飛機一同被阻隔在勘察加半島的ARJ21-700飛機副總設計師辛旭東內心充滿了焦慮。
溫莎當地時間2014年3月28日10時57分,一路與暴風雪賽跑的ARJ21-700飛機安全降落在加拿大溫莎機場。作為ARJ21-700飛機的首席試飛員,最讓趙鵬最自豪的時刻就是回答各國空中管制員對ARJ21-700飛機的好奇,“每到一個地區,我們都引起了航空業界的關注,在世界面前展示了中國民機的品質。”
到達溫莎機場的第二天,ARJ21-700飛機就首次在沒有地面監控的情況下進行了“追云”試飛,試驗的成功讓每個人心中都燃起了希望,作為附錄C條款氣象判據的誕生地,北美五大湖區就像是個天然的“結冰超市”。
更為重要的是加拿大氣象專家對于空域、高度、溫度、液態水含量以及水滴直徑等參數的分析與準確預報,讓“追云”試飛更有針對性,也更增加了成功的幾率。
Ben在接受采訪時表示:“除了世界通用手段,我們最關鍵的數據來自于對北美地區歷年結冰氣象數據的積累與研究,在試飛的過程中,我們還會根據最新的云圖以及地面雷達數據進行實時更新,并通過衛通電話告知試飛員可能的區域和范圍。”
除了ARJ21-700飛機,NTI公司已經為來自世界的80家公司提供過氣象服務,其中包括著名飛機制造商空客公司與龐巴迪公司。
無論是空域的開放程度還是航空氣象專業人員的能力與經驗,都與國內形成了鮮明的對比,人們越來越意識到,這正是決定自然結冰試飛成敗的關鍵所在。
然而,在隨后的試飛中,由于某種原因,美國政府僅允許中國帶有B字頭的飛機在美國境內申請航線飛行而非空域飛行。趙志強遺憾的說:“航線飛行對自然結冰試飛沒有任何價值,這意味著,我們所有的試驗都只能在加拿大進行……”
在陽光的照射下,ARJ21-700飛機機身上的編號格外明亮:“B-1110L”,羅榮懷在接受采訪時說,“很多輿論認為中國商用公司必將與美國波音公司在商用飛機領域展開激烈的競爭,而我只想說,無論是ARJ21-700飛機還是C919飛機,只是給了世界航空業多一種選擇……”
來自于美國的限制反而更堅定了中國商飛公司的決心,試驗團隊空前團結,即使只有微弱的結冰概率,試飛機組也會毫不猶豫的沖入云層。
4年的堅守與等待,人們期盼著一次徹底的成功,一次情感的宣泄,一次能力的證明,自然結冰試飛成為對中國民機研制能力與適航審定能力最大的考驗!
截至2013年4月5日,在累計20小時13分的“追云”飛行中,ARJ21-700飛機已完成11項試飛科目,僅剩下風險性最大的操穩試飛。當試驗結果得到CAAC審查代表確認的時候,幾乎所有人都不敢相信成功會來得這么簡單,又是如此的突然。
趙越讓在接受采訪時表示,“在這份‘簡單’的背后是ARJ21-700飛機的成熟,以及我們對結冰試飛的深刻理解。”
鄭辰難掩內心的興奮,“無論是條款符合性的驗證方法還是試驗的判據是困擾了我們4年的難題,我們從最初的一籌莫展到今天完美收官,走過了一段異常艱辛的過程,考驗了我們的系統集成能力。”
“如果發動機在結冰條件下發生空中停車,作為輔助動力裝置的APU就需要扮演‘救火隊員’的角色,APU需要具備在空中輔助啟動停車發動機并提供應急電源的能力。”劉大自豪的說,“今天‘救火隊員’的表現非常出色。”
幾乎試飛了ARJ21-700飛機所有高風險與高難度試飛科目的趙志強也難掩內心的喜悅,“是的,我越來越信任這架飛機,也越來越喜歡這架飛機,它體現了中國商飛公司對適航的理解與對生命的尊重。”
在試驗期間,ARJ21-700飛機還意外的遇到了一次間斷最大結冰氣象條件,就連經驗豐富的Ben都不禁感嘆,北美五大湖區送給ARJ21-700飛機的禮物簡直豐厚極了,這也是他從業生涯中第二次遭遇這樣的氣候。
這是一種非常罕見的氣象條件,按照CCAR25部附錄C的規定,間斷最大結冰條件液態水含量要達到每立方米0-3.0克,水滴直徑在15-50微米,而且,這樣的氣象條件中往往伴有嚴重的紊流和冰雹,極易對飛機產生損傷。
辛旭東解釋說,“按照試驗大綱要求,ARJ21-700飛機要在間斷最大結冰氣象條件飛行2分鐘,以驗證飛機的性能,而在當天的試驗中,機組飛行了5分鐘,期間,液態水含量最高值達到了每立方米6.2克!ARJ21-700飛機經受住了極端嚴酷的考驗!”
然而,由于五大湖區氣溫的升高,趙克良卻遇到了最棘手的問題:冰脫落!
按照試飛大綱的要求,ARJ21-700飛機要全程在帶著在滿足條款要求的氣象條件下結的冰實施操穩動作,但是,由于氣象參數不利的組合,特別是逆溫層的出現,機身上的冰很容易脫落。
趙志強介紹說:“我們了解了更多氣象條件對試驗的影響,這些實踐中掌握的知識對在強結冰條件下其它飛機的安全運營同樣具有指導意義。”
溫莎當地時間4月8日,根據氣象預報顯示當天的結冰概率只有25%,而冰不脫落的概率幾乎為零,試驗隊仍然決定去碰碰運氣。
依然是飛機一出云冰就脫落,試飛機組的心情沮喪到極點,接近3個小時的飛行,ARJ21-700飛機的油量也已經不支持試飛員再做更多的嘗試,試飛工程師停止了對氣象條件的監控,等待返航。
然而,不甘心的趙志強最終決定利用最后的5分鐘,降低飛行高度再去碰碰運氣,就在ARJ21-700飛機180度轉向之后就遭遇了一片云層,憑借著積累的結冰試飛經驗,趙志強意識到,這是一片滿足條款要求的結冰云層。
試飛工程師確認了氣象數據的符合性,中國民用航空局局方試飛工程師徐駿馳說:“剛開始結冰速率比較慢,最后的2分鐘時間里,冰形厚度迅速增加,很快就達到了2英寸,符合了進行操穩試飛的條件。”
趙志強趕緊通過飛機上NTI公司飛行員申請在5000英尺的高度區間讓ARJ21-700飛機做自由飛行,“不到1分鐘,機組就獲得了空管的許可,”趙志強說,“這樣的決策速度在國內是難以做到的。”
“為了防止冰脫落,我們打算在結冰云層中執行操穩試飛,但是,飛機結冰的速度太快了,發動機脫冰產生的振動值也在持續升高。”趙生說,“為了保證安全,我們還是決定脫離云層再執行操穩試飛。”
飛機的確是得到了大自然的眷顧,飛機脫離云層后并沒有遭遇溫度升高的逆溫層,冰牢牢的附著在飛機的非防護表面,由于受油量的制約,趙志強必須將所有試驗點的操穩動作一次性準確無誤的完成,沒有任何可以重復的余地……
試飛工程師一旦確認了試飛結果,為了節省油量,試飛機組馬上爬升高度返回溫莎機場,途中不能再有任何的機動動作。
“然而,飛機上沒有完全甩落的冰成為新的難題,我們加大了飛行速度,因為帶冰飛行增加了飛機的阻力,同時逆風也增加了燃油的消耗。”趙志強說,“那的確是一場驚心動魄的飛行,慶幸的是設計人員在計算油量時完全考慮到了這些情況。”
溫莎當地時間4月8日18時28分,ARJ21-700飛機安全降落在溫莎機場,為ARJ21-700飛機歷時4年的自然結冰試飛畫上了圓滿的句號,在此之前,中國在商用飛機結/防冰領域的研究從來沒有走得如此深遠。
走在清冷而又孤寂的溫莎街頭,趙克良不無感慨的說,“選擇堅持何嘗不是一種自信的表現……”
根據數據顯示,在累計105天(2011年-2014年)的自然結冰試飛期間,ARJ21-700飛機結冰飛行時間僅有33小時47分鐘,其余的時間都在等待。國內4年沒有完成的試飛,在加拿大10天就結束了,這組數據直接反應了我國發展商用飛機產業所面臨的局限與挑戰。
“跨國‘追云’試飛是中國商飛公司成功利用全球資源進行民機試飛的有益嘗試,”中國商飛公司總經理賀東風說,“我們形成了一套符合國際規范的管理程序,是我國民機研制歷史上的一次成功創新和嘗試,對創新我國民機試飛組織模式等具有積極的意義。”
雖然,利用全球資源進行商用飛機的研制已經成為不爭的事實,但是,“限制飛行”的事件也再次提醒國家產業政策的決策者,任何一個航空強國都不會放棄對本國航空產業競爭力的扶持。
2014年4月28日,ARJ21-700飛機結束跨國“追云”之旅降落在閻良機場,航空人心中固守了半個世紀的祈盼從來沒有像現在這樣如此的接近現實!自然結冰試飛的成功更引發了人們對于民機產業發展的思考,4年的艱難探索,3萬公里的環球飛行,這些在實踐中積累的經驗必將提速中國民機試飛速度。
溫莎當地時間4月8日18時28分,ARJ21-700飛機安全降落在溫莎機場,為ARJ21-700飛機歷時4年的自然結冰試飛畫上了圓滿的句號,在此之前,中國在商用飛機結/防冰領域的研究從來沒有走得如此深遠。合影中很多人的手勢代表著試驗中飛機的結冰厚度達到了2英寸。(李青/攝)
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