中国民机适航的起步

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  新中国成立以来,我国民机产业得到较快发展,而民机适航标准的研究和运用却相对滞后。这一局面直到上世纪70年代,我国开始自主研制运10客机才有了根本性改变。
  在研制运10过程中,我国摒弃了沿袭多年的苏联“五三年指南”设计标准,采用当时国际最先进的英美适航标准,开始了我国民机适航研究和应用的探索之路。
  摒弃“五三年指南”
  1970年,我国开始自行研制大型客机运10。研制初期,设计人员面临的一项重大挑战就是要确定供型号设计用的强度设计规范。
  当时,我国没有自己的民机设计规范,摆在设计人员面前的资料有三份:一份是苏联1953年制定的《飞机强度设计指南》(简称“五三年指南”),一份是《英国民航适航性要求》(BCAR),另一份是美国《民航手册》(CAM-4b,FAR的前身)。
  对于第一份资料,设计人员比较熟悉,对于后两份资料则十分陌生,但它们恰恰是适用于民机设计的适航性标准。为了研制世界先进水平的大型客机,设计人员对此进行了重点研究。正是这项研究工作,让我们第一次认识了“Airworthiness”,即“适航”或“适航性”。
  对于当时的中国民机制造业而言,“适航”是个新鲜而又神秘的事物。初识“适航”,设计人员开始只是从字面上理解:所谓适航就是指“适于航线飞行”。随着研究的不断深入,设计人员逐步认识到:必须按照适航标准开展民机研制,并且只有通过国家适航当局审定、获取型号合格汪和适航证的飞机才能投入商业运营。
  通过分析,设计人员认定后两份资料符合民机设计特点,并将其大胆地试用在供运10飞机强度设计用的原始数据选取中,从而完成了我国第一份符合英美民机适航标准的《运10机强度计算原始数据计算》报告。
  虽然这些原始数据是合理的,但当应用这些数据计算运10飞机外载荷时,设计人员却发现对进一步计算出具体外载荷的方法很不熟悉,最后还是决定选用比较熟悉的苏联“五三年指南”,作为运10飞机的强度设计规范进行外载荷计算,只是原始数据使用了按英美适航标准的计算结果。
  按照苏联“五三年指南”开展强度外载荷计算的结果是数据偏大,结构设计部门认为,偏大的外载荷无法设计出符合设计性能要求的飞机。
  于是,设计人员回过头来,再次对英美适航标准进行研究分析。在与苏联“五三年指南”的对比中,他们发现了两者之间的重大差异,特别在外载计算的初始状态即设计情况选取的规定上存在明显不同。
  例如,“五三年指南”要求飞机在进行以大过载、大速压,做小攻角曲线飞行,即“俯仰机动”的同时,还要求急剧偏转方向舵进行“偏航机动”,按这一标准计算出来的载荷当然会比较大。在英美适航标准中根本就没有这种复合机动的情况,而是将“俯仰机动”与“偏航机动”按两种情况分别计算,因此每种设计情况计算出来的载荷必然小于复合机动的载荷。复合机动反映了军机的特点,而在民机实际飞行中是不可能存在的。
  在安全系数的选取上,前苏联与英美的标准也有明显不同,“五三年指南”规定得比较保守,有1.5、1.65、1.8、2.O,而英美适航标准除极个别情况外,均取1.5,较大的安全系数当然计算出较大的设计载荷。
  通过分析,设计人员得出结论:要研制世界先进水平的民用飞机,只能按照英美适航标准来设计。设计人员将此情况向运10飞机总设计师马凤山作了汇报,他果断拍板,决定摒弃苏联“五三年指南”,改用英美适航标准作为设计规范。这一重大决策开启了我国民机适航研究和应用的大门,标志着我国民机适航工作正式起步。
  第一批吃“螃蟹”的人
  运10选用英美适航标准始于强度设计的需要,而英美适航标准的内容涵盖民机设计的总体、气动、结构、强度、系统、材料、标准、试飞等各个专业领域,是一部完整的民机设计基本准则和标准。一架经得起适航当局审定的飞机,必须严格按选定的适航标准进行设计,设计人员必须深入了解、熟悉和掌握适航标准并应用到实践中去。于是,一场对英美适航标准的翻译、学习、消化热潮,在上海飞机设计研究所(以下简称“上飞所”)蓬勃兴起。
  为了掌握国外最新的适航标准,上飞所情报资料部门从国内外搜集了大量适航资料,组织技术人员进行翻译。设计人员先后对英国的BCAR、CAM4b、美国《联邦航空条例第25部一一运输类飞机适航标准》(FAR25部)、国际民航组织的《适航技术手册》(ATM)等适航标准进行翻译,总数达156万字。
  限于当时的条件,这些资料都在上飞所内油印出版,广为分发。各专业人员通过自学和集体讨论,潜心钻研这些资料。1972年8月,运10飞机总体方案评审会进一步明确以FAR25部作为运10飞机适航标准。
  经过学习,设计人员对FAR25部的相应条款有了更多认识和了解,但要真正落实这些标准决非易事。FAR25部的条款仅仅给出能保证飞行安全的最低设计要求,并没有给出满足此要求的具体设计方法,而国内又没有任何按英美适航标准设计大型民机的经验,于是上飞所设计人员成为第一批吃“螃蟹”的人。
  运10飞机驾驶舱的外形设计是一个突出的例子。FAR25部要求该外形设计应保证驾驶员有足够宽阔的视界,但是没有界定“足够宽阔”是多少。后来,设计人员在CAM-4b中找到了规定的驾驶员视界包线图,显然这个定量指标给驾驶舱外形设计工作提供了依据。
  即便如此,要设计出符合该定量指标的驾驶舱外形也并非易事。设计人员计算了波音707的驾驶员视界,发现它并没有满足这一指标。
  要不要按CAM-4b的要求设计?设计人员作出了大胆肯定。波音707是上世纪50年代研制的飞机,而60年代出版的适航标准反映了最先进的国际水平,70年代设计的欧美新机视界都是符合该要求的,运10也必须符合这一要求。经过攻坚克难,设计人员终于设计出与波音707完全不同的符合最新适航标准的驾驶舱外形。   按FAR25部完成试验
  运10的静力试验是国内第一次完全按FAR25部的要求进行的一项重大试验。如何编制出符合适航标准的静力试验大纲,是设计人员遇到的又一个难题。
  FAR25部在其C分部的“强度与变形”一节中,仅有6项原则性条款,但经过不懈努力,设计人员还是编制出一份持续三年半试验周期的《运10飞机静力试验大纲》。
  然而,试验大纲被送到负责飞机静力试验的单位后,却遭遇到质疑。对方第一次接触到完全按FAR25部要求编制的试验大纲,他们感到有些困惑。于是,疑问一个接着一个:试验情况太多;极限载荷试验加载到100%时要求保持载荷三秒钟有困难;限制载荷试验时,要求有人进入驾驶舱去检查操纵系统无人敢进入,难以实现;要求机身增压舱进行两倍正常充压载荷试验,可能会爆炸。
  可是,这些试验要求是FAR25部明文规定的,必须不折不扣地执行。最后,设计人员说服了试验单位,在他们的理解和配合下开始了运10的静力试验,并且获得了全机静力试验以100.2%破坏载荷一次成功的优异成绩。
  在要求机身受载情况下有人进入驾驶舱检查操纵系统能否正常工作的试验中,上飞所负责操纵系统设计的顾瑾承担了试验任务,勇敢地进入驾驶舱并成功完成了该项试验。在要求机身增压舱进行两倍充压载荷试验可能会引起爆炸的问题上,大家决定将试验件带回上海,在上海飞机制造厂的配合下进行试验,该试验最终也获得圆满完成。
  就这样,历经一千多个日日夜夜的奋战,参与试验的设计人员百分之百地完成了FAR25部所要求的全部静力试验任务。除静力试验以外,运10飞机其他各类地面试验也都全部按FAR25部要求完成,为确保运10首飞成功打下了坚实基础。
  促成CCAR25部诞生
  1970年至1980年,是研制运10最艰苦的十年,也是广大设计人员潜心钻研,探索英美适航标准的十年。十年的奋斗,不仅使我们完全按照美国运输类飞机的适航标准研制出第一架大型喷气客机,而且也培养出一支适航队伍。
  为了总结各专业在运10设计中应用FAR25部的成功经验,也为了编写出一本对FAR25部条款的理解和在民机设计中具体应用方法相结合的手册,在马凤山的支持下,1980年上飞所完成了《中国民航适航性要求》的编写工作。这是我国第一部由中国人自己编制的供民机设计使用的适航性资料。
  1983年4月,哈飞公司生产的通用类飞机运12向中国民航总局提出型号合格证申请,在我国当时还没有适航当局的情况下,民航总局委托航空工业部民机局组织型号合格审定工作,上飞所20余位适航技术骨干被航空工业部任命为适航工程代表(AER)参与审定。
  按美国的“正常类、实用类、特技类和通勤类飞机适航标准”(FAR23部)条款,审定组历时两年半完成了对运12飞机的型号合格审定。之后,上飞所又派出人员完成了对运7-200A和运8飞机的型号合格审定。
  1985年,受民航总局委托,上飞所几易其稿,高质量完成了我国第一部适航规章一一《中国民用航空规章第25部:运输类飞机适航标准》(CCAR25部)的编制工作。
  1985年10月10至15日,民航总局在美丽的西子湖畔召开“民航适航规章审议会”,审议并通过了由马凤山任主编,上飞所各专业40余位适航技术骨干参与编写的CCAR25部。同年12月31日,民航总局正式将其颁布实施,宣告中国第一部适航规章CCAR25部诞生。
  1987年,航空工业部决定设立“民用飞机适航技术研究”项目,在上飞所设立项目管理办公室,负责全国范围内适航技术研究的管理工作。这项研究工作持续了10年,在跟踪国外适航技术和适航标准的发展、开展适航技术专题研究、普及适航知识等方面取得了显著成绩,为我国适航体系建设提供了成功经验。
  可惜的是,运10由于种种原因最终未能进入适航管理的环节,没有走完合格审定试飞和适航取证的全过程,但始于运10的适航研究,推动了我国适航管理工作的启动与发展。1989年11月30日,作为我国适航当局的中国民航总局适航司正式成立,中国民机适航工作从此进入一个新阶段。
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