挺起中国民用航空工业的脊梁

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  她是中国民机产业融入世界的先锋,她是中国努力跻身世界商用飞机制造强国的又一次艰难探索,她是百年来首款走出国门进行高风险科目试飞的国产飞机,她是时隔三十多年后又一架翱翔在中国首都上空的国产喷气客机……
  她,就是我国首架具有自主知识产权的新型涡扇支线客机——ARJ21-700飞机。
  2014年12月30日,在经历了漫长的试飞之后,ARJ21-700飞机获得了中国民用航空局颁发的型号合格证,这是中国民机制造史上具有里程碑意义的一天。而今,让我们一同沿着ARJ21-700飞机适航取证试飞的足迹,重温中国民机研制史上的诸多第一次,感受中华民族百年飞翔梦渐行渐近的步伐。
  在艰难中起步
  十多年前,刚刚迈入21世纪的中国,敏锐地意识到应将大力发展航空运输业和航空制造业作为推动经济转型发展的重要着力点。在这一战略的引领下,2001年,一个被命名为“ARJ21”新型涡扇式支线喷气飞机项目就势上马,为中国航空工业奏响了新世纪发展的序曲。起步伊始,“完全自主知识产权”和“取得商业成功”就作为ARJ21最鲜明的“身份标签”为世人所瞩目。
  2008年11月28日,ARJ21-700飞机在上海成功首飞。同年12月,工信部正式批准ARJ21项目进入试飞取证阶段。
  按照最初的设想,中国商飞公司计划用3年左右的时间,投入3架飞机,通过约980架次的飞行来完成适航取证工作。但最终,中国商飞公司却用了6年多的时间,在完成了285个表明符合性试飞科目、5000多小时试验飞行后,才最终获得中国民用航空局颁发的型号合格证。这6年的酸甜苦辣,想必只有亲身经历这一切的人才最有体会。
  罗荣怀,ARJ21项目总指挥,是中国航空工业领域的“老面孔”了,几十年的军机研制和项目管理经历,让他积累了丰富的经验。谈起ARJ21艰难的取证历程,他感受颇深一一“由于中国民机制造业从未有一个项目按照国际适航标准走完从设计到取证的全过程,因此,无论是作为申请方的中国商飞公司,还是作为审查方的中国民用航空局,都随着项目的进展而不断摸索与成长。ARJ21最大的价值已经远不是一个项目成功那么简单,而是她为中国民机产业未来的发展所积累的宝贵经验。”
  回顾过去的6年,我们不难发现ARJ21-700飞机适航取证的每一步都充满了艰辛和挑战,她所迈出的每一步几乎都是我国民用飞机适航的第一次。
  第一次在设计过程中全面贯彻适航标准要求;
  第一次全面进行全机和系统安全性设计和评估;
  第一次完全按照适航程序要求开展飞机试验、试飞验证工作……
  令人欣慰的是,通过ARJ21-700飞机的适航取证,中国民机制造业从对适航概念的懵懂到如今对适航条款的“知其然”,并与中国民用航空局一起通过这个项目深刻认识了民用飞机验证和审定的各种方法,学会了如何向世界一流的审定方来表明中国制造的飞机的符合性,大大提高了我国适航审定能力。
  在磨砺中提升
  2009年12月1日,一条沉重的短信从试验现场发到中国商飞公司有关领导的手机上:在全机稳定俯仰2.5g极限载荷静力试验加载到87%极限载荷时,由于龙骨梁后延伸段结构破坏,发生卸载保护,试验中止。
  ARJ21-700飞机试验工作顿时被阴霾笼罩,其他许多试验项目都由于该问题而暂时无法继续开展。在惜时如金的日子里,这确实是一个坏消息。重压!对ARJ21项目全线的干部职工来说,都是难以排解的重压。
  2.5g试验中止后,适航当局、FAA以及一些技术人员认为,01架静力试验机的局部结构发生改变,建议考虑用一架新飞机代替01架机再次进行2.5g试验。
  换,还是不换?这是个艰难的选择。
  事后,在接受媒体采访时,罗荣怀坦言,曾经想过用承担疲劳试验的02架机来完成2.5g及后续试验,但如此一来,不仅项目进度将大幅推迟,更会对队伍信心产生负面影响。
  斟酌再三,中国商飞公司决定对01架机进行修复,继续用它承担2.5g及后续试验。
  为对龙骨梁进行部件试验,工程师从试验件规模到试验件结构参数,反复分析,争分夺秒,从理论上给出了一套试验方案和试验件设计参数。在国内有关单位的大力支持下,试验件、试验配套设施及时交付。为了使试验件受压均匀,技术人员反复加载、测量、分析、调整……
  智慧和汗水换来了希望,充分的试验数据证明了技术上的可靠性。面对详尽、周密的试验方案,CAAC和FAA的适航审查代表竖起了大拇指,2.5g试验再次进行。
  2010年6月28日,修复后的ARJ21-700飞机01架机再次迎来2.5g极限载荷静力试验。这一天,参与试验的人纷纷穿上了大红T恤,甚至包括CAAC的审查人员和金发碧眼的FAA审查代表。
  当试验成功时,海潮一般的掌声将油泵的低吼声淹没了。握手、拥抱,欢喜的泪水夺眶而出,欣喜激动的人们相拥而泣……
  2.5g极限载荷静力试验、短舱防冰、应急撤离、失速试飞、前起落架应急放……随着一个个技术难题的突破,这支年轻的民机队伍创造了中国民机史上的一个又一个“第一次”。
  在刀尖上起舞
  从事民机研制的人都知道:研制什么飞机听市场的,如何研制飞机听适航的。ARJ21-700飞机所采用的审定基础是目前国际上最新的适航标准,因此其安全性要求更高,所带来的审定试飞难度与风险性也更具挑战。
  几乎每一天,ARJ21的试飞团队都在用生命创造着“零的突破”,填补着中国民机适航审定试飞技术的一项项空白,为中国民机适航审定体系的完善与发展留下新的坐标。
  2010年12月,ARJ21-700飞机的失速试飞按计划正式启动。项目启动不久,一大堆问题接踵而来。在失速研发试飞之后,陆续暴露出失速保护系统侧向过载修正、攻角变化率修正、推杆解除逻辑、推杆器控制方式、时间延迟、迎角信号不稳定、非正常失速告警、风标防结冰、提前模式告警及襟缝翼失效状态下控制逻辑等一系列技术难题。   这些难题解决起来难度大、周期长、涉及面广,对整个项目研制团队的技术水平、分析判断能力、协调能力、供应商管控能力、飞行试验组织能力、数据处理效率等都是严峻的考验。
  为此,中国商飞、中航工业试飞院组织了大量的人力、物力进行技术攻关,通过这一科目的试飞,逐步建立并完善了一系列风险评估、风险处置的安全措施,制定了针对性的应急处置预案、飞机安全监控和检查程序,为后续风险科目的实施积累了宝贵经验。
  试验期间,ARJ21-700飞机先后进行了12轮失速试飞,这在国际同类机型试飞中绝无仅有。试飞团队往往一个飞行架次就必须尝试四、五十次失速,失速审定试飞结束时,中航工业试飞院和中国民航局局方试飞员组成的试飞机组,累计实施42架次飞行,共计进入2000余次失速状态,用生命验证了ARJ21-700飞机的失速特性以及失速警告裕度。英勇的试飞员们被业内形象地誉为锻造中国之翼的“刀尖舞者”。
  实际上,像这样的高风险试验科目,在ARJ21的取证过程中,还有很多很多……
  2013年5月,在CAAC和FAA的共同见证下,ARJ21在阎良完成最小离地速度试飞,再次刷新中国民机研制的历史。
  作为民机试飞最高难度I类风险科目之一,最小离地速度试飞的技术难点和风险点体现为:
  一是飞机很难建立稳定的尾橇擦地姿态。
  二是试飞中尾橇触地滑跑姿态角较大,试飞员几乎看不到跑道,很难保持飞机姿态和方向。
  三是科目成功率很低。国外的一些民机首次试飞该科目时就曾导致机尾损坏。此外,飞机尾部擦地也可能导致结构损坏或着火。低速飞行时,飞机的稳定性较差,可能产生过度的抬头姿态,产生大迎角,导致低高度失速现象。大姿态情况下起飞,则可能造成发动机停车,引发飞机意外撞地或偏离跑道。在ARJ21项目之前,国内从未进行过这一科目的试验试飞。
  为了攻克这一难关,早在2011年,研制团队就摸索开展了最小离地速度申请人研发试飞,经过大量训练,逐渐掌握了飞机擦地技巧。同时,还编制了试飞任务单,明确了飞行所需条件、动作区气象要求、飞机结构更改情况,提出了试飞方法、试验点、飞行过程动作执行程序、注意事项及安全措施等。经过7个架次试飞,最终给出了飞机各种推重比下的最小离地速度,试飞架次成功率达到100%。
  尤值一提的是,在此次最小离地速度局方审定试飞中,试飞团队还创造了多项纪录:飞机尾橇触地滑跑姿态角最大曾达到13.8度,飞机曾保持擦地姿态16秒不离地,时刻面对冲出跑道的危险,最终在距离跑道尽头200米时起飞离地,得出了飞机在最小推重比情况下的最小离地速度,这对试飞员无疑是一个极大考验。在试飞评审会上,FAA审查代表用“杰出的表现”来评价。
  在过去的6年里,为了获得ARJ21-700飞机在各种极端严酷条件下的飞行性能和系统工作特性,中国商飞与中国民航局有关人员走南闯北,一起坚守在零下40度的海拉尔机场,一起在40多度的长沙大坨铺机场追逐烈日,三进飞沙走石、侧风风速高至10米/秒的嘉峪关鼎新机场,在空气稀薄、海拔高度达到2842米的青海格尔木机场创下了一天试飞10个架次的纪录……中国航空人以坚韧不拔的精神书写着中国民机制造的历史!
  在冰雪中升华
  远赴北美进行自然结冰试验是ARJ21取证道路上不得不提的一个创举。
  虽然利用全球资源进行飞行试验并不是什么新鲜事,但一款尚未取证的飞机,要远渡重洋,进行高风险科目试飞,对于主制造商而言,风险和压力不言而喻。为了取证,为了后续型号的发展,再大的风险也要尝试,中国商飞公司果断决策:走出去!
  项目团队仅用4个月的时间,就完成了调机方案、试飞组织方案、应急排故预案、备件保障方案等数百份文件,为ARJ21第一次走出国门做足了功课。
  2014年3月15日,104架机从阎良起飞,踏上了万里寻冰的征程。
  3月19日,飞机从哈尔滨出境,开始由西向东飞越北半球。尽管在出发前,机组已经了解到这个季节俄罗斯境内经常会有暴风雪天气,但飞机在白令海峡西侧所遭遇的恶劣气候条件依然出乎了所有人的意料,他们不得不在原地等待了7天。
  据担任此次试飞转场任务的飞行员赵鹏回忆,飞机在阿纳德尔机场着陆和起飞的时候,跑道宽度的三分之一、长度的四分之一完全被积雪覆盖,飞机几乎是在雪堆上滑行着去加油的。当飞机起飞时,暴风雪再次袭来,强风将地面的雪卷起来,空中的能见度很低,并伴有风切变。即便在如此复杂、恶劣的气象条件下,飞机依然经受住了考验,表现出良好的性能。
  3月28日,在经历了长途飞行后,ARJ21-700飞机平稳降落在加拿大温莎机场。在本次飞行中,ARJ21飞遍了世界领土面积排名前四位的国家,中国人自主研制的飞机第一次翱翔在发达国家的领空!
  在远赴加拿大之前,ARJ21曾连续4年在新疆乌鲁木齐进行自然结冰试验,尽管由于天气原因未能完成所有试飞科目,但在一次次挫败中磨练了队伍的试飞组织与管理能力。
  抵达温莎后,借助五大湖地区得天独厚的气候条件,试飞工作进展顺利,捷报频传:
  4月1日,成功申请美国航线,并完成首次自然结冰试验跨境飞行;
  4月4日,完成慢车状态风扇冰积聚、单发引气构型防冰系统试飞、结冰条件下的RAT释放等关键科目;
  4月5日,“巧遇”间断最大结冰气象,这是国内很难遇到的天气。局方试飞团队抓住难得的机遇,完成了层云间断最大结冰试飞。这一天,经过2架次、近6个小时的追云飞行,完成了应急供电、失速保护、失速告警等多个科目试飞;
  4月8日,局方试飞员赵志强抓住一次难得的气候条件,在长达4小时01分钟的试验飞行中,一气呵成地完成了包括未放起落架构型下的爬坡度盘旋、大坡度转弯盘旋、光洁条件下的失速特性飞行和带起落架条件下的大幅度盘旋在内的多项高风险操稳试飞科目。
  至此,困扰项目团队4年的自然结冰试验所有局方审定试飞项目圆满完成。
  “四年追云逐雪事,一朝梦圆报国家。”这是ARJ21项目总指挥罗荣怀在完成自然结冰试验后的感慨。回顾ARJ21从设计、研发到试飞、取证的全过程,无论是申请方中国商飞公司、试验主体中航工业试飞院,还是审查方中国民用航空局,都对这款飞机付出了太多太多……
  而今,在万众期盼中,ARJ21-700飞机获得了进入市场的第一张准入证。正如罗荣怀所说,ARJ21的成功,不仅仅为C919铺路,也为中国航空工业的发展上新台阶铺路。
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