ARJ21：一个国家的试飞 去北美捕捉极端条件

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外界与其抱怨ARJ21-700飞机的试飞周期世界最长，不如更多关注支撑国产民机试验与试飞环境建设，“某种程度上，这并不是一款飞机的试飞，而是一个国家的试飞”

　　《瞭望东方周刊》记者刘济美/北京报道

　　2014年的最后一个星期二——12月30日下午3时，中国民用航空总局局长李家祥向中航商用飞机有限公司(以下简称“商飞公司”)董事长金壮龙颁发了中国首张自主研制喷气客机的型号合格证。

　　长达11年又3个月的适航审查、超过6年的试验试飞，至此全部结束，ARJ21-700飞机成为中国第一款具备航线运营资质的喷气式支线客机。

　　300项验证试验、285个表明符合性试飞科目、32本试飞大纲以及厚度高达30米的3418份符合性验证报告……这些数字背后，是为填补中国在商用飞机研制领域的技术空白，而经受的挫折与挑战。

　　在5258个试飞小时中，几乎每一分钟，被誉为“刀尖舞者”的试飞团队都用生命创造着“零的突破”。

　　在2942个试飞架次中，每一次起飞都是逼近危险边缘的探索，既要保证飞机与自身的安全，又要获得设计人员满意的试验数据。

　　每一次着陆都填补着中国民机适航审查试飞技术的空白，也为中国民机适航审查体系的完善与发展留下新坐标。

　　到适航审查结束，ARJ21-700飞机共突破了100多项技术难关，解决制约适航的技术难题130多个，同时也为中国大飞机C919飞机的适航积累了经验。

　　“当我们走完一个完整的民机研制历程之后发现，验证一架飞机，尤其是按照适航标准的要求来验证飞机，是一件异常艰难的事。”上海飞机设计研究院院长郭博智告诉《瞭望东方周刊》，“在设计与制造阶段，每一天都能看见飞机明显的变化，甚至一些问题也可以暂时忽略。但在验证阶段，所有之前忽略的问题、每一项错误都会体现出来，尤其是那些考验设计师能力的细节问题。”

　　最严酷的适航标准

　　从事民机研制的人都知道这样一句话：研制什么飞机听市场的，如何研制飞机却要听适航的。

　　适航是适航性的简称，是保证飞机安全性的最低标准。每一名飞机设计师都不敢小觑适航条款的重要性，以及航空产品获得型号合格证的艰难程度。

　　11年来，参加ARJ21项目的每一个人都在思考同一个问题：验证一架飞机到底有多难？

　　ARJ21-700型飞机型号合格审定委员会委员钱惠德介绍说：“ARJ21-700在航线飞行中使用的速度是0.82马赫数，而在验证试飞中，它最终飞到了0.89马赫数，充分验证了飞机的安全裕度。”

　　“ARJ21-700飞机机头结构的设计必须保证飞机在与1.8公斤的鸟相撞后，仍能继续安全飞行和着陆。”飞机强度专业副总设计师朱广荣说。

　　而按照要求，ARJ21-700 飞机应急撤离地面演示试验中，黑夜条件中机上90名乘客和4 名机组人员要在90秒内从两个可用应急出口使用滑梯安全撤离至地面。

　　上海飞机设计研究院ARJ21项目管理部部长王飞介绍说：“我们的试验用时仅57 秒，远远小于适航条款的要求。”

　　ARJ21项目中流传着一组数据，形象说明了试飞商用飞机的风险性与验证难度。

　　据不完全统计，在造成人员伤亡的民航飞行事故中，约有17%左右是飞机失速导致的，失速试飞也一直被视作民用飞机风险最高的试飞科目。

　　受国外供应商的影响，ARJ21-700先后进行了12轮失速试飞，用了8220次失速来寻找“安全性”和“经济性”的最佳平衡点。

　　往往一个飞行架次就必须尝试四五十次失速，甚至与死神擦肩而过，用生命验证了ARJ21-700的失速特性以及失速警告裕度，这在国际同类机型试飞中绝无仅有。

　　另据统计，先进航空发动机的空中停车概率约为每30万飞行小时一次。

　　假设一名旅客每周飞行约两小时，要经过3000年才能遇到一次发动机空停的风险。对于航线飞行员来说，若以全部3万小时的飞行时间来计算，要经历10个飞行生涯才能遇到一次这样的致命风险。

　　然而，试飞团队经常要在一个架次内就执行数十次空中或者地面起飞滑跑闭机验证，有些科目还要叠加不利的重量、重心以及高原机场起降等严酷条件。

　　在ARJ21-700飞机型号合格审定审查组试飞、性能专业组组长周成刚看来，这些最严酷的试验条件只有一个目的：充分验证飞机的安全性。

　　用试验数据建立共识

　　上海飞机设计研究院副院长、ARJ21项目行政指挥李玲认为，与世界知名的飞机制造商相比，商飞公司作为没有型号研制经验的申请人，面临着缺少工程经验数据所带来的挑战，“我们不得不做更多的试验来积累工程数据，取得信任。”

　　2012年6月19日，在中国飞行试验研究院的跑道上开始进行中国首例按照“CCAR25部”进行的全机级进气道溅水试验。

　　这项试验也引起了国内大型运输机研制厂商的关注。

　　“之前我国在此领域没有任何工程数据和经验可以借鉴。”ARJ21-700飞机动力装置专业副总设计师常红依然清晰记得两年前的细节，“波音公司[微博]用4个小时完成的试验，ARJ21-700飞机却用了9天。”

　　对于商飞公司和第一次参与此项试验的审查代表们来说，如何确定与取舍试验点，成为他们共同面对的挑战，也成为此项试验有效与否的关键所在。

　　“波音公司在进行同类试验时只进行6至8个点的测试，而我们规划了11个点，飞机还要从50节一直增速到140节抬前轮的速度。”上海飞机设计研究院郑辰介绍说，“我们之前没有这种工程积累，拿不出可以支撑对临界状态判断的直接证据。在这种情况下，不得不加大试验的速度区间，用更多试验数据来表明符合性。直接影响就是加大了试验风险，拖延了时间，同时带来了研制成本的增加。”

　　ARJ21-700静力试验共计28项，全机工况5项，其中4项全部都做到了极限载荷。

　　“因为缺少数据积累，适航要求最好全部做到极限载荷试验，以验证我们的计算与分析能力。”朱广荣解释说，“这给试验规划带来了极大难处，我们只有一架静力试验机，却要完成4项全机极限载荷试验，所以必须对试验的情况充分判断，合理安排试验次序，才能保证这一架静力试验机能将所有的极限载荷试验全部承担下来。”

　　有些试验不仅是国内首次进行，在国际上也尚属首例。

　　2014年5月20日上午，中国首例按照国际适航标准进行的飞机主起落架舱内轮胎爆破试验，在曙光橡胶(12750, 70.00, 0.55%)工业研究设计院获得成功。

　　此项试验采用的是国际上最为严酷的“X”型爆破方式：轮胎爆破瞬间仅为11毫秒，所释放的能量却相当于在主起落架舱内引爆2颗手雷。

　　与国际上普遍采用的试验模式相比，“X”型爆破释放的能量要高30倍。

　　这是一个国家的试飞

　　试飞空域限制、缺少试验条件、没有满足条款要求的气象条件……在ARJ21-700飞机长达6年的试验试飞过程中，几乎每一项都受到各种因素的制约。

　　商飞公司试飞中心副主任谭祥升负责的试验科目，大多数都是“靠天吃饭”。

　　在他看来，外界与其抱怨ARJ21-700飞机的试飞周期世界最长，不如更多关注支撑国产民机试验与试飞环境建设，“某种程度上，这并不是一款飞机的试飞，而是一个国家的试飞。”

　　2013年3月27日，ARJ21-700飞机再次飞抵嘉峪关机场，这是这架飞机第四次在此执行大侧风试飞任务。

　　自然结冰试飞与大侧风试飞是最为艰难的两个试飞科目——对气象条件都有着极为严格甚至苛刻的规定与限制。

　　“我们需要的是垂直于跑道、不起扬沙，而且风速能稳定在23.5节到28节的大侧风。”赵克良说。

　　谭祥升感慨：“4年来我们一直在寻求更为严酷的试验条件，但在我们国家，能够满足这种气象条件的跑道目前只有一条。”就是嘉峪关的空军某机场。

　　2010年到2013年，ARJ21-700飞机累计143天的大侧风试飞期间，侧风飞行时间仅有28小时46分钟，其余时间都在等待。

　　这种尴尬的试飞现状却正是中国民机试飞条件与能力的真实体现。

　　ARJ21-700飞机型号合格审定审查组试飞、性能专业试飞工程师屈展文介绍说：“在美国和俄罗斯都有很多专门用于试验试飞的机场，一般都有好几条交叉跑道，‘米’字形跑道也并不少见。典型的就是美国爱德华兹空军基地，拥有4000英尺到3.9万英尺长度不等的跑道21条，在此进行试验的飞机在遇到大风天气时，可以根据风向选择需要的跑道。”

　　去北美捕捉极端条件

　　国际上也有跨国试飞，波音787飞机和空客A380飞机都在冰岛进行了大侧风试飞，以节省试飞成本与时间。

　　2014年4月28日，ARJ21-700飞机完成了远赴北美五大湖区的万里“追云”之旅。这是它第一次环球飞行，目的是完成另一个关键试飞科目——自然结冰试飞，以验证其在自然条件下仍具备安全飞行与运营的能力。

　　同样的试飞，巴西航空工业公司ERJ190飞机仅用了7天，美国波音777飞机是17个月，ARJ21-700飞机是4年……

　　按照中国民航规章和美国联邦航空条例的相关规定，商用飞机进行自然结冰试验的气象条件必须满足：连续最大结冰试验时液态水含量在每立方米0至0.8克，水滴直径在15至40微米；间断最大结冰试验时液态水含量在每立方米0至3.0克，水滴直径在15至50微米，尤其是后者更属于极其罕见的极端气象条件。

　　“这是对北美地区结冰气象云层统计后得到的数据。我们在乌鲁木齐苦寻了4年，几乎没有捕捉到这样的气象。ARJ21-700飞机不得不到数据诞生地进行自然结冰试飞。”商飞公司副总经理赵越让说，“这样直接影响了进入市场的时间表。”

　　“在此之前，ARJ21-700飞机从来没有飞过这么远的距离。从哈尔滨到底特律河畔的温莎城，1.4万公里的飞行途中，要经历大风、低温、暴风雪以及越洋等诸多考验。”罗荣怀非常清楚这一路的风险，“虽然有些晚，但ARJ21-700飞机必将飞向世界，这是我们必须接受的挑战。”
ARJ21-700飞机经历了高温、高寒、大侧风与自然结冰等极端气象条件的52项考验。试验队曾坚守在零下40摄氏度的呼伦贝尔海拉尔机场和零上55摄氏度的长沙大坨铺机场；还有几次进出侧风风速高至每秒10米的嘉峪关鼎新机场；在海拔2842米的青海格尔木机场创下了一天试飞10个架次的高效记录。

　　“即使经历一系列意想不到的挫折，但是我们解决了所有问题，包括那些‘不可能完成的任务’。”在金壮龙看来，ARJ21项目的真正价值在于积累了商用飞机研制的完整经验，建立了一个完整的民机试验试飞体系。与此同时，中国民航总局也具有了与世界同行同等的适航审定能力，而这一切的实现都离不开ARJ21-700飞机。

　　或许，可以将所有参与ARJ项目的研制人员，看做是中国民机产业的“盗火者”。

　　但愿从此这星星之火可以燎原，也正如中国民用航空局适航司司长殷时军在ARJ21-700型飞机型号合格审定委员会(TCB)最终会议上所说，“我希望这不是ARJ21项目的结束，而是系列化的开始，我希望，这个数字会是1000架……”

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