ARJ21—700：一個國家的試飛

劉濟美

2014年的最后一個星期二——12月30日下午3時，中國民用航空總局局長李家祥向中航商用飛機有限公司（以下簡稱“商飛公司”）董事長金壯龍頒發了中國首張自主研制噴氣客機的型號合格證。

長達11年又3個月的適航審查、超過6年的試驗試飛，至此全部結束，ARJ21-700飛機成為中國第一款具備航線運營資質的噴氣式支線客機。

300項驗證試驗、285個表明符合性試飛科目、32本試飛大綱以及厚度高達30米的3418份符合性驗證報告……這些數字背后，是為填補中國在商用飛機研制領域的技術空白，而經受的挫折與挑戰。

在5258個試飛小時中，幾乎每一分鐘，被譽為“刀尖舞者”的試飛團隊都用生命創造著“零的突破”。

在2942個試飛架次中，每一次起飛都是逼近危險邊緣的探索，既要保證飛機與自身的安全，又要獲得設計人員滿意的試驗數據。

每一次著陸都填補著中國民機適航審查試飛技術的空白，也為中國民機適航審查體系的完善與發展留下新坐標。

到適航審查結束，ARJ21-700飛機共突破了100多項技術難關，解決制約適航的技術難題130多個，同時也為中國大飛機C919飛機的適航積累了經驗。

“當我們走完一個完整的民機研制歷程之后發現，驗證一架飛機，尤其是按照適航標準的要求來驗證飛機，是一件異常艱難的事。”上海飛機設計研究院院長郭博智告訴《瞭望東方周刊》，“在設計與制造階段，每一天都能看見飛機明顯的變化，甚至一些問題也可以暫時忽略。但在驗證階段，所有之前忽略的問題、每一項錯誤都會體現出來，尤其是那些考驗設計師能力的細節問題。”

最嚴酷的適航標準

從事民機研制的人都知道這樣一句話：研制什么飛機聽市場的，如何研制飛機卻要聽適航的。

適航是適航性的簡稱，是保證飛機安全性的最低標準。每一名飛機設計師都不敢小覷適航條款的重要性，以及航空產品獲得型號合格證的艱難程度。

11年來，參加ARJ21項目的每一個人都在思考同一個問題：驗證一架飛機到底有多難？

ARJ21-700型飛機型號合格審定委員會委員錢惠德介紹說：“ARJ21-700在航線飛行中使用的速度是0.82馬赫數，而在驗證試飛中，它最終飛到了0.89馬赫數，充分驗證了飛機的安全裕度。”

“ARJ21-700飛機機頭結構的設計必須保證飛機在與1.8公斤的鳥相撞后，仍能繼續安全飛行和著陸。”飛機強度專業副總設計師朱廣榮說。

而按照要求，ARJ21-700飛機應急撤離地面演示試驗中，黑夜條件中機上90名乘客和4名機組人員要在90秒內從兩個可用應急出口使用滑梯安全撤離至地面。

上海飛機設計研究院ARJ21項目管理部部長王飛介紹說：“我們的試驗用時僅57 秒，遠遠小于適航條款的要求。”

ARJ21項目中流傳著一組數據，形象說明了試飛商用飛機的風險性與驗證難度。

據不完全統計，在造成人員傷亡的民航飛行事故中，約有17%左右是飛機失速導致的，失速試飛也一直被視作民用飛機風險最高的試飛科目。

受國外供應商的影響，ARJ21-700先后進行了12輪失速試飛，用了8220次失速來尋找“安全性”和“經濟性”的最佳平衡點。

往往一個飛行架次就必須嘗試四五十次失速，甚至與死神擦肩而過，用生命驗證了ARJ21-700的失速特性以及失速警告裕度，這在國際同類機型試飛中絕無僅有。

另據統計，先進航空發動機的空中停車概率約為每30萬飛行小時一次。

假設一名旅客每周飛行約兩小時，要經過3000年才能遇到一次發動機空停的風險。對于航線飛行員來說，若以全部3萬小時的飛行時間來計算，要經歷10個飛行生涯才能遇到一次這樣的致命風險。

然而，試飛團隊經常要在一個架次內就執行數十次空中或者地面起飛滑跑閉機驗證，有些科目還要疊加不利的重量、重心以及高原機場起降等嚴酷條件。

在ARJ21-700飛機型號合格審定審查組試飛、性能專業組組長周成剛看來，這些最嚴酷的試驗條件只有一個目的：充分驗證飛機的安全性。

用試驗數據建立共識

上海飛機設計研究院副院長、ARJ21項目行政指揮李玲認為，與世界知名的飛機制造商相比，商飛公司作為沒有型號研制經驗的申請人，面臨著缺少工程經驗數據所帶來的挑戰，“我們不得不做更多的試驗來積累工程數據，取得信任。”

2012年6月19日，在中國飛行試驗研究院的跑道上開始進行中國首例按照“CCAR25部”進行的全機級進氣道濺水試驗。

這項試驗也引起了國內大型運輸機研制廠商的關注。

“之前我國在此領域沒有任何工程數據和經驗可以借鑒。”ARJ21-700飛機動力裝置專業副總設計師常紅依然清晰記得兩年前的細節，“波音公司用4個小時完成的試驗，ARJ21-700飛機卻用了9天。”

對于商飛公司和第一次參與此項試驗的審查代表們來說，如何確定與取舍試驗點，成為他們共同面對的挑戰，也成為此項試驗有效與否的關鍵所在。

“波音公司在進行同類試驗時只進行6至8個點的測試，而我們規劃了11個點，飛機還要從50節一直增速到140節抬前輪的速度。”上海飛機設計研究院鄭辰介紹說，“我們之前沒有這種工程積累，拿不出可以支撐對臨界狀態判斷的直接證據。在這種情況下，不得不加大試驗的速度區間，用更多試驗數據來表明符合性。直接影響就是加大了試驗風險，拖延了時間，同時帶來了研制成本的增加。”

ARJ21-700靜力試驗共計28項，全機工況5項，其中4項全部都做到了極限載荷。

“因為缺少數據積累，適航要求最好全部做到極限載荷試驗，以驗證我們的計算與分析能力。”朱廣榮解釋說，“這給試驗規劃帶來了極大難處，我們只有一架靜力試驗機，卻要完成4項全機極限載荷試驗，所以必須對試驗的情況充分判斷，合理安排試驗次序，才能保證這一架靜力試驗機能將所有的極限載荷試驗全部承擔下來。”

有些試驗不僅是國內首次進行，在國際上也尚屬首例。

2014年5月20日上午，中國首例按照國際適航標準進行的飛機主起落架艙內輪胎爆破試驗，在曙光橡膠工業研究設計院獲得成功。

此項試驗采用的是國際上最為嚴酷的“X”型爆破方式：輪胎爆破瞬間僅為11毫秒，所釋放的能量卻相當于在主起落架艙內引爆2顆手雷。

與國際上普遍采用的試驗模式相比，“X”型爆破釋放的能量要高30倍。

這是一個國家的試飛

試飛空域限制、缺少試驗條件、沒有滿足條款要求的氣象條件……在ARJ21-700飛機長達6年的試驗試飛過程中，幾乎每一項都受到各種因素的制約。

商飛公司試飛中心副主任譚祥升負責的試驗科目，大多數都是“靠天吃飯”。

在他看來，外界與其抱怨ARJ21-700飛機的試飛周期世界最長，不如更多關注支撐國產民機試驗與試飛環境建設，“某種程度上，這并不是一款飛機的試飛，而是一個國家的試飛。”

2013年3月27日，ARJ21-700飛機再次飛抵嘉峪關機場，這是這架飛機第四次在此執行大側風試飛任務。

自然結冰試飛與大側風試飛是最為艱難的兩個試飛科目——對氣象條件都有著極為嚴格甚至苛刻的規定與限制。

“我們需要的是垂直于跑道、不起揚沙，而且風速能穩定在23.5節到28節的大側風。”趙克良說。

譚祥升感慨：“4年來我們一直在尋求更為嚴酷的試驗條件，但在我們國家，能夠滿足這種氣象條件的跑道目前只有一條。”就是嘉峪關的空軍某機場。

2010年到2013年，ARJ21-700飛機累計143天的大側風試飛期間，側風飛行時間僅有28小時46分鐘，其余時間都在等待。

這種尷尬的試飛現狀卻正是中國民機試飛條件與能力的真實體現。

ARJ21-700飛機型號合格審定審查組試飛、性能專業試飛工程師屈展文介紹說：“在美國和俄羅斯都有很多專門用于試驗試飛的機場，一般都有好幾條交叉跑道，‘米字形跑道也并不少見。典型的就是美國愛德華茲空軍基地，擁有4000英尺到3.9萬英尺長度不等的跑道21條，在此進行試驗的飛機在遇到大風天氣時，可以根據風向選擇需要的跑道。”

去北美捕捉極端條件

國際上也有跨國試飛，波音787飛機和空客A380飛機都在冰島進行了大側風試飛，以節省試飛成本與時間。

2014年4月28日，ARJ21-700飛機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，目的是完成另一個關鍵試飛科目——自然結冰試飛，以驗證其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，美國波音777飛機是17個月，ARJ21-700飛機是4年……

按照中國民航規章和美國聯邦航空條例的相關規定，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至0.8克，水滴直徑在15至40微米;間斷最大結冰試驗時液態水含量在每立方米0至3.0克，水滴直徑在15至50微米，尤其是后者更屬于極其罕見的極端氣象條件。

“這是對北美地區結冰氣象云層統計后得到的數據。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飛機不得不到數據誕生地進行自然結冰試飛。”商飛公司副總經理趙越讓說，“這樣直接影響了進入市場的時間表。”

“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，1.4萬公里的飛行途中，要經歷大風、低溫、暴風雪以及越洋等諸多考驗。”羅榮懷非常清楚這一路的風險，“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。”

ARJ21-700飛機經歷了高溫、高寒、大側風與自然結冰等極端氣象條件的52項考驗。試驗隊曾堅守在零下40攝氏度的呼倫貝爾海拉爾機場和零上55攝氏度的長沙大坨鋪機場;還有幾次進出側風風速高至每秒10米的嘉峪關鼎新機場;在海拔2842米的青海格爾木機場創下了一天試飛10個架次的高效記錄。

“即使經歷一系列意想不到的挫折，但是我們解決了所有問題，包括那些‘不可能完成的任務。”在金壯龍看來，ARJ21項目的真正價值在于積累了商用飛機研制的完整經驗，建立了一個完整的民機試驗試飛體系。與此同時，中國民航總局也具有了與世界同行同等的適航審定能力，而這一切的實現都離不開ARJ21-700飛機。

或許，可以將所有參與ARJ項目的研制人員，看做是中國民機產業的“盜火者”。

但愿從此這星星之火可以燎原，也正如中國民用航空局適航司司長殷時軍在ARJ21-700型飛機型號合格審定委員會（TCB）最終會議上所說，“我希望這不是ARJ21項目的結束，而是系列化的開始，我希望，這個數字會是1000架……”