“ARJ21”客機(jī)

黃建國(guó)

蔚藍(lán)的天空，陽(yáng)光燦爛。熱鬧非凡的2014年珠海國(guó)際航展上，人頭攢動(dòng)，人們正爭(zhēng)相觀望“ARJ21”客機(jī)的空中表演。別看它寬大的機(jī)身圓鼓鼓的，但卻十分輕盈靈巧，只見(jiàn)它時(shí)而上下俯沖，時(shí)而左右拐彎……博得觀眾陣陣掌聲。更讓人興奮的是，2015年它就要開(kāi)始投入航線(xiàn)運(yùn)營(yíng)。

國(guó)產(chǎn)首架渦輪支線(xiàn)客機(jī)

向上看去，飛機(jī)機(jī)身下部?jī)蓚?cè)鑲嵌著碩大的后掠梯形機(jī)翼，其剖面形狀非常特別，尾端細(xì)小微微上翹，被專(zhuān)家稱(chēng)為“超臨界機(jī)翼”。這種翼型可大大延緩飛機(jī)高速飛行中出現(xiàn)的“波阻”，在產(chǎn)生巨大升力的同時(shí)，阻力卻大大減小。機(jī)身后面的垂直尾翼上生出一塊高高向上的水平尾翼，十分醒目！它面積大，整個(gè)兒可以偏轉(zhuǎn)，又叫“T”形全動(dòng)平尾。它對(duì)飛機(jī)的縱向俯仰、姿態(tài)改變以及穩(wěn)定性起著至關(guān)重要的作用。之所以如此布局，是為了避開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)噴射和來(lái)自機(jī)翼的氣流的擾動(dòng)，大大提升舵面的氣動(dòng)效率。

“ARJ21”客機(jī)粗大的機(jī)身截面與干線(xiàn)客機(jī)不相上下，寬敞、明亮的客艙內(nèi)，有5排座位，且間距很大，可容納78～90名乘客，舒適的環(huán)境可與大型客機(jī)相媲美。

驅(qū)動(dòng)飛機(jī)快速前進(jìn)的動(dòng)力是來(lái)自機(jī)身后部?jī)蓚?cè)的兩臺(tái)CF34-10A型渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)。其性能一流，推力大、耗油少、噪聲小、污染低，單臺(tái)推力達(dá)84千牛，能使“ARJ21”客機(jī)如同大、中型客機(jī)那樣，作時(shí)速800～950千米的巡航飛行，也適合在我國(guó)西部高海拔地區(qū)上空飛行，航程可達(dá)3700多千米。如此優(yōu)越的性能，使這款我國(guó)自主研制的客機(jī)一躍跨入世界同類(lèi)飛機(jī)的先進(jìn)行列。

挑戰(zhàn)多種科技試驗(yàn)

飛機(jī)研制是涉及面廣、條件復(fù)雜的系統(tǒng)工程，所以在研制中盡管采用了先進(jìn)的理論和成熟的技術(shù)，但還不能保證萬(wàn)無(wú)一失，唯有開(kāi)展多種大型驗(yàn)證試驗(yàn)，才能為新客機(jī)的成功運(yùn)行保駕護(hù)航。

驗(yàn)證飛機(jī)外形的風(fēng)洞試驗(yàn) 飛機(jī)的氣動(dòng)外形雖然在設(shè)計(jì)之初可依據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)、主要性能及經(jīng)驗(yàn)來(lái)定，但最終還是需要開(kāi)展風(fēng)洞試驗(yàn)來(lái)不斷地修正和完善。風(fēng)洞試驗(yàn)是將縮小比例的飛機(jī)模型置于空氣快速流動(dòng)的幾十米長(zhǎng)的風(fēng)洞中，測(cè)出模型飛機(jī)的表面壓力，并計(jì)算得出飛機(jī)的升力、阻力及力矩，從而判斷新飛機(jī)的外形是否滿(mǎn)足預(yù)定要求。此外，風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果還是機(jī)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，測(cè)出模型飛機(jī)機(jī)翼、機(jī)身、尾翼及舵面上的氣動(dòng)參數(shù)，用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算、材料選擇和尺寸確定等。

考核飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的靜力試驗(yàn) 考核全機(jī)結(jié)構(gòu)在最大氣動(dòng)力作用下承載和變形的能力，非全機(jī)靜力試驗(yàn)?zāi)獙佟！癆RJ21”客機(jī)采用了一架真飛機(jī)在寬敞的試驗(yàn)大廳內(nèi)進(jìn)行多科目的靜強(qiáng)度試驗(yàn)。機(jī)身、機(jī)翼和尾翼表面上遍布著成千上萬(wàn)的“應(yīng)變片”，受力部位還連接著大大小小的杠桿，層層相扣，最后連到一個(gè)個(gè)液壓作動(dòng)器上，組成計(jì)算機(jī)加載系統(tǒng)。試驗(yàn)時(shí)，控制計(jì)算機(jī)按預(yù)定載荷曲線(xiàn)加載，通過(guò)“應(yīng)變片”的測(cè)量值，即可準(zhǔn)確得出全機(jī)載荷的分布。

靜力試驗(yàn)由小到大逐級(jí)加載，測(cè)出正常飛行結(jié)果后再作最嚴(yán)酷的最大過(guò)載試驗(yàn)，直至機(jī)體破壞。最佳的破壞載荷系數(shù)不能太大，否則機(jī)體會(huì)超重。通常剩余安全系數(shù)為1.05～1.1。

測(cè)試飛行舵面的“鐵鳥(niǎo)”試驗(yàn) 考核飛機(jī)升降舵、方向舵等舵面及起落架的運(yùn)動(dòng)性能，是確保飛機(jī)飛行安全的重要環(huán)節(jié)。“鐵鳥(niǎo)”由鋼質(zhì)型材焊接成1：1的新飛機(jī)外形置于試驗(yàn)大廳內(nèi)，“鐵鳥(niǎo)”的翅膀、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、電傳控制與真飛機(jī)一模一樣。

“鐵鳥(niǎo)”采用了先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制、電液伺服加載系統(tǒng)，舵面載荷大小與空中非常接近。只要“鐵鳥(niǎo)”試驗(yàn)達(dá)到滿(mǎn)意的效果，新飛機(jī)的首飛成功就指日可待。“鐵鳥(niǎo)”試驗(yàn)還可以人為設(shè)置種種故障，如“舵面卡死”“作動(dòng)器斷裂”“飛機(jī)失速”等來(lái)模擬飛機(jī)飛行中遭遇的危險(xiǎn)，從而幫助飛行員，積累處置突發(fā)情況的經(jīng)驗(yàn)。

偵測(cè)結(jié)構(gòu)裂紋的疲勞試驗(yàn) 飛行中，客機(jī)座艙的內(nèi)、外壓力差非常巨大，機(jī)體長(zhǎng)時(shí)間處于這種作用力下，易產(chǎn)生細(xì)小的裂紋導(dǎo)致疲勞破壞。20世紀(jì)50年代，英國(guó)的“彗星號(hào)”

客機(jī)，因機(jī)身疲勞在空中突然解體而震驚世界；2012年，臺(tái)灣一架載有225人的波音747客機(jī)空中解體，也是疲勞斷裂所致。為了應(yīng)對(duì)這種悄無(wú)聲息而產(chǎn)生的裂紋，“ARJ21”客機(jī)的設(shè)計(jì)中采用了“多傳力路線(xiàn)”“減小應(yīng)力集中”等諸多措施。另外，特意用一架真飛機(jī)作全機(jī)疲勞試驗(yàn)。如其中的襟翼試驗(yàn)，需驅(qū)動(dòng)加載襟翼“放下—收上”全行程連續(xù)6萬(wàn)次，達(dá)到飛機(jī)30年壽命的使用次數(shù)。其間，不斷跟蹤，并監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)是否產(chǎn)生裂紋及擴(kuò)展，以確保飛機(jī)壽命期內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)疲勞斷裂。

漫長(zhǎng)而復(fù)雜的飛行試驗(yàn)

2008年11月28日，“ARJ21-101”從上海的大場(chǎng)機(jī)場(chǎng)騰空而起，飛向藍(lán)天，實(shí)現(xiàn)了漂亮的首飛。不久后，它轉(zhuǎn)場(chǎng)飛赴閻良試飛基地，開(kāi)始了研發(fā)試飛，由于試飛測(cè)量的參數(shù)太多，內(nèi)容非常廣泛。后來(lái)，“ARJ21-102”“ARJ21- 103”和“ARJ21- 104”也一同加入到緊張的試飛中來(lái)。截至2014年年底，“ARJ21”型客機(jī)已累計(jì)飛行了2700多架次、5000多小時(shí)，并獲得了中國(guó)適航當(dāng)局頒發(fā)的適航證。

適航試飛須遵照中國(guó)和美國(guó)適航條例進(jìn)行。在這竭盡保障乘客安全的500多項(xiàng)條款內(nèi)容中，詳細(xì)地規(guī)定新客機(jī)要“達(dá)到什么”，“不應(yīng)該發(fā)生什么”，內(nèi)容可謂包羅萬(wàn)象。這對(duì)“ARJ21”客機(jī)無(wú)疑是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。除地面試驗(yàn)外，條例還涉及空中試飛，并規(guī)定了試飛方法、測(cè)試條件、測(cè)試結(jié)果評(píng)判等。

承擔(dān)試飛的4架ARJ21飛機(jī)年復(fù)一年地飛行在祖國(guó)浩瀚的藍(lán)天上：在北方邊陲的漠河機(jī)場(chǎng)作嚴(yán)寒低溫試飛；在海南、長(zhǎng)沙作嚴(yán)酷高溫、高濕的空中試驗(yàn)；在茫茫戈壁灘上作大側(cè)風(fēng)危險(xiǎn)科目……2012年底完成的失速試飛異常驚險(xiǎn)，當(dāng)飛機(jī)超大攻角飛行時(shí)，氣流產(chǎn)生分離，升力突然降低，機(jī)頭頃刻向下，極易釀成機(jī)毀人亡。雖然飛行員一生也難碰上一次這種情況，可是適航條例卻要求，一旦飛機(jī)出現(xiàn)失速，飛行員應(yīng)迅速改出，飛機(jī)不能出現(xiàn)破壞。為了這項(xiàng)試飛，“ARJ21-101”從2010年開(kāi)始分四階段共進(jìn)行了180多架次、400多個(gè)飛行小時(shí)，才獲得中方和美方適航當(dāng)局的批準(zhǔn)。

相比2年多的空中失速試飛，“ARJ21”客機(jī)的自然結(jié)冰試驗(yàn)歷時(shí)更長(zhǎng)。2010年起，“ARJ21”客機(jī)先后4次遠(yuǎn)赴新疆鮮有人知的“地窩堡”機(jī)場(chǎng)，尋找滿(mǎn)足適航要求的結(jié)冰條件。看似萬(wàn)事俱備，但機(jī)會(huì)往往稍縱即逝，好不容易在2012年3月，抓住了一次機(jī)會(huì)，可惜時(shí)間太短，只作了小部分結(jié)冰試驗(yàn)。眼看取證的最后期限迫在眉睫，科研人員不得不把目光移到了加拿大和美國(guó)。

2014年3月，披著紅白涂彩的“ARJ21-104”從哈爾濱機(jī)場(chǎng)起航向西伯利亞飛去，航行14000多千米，抵達(dá)加拿大的溫莎機(jī)場(chǎng)。這里有著得天獨(dú)厚的自然結(jié)冰優(yōu)勢(shì)，“ARJ21-104”的飛行試驗(yàn)進(jìn)展十分順利。在進(jìn)行了9架次、超過(guò)27個(gè)小時(shí)的試飛后，所測(cè)試的機(jī)翼、風(fēng)擋玻璃等防冰、除冰功能均達(dá)到了適航要求，結(jié)果堪稱(chēng)完美。

“ARJ21-104”滿(mǎn)載著豐碩的成果返回，經(jīng)北美—大西洋—太平洋，從西向東作了一次30000多千米的環(huán)球飛行。經(jīng)受了種種暴風(fēng)冰雪及大側(cè)風(fēng)的考驗(yàn)，“ARJ21”客機(jī)再次證明其具有很好的安全性。

國(guó)產(chǎn)大客機(jī)的開(kāi)路先鋒

宛若待嫁的姑娘，“ARJ21”客機(jī)如今萬(wàn)事俱備，成都航空公司將迎接它的到來(lái)。這是非常令人高興的喜事，我國(guó)自主研制的支線(xiàn)客機(jī)成功了！

萬(wàn)事開(kāi)頭難，“ARJ21”客機(jī)適航花費(fèi)了很長(zhǎng)的時(shí)間。然而，它積累的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)卻是極其寶貴的。它是我國(guó)民用機(jī)首次采用“自主研制、國(guó)際合作、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)”的模式運(yùn)行，有效提升了研制水平、產(chǎn)品市場(chǎng)化，讓“ARJ21”走出國(guó)門(mén)，飛向世界。

“ARJ21”的適航過(guò)程，無(wú)論從適航條款的理解，還是技術(shù)路徑、管理型式方面，都將使正在研制中的國(guó)產(chǎn)大客機(jī)——“C919”少走彎路，縮短適航周期。像“C919”危險(xiǎn)試飛科目 “失速試飛”“自然結(jié)冰試驗(yàn)”等都可以復(fù)制“ARJ21”的全過(guò)程。

但是，“ARJ21”的意義決非僅僅如此！它是未來(lái)國(guó)產(chǎn)系列客機(jī)飛翔藍(lán)天、走向世界的開(kāi)路先鋒！