試驗機試飛改裝中機械項目典型改裝方案

張寒 霍新晨

中國飛行試驗研究院 陜西 西安 710089

1 外界常見的飛機改裝與試驗機改裝

外界熟知的飛機改裝，即對飛機的外觀進行重新噴涂，或對飛機原有布局、內飾等進行升級改造，甚至是在飛機翼尖增加“小翼”等。此類飛機改裝的主要目的是滿足航空運營商的個性化需求，使乘客獲得更好的乘機體驗。而飛機改裝的另一個重要領域——試驗機改裝，則鮮為人知。

要了解試驗機改裝，還得先從飛行試驗說起。

飛行試驗是指在真實大氣條件下對飛行器、航空動力裝置、機載設備和系統進行的各種試驗。飛行試驗最大的特點之一就是試驗數據的真實性、可靠性。

航空技術的發展歷程表明：大部分航空技術的突破，都是通過飛行試驗研究和試飛取得的。在這個過程中，用于飛行試驗的飛機叫做試驗機。試驗機是飛行試驗工程部門特有的、也是最重要的基礎設施和資源。

試驗機改裝，顧名思義，就是對試驗機進行的改裝。結合試驗研究機研制需要，按照總體技術要求對原型機的結構、系統、軟件和狀態進行更改，以安裝被試系統和試驗任務系統，適應飛行試驗研究和演示驗證需要。試驗機設計改裝技術就是一門為飛行試驗設計試驗平臺的技術。根據試驗對象的不同，試驗機改裝一般可以分為新型飛機的測試系統和新系統的空中試驗室改裝兩類。

新型飛機的測試系統改裝就是為新設計的飛機量身定制一套用于“考核”它的測試系統，并將其安裝到飛機上。一架新型飛機，只有安裝了測試系統后，才是真正意義上的試驗機。在飛行試驗過程中，這套測試系統能夠實時獲取試驗機的各項功能、性能指標數據，從而判斷它能否像設計師預期的那樣安全、平穩地飛起來，以及它到底能飛多“快”、多“高”和多“遠”。

在保證對試驗機原有結構或系統最小損傷的前提下，把一套可能擁有成百上千件試驗設備，以及數萬米改裝線纜的測試系統非常高效、安全地在試驗機上安裝到位，是試驗機改裝工程師們直接面對的困難與挑戰。

那么，什么又是新系統的“空中試驗室”改裝呢？

隨著科技的快速發展，航空、航天、發動機、雷達電子、兵器等行業研制的各種新系統層出不窮。為了在空中驗證這些新系統的功能和性能，就需要改裝一架飛機作為試驗機，并在試驗機上布置安裝這些新系統。把對這類飛機的改裝稱為新系統的“空中試驗室”改裝。

根據安裝在試驗機上新系統種類不同，這些“空中試驗室”常常被冠以各種不同的名字，如發動機飛行試驗臺、變穩試驗機以及彈射試驗機等。由于新系統本身具有不確定性，如果將這些新系統還裝在一架新飛機上，風險無疑會很大。所以，新系統的“空中試驗室”一般會選擇成熟的在役飛機作為改裝對象。

這類試驗機通常需要經過深度改裝才能達到飛行試驗的要求，改裝往往會對試驗機的氣動外形、結構、重量重心以及原機系統造成很大改動，改裝技術風險和難度都會很大。

例如，在將一架普通的運輸機改成雷達電子試驗機的過程中，為了在這架運輸機上合理地布置、安裝這些新研發的雷達電子系統，可能會整體切除它的機頭部分，把它變成類似戰斗機那樣，尖尖的復合材料天線罩結構；也可能會在機身外加裝形狀各異的“鼓包”，甚至會在這架運輸機上安裝一臺新的發電機用來滿足這套新系統的大功率用電需求。

航空工業發展歷程中，幾代航空人研制改裝成功了我國第一架雷達電子試驗機、發電機飛行試驗臺、氣動力試驗機、兩代變穩試驗機、彈射試驗機以及結冰噴水試驗機等。每一架“空中試驗室”都是改裝工程師們智慧的結晶。

無論哪一類試驗機改裝，都是飛機原有設計平衡被破壞和重建的過程，它們都與飛行安全息息相關，試驗機改裝是一個充滿風險和挑戰的航空技術領域[1]。

而試驗機改裝從大的方面說，包括機械改裝和電氣改裝兩部分。有人說，航空電纜就是飛機的神經系統，連接著飛機電氣，航電，通信和操縱等各個系統，輸送動力電源，傳遞控制信號和數據信息給飛機各個系統作為飛行數據基礎，保障飛行安全[2]。在飛機改裝過程中，航空電纜的敷設工作被稱為連接“飛機神經”的改裝。而作為試驗機改裝工作中不可或缺的一環的機械改裝，更像是試驗機“感官”的改裝。試驗機將各組飛行數據通過“感官”傳感器采集到，并通過“飛機神經”——航空電纜匯總到各系統主機，在可控范圍內保障試飛工作安全順利進行。

而試驗機“感官”傳感器的加|改裝就是試驗機的機械改裝。通過環境溫度傳感器、管道溫度傳感器、管道壓力傳感器、定位系統傳感器、振動傳感器、油耗傳感器，各種采集器，線、角位移傳感器等等，各種各樣的傳感器將飛行試驗數據可視化，飛行姿態具體化，飛行安全可靠化，是試驗機改裝中必不可少的一環。為了保障試驗機機械改裝的安全性和系統化，必須將機械改裝的流程和細節規范化、標準化和典型化。

2 試驗機機械項目典型改裝方案舉例

2.1 采集器等帶耳片的設備在小空間或者零空間的安裝

此類設備一般在耳片上會制有通孔，用來安裝。在開放空間的安裝方式為：在安裝平臺上制相應位置的通孔，用對應的標準件加以緊固。而在某些試驗機（如殲擊機或者小飛機）上，安裝空間十分緊張，加裝設備數量也多，導致某些設備的安裝位置不方便施工，或者安裝位置在施工者夠不著的地方。

此時，為了方便后續的試驗機設備的拆校、更換、保養等，必須采用非常規的安裝方式。目前采用插板設計方案，即在施工者不易施工的一側，通過加裝相應形狀的壓條的方式，減少該側后續的施工量和施工難度。為保證壓條的通用性，可采用斜槽壓條的方式，保障測試設備可以順利安裝。

圖1 采集器斜槽壓條式

2.2 振動傳感器的兩種安裝方式的對比

對于振動傳感器的安裝，現階段的安裝方式有兩種：螺釘連接和粘接。

螺釘連接，即采用角片安裝的方式，多用埋頭釘將傳感器緊固到安裝角片上，并打好保險防松，借用原機孔位，或者在原機適當的位置制孔，將角片和試驗機連接緊固，測量該處在試驗機飛行過程中的振動情況。優點是拆卸方便，快捷，不易松動，不用清理多余物，缺點是可能需要在原機上制孔。

圖2 振傳感器螺釘安裝

粘接，即采用AB膠的形式，將傳感器與試驗機測量點直接粘接，不用開孔或者采用螺釘連接，待膠干后，傳感器和測量點緊固連接。優點是安裝方式簡單易學，不對原機造成開孔傷害，相比與螺釘連接，安裝方式更快捷方便；缺點是在遇到外力沖擊時，粘接很容易松動掉落，影響試驗機數據收集，并且粘接的用膠量不易把控，膠量過少，則傳感器粘貼不牢固；膠量過多，則在傳感器拆除或拆校的時候，造成傳感器取不下來，比較棘手。當任務結束，還要清理試驗機上的多余膠痕。

2.3 薄壁板類型的試驗機改裝件的安裝

對于板材類和梁類的改裝件，在安裝的時候，會在受力后進行相應的形變。這種形變對于安裝的位置和孔位要求十分精確的改裝任務來說，可以在安裝的時候，施加相反方向的力，使板材回到可以安裝并使用的狀態，且不影響結構強度和改裝安全性，符合改裝設計要求。

對于安裝孔位精度要求較高的改裝任務來說，這種形變是不能接受的。因為這種情況下的形變，會使改裝件無法順利安裝，導致前期工作付諸流水，造成“返工”甚至整個改裝件重新取樣重做，影響任務進度，進而影響試驗機任務節點，拖慢試飛進度。

在某型機的前起艙后部，有一塊薄壁板，某次改裝任務為在該薄壁板上安裝五件測試設備，該薄壁板四周與飛機是用快卸螺釘連接。在改裝過程中，當施工人員按照工卡將測試設備安裝并緊固后，將整個薄壁板托起，試圖恢復至原位置時發現，由于該薄壁板在安裝并緊固測試設備后，受力變形，導致該薄壁板孔位與原機相應位置孔位對應不上，無法安裝。而機上的施工位置有限，不方便施工人員在薄壁板與試驗機緊固后，再進行設備安裝。故前期的測試設備緊固工作需要“返工”至原狀態，且施工人員只能在不方便施工的位置進行施工。同理，某次設備桌安裝過程與上述情況類似，在桌上的測試設備緊固后，儀器桌有少量形變，在連接儀器桌與機體時，無法與前期制的孔位對應上，導致無法順利安裝。

總結歸納，對于此類試驗機改裝件，在施工之前，需留心注意改裝零件的少量形變，并提前想好應對策略，如對于所有的測試設備，只穿釘，不緊固，減少改裝件的形變量，在關鍵孔位對應并拉緊后，再慢慢緊固測試設備，杜絕“返工”或者損壞改裝件的情況發生[3]。

2.4 管路敷設時的注意事項

在管路制作前，最好有取樣的步驟，能保證管路的長度和準確度，在取樣過程中，可以選擇并確定最優的管路敷設路徑、連接緊固方式和支撐點位置，避免管路過長或過短導致的連接位置不恰當或者管路無法使用的情況出現。且不銹鋼管路在第二次彎折的時候，會比第一次彎折困難許多，要盡量減少彎折次數，也說明了管路取樣的重要性。

在管路敷設的時候，尤其對于管路，盡量一根一根敷設，每根都折出最佳形狀，不要一次彎折多根管路。當管路敷設路徑需要穿孔時，管路的折彎要盡量垂直于孔的橫截面，最大程度上避免導管與穿孔位置的摩擦，保護管路在動態情況下，不被穿孔位置割斷，保護試驗機的飛行安全。且在穿孔位置，需要用石棉帶或者棉氈包裹管路，起到保護作用，并用卡帶拉緊，防止脫落。在高溫區，需要用石棉帶和鐵皮卡帶。

圖3 管路敷設

試驗機改裝是試飛過程中很重要的一環，對于試飛有重要的作用和意義。就國內外環境來看，試驗機試飛改裝方面并不引人矚目，也無太多關注，所以沒有太多的經驗可供借鑒學習，只有靠我們自己在實踐中總結歸納，不斷積累經驗和教訓，借鑒相近行業的先進經驗，融會貫通，化為己用，才能給中國試飛改裝注入新的力量，使中國的試飛事業，尤其是中國試飛改裝工程，向著規范化、可靠化、安全化、模式化的方向邁進，保證測試系統裝機的正確性和穩定性；盡最大努力使測試系統的安裝不影響原機的系統和結構，保證試飛數據的真實性和準確性；杜絕安全隱患和安全事故的發生和出現，保證試飛試驗的可靠性和安全性，保證人民生命和國家財產安全；用“精心改裝，品質卓越”的改裝精神挑艱戰難，開拓創新，為中國的試飛事業貢獻自己的一份綿薄之力，使中國試飛向著國內一流，國際先進的目標穩步邁進。

3 結束語

未來的試驗機改裝技術，將從單一系統走向系統綜合，從簡單過程走向系統工程。試驗機改裝技術作為飛行試驗的重要支撐，在國防技術和航空工業的發展中發揮越來越大的作用。這就需要越來越多的航空人學習過去，立足現在，展望未來，為祖國的試飛事業添磚加瓦，共創輝煌。