资料图:ARJ-21进行高危科目试飞,尾部擦地冒出火花
2013年3月27日,ARJ21-700飞机102架机再次飞抵嘉峪关机场,这是这架飞机第4次在此执行大侧风试飞任务。在业内人士看来,自然结冰试飞与大侧风试飞是截至目前为止,ARJ21-700飞机进行的最为艰难的两个试飞科目,因为这两项试验都对气象条件有着极为严格甚至苛刻的规定与限制,很大程度上,任务的完成更依赖于天公作美!
12时32分,嘉峪关机场的风速接近23节,而且风速稳定,这正是进行大侧风试飞理想的条件。ARJ21-700飞机大侧风试验队大队长谭祥升却没有任何的兴奋:“唯一也是至关重要的问题在于,我们需要的是垂直于跑道的大侧风,而不是平行于跑道的顺风。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 ――空军某机场!这也是我们为什么连续4年只能选择在这里进行试验试飞的原因。”
“我们需要的是垂直于跑道,同时不起扬沙,而且风速能稳定维持在23.5-28节的大侧风。”在ARJ21副总设计师赵克良看来,“正是这些对气象条件的苛刻规定与限制成为ARJ21-700飞机大侧风试飞的难度所在。”
“今天这个风如果是吹在空军某机场,那就美得很了!”中国空军试飞团副团长刘宏亮与试飞机组成员在大风中走下飞机,与等候在机场的试验队人员互致问候,虽然人们互相鼓励与彼此祝福,但是,每个人心头都有一个挥之不去的隐忧:如果仍无法完成任务,ARJ21-700飞机的取证计划将受到怎样的影响……
“根据当地气象数据显示,每年空军某机场与嘉峪关机场在4月份平均会有8场大风,”西安试验队工程中队副队长田海玲介绍说:“没有人能够知道今年会有几场风,风又会在什么时间来,能否满足试飞条件,我们唯一能够确定的是,还有涉及动力装置、APU及操稳三个专业,包括五个审定试飞科目需要完成。”
三年里经历了一系列艰难的探索与选择
“相比于三年前,我们现在唯一能做的就是等风,等待大侧风,这确实是非常折磨人的等待。”今年是ARJ21-700飞机副总设计师常红第4次参加大侧风试飞: “从2010年至今,三年的大侧风试验试飞为我们累积了大量的数据,使我们清楚的掌握了ARJ21-700飞机发动机在侧风条件下的工作特性,当然,由于这是国内首次在民用飞机上进行此类试飞科目,我们没有太多的经验可以借鉴,这也使我们经历了一系列艰难的探索与选择。”
2010年5月13日,ARJ21-700飞机102架机第一次在空军某机场进行大侧风试验,所有参试人员与102架机也全部集中在此。
“那一年,我们动力装置的主要任务是进行发动机进气畸变地面试验,但是,由于第一次进行大侧风外场试验,飞机转场的时间偏晚,错过了最佳的侧风季。而且,GE 公司的传感器技术人员是不被获准进入这个军事禁区,也就无法为我们的试验提供现场技术保障与支持。”上海飞机设计研究院动力燃油部部长戚学锋介绍说:“发动机进气畸变试验需要测量进气道内流场畸变及发动机风扇叶片的振动情况,因此,ARJ21-700飞机的发动机进气道和发动机内加装了大量的传感器,这些传感器和相应的记录设备非常精密和先进,也是GE公司第一次在美国本土以外的国家使用,出于对核心技术的保密,每次试验数据的提取必须由GE公司从美国来的技术人员亲自操作。”
而在当时的试验过程中,GE公司从美国带过来的一个特殊数据测量设备由于设备本身的可靠性问题在试验中出现了故障,而且也并没有及时的在试验中指示出来,这就导致当年所完成的有限的地面试验的部分重要试验数据全部丧失,这在当时对试验队来说可谓一个不小的打击。与此同时,中航工业试飞中心的气象车也无法达到每秒钟记录一次风速风向的测试频率,不能从根本上满足试验的要求。
“从那之后,我们就调整了大侧风试验试飞的组织模式,开创性的采用嘉峪关-空军某机场两线开展试飞的模式,飞机与试验人员全部集中在嘉峪关,飞机进入空军某机场执行试飞任务,从根本上避免了再次发生类似GE公司这样的问题。”在 ARJ21项目总指挥罗荣怀看来,虽然2010年的大侧风试验从试验结果来看不尽人意,但是,正是那次有益的尝试和探索为后续大侧风试验试飞积累很多宝贵的经验教训。
2011年3月15日,ARJ21-700飞机102架机在最佳的侧风季节飞抵嘉峪关机场,这是试验开始最早的一次,在常红看来也是动力专业收获成果最大的一次。
2011 年动力装置大侧风地面试验的主要目的是一方面通过发动机地面适航验证试验验证对发动机进气畸变相关适航条款的符合性,另一方面是结合地面工程试验确定 CF34-10A发动机在ARJ21飞机上的地面侧风运行和起飞包线/边界,从而制定ARJ21-700飞行手册中在侧风条件下的发动机相关操作程序。
那年动力装置全面完全达到了既定的试验目的,并且接受了两位FAA(美国联邦航空局)审查员的现场目击。“我们准确的回答了他们提出的一系列问题,有些问题是FAA故意在考察我们对适航条款的理解以及相应验证方法的技术把握。”常红认为,这次现场目击建立了FAA审查员对申请人的了解与信任,“这是非常不容易的,最终FAA审查员对大侧风试验现场的试验组织程序以及申请人的技术能力都给予了很高的评价。”
2011 年的试验同样给戚学锋留下了深刻的印象,也令他经历了一次艰难的挑战:在进行风速25节(约12.9米/秒)风向为270度的侧风(侧风垂直于飞机机身,跨过机身的遮挡后进入被试发动机)条件下发动机地面的试验时,当时发动机运转在最大推力状态,发动机的巨大的轰鸣声交织着呼呼的疾风声,让飞机上每一个参加试验的人都感到异常紧张。
“我当时在客舱的监控设备前紧盯着发动机的工作参数,当看到发动机的风扇转速和排气温度出现波动时,心里有一种不祥的预感,随后试验发动机突然发出‘砰’、‘砰’的两声巨响。”戚学锋仍清晰的记得当时的试验情况:“我们第一次碰到了ARJ21-700飞机发动机出现喘振的现象,当时发动机发出喘振的声音非常巨大,可以称得上是惊心动魄的一瞬间,在场所有人的心都悬了起来,这意味着ARJ21飞机发动机进气畸变的适航验证要比我们预计的复杂得多,挑战也更大。”
试验随之陷入了困境,事件也受到了来自各方面的关注,“我们当时需要尽快分析出原因,尽快恢复试验,确保后续试飞的安全,并且还要制定出可行的取证思路和解决方法。”常红如是说。
在经过对试验数据的初步分析以及与GE公司专家的多次交流后,申请人确认发动机出现异响的原因是由于在地面静止状态下,采用尾吊安装布局的发动机距机身较近,在侧风条件下背风面的发动机的进气容易受到机身遮挡的影响,当较大的侧风或尾侧风(25节左右)在经过飞机机身后,将产生大量的紊流进入发动机导致发动机的高压压气机产生失速。
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