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圆满完成冰岛大侧风试飞,这道彩虹,国产客机ARJ21等了8年!

2018-04-10 15:59:30

4月8日,我国自主研制的喷气式支线客机ARJ21-700在冰岛圆满完成大侧风试验。

3月26日,ARJ21-700飞机执行1架次局方审定试飞,完成6个起落,起飞平均侧风速度38.4节,着陆平均侧风速度34.9节,验证到的最大风速为48.7节,超过设计目标值,侧风包线扩展审定试飞取得圆满成功。

在极端低温大风环境下测试成功后,飞机竟身披彩虹降落,美轮美奂。

至此,ARJ21-700飞机最后一项特殊气象环境运行限制被解除,飞机具备了在高原、高寒、高温高湿、自然结冰以及大侧风等全部特殊气象环境下的运营能力,并全部通过局方审定。

当日,微信公号“航空物语”发布长篇技术贴,全面回顾这次不同寻常的测试,并附上ARJ21-700飞机和测试团队在冰岛罕见自然风光下的海量美图,让航空爱好者大饱眼福。

文章原标题:“祝贺!8年坚持就为这惊险降落,国产客机证明自己安全超乎预期!”,观察者网转载该文如下:

在我们印象中,客机起降一般都“四平八稳”,看着就靠谱、放心。

颜康植/摄

然而今年3月却有人惊奇发现,一架机身编号B-001Q的中国商飞ARJ21喷气支线客机,在离祖国万里之遥的冰岛凯夫拉维克国际机场,完成了一连串看起来晃晃悠悠,惊险无比起飞和降落!

比如,降落前已经飞到机场上空了,机头竟然还没对准跑道,机身也不水平,一边高一边低。

颜康植/摄

马上就要接地了,机头终于对准跑道,可机身依然歪斜,好像机翼快要擦到地面。

余明/摄

换一个方向降落,这回机身看着水平了,可机头还是“歪”向了一边,明显偏离跑道。

余明/摄

看着胆战心惊的,究竟怎么回事?没人管管吗?!

还真有人管!

这不连国家工信部都被惊动了,4月2日专门为国产飞机在冰岛的“惊险飞行”发布了通告:

颜康植/摄

原来,ARJ21在冰岛进行的是科学、细致、勇敢的大侧风试飞;试验取得了飞机研制和试飞团队翘首盼望8年的圆满成果。经过这将近3000个日日夜夜的坚持,我们现在可以说,ARJ21安全性不仅仅是“够用”,而是远远超出预期,这是飞机研制和试飞团队的荣誉,更是为航空公司和乘客送上了又一个分量十足的“定心丸”。

今天,咱就详细说说这次试飞的背景、过程和意义。

为什么要做侧风试验?

飞机起降多在逆风条件下进行,这样使用的跑道长度最短,可增加安全裕度。机场跑道的建设也会参考往年气象数据,使跑道方向与当地盛行风向平行。

起飞中的ARJ21。中国商飞供图

但风向不可能永远顺应人意,侧风不可避免。侧风会增加飞机起降操纵难度,也可能引发设备故障,因此在设计阶段,设计师们就考虑到飞机承受侧风的性能,但一款飞机到底能承受多大正侧风,还需要试验予以验证。侧风试验,主要测试飞机在侧风环境下的操纵稳定性和动力系统稳定性。飞机只有在验证侧风起降能力之后,才会被允许在相应的天气条件下运行。

适航条款这样说:

(侧风条件下 )飞机要有满意的可操作性,不要求特殊的驾驶技巧或机敏来维持直线航迹。

(来源:刘济美《一个国家的起飞》)

ARJ21飞机起飞和着陆抗侧风能力的设计目标值分别是30节(1节=1.852公里/小时)和27节。在此次冰岛试验之前,ARJ21累计安排了143天的大侧风试验(2010年~2013年)。但遗憾的是,受国内气候、天气、跑道朝向、空域使用机制等方面限制,侧风飞行时间仅有28小时46分钟,其余时间都是在等待。在中国民航局认可的层面,ARJ21飞机只完成了最高22节侧风的验证。在冰岛试验前,投入商用的ARJ21按照这一限制安排运营。

回溯

2010年5月13日,ARJ21飞机102架机第一次在位于西北大漠的空军鼎新机场进行大侧风试验。时任上飞院燃油动力部部长戚学峰说:“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。”

2011年3月15日,ARJ21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,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例的符合性;另一方面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飞行手册在侧风条件下的发动机相关操作程序。

2012年4月23日,102架机又一次转场嘉峪关机场,与此前试飞性质不同,此次试飞不再是申请人的工程试飞,而是局方的审定试飞。这无论是对于大侧风试飞还是对于ARJ21项目的进展都是一个新的里程碑。但是4月底的鼎新机场已经结束了侧风季,ARJ21项目又一次丧失了最好的试飞时机。虽然没有完成任务,但是却促进了申请人与局方能力和认识的逐步提高,这也是工程经验的价值所在。

2013年4月7日,根据天气预报显示,鼎新机场当天的风力将接近7级,角度为140°,这正是进行试验绝佳的气象条件。但是理想的风并没有如约而至,戚学峰说:“今天的确经历了一个非常揪心的下午,嘉峪关机场风速满足试验要求,但是风的角度不是垂直于跑道的;鼎新机场风的角度虽然垂直于跑道,但是风速却达不到要求。如果在这里能有一条‘米’字型跑道,我们的试验就不会进行得这么艰难,耗时如此之长了。”

2013年4月28日,ARJ21飞机102架机转场阎良,历时4年的大侧风试飞,结束。

(来源:《一个国家的起飞》)

当然,22节的限制对于国内运营已经足够,毕竟那是专业试飞团队抱着“没有麻烦制造麻烦也要上”态度所寻找到的最极端天气。但是,我们国家有志向天气更加复杂多变的地区出口ARJ21,同时也希望充分证明飞机设计合理,因此更强侧风条件下的试飞依然是必选项。

ARJ21选择先投入运营,再补充完成拓展试验科目的发展之路,这是中国民机发展必经的曲折和坎坷。

在选择新试验场所时,冰岛进入了试飞团队视野。

冰岛试飞的ARJ21,余明/摄。早在2011年,ARJ21就在西北某军用机场抓住转瞬即逝的机会完成一次侧风约40节的起落。但那不是民航局参与的审定飞行,因此数据不能用于民航飞行标准的制定 - 飞机制造商和民航局的关系,就像运动队和裁判。前者选手内部训练成绩再好,在后者看来都是没意义的,只有正式比赛才算数

为什么是冰岛?

ARJ21是一款商用客机,出国试飞不存在障碍。早在2014年,ARJ21就第一次飞出国门,前往加拿大出色完成了自然结冰试飞。

侧风试飞方面,冰岛“首都国际机场”凯夫拉维克的气象条件和地面设施都有突出优势。

冰岛地处北大西洋北极圈边缘,有“世界中转站”之名(来源:Google Earth)

根据气象记录,凯夫拉维克机场秋、冬、春三个季节多风,而且风速常能够达到试验所需数值(超过50千米/小时)。

凯夫拉维克机场的风速和风向统计(来源:weatherspark.com)

凯夫拉维克机场独特的跑道布局则是另一项优势。一般情况下,机场跑道会沿当地盛行风向修建,以尽量减少侧风对正常起降的影响。但在凯夫拉维克,东西和南北方向的大风交织出现,因此机场修建并开放了两条90°交叉的跑道,分别指向南北和东西。

这样一来,无论什么风向,普通航班飞行员总能找到一条侧风较小的跑道起降,增大安全系数;而对于“没有困难制造困难也要上”的试飞团队,也能找到一条侧风强劲的跑道,开展测试。

凯夫拉维克机场卫星地图(来源:Google Earth)

凯夫拉维克机场跑道长度超过3000米,宽达60米,够起降包括安-225在内的所有型号飞机;并且拥有机坪、机库等完善的地面保障设备,这些都是进行试验的加分项。

冰岛凯夫拉维克机场19号跑道  陈肖/摄

此外,与大风天必飞沙走石的国内很多西北部机场不同,凯夫拉维克机场周边地表被苔藓覆盖,强风时不会形成扬沙砾石,有利于飞行安全。

除ARJ21外,许多民用飞机也都选在冰岛进行了侧风试验。

说完了冰岛,我们聊聊侧风着陆技术。

怎样进行侧风着陆?

相比侧风起飞,侧风着陆的难度与危险程度更大,故如何安全地侧风着陆,是飞行员必须掌握的技能。

教科书所教的侧风着陆方式主要有两种:蟹形进近(又称偏流进近)和 侧滑进近

两种侧风进近方式的示意图(来源:wikipedia)

蟹形进近的大体做法,是让机头朝着来风方向偏转一定角度,通过飞行速度“抵消”风的速度,让飞机“歪”着头但却机身水平地沿着跑道方向下降和落地。

回到开头的照片,这是一次比较典型的蟹形进近,注意跑道方向(与近景围栏平行)和机头朝向,以及地上风筒指示的左往右风向

侧滑进近则是让飞机朝向来风方向稍微倾斜机身,通过升力“抵消”风的力量,让飞机斜着身子但是机头正对着跑道方向下降和落地。

这是比较明显的侧滑进近,风从摄影师吹向飞机

在侧风比较强烈的情况下,飞行员可能会综合使用两种操纵方式。这时飞机可能看起来晃晃悠悠,万分惊险,但在“老司机”操纵下,只是有惊无险

这次降落能同时看出两种操纵方式

 “大侧风条件下的进近对试飞员来说是种挑战。如果进近时仅使用偏流法,则会因为巨大的侧向扭矩造成主起落架损伤甚至断裂;而仅使用侧滑降落时,如果风速太大且试飞员把握不好的话,会因为飞机的坡度过大而容易造成飞机的翼尖擦地(或发动机擦地),严重时会导致机毁人亡的事故,这就需要合理有效地使用综合法落地以降低大侧风的不利影响。”局方试飞员赵志强(编者注:赵志强也是冰岛大侧风试验的局方试飞员)说。他曾在航线上飞过27节的大侧风着陆。

   (来源:《一个国家的起飞》)

这次侧风试验最大的难点是?

ARJ21飞机副总设计师常红在2013年第四次参加侧风试验时曾说:“相比于3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。”

等风来,恐怕是此次侧风试验中最大难点所在。侧风试验是气象试验,试验环境无法由人的意志改变,试验需要稳定的侧风分量,小了不够,大了不行。

在冰岛围绕ARJ21忙碌的机务团队。余明/摄

ARJ21于当地时间3月5日抵达冰岛雷克雅未克机场,当天的确有符合条件的大侧风,但是由于刚刚抵达,各项准备工作尚未完成,不具备开展试飞试验的条件。此后几天,机场并没有符合条件的风,试飞团队利用这些时间开展熟悉机场、熟悉空域的工作,并与冰岛方面充分磨合。9~10日,凯夫拉维克突降暴雪,积雪厚度达20厘米,机场关闭了10-28号跑道。11日,雪过天晴,但冰岛方面此时没有向ARJ21开放使用10-28号跑道。之后近一周的时间,凯夫拉维克一直下雨,ARJ21更多的是在进行适应性飞行,以及团队休整。近半个月,阴沉的天空,寒冷的空气,空旷的小镇,还有等不来的风。

因此,第一个难题是等待过程中对所有参试人员意志的考验。

11日当天,01跑道头之外的雪原景观,体感温度约-25℃。  陈肖/摄

ARJ21对正01跑道,因高空风速比地表风速强,机头向右舷偏转,接地前修正。  陈肖/摄

ARJ21从雪原上空飞过,由于风速较低,此时姿态已经修正。注意下面冰天雪地中的摄影师。  罗韬/摄

商飞新闻中心记者颜康植在风雪之中寻找合适的拍摄地点  陈肖/摄

试飞本身也是挑战重重。强风中隐藏着难以预测的风向突变,侧风突变会引起飞机操纵裕度不足;低空风切变会导致异常的升降速率,严重时可能导致飞机失控坠毁。因此机组必须协同准备判断,果断决策复飞或落地。

ARJ21使用01号跑道着陆  罗韬/摄

侧风试验结果如何?

根据官方通报,当地时间3月26日上午9:00,预报风向130°,风速35节,阵风45节,01-19跑道正侧风31节,沿跑道风15节,能见度大于10千米,降水无,积雨云无,积冰无。ARJ21按计划使用19号跑道起飞,执行了1架次局方审定试飞,完成了6个起落。上午10:26,试验结束滑回。结果如下:

起飞阶段侧风最大瞬时风速47.4节(87.78公里/小时,相当于9级烈风) 平均风速38.4节(71.11公里/小时,8级大风)

着陆阶段最大瞬时风速48.7节(90.19公里/小时,10级狂风) 平均风速35.2节(65.19公里/小时,8级大风)

以上全部超过CCAR25部(即中国民航运输类飞机适航标准)第25.237条规定的25节(46.3公里/小时,6级强风)风速要求。

当地时间26日上午10时26分,侧风试验成功,飞机落地遇见彩虹。  颜康植/摄

该架次试飞的局方试飞员是赵志强,责任机长陈明,此外还有3位试飞工程师:屈展文(局方)、朱卫东、梁远东,1位冰岛观察员(必要时)兼翻译。

局方试飞员赵志强 万全/摄

责任机长陈明  陈肖/摄

侧风试验成功,意味着ARJ21-700飞机最后一项特殊气象环境运行限制被解除,飞机具备了在高原、高寒、高温高湿、自然结冰以及大侧风等全部特殊气象环境下的运营能力,并全部通过局方审定。

一位试飞参与者说:

这次试飞上天

没有辜负航空人的坚守和勤奋

多年来的准备和期盼

我们抓住了黄金般的86分钟

齐心协力创造了奇迹

8年的等待和坚持,终于在这个春天迎来了回报。

祝贺ARJ21的研制和试飞团队!

26日飞机落地滑回后,中国飞行试验研究院副院长赵鹏(带墨镜者)与机组热情相拥。  颜康植/摄

忙碌的监控席位。工作人员主要负责监视飞机参数是否正常,飞机和天气状态是否满足试验要求,并将相关情况与机组实时沟通,从而稳妥高效地完成试飞。余明/摄

26日航后数据局方确认审查会议  颜康植/摄

最后,让我们看看

冰岛试飞的海量美图

特别鸣谢

中国商飞

中国飞行试验研究院

《一个国家的起飞》 刘济美/著

陈明/张正国/颜康植/何椿/

陈鹏/余明/罗韬/万全/魏萌/

王亚男/武瑾媛/吴佩新/陈肖

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来源:微信公号“航空物语” | 责任编辑:周远方
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