ARJ21—700：一個(gè)國(guó)家的試飛

劉濟(jì)美

2014年的最后一個(gè)星期二——12月30日下午3時(shí)，中國(guó)民用航空總局局長(zhǎng)李家祥向中航商用飛機(jī)有限公司（以下簡(jiǎn)稱“商飛公司”）董事長(zhǎng)金壯龍頒發(fā)了中國(guó)首張自主研制噴氣客機(jī)的型號(hào)合格證。

長(zhǎng)達(dá)11年又3個(gè)月的適航審查、超過6年的試驗(yàn)試飛，至此全部結(jié)束，ARJ21-700飛機(jī)成為中國(guó)第一款具備航線運(yùn)營(yíng)資質(zhì)的噴氣式支線客機(jī)。

300項(xiàng)驗(yàn)證試驗(yàn)、285個(gè)表明符合性試飛科目、32本試飛大綱以及厚度高達(dá)30米的3418份符合性驗(yàn)證報(bào)告……這些數(shù)字背后，是為填補(bǔ)中國(guó)在商用飛機(jī)研制領(lǐng)域的技術(shù)空白，而經(jīng)受的挫折與挑戰(zhàn)。

在5258個(gè)試飛小時(shí)中，幾乎每一分鐘，被譽(yù)為“刀尖舞者”的試飛團(tuán)隊(duì)都用生命創(chuàng)造著“零的突破”。

在2942個(gè)試飛架次中，每一次起飛都是逼近危險(xiǎn)邊緣的探索，既要保證飛機(jī)與自身的安全，又要獲得設(shè)計(jì)人員滿意的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

每一次著陸都填補(bǔ)著中國(guó)民機(jī)適航審查試飛技術(shù)的空白，也為中國(guó)民機(jī)適航審查體系的完善與發(fā)展留下新坐標(biāo)。

到適航審查結(jié)束，ARJ21-700飛機(jī)共突破了100多項(xiàng)技術(shù)難關(guān)，解決制約適航的技術(shù)難題130多個(gè)，同時(shí)也為中國(guó)大飛機(jī)C919飛機(jī)的適航積累了經(jīng)驗(yàn)。

“當(dāng)我們走完一個(gè)完整的民機(jī)研制歷程之后發(fā)現(xiàn)，驗(yàn)證一架飛機(jī)，尤其是按照適航標(biāo)準(zhǔn)的要求來驗(yàn)證飛機(jī)，是一件異常艱難的事?！鄙虾ｏw機(jī)設(shè)計(jì)研究院院長(zhǎng)郭博智告訴《瞭望東方周刊》，“在設(shè)計(jì)與制造階段，每一天都能看見飛機(jī)明顯的變化，甚至一些問題也可以暫時(shí)忽略。但在驗(yàn)證階段，所有之前忽略的問題、每一項(xiàng)錯(cuò)誤都會(huì)體現(xiàn)出來，尤其是那些考驗(yàn)設(shè)計(jì)師能力的細(xì)節(jié)問題?！?h3>最嚴(yán)酷的適航標(biāo)準(zhǔn)

從事民機(jī)研制的人都知道這樣一句話：研制什么飛機(jī)聽市場(chǎng)的，如何研制飛機(jī)卻要聽適航的。

適航是適航性的簡(jiǎn)稱，是保證飛機(jī)安全性的最低標(biāo)準(zhǔn)。每一名飛機(jī)設(shè)計(jì)師都不敢小覷適航條款的重要性，以及航空產(chǎn)品獲得型號(hào)合格證的艱難程度。

11年來，參加ARJ21項(xiàng)目的每一個(gè)人都在思考同一個(gè)問題：驗(yàn)證一架飛機(jī)到底有多難？

ARJ21-700型飛機(jī)型號(hào)合格審定委員會(huì)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(shù)，而在驗(yàn)證試飛中，它最終飛到了0.89馬赫數(shù)，充分驗(yàn)證了飛機(jī)的安全裕度。”

“ARJ21-700飛機(jī)機(jī)頭結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)必須保證飛機(jī)在與1.8公斤的鳥相撞后，仍能繼續(xù)安全飛行和著陸。”飛機(jī)強(qiáng)度專業(yè)副總設(shè)計(jì)師朱廣榮說。

而按照要求，ARJ21-700飛機(jī)應(yīng)急撤離地面演示試驗(yàn)中，黑夜條件中機(jī)上90名乘客和4名機(jī)組人員要在90秒內(nèi)從兩個(gè)可用應(yīng)急出口使用滑梯安全撤離至地面。

上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院ARJ21項(xiàng)目管理部部長(zhǎng)王飛介紹說：“我們的試驗(yàn)用時(shí)僅57 秒，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于適航條款的要求?！?/p>

ARJ21項(xiàng)目中流傳著一組數(shù)據(jù)，形象說明了試飛商用飛機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)性與驗(yàn)證難度。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在造成人員傷亡的民航飛行事故中，約有17%左右是飛機(jī)失速導(dǎo)致的，失速試飛也一直被視作民用飛機(jī)風(fēng)險(xiǎn)最高的試飛科目。

受國(guó)外供應(yīng)商的影響，ARJ21-700先后進(jìn)行了12輪失速試飛，用了8220次失速來尋找“安全性”和“經(jīng)濟(jì)性”的最佳平衡點(diǎn)。

往往一個(gè)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(yàn)證了ARJ21-700的失速特性以及失速警告裕度，這在國(guó)際同類機(jī)型試飛中絕無僅有。

另?yè)?jù)統(tǒng)計(jì)，先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的空中停車概率約為每30萬飛行小時(shí)一次。

假設(shè)一名旅客每周飛行約兩小時(shí)，要經(jīng)過3000年才能遇到一次發(fā)動(dòng)機(jī)空停的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于航線飛行員來說，若以全部3萬小時(shí)的飛行時(shí)間來計(jì)算，要經(jīng)歷10個(gè)飛行生涯才能遇到一次這樣的致命風(fēng)險(xiǎn)。

然而，試飛團(tuán)隊(duì)經(jīng)常要在一個(gè)架次內(nèi)就執(zhí)行數(shù)十次空中或者地面起飛滑跑閉機(jī)驗(yàn)證，有些科目還要疊加不利的重量、重心以及高原機(jī)場(chǎng)起降等嚴(yán)酷條件。

在ARJ21-700飛機(jī)型號(hào)合格審定審查組試飛、性能專業(yè)組組長(zhǎng)周成剛看來，這些最嚴(yán)酷的試驗(yàn)條件只有一個(gè)目的：充分驗(yàn)證飛機(jī)的安全性。

用試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立共識(shí)

上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院副院長(zhǎng)、ARJ21項(xiàng)目行政指揮李玲認(rèn)為，與世界知名的飛機(jī)制造商相比，商飛公司作為沒有型號(hào)研制經(jīng)驗(yàn)的申請(qǐng)人，面臨著缺少工程經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)所帶來的挑戰(zhàn)，“我們不得不做更多的試驗(yàn)來積累工程數(shù)據(jù)，取得信任?！?/p>

2012年6月19日，在中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院的跑道上開始進(jìn)行中國(guó)首例按照“CCAR25部”進(jìn)行的全機(jī)級(jí)進(jìn)氣道濺水試驗(yàn)。

這項(xiàng)試驗(yàn)也引起了國(guó)內(nèi)大型運(yùn)輸機(jī)研制廠商的關(guān)注。

“之前我國(guó)在此領(lǐng)域沒有任何工程數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)可以借鑒?！盇RJ21-700飛機(jī)動(dòng)力裝置專業(yè)副總設(shè)計(jì)師常紅依然清晰記得兩年前的細(xì)節(jié)，“波音公司用4個(gè)小時(shí)完成的試驗(yàn)，ARJ21-700飛機(jī)卻用了9天?！?/p>

對(duì)于商飛公司和第一次參與此項(xiàng)試驗(yàn)的審查代表們來說，如何確定與取舍試驗(yàn)點(diǎn)，成為他們共同面對(duì)的挑戰(zhàn)，也成為此項(xiàng)試驗(yàn)有效與否的關(guān)鍵所在。

“波音公司在進(jìn)行同類試驗(yàn)時(shí)只進(jìn)行6至8個(gè)點(diǎn)的測(cè)試，而我們規(guī)劃了11個(gè)點(diǎn)，飛機(jī)還要從50節(jié)一直增速到140節(jié)抬前輪的速度?！鄙虾ｏw機(jī)設(shè)計(jì)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(duì)臨界狀態(tài)判斷的直接證據(jù)。在這種情況下，不得不加大試驗(yàn)的速度區(qū)間，用更多試驗(yàn)數(shù)據(jù)來表明符合性。直接影響就是加大了試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)，拖延了時(shí)間，同時(shí)帶來了研制成本的增加?！?/p>

ARJ21-700靜力試驗(yàn)共計(jì)28項(xiàng)，全機(jī)工況5項(xiàng)，其中4項(xiàng)全部都做到了極限載荷。

“因?yàn)槿鄙贁?shù)據(jù)積累，適航要求最好全部做到極限載荷試驗(yàn)，以驗(yàn)證我們的計(jì)算與分析能力。”朱廣榮解釋說，“這給試驗(yàn)規(guī)劃帶來了極大難處，我們只有一架靜力試驗(yàn)機(jī)，卻要完成4項(xiàng)全機(jī)極限載荷試驗(yàn)，所以必須對(duì)試驗(yàn)的情況充分判斷，合理安排試驗(yàn)次序，才能保證這一架靜力試驗(yàn)機(jī)能將所有的極限載荷試驗(yàn)全部承擔(dān)下來。”

有些試驗(yàn)不僅是國(guó)內(nèi)首次進(jìn)行，在國(guó)際上也尚屬首例。

2014年5月20日上午，中國(guó)首例按照國(guó)際適航標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的飛機(jī)主起落架艙內(nèi)輪胎爆破試驗(yàn)，在曙光橡膠工業(yè)研究設(shè)計(jì)院獲得成功。

此項(xiàng)試驗(yàn)采用的是國(guó)際上最為嚴(yán)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(dāng)于在主起落架艙內(nèi)引爆2顆手雷。

與國(guó)際上普遍采用的試驗(yàn)?zāi)Ｊ较啾?，“X”型爆破釋放的能量要高30倍。

這是一個(gè)國(guó)家的試飛

試飛空域限制、缺少試驗(yàn)條件、沒有滿足條款要求的氣象條件……在ARJ21-700飛機(jī)長(zhǎng)達(dá)6年的試驗(yàn)試飛過程中，幾乎每一項(xiàng)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(fù)責(zé)的試驗(yàn)科目，大多數(shù)都是“靠天吃飯”。

在他看來，外界與其抱怨ARJ21-700飛機(jī)的試飛周期世界最長(zhǎng)，不如更多關(guān)注支撐國(guó)產(chǎn)民機(jī)試驗(yàn)與試飛環(huán)境建設(shè)，“某種程度上，這并不是一款飛機(jī)的試飛，而是一個(gè)國(guó)家的試飛?！?/p>

2013年3月27日，ARJ21-700飛機(jī)再次飛抵嘉峪關(guān)機(jī)場(chǎng)，這是這架飛機(jī)第四次在此執(zhí)行大側(cè)風(fēng)試飛任務(wù)。

自然結(jié)冰試飛與大側(cè)風(fēng)試飛是最為艱難的兩個(gè)試飛科目——對(duì)氣象條件都有著極為嚴(yán)格甚至苛刻的規(guī)定與限制。

“我們需要的是垂直于跑道、不起揚(yáng)沙，而且風(fēng)速能穩(wěn)定在23.5節(jié)到28節(jié)的大側(cè)風(fēng)?！壁w克良說。

譚祥升感慨：“4年來我們一直在尋求更為嚴(yán)酷的試驗(yàn)條件，但在我們國(guó)家，能夠滿足這種氣象條件的跑道目前只有一條?！本褪羌斡P(guān)的空軍某機(jī)場(chǎng)。

2010年到2013年，ARJ21-700飛機(jī)累計(jì)143天的大側(cè)風(fēng)試飛期間，側(cè)風(fēng)飛行時(shí)間僅有28小時(shí)46分鐘，其余時(shí)間都在等待。

這種尷尬的試飛現(xiàn)狀卻正是中國(guó)民機(jī)試飛條件與能力的真實(shí)體現(xiàn)。

ARJ21-700飛機(jī)型號(hào)合格審定審查組試飛、性能專業(yè)試飛工程師屈展文介紹說：“在美國(guó)和俄羅斯都有很多專門用于試驗(yàn)試飛的機(jī)場(chǎng)，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(guó)愛德華茲空軍基地，擁有4000英尺到3.9萬英尺長(zhǎng)度不等的跑道21條，在此進(jìn)行試驗(yàn)的飛機(jī)在遇到大風(fēng)天氣時(shí)，可以根據(jù)風(fēng)向選擇需要的跑道?！?h3>去北美捕捉極端條件

國(guó)際上也有跨國(guó)試飛，波音787飛機(jī)和空客A380飛機(jī)都在冰島進(jìn)行了大側(cè)風(fēng)試飛，以節(jié)省試飛成本與時(shí)間。

2014年4月28日，ARJ21-700飛機(jī)完成了遠(yuǎn)赴北美五大湖區(qū)的萬里“追云”之旅。這是它第一次環(huán)球飛行，目的是完成另一個(gè)關(guān)鍵試飛科目——自然結(jié)冰試飛，以驗(yàn)證其在自然條件下仍具備安全飛行與運(yùn)營(yíng)的能力。

同樣的試飛，巴西航空工業(yè)公司ERJ190飛機(jī)僅用了7天，美國(guó)波音777飛機(jī)是17個(gè)月，ARJ21-700飛機(jī)是4年……

按照中國(guó)民航規(guī)章和美國(guó)聯(lián)邦航空條例的相關(guān)規(guī)定，商用飛機(jī)進(jìn)行自然結(jié)冰試驗(yàn)的氣象條件必須滿足：連續(xù)最大結(jié)冰試驗(yàn)時(shí)液態(tài)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(jié)冰試驗(yàn)時(shí)液態(tài)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(duì)北美地區(qū)結(jié)冰氣象云層統(tǒng)計(jì)后得到的數(shù)據(jù)。我們?cè)跒豸斈君R苦尋了4年，幾乎沒有捕捉到這樣的氣象。ARJ21-700飛機(jī)不得不到數(shù)據(jù)誕生地進(jìn)行自然結(jié)冰試飛?！鄙田w公司副總經(jīng)理趙越讓說，“這樣直接影響了進(jìn)入市場(chǎng)的時(shí)間表?！?/p>

“在此之前，ARJ21-700飛機(jī)從來沒有飛過這么遠(yuǎn)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(jīng)歷大風(fēng)、低溫、暴風(fēng)雪以及越洋等諸多考驗(yàn)?！绷_榮懷非常清楚這一路的風(fēng)險(xiǎn)，“雖然有些晚，但ARJ21-700飛機(jī)必將飛向世界，這是我們必須接受的挑戰(zhàn)?！?/p>

ARJ21-700飛機(jī)經(jīng)歷了高溫、高寒、大側(cè)風(fēng)與自然結(jié)冰等極端氣象條件的52項(xiàng)考驗(yàn)。試驗(yàn)隊(duì)曾堅(jiān)守在零下40攝氏度的呼倫貝爾海拉爾機(jī)場(chǎng)和零上55攝氏度的長(zhǎng)沙大坨鋪機(jī)場(chǎng);還有幾次進(jìn)出側(cè)風(fēng)風(fēng)速高至每秒10米的嘉峪關(guān)鼎新機(jī)場(chǎng);在海拔2842米的青海格爾木機(jī)場(chǎng)創(chuàng)下了一天試飛10個(gè)架次的高效記錄。

“即使經(jīng)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(wù)?！痹诮饓妖埧磥恚珹RJ21項(xiàng)目的真正價(jià)值在于積累了商用飛機(jī)研制的完整經(jīng)驗(yàn)，建立了一個(gè)完整的民機(jī)試驗(yàn)試飛體系。與此同時(shí)，中國(guó)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(shí)現(xiàn)都離不開ARJ21-700飛機(jī)。

或許，可以將所有參與ARJ項(xiàng)目的研制人員，看做是中國(guó)民機(jī)產(chǎn)業(yè)的“盜火者”。

但愿從此這星星之火可以燎原，也正如中國(guó)民用航空局適航司司長(zhǎng)殷時(shí)軍在ARJ21-700型飛機(jī)型號(hào)合格審定委員會(huì)（TCB）最終會(huì)議上所說，“我希望這不是ARJ21項(xiàng)目的結(jié)束，而是系列化的開始，我希望，這個(gè)數(shù)字會(huì)是1000架……”