“ARJ21”客機

黃建國

蔚藍的天空，陽光燦爛。熱鬧非凡的2014年珠海國際航展上，人頭攢動，人們正爭相觀望“ARJ21”客機的空中表演。別看它寬大的機身圓鼓鼓的，但卻十分輕盈靈巧，只見它時而上下俯沖，時而左右拐彎……博得觀眾陣陣掌聲。更讓人興奮的是，2015年它就要開始投入航線運營。

國產首架渦輪支線客機

向上看去，飛機機身下部兩側鑲嵌著碩大的后掠梯形機翼，其剖面形狀非常特別，尾端細小微微上翹，被專家稱為“超臨界機翼”。這種翼型可大大延緩飛機高速飛行中出現的“波阻”，在產生巨大升力的同時，阻力卻大大減小。機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，整個兒可以偏轉，又叫“T”形全動平尾。它對飛機的縱向俯仰、姿態(tài)改變以及穩(wěn)定性起著至關重要的作用。之所以如此布局，是為了避開發(fā)動機噴射和來自機翼的氣流的擾動，大大提升舵面的氣動效率。

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

驅動飛機快速前進的動力是來自機身后部兩側的兩臺CF34-10A型渦輪風扇發(fā)動機。其性能一流，推力大、耗油少、噪聲小、污染低，單臺推力達84千牛，能使“ARJ21”客機如同大、中型客機那樣，作時速800～950千米的巡航飛行，也適合在我國西部高海拔地區(qū)上空飛行，航程可達3700多千米。如此優(yōu)越的性能，使這款我國自主研制的客機一躍跨入世界同類飛機的先進行列。

挑戰(zhàn)多種科技試驗

飛機研制是涉及面廣、條件復雜的系統(tǒng)工程，所以在研制中盡管采用了先進的理論和成熟的技術，但還不能保證萬無一失，唯有開展多種大型驗證試驗，才能為新客機的成功運行保駕護航。

驗證飛機外形的風洞試驗 飛機的氣動外形雖然在設計之初可依據設計指標、主要性能及經驗來定，但最終還是需要開展風洞試驗來不斷地修正和完善。風洞試驗是將縮小比例的飛機模型置于空氣快速流動的幾十米長的風洞中，測出模型飛機的表面壓力，并計算得出飛機的升力、阻力及力矩，從而判斷新飛機的外形是否滿足預定要求。此外，風洞試驗結果還是機體結構設計的重要依據，測出模型飛機機翼、機身、尾翼及舵面上的氣動參數，用于飛機結構強度計算、材料選擇和尺寸確定等。

考核飛機結構強度的靜力試驗 考核全機結構在最大氣動力作用下承載和變形的能力，非全機靜力試驗莫屬?！癆RJ21”客機采用了一架真飛機在寬敞的試驗大廳內進行多科目的靜強度試驗。機身、機翼和尾翼表面上遍布著成千上萬的“應變片”，受力部位還連接著大大小小的杠桿，層層相扣，最后連到一個個液壓作動器上，組成計算機加載系統(tǒng)。試驗時，控制計算機按預定載荷曲線加載，通過“應變片”的測量值，即可準確得出全機載荷的分布。

靜力試驗由小到大逐級加載，測出正常飛行結果后再作最嚴酷的最大過載試驗，直至機體破壞。最佳的破壞載荷系數不能太大，否則機體會超重。通常剩余安全系數為1.05～1.1。

測試飛行舵面的“鐵鳥”試驗 考核飛機升降舵、方向舵等舵面及起落架的運動性能，是確保飛機飛行安全的重要環(huán)節(jié)?！拌F鳥”由鋼質型材焊接成1：1的新飛機外形置于試驗大廳內，“鐵鳥”的翅膀、驅動機構、電傳控制與真飛機一模一樣。

“鐵鳥”采用了先進的計算機控制、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”試驗達到滿意的效果，新飛機的首飛成功就指日可待。“鐵鳥”試驗還可以人為設置種種故障，如“舵面卡死”“作動器斷裂”“飛機失速”等來模擬飛機飛行中遭遇的危險，從而幫助飛行員，積累處置突發(fā)情況的經驗。

偵測結構裂紋的疲勞試驗 飛行中，客機座艙的內、外壓力差非常巨大，機體長時間處于這種作用力下，易產生細小的裂紋導致疲勞破壞。20世紀50年代，英國的“彗星號”

客機，因機身疲勞在空中突然解體而震驚世界；2012年，臺灣一架載有225人的波音747客機空中解體，也是疲勞斷裂所致。為了應對這種悄無聲息而產生的裂紋，“ARJ21”客機的設計中采用了“多傳力路線”“減小應力集中”等諸多措施。另外，特意用一架真飛機作全機疲勞試驗。如其中的襟翼試驗，需驅動加載襟翼“放下—收上”全行程連續(xù)6萬次，達到飛機30年壽命的使用次數。其間，不斷跟蹤，并監(jiān)測結構是否產生裂紋及擴展，以確保飛機壽命期內不會出現疲勞斷裂。

漫長而復雜的飛行試驗

2008年11月28日，“ARJ21-101”從上海的大場機場騰空而起，飛向藍天，實現了漂亮的首飛。不久后，它轉場飛赴閻良試飛基地，開始了研發(fā)試飛，由于試飛測量的參數太多，內容非常廣泛。后來，“ARJ21-102”“ARJ21- 103”和“ARJ21- 104”也一同加入到緊張的試飛中來。截至2014年年底，“ARJ21”型客機已累計飛行了2700多架次、5000多小時，并獲得了中國適航當局頒發(fā)的適航證。

適航試飛須遵照中國和美國適航條例進行。在這竭盡保障乘客安全的500多項條款內容中，詳細地規(guī)定新客機要“達到什么”，“不應該發(fā)生什么”，內容可謂包羅萬象。這對“ARJ21”客機無疑是一個巨大的挑戰(zhàn)。除地面試驗外，條例還涉及空中試飛，并規(guī)定了試飛方法、測試條件、測試結果評判等。

承擔試飛的4架ARJ21飛機年復一年地飛行在祖國浩瀚的藍天上：在北方邊陲的漠河機場作嚴寒低溫試飛；在海南、長沙作嚴酷高溫、高濕的空中試驗；在茫茫戈壁灘上作大側風危險科目……2012年底完成的失速試飛異常驚險，當飛機超大攻角飛行時，氣流產生分離，升力突然降低，機頭頃刻向下，極易釀成機毀人亡。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，一旦飛機出現失速，飛行員應迅速改出，飛機不能出現破壞。為了這項試飛，“ARJ21-101”從2010年開始分四階段共進行了180多架次、400多個飛行小時，才獲得中方和美方適航當局的批準。

相比2年多的空中失速試飛，“ARJ21”客機的自然結冰試驗歷時更長。2010年起，“ARJ21”客機先后4次遠赴新疆鮮有人知的“地窩堡”機場，尋找滿足適航要求的結冰條件?？此迫f事俱備，但機會往往稍縱即逝，好不容易在2012年3月，抓住了一次機會，可惜時間太短，只作了小部分結冰試驗。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。

2014年3月，披著紅白涂彩的“ARJ21-104”從哈爾濱機場起航向西伯利亞飛去，航行14000多千米，抵達加拿大的溫莎機場。這里有著得天獨厚的自然結冰優(yōu)勢，“ARJ21-104”的飛行試驗進展十分順利。在進行了9架次、超過27個小時的試飛后，所測試的機翼、風擋玻璃等防冰、除冰功能均達到了適航要求，結果堪稱完美。

“ARJ21-104”滿載著豐碩的成果返回，經北美—大西洋—太平洋，從西向東作了一次30000多千米的環(huán)球飛行。經受了種種暴風冰雪及大側風的考驗，“ARJ21”客機再次證明其具有很好的安全性。

國產大客機的開路先鋒

宛若待嫁的姑娘，“ARJ21”客機如今萬事俱備，成都航空公司將迎接它的到來。這是非常令人高興的喜事，我國自主研制的支線客機成功了！

萬事開頭難，“ARJ21”客機適航花費了很長的時間。然而，它積累的經驗和教訓卻是極其寶貴的。它是我國民用機首次采用“自主研制、國際合作、國際標準”的模式運行，有效提升了研制水平、產品市場化，讓“ARJ21”走出國門，飛向世界。

“ARJ21”的適航過程，無論從適航條款的理解，還是技術路徑、管理型式方面，都將使正在研制中的國產大客機——“C919”少走彎路，縮短適航周期。像“C919”危險試飛科目 “失速試飛”“自然結冰試驗”等都可以復制“ARJ21”的全過程。

但是，“ARJ21”的意義決非僅僅如此！它是未來國產系列客機飛翔藍天、走向世界的開路先鋒！