論試飛員培訓(xùn)條件建設(shè)

袁 東

(1.中航工業(yè)飛行仿真航空科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 陜西 西安 710089;2.中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院 試飛員學(xué)院, 陜西 西安 710089)

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論試飛員培訓(xùn)條件建設(shè)

袁 東1,2

(1.中航工業(yè)飛行仿真航空科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 陜西 西安 710089;2.中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院 試飛員學(xué)院, 陜西 西安 710089)

試飛員培訓(xùn)離不開教學(xué)專用的航空器和地面模擬設(shè)施等教學(xué)條件。這些教學(xué)條件是試飛教學(xué)實(shí)施、保持和持續(xù)提高試飛教員教學(xué)水平所必須的。教學(xué)條件的完整性和試飛教學(xué)師資力量共同決定著試飛員學(xué)校的培訓(xùn)水平和能力。首先分析了試飛員職業(yè)生涯的特點(diǎn),介紹了國(guó)外試飛員學(xué)校的培訓(xùn)條件,說(shuō)明了試飛員培訓(xùn)條件與教學(xué)體系、師資的關(guān)系,最后結(jié)合我國(guó)實(shí)際給出了試飛員培訓(xùn)條件建設(shè)的內(nèi)容,供從事試飛員、試飛工程師培訓(xùn)的管理、教學(xué)和研究人員參考。

試飛員培訓(xùn)條件; 養(yǎng)成培訓(xùn); 提高培訓(xùn); 試飛員培訓(xùn)體系

0 引言

飛行試驗(yàn)、設(shè)計(jì)和制造共同構(gòu)成了航空產(chǎn)業(yè)的三大基礎(chǔ),支撐著航空工業(yè)的發(fā)展。在航空產(chǎn)品研制過(guò)程中,飛行試驗(yàn)是關(guān)鍵一環(huán),具有周期長(zhǎng)、風(fēng)險(xiǎn)高、綜合性強(qiáng)、真實(shí)性突出和投資大等特點(diǎn)。試飛員是飛行試驗(yàn)的執(zhí)行者,試飛員的水平直接影響著飛行試驗(yàn)的安全和效率,也決定著新機(jī)的“能用、好用和管用”。隨著我國(guó)航空工業(yè)進(jìn)入自主研制階段,航空器的DT&E，IOT&E，OT&E以及民用航空器的適航合格審定試飛對(duì)試飛員的數(shù)量和質(zhì)量提出了更高要求。

長(zhǎng)期以來(lái),世界各航空發(fā)達(dá)國(guó)家高度關(guān)注試飛員的培養(yǎng),自20世紀(jì)40年代開始,英、美、法、俄等國(guó)依托試飛機(jī)構(gòu)成立了專門的試飛員培養(yǎng)機(jī)構(gòu)——試飛員學(xué)校,并投入大量的人力、物力和財(cái)力,培養(yǎng)出了理論水平高、知識(shí)全面、試飛駕駛技術(shù)精湛的試飛員。

在試飛員學(xué)校,試飛員、試飛工程師能夠了解到他們?cè)诤娇掌鏖_發(fā)和設(shè)計(jì)中的作用和職責(zé),掌握未來(lái)試飛中所需的技能、管理和溝通技巧,畢業(yè)后能夠很快勝任民機(jī)和軍機(jī)的試飛[1],為航空器適航和完成作戰(zhàn)使命做出最大貢獻(xiàn)。

世界知名的試飛員學(xué)校有美國(guó)空軍試飛員學(xué)校、美國(guó)海軍試飛員學(xué)校和國(guó)家試飛員學(xué)校。俄羅斯、英國(guó)、法國(guó)、印度、南非、加拿大都有各自的試飛員學(xué)校[2]。1989年,中國(guó)試飛員學(xué)院開始籌建并招收第一批試飛學(xué)員,開啟了試飛員專業(yè)化培養(yǎng)時(shí)代,1994年學(xué)院正式成立,第一批試飛學(xué)員畢業(yè)。但迄今為止,試飛員培訓(xùn)條件與國(guó)外知名試飛員學(xué)校仍存在較大的差距。

1 試飛員職業(yè)生涯的特點(diǎn)

試飛員分固定翼飛機(jī)試飛員和旋翼機(jī)試飛員,其職業(yè)生涯一般由“培訓(xùn)、訓(xùn)練、晉級(jí)、試飛”等要素構(gòu)成,其相互之間的關(guān)系如圖1所示。

圖1 試飛員職業(yè)生涯要素關(guān)系示意圖Fig.1 Relationship among elements in test pilot career

試飛員培訓(xùn)可以分為兩類:一類是飛行員起點(diǎn)的培訓(xùn),稱為養(yǎng)成培訓(xùn),即飛行員向試飛員的轉(zhuǎn)化,這一過(guò)程是在試飛員學(xué)校完成的,通常需要多年時(shí)間。試飛學(xué)員獲得的試飛員學(xué)校畢業(yè)證也是進(jìn)入試飛行業(yè)的準(zhǔn)入證。另一類是試飛員起點(diǎn)的培訓(xùn),稱為提高培訓(xùn)。提高培訓(xùn)針對(duì)參與型號(hào)工程試飛或民機(jī)適航試飛的試飛員,也稱為型號(hào)培訓(xùn),是為進(jìn)一步提高試飛員水平和能力而開展的培訓(xùn),如失速尾旋、直升機(jī)“渦環(huán)”等高風(fēng)險(xiǎn)科目的試飛培訓(xùn)。

試飛指試飛員承擔(dān)研究試飛、工廠試飛、定型/鑒定/適航試飛、出廠試飛、使用試飛等。

訓(xùn)練指試飛員為了保持試飛駕駛與評(píng)價(jià)技術(shù),根據(jù)試飛員年度試飛技術(shù)訓(xùn)練大綱要求而進(jìn)行的模擬和飛行訓(xùn)練。

晉級(jí)是實(shí)施試飛員等級(jí)制后,試飛員等級(jí)的晉升。

2 試飛員培訓(xùn)教學(xué)

試飛員培訓(xùn)過(guò)程中，按照國(guó)際慣例,試飛員學(xué)校的培養(yǎng)教學(xué)包括理論教學(xué)、飛行教學(xué)和實(shí)習(xí)等三方面的內(nèi)容[2]。

2.1 理論教學(xué)

理論教學(xué)時(shí)間為500～550 h,包括:基礎(chǔ)理論、專業(yè)理論和試飛理論三部分。

基礎(chǔ)理論包括:數(shù)學(xué)、力學(xué)與熱力學(xué)、自動(dòng)控制原理、飛行人員英語(yǔ)。

專業(yè)理論包括:空氣動(dòng)力學(xué)、飛行力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、飛行控制、飛行推進(jìn)原理、航空電子、飛行試驗(yàn)測(cè)試、飛行器氣動(dòng)布局設(shè)計(jì)、飛行仿真、飛行試驗(yàn)工程綜述、飛行試驗(yàn)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)、航空安全等內(nèi)容。對(duì)于旋翼機(jī)試飛員培訓(xùn),專業(yè)理論課程包括:直升機(jī)動(dòng)力學(xué)、直升機(jī)飛行控制、直升機(jī)飛行力學(xué)、直升機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)、直升機(jī)總體設(shè)計(jì)等課程。

試飛理論不少于250 h,內(nèi)容包括:飛機(jī)、直升機(jī)飛行性能、飛行品質(zhì)、發(fā)動(dòng)機(jī)、結(jié)構(gòu)完整性、人機(jī)工效試飛等內(nèi)容。根據(jù)要求,理論課還可以安排民機(jī)適航條例、數(shù)據(jù)處理與分析及飛行試驗(yàn)計(jì)劃等課程。進(jìn)入試飛理論教學(xué)階段,通常采用上午理論、下午飛行的教學(xué)模式。

2.2 飛行教學(xué)

飛行教學(xué)時(shí)間一般約為100 h,包括:飛行教學(xué)和模擬飛行教學(xué)。飛行教學(xué)主要包括:飛機(jī)和直升機(jī)的飛行性能、品質(zhì)、人機(jī)工效的試飛駕駛與評(píng)價(jià)技術(shù)教學(xué)。

飛行試驗(yàn)要求試飛員具備適應(yīng)多機(jī)型試飛的能力。因此,在試飛教學(xué)中,一般固定翼飛機(jī)試飛學(xué)員至少要飛7型固定翼飛機(jī)和1型直升機(jī)。直升機(jī)試飛學(xué)員至少要飛5型直升機(jī)和1型固定翼飛機(jī)[3]。

試飛員培訓(xùn)教學(xué)中常用到變穩(wěn)機(jī)(包括變穩(wěn)飛機(jī)和變穩(wěn)直升機(jī))——空中飛行模擬器。變穩(wěn)機(jī)可在飛行狀態(tài)不變的情況下,通過(guò)變穩(wěn)系統(tǒng)作用大范圍地改變?cè)蜋C(jī)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性,同時(shí)改變?cè)蜋C(jī)人感系統(tǒng)和人機(jī)界面特性[4],使試飛學(xué)員能夠很快掌握Cooper-Harper，PIOR等級(jí)打分技巧,掌握航空器飛行品質(zhì)、與駕駛員工作負(fù)荷相關(guān)的人機(jī)工效評(píng)價(jià)方法,如貝德福德方法。變穩(wěn)機(jī)提供了真實(shí)飛行的心理與生理感受,試飛學(xué)員掌握的試飛駕駛與評(píng)價(jià)技術(shù)更符合真實(shí)試飛。

飛行教學(xué)的最后一環(huán)是飛行考試,通常在一架試飛學(xué)員從未飛過(guò)的飛機(jī)或直升機(jī)上進(jìn)行。

為了降低飛行教學(xué)的成本,減少培訓(xùn)飛行對(duì)空域、機(jī)場(chǎng)資源、氣象等飛行條件的依賴,實(shí)現(xiàn)“綠色”飛行,地面飛行模擬器用于正常和特情的飛行教學(xué)和訓(xùn)練。例如,在特情模擬飛行教學(xué)中,培養(yǎng)試飛學(xué)員在緊急情況下的觀察、判斷、應(yīng)變和處置能力。特情包括特殊氣象(如陣風(fēng)、大氣紊流、切變風(fēng))、航空器氣動(dòng)、操縱系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)、起落架系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電源系統(tǒng)等故障。

模擬器還用于飛機(jī)、直升機(jī)高難度、高風(fēng)險(xiǎn)試飛科目的培訓(xùn)和體系作戰(zhàn)的飛行教學(xué)與訓(xùn)練。高難度、高風(fēng)險(xiǎn)試飛科目包括:飛機(jī)的失速/尾旋、直升機(jī)的自轉(zhuǎn)下滑、渦環(huán)、過(guò)失速機(jī)動(dòng)飛行、直升機(jī)斤斗和滾轉(zhuǎn)飛行等。體系作戰(zhàn)的機(jī)載武器發(fā)射/投放操作培訓(xùn)中,地面飛行模擬器在不消耗任何燃料、不發(fā)射任何實(shí)際彈藥、不耗損飛機(jī)的條件下,為飛行員提供風(fēng)險(xiǎn)小、成本低、效率高的訓(xùn)練。

2.3 實(shí)習(xí)

實(shí)習(xí)一般為2周時(shí)間。主要是通過(guò)參觀飛機(jī)及其系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、研制、生產(chǎn)、試飛等單位,讓學(xué)員了解設(shè)計(jì)、系統(tǒng)集成、地面試驗(yàn)以及飛行試驗(yàn)的技術(shù)現(xiàn)狀,擴(kuò)大學(xué)員的知識(shí)面。

3 試飛員培訓(xùn)課程和飛行教員

3.1 培訓(xùn)課程

按照美國(guó)國(guó)家試飛員學(xué)校的教學(xué)體系,課程包括正式課程和其他課程兩大類。其中正式課程分為14類,其他課程分為5類,分別如表1和表2所示。課程根據(jù)不同學(xué)員和用戶的要求安排教學(xué)內(nèi)容和時(shí)間,并配置相應(yīng)的教學(xué)條件。

表1 正式課程

Table 1 Formal courses

序號(hào)名 稱1試飛員/試飛工程師專業(yè)課程2專業(yè)理論課程3性能/飛行品質(zhì)及系統(tǒng)課程4預(yù)備課程5試飛介紹(固定翼機(jī))/(旋翼機(jī))6航空電子系統(tǒng)課程7試飛鑒定和標(biāo)準(zhǔn)化課程8FAA規(guī)定的初始和恢復(fù)技術(shù)培訓(xùn)課程9OT&E課程10夜視成像系統(tǒng)評(píng)價(jià)技術(shù)11飛行器機(jī)組資源管理12光電/紅外系統(tǒng)試飛13輕型飛機(jī)試飛課程14無(wú)人機(jī)課程

表2 其他課程

Table 2 Other courses

序號(hào)名 稱1飛行技術(shù)課程2FAA23/25部航空電子系統(tǒng)課程3航空安全課程4擾動(dòng)、尾旋和編隊(duì)/低空/追蹤飛行訓(xùn)練5純理論課程

表1中,用到航空器和地面模擬器的課程有1,3,5,6,9,10,11,12,13,14等。表2中,用到航空器和地面模擬器的課程有1和4。

3.2 飛行教員

國(guó)外試飛員學(xué)校都有至少4～5名專職飛行教員,飛行教員必須畢業(yè)于試飛員學(xué)校。絕大多數(shù)飛行教員至少獲得兩個(gè)理學(xué)學(xué)士學(xué)位,有些飛行教員獲得博士學(xué)位。許多飛行教員有著15～30年飛行試驗(yàn)或飛機(jī)及其系統(tǒng)研制經(jīng)歷的工程背景。

例如,美國(guó)海軍試飛員學(xué)校共有人員64名,其中飛行教官25名。他們來(lái)自美國(guó)海軍、海軍陸戰(zhàn)隊(duì)、陸軍和空軍。此外還有9名理論教官和30名保障人員。俄羅斯格羅莫夫飛行研究院的試飛員學(xué)校有專職飛行教員5名,加拿大國(guó)際試飛員學(xué)校有專職飛行教員4名。

4 教學(xué)用航空器和模擬器

20世紀(jì)70年代以前,試飛員培訓(xùn)的飛行教學(xué)主要依靠飛機(jī)、直升機(jī),國(guó)外試飛員學(xué)校一般都擁有幾十型以上的飛機(jī)和直升機(jī)。如美國(guó)空軍和海軍試飛員學(xué)校的教學(xué)飛機(jī)共有120多架、直升機(jī)22架,這些航空器承擔(dān)不同的飛行教學(xué)。如美國(guó)空軍試飛員學(xué)校有Learjet-24變穩(wěn)飛機(jī),用于飛行品質(zhì)和人機(jī)工效教學(xué)；837飛龍用于高空尾旋試飛教學(xué)；U-6用于尾旋試飛教學(xué)；KC-131用于多發(fā)飛機(jī)以及單發(fā)故障的試飛教學(xué)；UVA-18用于一般試飛訓(xùn)練；而F-4主要用于飛機(jī)操穩(wěn)特性以及飛機(jī)各系統(tǒng)試飛教學(xué)；T-33用于中央桿、側(cè)桿的試飛教學(xué)；F-16則用于大過(guò)載和其它功能體驗(yàn)的飛行。

此外,美國(guó)海軍試飛員學(xué)校共有11個(gè)不同機(jī)種的44架飛機(jī),包括X-26“滑行者”、英國(guó)德-哈維蘭公司生產(chǎn)的“海貍”和“海獺”、U-21“西瑪”、F-18“大黃蜂”、H-60“黑鷹”和SH-60B“海鷹”等。

俄羅斯格羅莫夫飛行研究院的試飛員學(xué)校有飛機(jī)和直升機(jī)20余架,包括MiG-21/23/25，Su-27/24，L-39，Tu-134/154，An-24/26/12，Yak-40，YL-62/76和Mi-8等。通過(guò)這種大跨度的飛行訓(xùn)練使學(xué)員對(duì)各種飛機(jī)的飛行品質(zhì)、試飛駕駛技術(shù)有一個(gè)比較全面的了解,以提高學(xué)員對(duì)新機(jī)的適應(yīng)能力,開闊學(xué)員眼界。

法國(guó)試飛員學(xué)校的教學(xué)飛機(jī)主要有“北方”262(雙渦輪螺槳)、“神秘”20NO401變穩(wěn)飛機(jī)、“阿爾法噴氣”、“幻影”2000(空對(duì)空和空對(duì)地型)、“幻影”ⅢBNO225 變穩(wěn)飛機(jī)、“信天翁”L-39C、“空中客車”A320、CL415(滅火飛機(jī))、“利爾噴氣”25變穩(wěn)飛機(jī)以及滑翔機(jī)等。教學(xué)用飛機(jī)共26架,學(xué)員必須在5種以上飛機(jī)上進(jìn)行單飛。對(duì)特殊的飛行、系統(tǒng)研究和飛機(jī)鑒定教學(xué)則通過(guò)在租賃的飛機(jī)上進(jìn)行。英國(guó)帝國(guó)試飛員學(xué)校曾經(jīng)用25架飛機(jī)、20架直升機(jī)進(jìn)行教學(xué)。

地面飛行模擬器除了一般殲擊機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、直升機(jī)、客機(jī)等訓(xùn)練模擬器外,還包括一些針對(duì)特殊機(jī)載系統(tǒng)的模擬設(shè)施。如美國(guó)空軍試飛員學(xué)校的雷達(dá)實(shí)驗(yàn)室、航電設(shè)備實(shí)驗(yàn)室、夜視技術(shù)實(shí)驗(yàn)室等,這些實(shí)驗(yàn)室的模擬裝置專門用于機(jī)載雷達(dá)、航電系統(tǒng)和夜視系統(tǒng)的教學(xué)。美國(guó)海軍試飛員學(xué)校利用地面飛行模擬器來(lái)“試飛”新的飛行控制系統(tǒng),然后獲取并分析從模擬器“試飛”中獲得的數(shù)據(jù)。國(guó)家試飛員學(xué)校通過(guò)租用地面飛行模擬器支持飛行性能、飛行品質(zhì)教學(xué),這些地面和空中飛行模擬器包括灣流和塞斯納模擬器、Learjet變穩(wěn)機(jī)、旋翼變穩(wěn)機(jī)Bell 205等。

5 試飛員培訓(xùn)條件建設(shè)

要滿足固定翼飛機(jī)、直升機(jī)試飛員的飛行教學(xué),至少要有以下專門的教學(xué)用飛行器：

固定翼飛機(jī)教學(xué)包括單發(fā)小型飛機(jī),如C-172單發(fā)螺旋槳飛機(jī)(見(jiàn)圖2)、Y-12噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)飛機(jī)(見(jiàn)圖3)；配備中型運(yùn)輸機(jī)(如Y7系列飛機(jī))和超聲速噴氣飛機(jī),分別如圖4和圖5所示；還需要專門配備用于失速尾旋教學(xué)的飛機(jī),如圖6所示[5]。

圖2 C-172飛機(jī)(單發(fā)螺旋槳)Fig.2 C-172 general purpose aeroplane (single propeller engine)

圖3 Y-12飛機(jī)(雙發(fā)螺旋槳)Fig.3 Y-12 general purpose aeroplane (twin-propeller engine)

圖4 運(yùn)輸機(jī)(雙發(fā)螺旋槳)Fig.4 Transport plane(twin-propeller engine)

圖5 超聲速飛機(jī)Fig.5 Supersonic aircraft

圖6 尾旋教學(xué)飛機(jī)Fig.6 Aircraft for spin flight teaching

直升機(jī)飛行教學(xué)可以選擇一架小型直升機(jī)如R44,雖然該型機(jī)不適合作為飛行品質(zhì)教學(xué),但因其可以降低教學(xué)成本,且為直升機(jī)試飛學(xué)員多提供了一型直升機(jī)的試飛體驗(yàn)。類似飛機(jī)如輕型直升機(jī)Z11和中型直升機(jī)Z9,分別如圖7和圖8所示。

圖7 小型直升機(jī)Fig.7 Light helicopter

圖8 中型直升機(jī)Fig.8 Medium helicopter

為了便于教學(xué),所有教學(xué)用飛行器都應(yīng)是雙座的,且最好加裝相應(yīng)的測(cè)試系統(tǒng),便于飛行后講評(píng)。

變穩(wěn)機(jī)——空中飛行模擬器是試飛員培訓(xùn)教學(xué)必備的工具。圖9為變穩(wěn)飛機(jī)IFSTA。圖10為國(guó)外某型變穩(wěn)直升機(jī)。地面飛行模擬器在試飛員培訓(xùn)中也發(fā)揮著不可或缺的作用。圖11為某型地面飛行模擬器。

圖9 變穩(wěn)飛機(jī)Fig.9 Variable stability aircraft

圖10 變穩(wěn)直升機(jī)Fig.10 Variable stability helicopter

圖11 地面飛行模擬器Fig.11 Ground flight simulator

6 結(jié)束語(yǔ)

試飛員培訓(xùn)需要條件,這些條件是試飛員培訓(xùn)教學(xué)進(jìn)度、改進(jìn)教學(xué)方法、持續(xù)提高教學(xué)質(zhì)量、教員訓(xùn)練必須具備的。建設(shè)好我國(guó)試飛員培訓(xùn)條件,才能縮短試飛員培訓(xùn)與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距,最終擺脫對(duì)外方的依賴,開展對(duì)等的國(guó)際交流與合作。

試飛還需要高水平的試飛工程師、系統(tǒng)工程師、測(cè)試工程師、數(shù)據(jù)處理與分析工程師、試飛管理工程師等。這些人員的培訓(xùn)離不開科學(xué)的培訓(xùn)教學(xué)體系和教學(xué)用航空器。這些條件還可用于試飛指揮員、領(lǐng)航員、空中機(jī)械師、無(wú)人機(jī)試飛員的培訓(xùn)。

[1] 中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院. 英帝國(guó)試飛員學(xué)校教程[M].西安:中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院,1991.

[2] 李凡.國(guó)際飛行試驗(yàn)機(jī)構(gòu)試飛員培養(yǎng)及型號(hào)試飛[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2009.

[3] 周自全.飛行試驗(yàn)工程[M].北京:航空工業(yè)出版社,2010.

[4] 中國(guó)航空信息中心《世界飛機(jī)手冊(cè)》編寫組. 世界飛機(jī)手冊(cè)[M].北京:航空工業(yè)出版社,2000.

[5] 倪先平.直升機(jī)手冊(cè)[M].北京:航空工業(yè)出版社,2003.

(編輯：方春玲)

Construction of conditions for test pilot training

YUAN Dong

(1.AVIC Aeronautical Science and Technology Key Laboratory of Flight Simulation, Xi’an 710089, China; 2.Test Pilot Institute, China Flight Test Establishment, Xi’an 710089, China)

The training of test pilot is highly related to the specific training conditions mentioned in this paper, such as training aircraft and all kinds of ground simulating facilities, which are not only the guarantee of flight test training, but a requirement for maintaining and improving test flight instructor skills. The construction of test pilot training conditions shall meet the requirements of teaching syllabus to fulfill the instruction assignments. This paper analyzes the characteristics of career as a test pilot and introduces training conditions of international test pilot schools to demonstrate the connections between test pilot training conditions and teaching syllabus and faculty. In the end, the paper puts forward the content of test pilot training conditions according to domestic environments in order to provide references for managers, trainers and researchers in the industry of test pilot and flight test engineer training.

test pilot training conditions; development training; improvement training; test pilot training system

2016-03-10;

2016-08-26;

時(shí)間:2016-09-22 14:55

袁東(1963-)，男，湖北武漢人，研究員，主要從事飛行控制與仿真以及試飛員培訓(xùn)工作。

V217.1

A

1002-0853(2016)06-0001-05