ARJ21客机高风险颤振试飞在试飞院成功完成

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CAAC代表在试飞院监控大厅进行颤振目击

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　　原题：征服颤振——新支线圆满完成颤振试验试飞侧记

　　作者：杜春江

　　从2011年3月开始，ARJ21-700新支线飞机开始在中国飞行试验研究院(试飞院)进行国家Ｉ类风险科目——颤振试飞。该项试飞是CAAC（中国民航局）首次正式目击的验证试飞科目，也是FAA（美国联邦民航局）影子审查首次参与的验证试飞科目。同时，作为新支线取证试飞的重点攻关项目之一，我国将通过颤振试飞，深入验证新支线的安全性，最大程度地扩展飞机的使用包线。更重要的是，新支线只有通过颤振试飞的严格考验，才能使其它关键适航取证科目得以开展，其完成的质量与进度如何，直接关系着新支线的整体取证试飞工程。

　　8月3日16时27分，由陈明、赵生两名试飞员驾驶的ARJ21-700飞机101架机，拖着长长的拖锥安全降落在试飞院机场跑道上。此架次的圆满结束，为新支线局方认可的整个18架次颤振试飞画上了圆满句号。这也标志着，我国完全依靠自己的力量完成了高难风险的民用喷气式支线客机颤振试飞科目，新支线飞机取证工作又向前迈进了关键的一大步。

　　ARJ21震颤试飞——精心备战

　　当前，颤振试飞已是每架新机或重大改型飞机必须进行的Ｉ类风险科目，也是中国民航适航条件（CCAR25部）中明确规定必须完成的科目，新支线作为中国新一代民用飞机的代表，要想今后安全、自由地翱翔在蓝天，就必须经受颤振试飞的考验。

　　为征服新支线颤振试飞，试飞院早在2008年就开始进行颤振试飞的先期准备工作，并专门成立了新支线颤振试飞课题组，由十余名试飞工程师组成了课题研究的精英团队。2009年，颤振课题组人员专门赶赴上海，与上飞厂的技术人员一起，在新支线工装阶段完成了颤振试飞专用传感器的加装工作。为加强颤振试飞顶层管理，中国商飞与试飞院协同开展工作，由新支线现场指挥部统一部署，试飞总师系统具体组织协调。同时，新支线总设计师以及厂家领导等也全部纳入试飞管理体系。

　　综合考虑试飞的难度与风险性，试飞院由赵鹏、陈明、赵生、赵明禹等试飞员组成了试飞员攻关小组，具体实施颤振试飞任务。为提高试飞效率，保证试飞安全，试飞员与设计、课题人员进行了充分交流讨论，对每项任务进行分解细化，制定了翔实的试飞方案和特情处置预案，并进行了多次模拟演练。

　　从2011年4月开始，新支线颤振试飞改装进入最后的实施阶段。由于任务重大，4月15日，中国商飞副总经理、ARJ新支线项目总指挥罗荣怀在新支线试飞现场组织召开了所有参试单位领导会议，明确提出了颤振试飞的节点要求。各参试单位在此基础上，重新梳理了任务安排，制定新的计划和措施。5月14日，中国商飞张庆伟董事长在试飞院组织召开了现场办公会，中国商飞罗荣怀副总经理、中航工业耿汝光副总经理以及中国民航局新支线飞机适航审查组钱惠德副组长等领导也参加了会议，分别对实施颤振试飞提出了具体的工作要求，特别强调对于新支线试飞要讲政治，处理好安全与进度的关系，实现颤振试飞的决战决胜。

　　颤振课题组与改装人员一起为101架机加装颤振试飞专用传感器。

　　ARJ21震颤试飞——创新管理

　　由于新支线颤振试飞涉及的单位很多，对管理、特别是技术管理带来了很大的难度。如果没有一个统一指挥的技术管理体系，势必会造成参试单位各自为战，难成合力的局面。为此，经过各参试方认真讨论，上级领导决策，决定首次组建新支线并行工作团队（IPT）。该团队下设4个专业工作组，对试飞大纲、任务单、测试改装、构型管理、测试数据、试飞有效性等方面进行联合作业，重点是建立快速反应机制，高效解决试飞中的难点问题。该团队成员责任明确，有自己专门的办公场所，而且“权力很大”，团队负责人可以直接安排总师系统以及设计、生产单位人员的工作。创建新支线IPT团队是我国民机研制中的一个创新，不但为各参试单位搭建一个交流协作的平台，对解决试飞中的棘手技术难题也提供了有力的专业支持。后续的试飞效果证明，建立IPT团队为安全优质高效地完成颤振试飞发挥了重要作用。

　　IPT颤振试飞的技术负责人是整个颤振试飞团队的“灵魂”，人选至关重要。通过长时间的工作磨合，新支线总设计师陈勇和其他各方代表一致推选由试飞院30多岁的女试飞工程师的霍幸莉担任。霍幸莉外表恬静，讲话轻声细语，但和她一起共过事的国内外专家都称赞她头脑敏捷、严谨扎实、干脆利索，而且她在颤振技术领域有相当的造诣。新支线试飞总师赵杰为鼓励霍幸莉大胆开展工作，亲切地对她说：“我们都相信，你不会给试飞院丢脸！”

　　ARJ21震颤试飞——激战10天

　　由于种种原因，颤振试飞计划曾多次后延。以至于颤振试飞课题组当初为飞机加装的传感器都已过了有效期。新支线的取证试飞是透明的，重要试飞过程都要接受局方代表的审查考核。因此，课题组在正式开展颤振试飞以前，必须将101架机上的所有传感器拆下来重新进行校准，这是件非常复杂繁琐的工作。此外，课题人员还将其它各类前期遗留问题进行了系统梳理，共提出23项重点工作。这些问题涉及设计、测试、机务、改装以及供应商等方方面面。而此时，上级下达了“死命令”，必须在4月15日前将所有问题归零，使颤振进入地面试验阶段，以确保最后的任务节点。这样，留给IPT团队的时间只有15天时间，按传统的工作方式，这几乎是不可能的事情。

　　时间非常紧迫，而且还有许多工作是重复性的。如为新支线加装的5组应变片是颤振试飞的关键器件，要在颤振试验试飞中监控飞机舵面的应变情况，且不能振坏飞机，要求非常高。本来，应变片是由供应商提供的，相关工作也应由供应商完成，但因时间跨度太长，问题较多，这项工作便临时交由试飞院完成。另外，此次改装的所有报告都要交由局方批准，等于参试人员要将前期《试飞大纲》的相关内容再走一遍流程，工作量也随之大幅增加。更不利的情况是，试验机本身也存在一些问题，需要同时进行排故。这样，IPT团队将头绪繁杂的任务分解为改装、排故、研发地面实时监控软件、通电联试等四个分战场，各专业在有限的时间内同时推进，做到“多地开花”。

　　即便如此，每一个专业的工作压力和强度也是都是很大的，科研人员就是不吃不喝不睡也要连续工作一个星期。为此，课题组与测试单位紧急协商，双方决定集中优势力量，进行重点攻关，试飞院测试所还特别抽调了所内大部分骨干力量一并加入攻关。大家放弃了所有休假时间，吃住全在现场，每天平均睡觉时间只有4、5个小时，眼睛里布满了血丝。在任务推进中，大家不分专业，不分你我，主动分担，交差开展，团结得就像一个人，形成了巨大的合力。

　颤振试飞结束后,试飞机组与科研机务人员进行技术交流

　　ARJ21震颤试飞——初战告捷

　　颤振其实是一种危险的振动形式，这种振动是飞机在空气动力、弹性恢复力和惯性力三者耦合作用下产生的。飞机一旦在空中发生颤振并发散，会在几秒甚至更短的时间内解体，飞行员几乎没有处置的时间，飞机逃脱的概率基本为零。

　　颤振飞行试验是颤振研究的最终环节，它使用真实的飞机在真实的条件下进行试验，效果是最直观和真实的。进行颤振试飞时，试验机其实是在“亚临界”状态下进行的，试飞员在空中通过既定的激励方法和程序，诱发飞机产生“颤振”，从而达到试验的目的。颤振试飞既是对飞机结构和强度的考验，更是对颤振的认知程度，试飞方法的科学性以及试飞员心理素质的综合考验，其中的过程充满了未知和风险。经过长期的不懈努力，近年来，试飞院在颤振激励技术领域取得了重大进展，成功解决了大中型飞机颤振激励技术的难题，突破了技术瓶颈，使我国成为除美、俄、英、法、以等国家外，能独立开展中大型飞机颤振试飞的国家。

　　结合国外同类飞机颤振试飞的经验和新支线的特点，颤振课题组制定了本次颤振试飞三种激励方法，即驾驶员抖杆激励、操纵面扫频激励和惯性激励器激励。由于颤振试飞难度和风险都很大，试飞系统为保证试飞采取了一系列重要步骤：一是建立严密的监控体系，对试飞中的应变参数、飞行参数可以进行有效的采集传输，并做到数据的实时处理，为试飞提供强大的技术支持；二是在试飞中首次实行以课题组为“归口”单位，理顺了工作关系，实现了与民机适航体系的对接；三是采取最有说服力的试飞方法，加装的传感器多达51个，不但创造了国内纪录，也超过了大部分国外同类飞机的标准；四是集中优势资源，进行集团作战。任务后期，新支线4架试验机以科目划分，全部投入颤振试飞。

　　5月11日，颤振试飞战役正式打响，赵鹏、陈明两名试飞员在空中密切配合，精确操作，按计划对操纵面激励系统进行了实际验证。5月13日至19日，试飞院又进行了4个架次的研制试飞。通过试飞，IPT团队得到了重要数据，分析表明：利用操纵面激励系统激励飞机结构已经能够满足颤振试飞的需要。初战告捷，使试飞团队对完成任务充满了信心。

　　
机务人员正在布置简易拖锥，进行颤振试飞前准备

　　ARJ21震颤试飞——巅峰对决

　　颤振试飞探索的是飞机的右边界极限，是真正意义上的“巅峰之战”。从一定程度上讲，颤振试飞是一个摸索渐进的过程，必须遵循科学规律，步步为营，今天的试飞结果将直接决定明天的试飞内容和方法。

　　由于新支线不能在平飞状态下达到最大M（马赫）数，必须要通过俯冲，而且是多次俯冲（速度点很密）才能获得边界数据，这无疑增加了试飞的风险性。完成颤振试飞对试飞员的技术水平也有很高的要求，试飞员控制飞行的M数要严格达到±0.005的误差标准，否则在现场进行目击的局方代表就会认为试飞无效。这种控制需要多么精准的操作很难量化，试飞员手指关节间的微小变化甚至会直接影响到试飞效果。为保证试飞安全，试飞包线从0.78M逐渐向0.8M逼近，试飞员操纵舵面分别对飞机副翼、方向舵、平尾进行了激励。最终，飞机最大飞行M数达到0.904，在良好状态下扩展了新支线的飞行包线。

　　颤振试飞的最大风险在于，随着飞行速度的增加和模态阻尼的降低，飞机的振动会不断加剧。而且，承担主要试飞任务的101架机不是全状态飞机，没有安装降噪设备，使试飞中的振动和噪音更加明显。当试飞员在冲击0.88和0.89M数时，驾驶舱振动明显，噪音达到了令人难以忍受的程度，试飞员根本无法听清地面指挥员的指令。因此，课题人员要在每次俯冲前先将试飞指令发给试飞员，帮助试飞员完成下一个动作。否则，试飞员如果驾驶不当，引起振动发散来不及刹车，就会造成难以想象的后果。

　　颤振试飞中还发生了一些意外的风险。7月31日，陈明、赵生驾驶飞机完成试飞后冒雨着陆，而跑道上的积水造成刹车系统故障，试飞员只能使用应急刹车系统，飞机着陆距离比平时增加了一倍，飞机在距跑道头不到100米处才停了下来。试飞员以过硬技术和沉着冷静的素质，成功处置了意外险情，也对改进飞机刹车系统提供了最真实的数据，被参试人员称为“伟大的着陆！”

　　此次颤振试飞，共进行了6架次颤振研制试飞（未获得特许飞行证以前），18架次局方代表目击的验证试飞，分别在3500米、6400米、8000米、10000米4个高度的37个颤振试验点上进行了试飞，最大俯冲飞行M数达到0.889，瞬间最大飞行M数达到0.904，试飞识别模态达到19种，而一般新机试飞通常只有1至2种。

　　
局方代表进行颤振试飞前的机上检查

　　ARJ21震颤试飞——信任背后

　　对新支线适航取证试飞而言，中方试飞团队最需要强化的就是对适航的理解和观念的转变。无论是FAA还是CAAC，适航管理体系采取的都是“个人负责制”，对于每一个试飞文件，局方代表都是以个人的名字签发。局方将个人作为“第一负责人”后，个体的压力很大，所有考核十分严格，没有丝毫变通的余地。换言之，试飞工作要想赢得局方的信任非常不易，一个小小的失误甚至会招致对方对整体工作的不信任。

　　新支线是我国首次完整地按照CCAR25部开展的适航审定试飞，许多工作都要在实践中摸索，参试人员也在实践中逐渐进入角色。在进行颤振试飞之前，局方的开飞制造符合性检查就使参试人员“吃足了苦头”。按照以往的惯例，飞机完成改装后就可以进行地面试验。而适航却不同，当所有改装工作结束后，必须先要接受局方代表的制造符合性检查，检查细到要对每一个设备的规格、型号以及名称进行核对，如果任何一台设备出现中、英文两种名称，或是英文的大小写字母不同，局方代表立即就会提出不信任意见，停止所有工作（也要求其它试验机的相关问题必须“归零”），严格的审查导致试飞团队不断修改作业文件。但是，我们的亏没有白吃，虽然走了一些弯路，但参试人员通过不懈努力，终于使颤振试飞前的全部问题“归零”，也在其中积累了宝贵的经验，加深了对适航的理解。

　　通过不断学习、总结和提高，参试人员的工作逐渐被局方代表认可，特别是4月18、28日两次关键颤振地面试验圆满成功，给了局方代表以信心。5 月7日，颤振试飞前地面试验制造复合性检查终于得到局方代表认可。7月9日，FAA代表专程从美国赶来进行颤振试飞现场目击，由于FAA代表在国内的时间非常紧张，试飞机组克服了种种困难，在天阴云重的不利条件下完成了试飞。7月13日，101架机在加装拖锥后再次升空进行颤振试飞。试飞时，FAA和CAAC代表在试飞监控大厅进行了全程监控。试飞后，FAA和CAAC代表认真查看了试飞数据，特别对拖锥与大气机的数据进行了比对，对两组数据差别不大的结果给予充分肯定，对整个试飞过程表示满意。在试飞现场，FAA代表乔治先生还“破例”对中方参试人员伸出大拇指说到：“预祝你们颤振试飞成功！”

新支线试飞总师赵杰(右三)向FAA代表介绍颤振试飞情况

　　ARJ21震颤试飞——赢得尊重

　　此次新支线颤振试飞，中国参试团队彰显了优势与实力，在试飞技术上达到了世界先进水平，也赢得了外国同行的尊重。

　　加拿大庞巴迪公司作为国际合作单位也参加了本次新支线颤振试飞。该公司的一位试飞工程师在院期间，IPT技术负责人霍幸莉负责陪同，顺便帮着做了一些翻译工作。起先，这位外方专家以为霍幸莉只是个翻译，对她的态度一直比较傲慢。在一次乘车时，霍幸莉抢着帮他拉开车门，而他非但没有感谢，上车后竟一屁股坐在最好的座位上，压根没有让座的意思。在霍幸莉的经历中，外方人员都比较“绅士”，尤其是当一位西方人士在国外时，更会注意自己的形象，他这个举动是非常反常的。

　　过了几天，这位外方技术人员来到新支线试飞现场，在参观了地面监控大厅后非常吃惊，他根本没想到中国的试飞监控系统竟然如此完善。原来，国际著名的CRJ飞机进行颤振试飞的监控系统仅仅是一名试飞工程师、两台条图仪、一台电脑而已，只能监控，根本不能进行实时数据处理。在新支线飞机内参观时，令他更加惊讶，他对中方加装的传感器、专用摄像头赞不绝口，特别是试飞院研制的激振控制盒，采用了“编程式”设计，使用非常方便，比起国外的同类设备（大部分是手动的）要先进很多，在试飞中可以大大减轻试飞员的负担。看到如此先进的激励系统，他一直试探着，想套一些我方的话。在听到霍幸莉“有所保留”的介绍时，这位外国同行对她“刮目相看”，钦佩之感油然而生。在乘车返回时，这位外国专家主动为霍幸莉让座，终于表现出“绅士”风度。中国试飞工程师以实力，赢得了外国同行的尊重。

　　类似的情况还有不少，在FAA代表首次进行现场目击时，101架机意外发生了拖锥断裂的情况，使试飞耽误了两个多小时。FAA代表起初对此极不满意，但看到中方参试人员面对突发情况表现出的镇定，和现场有序的工作，FAA代表慢慢转变了态度，这从另一个方面告诉对方，我们的试飞不是在“做秀”，不隐瞒问题，反映的是真实情况。这位时常抱以“对方在欺骗我”想法的适航代表，甚至从对方的角度说到：“试飞就会发生各种情况。”随后，FAA代表又以“怀疑”的态度随机抽取了两组试验数据进行现场对比，结果完全一致，令该代表对中方的工作充满了尊重。这些，为后续试飞工作开展创造了良好条件。

　　颤振试飞的圆满成功，使中国新支线试飞团队积累了经验，增强了信心，赢得了尊重。他们脚步不会停息，因为，更艰巨的取证试飞任务还在等待着他们。★