追夢(mèng)大飛機(jī):從跨國尋冰到國內(nèi)“破冰”
自然結(jié)冰試飛,是通過試飛來驗(yàn)證在結(jié)冰氣象條件下,飛機(jī)還能不能安全地飛行。而自然結(jié)冰試飛,又是飛機(jī)取證中的三大高風(fēng)險(xiǎn)科目之一。美國聯(lián)邦航空管理局的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,每年大約有8起因結(jié)冰導(dǎo)致的飛行事故。因此,國際上任何一部適航法規(guī),都不可能忽視結(jié)冰對(duì)飛行安全帶來的影響。因?yàn)镃919飛機(jī)的適航審定完全對(duì)標(biāo)國際標(biāo)準(zhǔn),國產(chǎn)大型客機(jī)要想拿到型號(hào)合格證,就必須完成自然結(jié)冰的試飛科目。然而,在民航飛行中,極少有飛機(jī)會(huì)主動(dòng)進(jìn)入結(jié)冰區(qū)域。航空工業(yè)試飛中心作為“試飛國家隊(duì)”,為了啃下自然結(jié)冰試飛這塊硬骨頭,多年來一直在鍥而不舍地探索, 主動(dòng)進(jìn)入結(jié)冰區(qū)域去試飛。
(視頻制作:總臺(tái)空天逐夢(mèng)融媒體創(chuàng)意工作室)
根據(jù)氣象預(yù)報(bào),2022年1月22日下午2點(diǎn)以后,陜西安康某空域會(huì)出現(xiàn)結(jié)冰氣象,航空工業(yè)試飛中心試飛機(jī)組迅速行動(dòng),(下午)2點(diǎn)左右,機(jī)組到達(dá)了指定的空域。
航空工業(yè)試飛中心C919大型客機(jī)試飛員 劉帥:飛自然結(jié)冰要在云的邊上慢慢繞,找薄的地方先試一試,然后一點(diǎn)一點(diǎn)往里面進(jìn)入,你不可能一下就進(jìn)入最嚴(yán)重的區(qū)域里面,我就相當(dāng)于在死亡線前一步在這試探一樣。
航空工業(yè)試飛中心C919大型客機(jī)試飛工程師 杜毅潔:我們要在云里面待很長很長的時(shí)間,這個(gè)過程里面四周都是一片白茫茫的,什么都看不見,全部都是被云里面的水汽包圍的,好像是盲人一樣的一個(gè)飛行狀態(tài),這個(gè)時(shí)候機(jī)組也是依靠儀表來操縱飛機(jī)的。
試飛機(jī)組做了三次穿云的垂直探測,但是,由于機(jī)翼上只結(jié)了一層很薄的冰,結(jié)冰效果沒有達(dá)到適航取證要求的標(biāo)準(zhǔn)。
為了飛行安全,下午5點(diǎn)多日落之前,機(jī)組就要返航。此時(shí)已經(jīng)是下午3點(diǎn)了。還有兩個(gè)多小時(shí),機(jī)組能不能找到結(jié)冰云層并進(jìn)行飛行試驗(yàn)?閻良機(jī)場的氣象臺(tái)里,一場爭分奪秒的氣象會(huì)商正在進(jìn)行中。
通過衛(wèi)星云圖、氣象雷達(dá)、探空站點(diǎn)的資料,結(jié)合飛機(jī)的機(jī)載探頭實(shí)測的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,氣象部門迅速做出了新的預(yù)報(bào)。因?yàn)橛欣诮Y(jié)冰的天氣系統(tǒng)北移得太快,氣象臺(tái)建議飛機(jī)立即返回閻良機(jī)場空域進(jìn)行探測。
航空工業(yè)試飛中心氣象臺(tái)臺(tái)長楊濤:你有可能你說是幾分鐘的時(shí)間,本來這邊整個(gè)結(jié)冰條件還挺好的,但是過了幾分鐘之后,這邊就完全沒有結(jié)冰條件,飛機(jī)再過來已經(jīng)不行了。所謂的追冰其實(shí)就是在追結(jié)冰的一個(gè)云層。
中國民機(jī)的自然結(jié)冰試飛始于ARJ21飛機(jī)。2011年到2014年,航空工業(yè)試飛中心與中國商飛公司在新疆地區(qū)組織實(shí)施了ARJ21飛機(jī)自然結(jié)冰試飛,但在四年多時(shí)間里,始終未能捕捉到理想的結(jié)冰氣象。
航空工業(yè)試飛中心氣象臺(tái)臺(tái)長楊濤:一次次的失望,最后累積成的就是心酸,甚至懷疑自己。我記得印象很深的一次,早上過去看了整個(gè)來說濕度條件還有其他方面還是不錯(cuò)的,但是機(jī)組上去在我們指定區(qū)域,連云層都找不到。
2014年3月,ARJ21飛機(jī)不得不遠(yuǎn)赴北美五大湖地區(qū)進(jìn)行試驗(yàn)。
航空工業(yè)試飛中心C919大型客機(jī)試飛副總師 丁軍亮:自然結(jié)冰的適航標(biāo)準(zhǔn),它的發(fā)源地就在北美的五大湖,美國人利用結(jié)冰探測飛機(jī)穿云穿了28000海里,才形成了這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。所以形成了一個(gè)認(rèn)知,就是好像全球范圍內(nèi)只認(rèn)為只有在北美五大湖才能飛成自然結(jié)冰。
在當(dāng)?shù)貙<覉F(tuán)隊(duì)的協(xié)助下,困擾ARJ21適航取證長達(dá)4年之久的自然結(jié)冰試飛,僅用了1個(gè)多月就順利結(jié)束。ARJ21飛機(jī)首席試飛員趙鵬至今仍對(duì)指導(dǎo)他們追冰的外國氣象專家印象深刻。
航空工業(yè)試飛中心副主任 C919大型客機(jī)試飛機(jī)長趙鵬:國外的專家能夠把整個(gè)的氣象條件描述得就仿佛他在云里看到了一樣,他告訴你云的尺寸有多大,你在云頂還是云底飛,還是在云中飛,然后這個(gè)云團(tuán)大概以什么樣的速度向什么方向走。我每次飛完就覺得很神奇,我就跟我們氣象工作者說,這樣的氣象專家是我們所需要的。
C919大型客機(jī)進(jìn)入適航取證階段以后,2020年,受新冠肺炎疫情影響,赴北美五大湖地區(qū)執(zhí)行自然結(jié)冰試飛的可行性微乎其微。依賴外國資源才完成的ARJ21飛機(jī)自然結(jié)冰試飛,讓試飛院的試飛工程技術(shù)人員感到極其“憋屈”。中國這么大,難道就真的找不出一塊適合大型飛機(jī)開展自然結(jié)冰試飛的空域?
要想不受制于人,就得自力更生。2020年12月,航空工業(yè)試飛中心被工信部確定為國產(chǎn)大型客機(jī)自然結(jié)冰試飛任務(wù)的牽總單位,吹響了在國內(nèi)開展C919飛機(jī)自然結(jié)冰試飛攻堅(jiān)戰(zhàn)的號(hào)角。
自然結(jié)冰試飛,屬于航空學(xué)與氣象學(xué)的交叉學(xué)科,氣象需要尋冰,而航空技術(shù)則需要“破冰”。自然結(jié)冰試飛前,能否提高結(jié)冰氣象的探測能力是重中之重。航空工業(yè)試飛中心決定,先租賃一架氣象飛機(jī)對(duì)中國境內(nèi)的結(jié)冰資源進(jìn)行探測,為C919飛機(jī)的自然結(jié)冰試飛蹚路。
航空工業(yè)試飛中心C919大型客機(jī)試飛副總師 丁軍亮:我們整個(gè)就是三步走,第一步先是結(jié)冰探測飛機(jī)自己去探冰;第二步C919飛的時(shí)候,結(jié)冰探測飛機(jī)伴飛,它先進(jìn)到冰里面探到有冰,然后把風(fēng)險(xiǎn)和已知要素和未知的風(fēng)險(xiǎn)排除之后,C919再進(jìn)去;第三步才是C919單獨(dú)去飛自然結(jié)冰。
2021年2月28日,航空工業(yè)試飛中心租賃的一架氣象飛機(jī)正在陜西某空域進(jìn)行探冰飛行。塔臺(tái)得到消息,機(jī)組說目標(biāo)空域的結(jié)冰條件非常好,但飛機(jī)進(jìn)入結(jié)冰區(qū)后短短的幾分鐘內(nèi),塔臺(tái)和機(jī)組突然失去了聯(lián)系。
航空工業(yè)試飛中心氣象臺(tái)臺(tái)長楊濤:指揮員在進(jìn)一步詢問的時(shí)候,突然就沒有聲音了,當(dāng)時(shí)大家都非常的擔(dān)心和害怕。飛行事故統(tǒng)計(jì)來說,因?yàn)樘鞖庠斐傻慕Y(jié)冰,其實(shí)它占了很大的一部分,所以大家當(dāng)時(shí)都屏住了呼吸。大概過了一分多鐘之后,機(jī)組才傳來了給這邊塔臺(tái)匯報(bào),說是要求返航。
機(jī)組降落以后,楊濤才得知,由于當(dāng)時(shí)結(jié)冰速度特別快,飛機(jī)的爬升率在短短的一分多鐘里下降了五分之二。機(jī)組保持平飛了一段時(shí)間,飛機(jī)才基本平穩(wěn)了。
通過結(jié)冰探測飛機(jī)將近一年的飛行探測,航空工業(yè)試飛中心基本掌握了陜西、新疆等地區(qū)及周邊省份的結(jié)冰資源,初步形成并檢驗(yàn)了結(jié)冰預(yù)測、結(jié)冰氣象實(shí)時(shí)監(jiān)測方法,建立了結(jié)冰資源數(shù)據(jù)庫。找到了結(jié)冰規(guī)律以后,探測飛機(jī)在陜西閻良空域,多次找到了符合條件的結(jié)冰源。
根據(jù)結(jié)冰氣象預(yù)測,2021年12月8日,航空工業(yè)試飛中心組織了C919飛機(jī)自然結(jié)冰首次試飛。
試驗(yàn)機(jī)穿云4次,成功遇到了符合試驗(yàn)要求的結(jié)冰氣象。
C919飛機(jī)首次在國內(nèi)自然結(jié)冰試驗(yàn)獲得成功,實(shí)現(xiàn)了中國民機(jī)領(lǐng)域自然結(jié)冰試驗(yàn)的歷史性突破,監(jiān)控大廳一片沸騰。
航空工業(yè)試飛中心C919大型客機(jī)試飛副總師 丁軍亮:所有人都?xì)g呼雀躍。我當(dāng)時(shí)用了白居易的一首詩,表達(dá)了當(dāng)時(shí)的心情,“綠蟻新醅酒,紅泥小火爐。晚來天欲雪,能飲一杯無”。“晚來天欲雪”,就是馬上要下雪了。自然結(jié)冰一定是在下雪之前才能飛成功的。“能飲一杯無”,我說今天是一個(gè)歷史性的一天,值得紀(jì)念的一天,大家晚上一醉方休。
2022年1月20日,中國民航局開始了對(duì)C919飛機(jī)的審定試飛。到2月17日,航空工業(yè)試飛中心試飛機(jī)組和民航局審定試飛員一起,先后在陜西志丹、安康、甘肅慶陽等區(qū)域上空截獲了自然結(jié)冰云區(qū),共完成了5架次自然結(jié)冰并行審定試飛任務(wù)。
中國民用航空局C919型號(hào)合格審定試飛專業(yè)組組長 趙志強(qiáng):讓飛機(jī)帶了三英寸的冰,來做一些包括大機(jī)動(dòng)盤旋、副翼階躍(的試飛),以及在帶三英寸冰的條件下,實(shí)施的所有構(gòu)型的失速試飛。
通過中國民航局審定試飛,C919飛機(jī)在機(jī)翼結(jié)冰三英寸的情況下,依然有穩(wěn)定的操控能力和安全飛行的能力,自然結(jié)冰試飛圓滿成功。
此后,試飛機(jī)組又攻克了最小操縱速度、最小離地速度等試飛難題,為C919飛機(jī)取證鋪平了道路。
五年的試飛過程中,針對(duì)發(fā)現(xiàn)的問題,C919試飛團(tuán)隊(duì)凝心聚力、攻堅(jiān)克難,如今,這些問題都得到了有效解決。
航空工業(yè)試飛中心C919大型客機(jī)試飛副總師 丁軍亮:我們已經(jīng)安全飛行了1530個(gè)架次了,將近4000多個(gè)小時(shí),我認(rèn)為是沒問題的,而且期間暴露的很多問題都解決了。解決問題是飛行試驗(yàn)的職責(zé),能發(fā)現(xiàn)問題才能解決問題,通過發(fā)現(xiàn)問題解決問題才能技術(shù)進(jìn)步。只要把每一個(gè)問題解決好了,整個(gè)飛機(jī)就安全了。