新支线飞机成功穿越“闪爆区”

发布日期:2013年11月21日 18:03   文章来源:www.8455.con西安外场试验队
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   如果说ARJ21-700飞机最小离地速度试飞是“刀尖上的舞蹈”,那么,在热气候条件下的热燃油试飞则是对“闪爆区”的穿越。

  2013年8月15日,地处祖国大西北的阎良机场,烈日高照,晴空万里,ARJ21-700飞机102架机燃油箱校准试验正在紧张有序地进行。102架机在局方试飞员张放、空军试飞团副团长刘宏亮的驾驶下,完成了热气候条件下的热燃油最后一个架次试飞,稳稳地停在阎良机场。这标志着与其他适航取证科目穿插进行、历时3年的ARJ21-700飞机燃油系统试验和试飞验证顺利完成。

  

  燃油系统试验和试飞验证从2011年8月正式开始至2013年8月结束,在www.8455.con企业、中国飞行试验研究院、空军试飞团、局方和供应商等方面的通力协作下,ARJ21飞机102架机累计完成地面验证试验19项,表明符合性试飞15项,审定试飞10项,共计飞行35架次,飞行时间约80小时。此外,还增加了3次地面排故试验,6架次训练飞行,以及两架次研发试飞。在燃油系统试飞科目中,属一类风险的有3项,二类风险15项,三类风险1项。

  这场高风险、高难度,有多项属国内首次进行的ARJ21-700飞机热气候燃油试验,之所以能干净利索地顺利完成,并得到局方的认可,用ARJ21-700飞机项目副总指挥、西安外场试验队大队长赵越让的话说:这是各方团结协作的结果。团结协作是燃油试验顺利完成的基础,燃油系统试验堪称各方合作的典范。

  

  给燃油加温需要胆大心细

  

  采访中,中国飞行试验研究院发动机所ARJ21-700飞机燃油系统试验主管吕美茜表示,燃油系统试验包括高温、高寒、高原试飞。试飞各有特点,条件严苛,国内以前没有做过,试验开始前挺担心,但只要参试各方齐心协力,胆大心细,依靠众人的智慧,一步步严格按科学的规定去干,试验是会成功的。大家对燃油性能进行了详细分析,进行了大量的计算,对试验大纲、试验程序进行了反复讨论,对试验、试飞计划进行会签,把试验中可能发生的问题几乎都想到了。如现场隔离、消防车临近试验场地、现场工作人员不能打手机、不能吸烟、现场附近不能有火点。同时,在燃油加温装置中设计了一套充氮系统,始终让加温油车内的氧气含量低于5%的燃点,穿越了“闪爆区”。

  在炎热天气,如何安全地将飞机的燃油加温?试飞院、上飞院等单位一道协力攻关。试飞院课题组经过反复研究讨论,联合西安一家企业设计研究出燃油加温车,利用热交换原理,在加温车里装了一个加温炉,以热水为燃油加温介质,将燃油安全加温。改装后的燃油加温车,可将燃油最高加温到70℃。考虑到油温过高对发动机滑油的影响,最终决定在加温车里把燃油加温到55℃-65℃即可。可是,2012年夏季的试验并不顺利。在加温车里虽然把燃油加热到了62℃,但加入到飞机油箱里开始试飞时,油温降低到50.5℃,距大纲要求的最低温度51℃相差0.5℃,试验未获成功。

  大家不抱怨,不气馁,眼睛向内,静下心来找原因。上飞院科技人员对飞机燃油性能进行分析、计算;试飞院课题组的职工仔细分析、判断燃油数据,对加油程序进行分析、调整,制订更加科学的加油方案。在2013年8月进行的两次热气候条件下的热燃油试验时,飞机起飞做试验的油箱里的燃油温度都控制在53℃-54℃之间。整个试验安全、顺利。试验结果表明,ARJ21-700飞机燃油系统供油正常,发动机工作良好。

  

  负加速试验时飞行员飘了起来

  

  燃油系统负过载飞行试验,又叫负加速度飞行试验。负加速度飞行,是飞机在紧急情况下所采取的应急措施。负加速度飞行科目就是按照条款和咨询通报要求,验证ARJ21飞机燃油系统能否为飞机发动机正常供油。该试验对飞机的安全飞行十分重要。

  战斗机、歼击轰炸机在格斗、轰炸中要做许多特技飞行,设计有倒飞油箱,解决机动飞行时的供油问题。民用客机为确保乘客安全,不进行倒飞等特技飞行,不设置倒飞油箱。但民用飞机在空中飞行时,有时因受恶劣气流的影响,颠簸得很利害,会出现负过载飞行情况。在负加速度飞行中,飞机油箱里的燃油处于飘浮状态,会出现“气穴”现象。此时供给飞机发动机的燃油会产生油气混合,影响发动机的工作质量。

  民机负过载试飞试验,我国以前从未做过,属一类风险试飞科目,不仅验证飞机燃油系统,还验证发动机滑油系统、电源系统、液压系统工作是否正常,牵涉面广,试飞试验难度更大。条款要求,一次负加速度持续飞行的时间为7秒,一个架次必须完成3次,3次累计时间20秒以上。

  负加速度试飞对试飞员的生理、心理都是一场极限考验。燃油系统负加速度飞行的时间既不能太短(太短,达不到试验目的),也不能太长(太长,试飞员身体受不了,对飞机的结构也是严峻的考验)。因此,负加速度的飞行时间一定要拿捏得恰到好处。

  为了保证这个时间,上飞院、试飞院科技人员进行了精细的计算和分析。试飞院课题组在监控室专门做了一个负加速度的实时监控画面,对负过载试飞、试验进行实时监控。监控中,监控员可随时与试飞员通话,说明这个动作完成得怎样,时间到了就马上告诉试飞员,马上退出动作。

  燃油系统负加速度试验,试飞员十分辛苦,他们每天在空中要连续工作3个多小时。飞负加速度时,人都飘起来了,还要用脚紧紧抠住脚蹬。

  为了确保试验的顺利进行,地勤人员对飞机进行彻底的检查、清理,不放过任何一个隐患。

  试飞院课题组的职工至今还清楚地记得,一次训练飞行返航后,晚上他们处理数据时发现,仅一组数据有效。可就是这一组数据,让课题组发现了监控画面中表示的负加速度时间与事后数据中实际的负加速度时间存在的差异。当天晚上,他们和测试组职工连夜分析、更改,并反复研究了监控画面,制订了第二天的飞行方案,确保了试验的顺利进行。第二天连续飞行的负加速度时间达标,总时间符合大纲要求的20秒以上,试验获得成功。

  正是这种共扛负载,共担风险的精诚合作,一一化解了试验风险。ARJ21飞机的燃油系统在负加速度飞行的情况下供油正常。试飞员、机体结构和飞机的发动机经受住了考验。

  

  80后、90后航空人迅速成长

  

  ARJ21-700飞机燃油系统试验顺利结束。试验证明,燃油系统满足了设计要求,达到了适航标准。燃油系统在适航要求的各种条件下,都能给飞机发动机供油,保证飞行安全。

  ARJ21飞机燃油系统试验取得成功,参试各方的领导普遍认为,最大的收获是:一批“80后”、“ 90后”的年轻人快速地成长起来了。这是我国民机适航取证的一笔宝贵财富。

  本着“打一仗,进一步”的引导思想,ARJ21飞机燃油系统试验结束后,燃油系统试验团队即着手进行试验总结,反思遇挫的教训、总结成功的经验。准备将各方总结讨论、梳理后的结果,借助内部网络平台,做到共享。

  采访中,上飞院副总设计师常红说:“飞机的系统试验,仿真计算、仿真模拟试验,今后是一个发展方向。除个别非常重要、非常关键,不得不做飞行试验项目外,一些试验通过仿真计算、仿真模拟试验即可达到目的。大家正在做这方面的工作。这是一项艰巨的工程,但是大家相信,只要锲而不舍,一步步扎扎实实地干,目标一定能实现。”

  

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  燃油如同人体中的“血液”,为飞机的飞行输送不可或缺的动力燃料,同时起着平衡飞机重量重心的作用,但它有易燃、易爆的特性。ARJ21-700飞机热气候燃油试验,条款要求在气温30℃以上、油箱油温不低于43℃情况下进行试飞,检查飞机和发动机燃油系统性能,即在热燃油的恶劣环境下仍可向发动机正常供油。

  ARJ21-700飞机燃油系统定义的燃油温度包线的上限是54℃,热气候燃油试飞大纲要求在飞机起飞时,油箱里的燃油温度必须保持在51℃-54℃。该温度,远远超过了RP-3号航空煤油的“闪点”38℃,一不小心遇到火花就会发生“闪爆”。

  

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