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飞行实验室

 etirihjj 2013-06-03


  航电系统与12个非航电系统的交联功能都将在铁鸟试验台上进行试验。在FAI大场飞控系统地面模拟试验室里,最引人注目的就是飞控铁鸟试验台,它是ARJ21飞机研制过程中进行飞控系统及其相关系统地面综合试验,并支持飞机飞行试验和产品支援必不可少的地面试验设施。


  飞控铁鸟试验台都是针对特定型号设计的,为此,国外一些飞机制造公司甚至同一型号的新机种要建有两个铁鸟试验台以供研制使用。铁鸟试验台的使用周期很长,从详细设计的综合试验阶段开始,贯穿研制、生产、飞行试验、适航审定整个过程,并在整个型号生命期内的售后服务、改进改型和事故分析中发挥不可替代的作用。


  目前,国外主要航空国家像美国、英国、法国、德国、俄罗斯和日本等国的航空研究单位、飞机制造公司等都拥有自己的多套、多功能和多任务的固定基座和活动基座舱的工程模拟器和飞控铁鸟系统。其中著名的有:美国NASADryden飞行研究中心的综合试验设施ITF;美国的航空电子试验地面支持设施GSF;美国空军EdwardsAFB开发的IFAST及各种专用的综合试验设施;美国海军的F/A-18专用的综合试验设施;A-8B专用的综合试验设施;美国空军在Warner-RobinAFB的F-15专用的综合试验设施和在OgdenAFB的F-16专用的综合试验设施;法国Aerospatiale公司的Toulouse航空试验中心(CEAT),建造的A320和A330/A340的两台铁鸟,各自与具有完备人机界面及全部机载计算机真件的工程模拟器和供电网络试验设备共同布置在一个大厂房内,颇为壮观;意大利的Alenia公司工程部在Torino的系统试验设施;瑞典宇航JAS集团(IGJAS)组建了一个综合模拟试验设施;德国道尼尔公司为DO728建立的系统综合试验室。


  国内各飞机设计研究单位都建设了针对他们各自研制型号的飞控铁鸟试验台,积累了相当的经验,但国内目前尚无一个适应新一代先进商用支线飞机研制要求的飞行控制系统综合模拟试验室。


  随着自动控制和计算机等先进技术迅猛发展,特别是数字化技术的发展和应用范围的扩大,有人驾驶飞机飞行控制系统综合化的程度越来越高。在ARJ21飞机研制过程中,为了安全迅速地确定和验证飞机飞控系统的各项性能,提高研制效率,必须对飞控系统进行地面模拟试验。飞控系统综合化设计使系统的交联关系变得十分复杂,仅按分系统进行飞行试验将不能满足新一代支线飞机的验证要求。国外普遍采用地面模拟试验与飞行试验相结合的方法,以缩短研制周期和确保飞行试验的安全。因此,在飞机研制过程中建设飞控综合试验室已是非常普遍并且已成为设计中不可缺少的。


  飞控系统地面模拟试验室以飞控铁鸟试验台为主要试验手段,对真实的飞控系统,包括尽可能真实的液压、供配电系统进行单项和综合试验,并与航电系统进行交联试验,以验证、校核系统的性能,检验部分飞机飞行品质,检查各系统间的接口交联与协调关系,以实现对飞控系统及其相关系统进行较高层次的综合检查和验证。


  在飞机首飞之前,通过系统综合试验验证系统功能和综合性能,可以尽可能地暴露和排除潜在的系统故障,使试验驾驶员熟悉飞控系统的性能和操纵特点,了解系统故障模式和处理办法。系统综合试验还可再现和研究在飞行试验中遇到的各种故障和问题并最后加以排除。总之,通过试验,可对各系统功能、性能、可靠性和安全性进行验证,确保飞控系统的性能和飞机的飞行安全。


  对于商用飞机来说安全是最重要的,因此飞控铁鸟试验必须支持飞机的适航。按照CCAR25/FAR25相应条款的规定和要求,并根据确定的验证方法,在铁鸟试验台上进行部分飞控系统的适航验证试验,验证飞控系统适航符合性。


  在新机飞行试验和随后的全寿命运营中,铁鸟起着极其关键的作用。首先,飞行试验中和运营飞行中会进一步发生或发现飞行控制系统存在的问题和故障,在飞控铁鸟上复现系统故障,查明故障原因,寻求排除故障的方法并最后予以排除。其次,随着飞行试验的进展,飞机飞控系统及其机载设备可能会进行更改,更改后的系统和设备必须在飞控铁鸟上进行验证和确认。


  ARJ21-700飞机共有104个研发类试验项目,航电系统试验、飞行控制系统试验、液压能源系统试验和供配电系统试验构成了ARJ21-700飞机的4大系统综合试验。航电系统的试验是ARJ21-700项目中进展速度最快的,由此,柯林斯公司已经连续三年成为了中航商飞公司的优秀供应商。


  工作就是最好的学习!新技术的一个主要推动力就是能够形成一支不断接受新思想的科学家和工程技术人员群体。


  FAI航电综合试验室主任刘永超说:“ARJ21-700飞机的航电系统可以说代表了全球支线客机的先进水平,通过与供应商之间的共同工作,我们在认识水平上得到了极大的扩展与提升。学习到了国外先进的航空电子系统集成的管理流程以及开发的方法,并使我们对‘系统设计-设计验证-返回设计迭代-产品开发-系统综合测试-返回迭代’的V字流程从感性认识上升到理性认识,有了切身的感受;我们自己也建立起了完备的测试体系,更为重要的是,我们在航电系统综合方面有了一定的提高,尤其是通过对航电系统综合处理机、数据集中单元、无线电接口单元等的研究,提升了模块化航电的集成能力,并通过和全机12个非航电系统的飞机级综合,进一步加强了全机电子控制系统的集成能力,这些都是我们在以往的军机研制中没有的经验。”


  而在柯林斯公司现场工程师杨光宇眼里,航电综合试验室的小伙子们是一群讲着流利英语的年轻设计师,他们怀有强烈的进取心、动手能力强、可塑性大,在解决与协调工程中出现的各种难题的过程中,他们能够快速而灵活地学习到一切他们想要得到的知识。


  虽然在与供应商的共同工作中,FAI的工程人员开阔了眼界,掌握了很多东西,但是,核心技术是不可能获得的,甚至是敏感的“军民两用技术”也被严格限制。FAI副总设计师田剑波说:“我们对供应商的设备缺乏支配权和知情权,如果是国内供应商,我们认为ARJ21-700飞机的系统集成就已经是非常成功了,但现在都是国外的,深入的核心技术,如软件,都是封锁的。在JDP阶段,我们想尽量了解多一点,但有供应商会毫不不客气的对我们说,‘我卖给你们的是设备,是系统,而不是技术!’”


  刘永超也坦言:“商用飞机航电系统有其自身的特点,除了综合化显示、控制、处理技术外,满足适航取证的要求是我们的最大薄弱点,我们对航空公司的使用要求、发展趋势也需要更多了解和深入研究。”


  这个愿望在工程模拟器专业的技术人员那里表现的更为强烈,似乎有点让人难以相信,但是,工程模拟器专业的技术人员的确没有见过国外先进飞机的飞行模拟器,试飞员认为这不应该是一件很难办到的事情,每家航空公司都有用于飞行员培训的飞行模拟器。由于工程模拟器是个特殊的研发工具,技术人员不仅要为飞控专业、操稳性能等专业提供一个比较真实的仿真环境,还必须在飞行员没有到场的情况下完成很多试验任务,按照专业的要求飞出很多数据来供相关专业分析研究,这就要求技术人员本身要掌握一定的飞行技巧。


  从虚拟世界里的全机电子协调样机到仿真世界的铁鸟试验台架,再到工程模拟器,飞行模拟器,ARJ21-700飞机正在一步一步从虚拟空间走向真实的世界,但是现在,它仍然是没有生命的,直道它飞上蓝天的时候,它才真正拥有了生命!它才真正的活了!


  “我们最关心的是系统集成和所有功能的验证”,吴光辉说:“与此同时,我们还有许多设计、制造和试验项目同时进行,这就存在着潜在的风险,然而,试验中所有的项目都比预计的好,虽然我们仍有很多问题,但到目前为止,我们的运气不错。”(未完待续)

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