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成功凯旋!ARJ21冰岛大侧风第一现场全景记录!
2018-08-13 | 来源:民航资源网 | 【大 小】【打印】【关闭】
成功凯旋!ARJ21冰岛大侧风第一现场全景记录!

本文由 航空知识 和 航空物语 合作完成

 
  2018年4月8日15:00,ARJ21飞机104架机平安凯旋,降落在西安阎良机场

  这次试飞上天

  没有辜负航空人的坚守和勤奋

  多年来的准备和期盼

  我们抓住了黄金般的86分钟

  齐心协力创造了奇迹

成功凯旋!ARJ21冰岛大侧风第一现场全景记录!

  ARJ21迎着朝霞,展开一天的试飞试验。 万全/摄

  2018年3月26日,ARJ21-700飞机104架机于冰岛凯夫拉维克国际机场圆满完成了侧风包线扩展审定试飞工作,试验结果得到了中国民航局审查组认可。

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  ARJ21圆满完成冰岛大侧风试飞任务  颜康植/摄

  为什么要做侧风试验?

  众所周知,飞机起降多在逆风条件下进行,这样使用的跑道长度最短,可增加安全裕度。机场跑道的建设也会参考往年气象数据,使跑道方向与当地盛行风向平行。

  但风向不可能永远顺应人意,侧风会增加飞机起降难度,因此在设计阶段,设计师们就考虑到飞机承受侧风的性能,但一款飞机到底能承受多大正侧风,还需要试验予以验证。侧风试验,主要测试飞机在侧风环境下的操纵稳定性和动力系统稳定性。

  为尽可能保证安全,飞机只有在验证侧风起降能力之后,才会被允许在相应的天气条件下运行。

  ARJ21-700飞机起飞和着陆抗侧风能力的设计目标值分别为30节(1节=1.852公里/小时)和27节。在此前的适航审查过程中,由于受国内机场气象条件限制,经中国民航局审定试飞验证的起飞和着陆抗侧风能力仅为22节,未达到民航局CCAR25部规定的25节要求。在冰岛试验前,投入商用的ARJ21按照这一限制安排运营。

  ARJ21选择先投入运营,再补充完成扩展试验科目的发展之路,这是中国民机发展必经的曲折和坎坷。

  故此,ARJ21远赴冰岛,开展大侧风扩展试验。

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  回溯

  2010年5月13日,ARJ21飞机102架机第一次在位于西北大漠的空军鼎新机场进行大侧风试验。时任上飞院燃油动力部部长戚学峰说:“那一年,我们动力装置的主要任务是进行发动机进气畸变地面试验。但是,由于第一次进行大侧风外场试验,飞机转场的时间偏晚,错过了最佳的侧风季。”

  2011年3月15日,ARJ21飞机102架机在最佳的侧风季节飞抵嘉峪关机场,这是试验开始最早的一次,也是动力专业收获成果最大的一次。2011年动力装置大侧风地面试验的主要目的是一方面通过发动机地面适航验证试验验证对发动机进气畸变相关适航条例的符合性;另一方面结合地面工程试验确定CF34-10A发动机在ARJ21飞机上的地面侧风运行和起飞包线/边界,从而制定ARJ21飞行手册在侧风条件下的发动机相关操作程序。

  2012年4月23日,102架机又一次转场嘉峪关机场,与此前试飞性质不同,此次试飞不再是申请人的工程试飞,而是局方的审定试飞。这无论是对于大侧风试飞还是对于ARJ21项目的进展都是一个新的里程碑。但是4月底的鼎新机场已经结束了侧风季,ARJ21项目又一次丧失了最好的试飞时机。虽然没有完成任务,但是却促进了申请人与局方能力和认识的逐步提高,这也是工程经验的价值所在。

  2013年4月7日,根据天气预报显示,鼎新机场当天的风力将接近7级,角度为140°,这正是进行试验绝佳的气象条件。但是理想的风并没有如约而至,戚学峰说:“今天的确经历了一个非常揪心的下午,嘉峪关机场风速满足试验要求,但是风的角度不是垂直于跑道的;鼎新机场风的角度虽然垂直于跑道,但是风速却达不到要求。如果在这里能有一条‘米’字型跑道,我们的试验就不会进行得这么艰难,耗时如此之长了。”

  2013年4月28日,ARJ21飞机102架机转场阎良,历时4年的大侧风试飞,结束。

  (来源:《一个国家的起飞》)

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  ARJ21映雪着陆01跑道 万全/摄

  为什么是冰岛?

  冰岛凯夫拉维克机场在气象条件和地面设施都具有突出优势。

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  冰岛地处北大西洋北极圈边缘,有“世界中转站”之名(来源:Google Earth)

  根据气象纪录,凯夫拉维克机场秋、冬、春三个季节多风,而且风速常能够达到试验所需数值(一般超过50千米/小时),有利于开展测试。

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  凯夫拉维克机场的风速和风向统计(来源:weatherspark.com)

  凯夫拉维克机场独特的跑道布局则是另一项优势。一般情况下,机场跑道会沿当地盛行风向修建,以尽量减少侧风对正常起降的影响。但在凯夫拉维克,东西和南北方向的大风交织出现,因此机场修建并开放了两条90°交叉的跑道,分别指向南北和东西,这样一来,无论什么风向,普通航班飞行员总能找到一条侧风较小的跑道起降,增大安全系数;而对于“没有困难制造困难也要上”的试飞团队,也能找到一条侧风强劲的跑道,进行测试。

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  凯夫拉维克机场卫星地图(来源:Google Earth)

  凯夫拉维克机场跑道长度超过3 000米,宽达60米,能够起降包括安-225在内的所有型号飞机;并且拥有机坪、机库等完善的地面保障设备,这些都是试验场的加分项。

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  冰岛凯夫拉维克机场19号跑道 陈肖/摄

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  ARJ21-700在19号跑道成功完成侧风试验 颜康植/摄

  此外,凯夫拉维克机场周边地表被苔藓覆盖,强风时不会形成扬沙砾石,有利于飞行安全。这一点,也是此前ARJ21在国内西北地区机场做侧风试验时面临的主要困难之一。

  除ARJ21外,许多民用飞机也都选在冰岛进行了侧风试验。

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  在选择冰岛之前,ARJ21曾累计143天的大侧风试验期间(2010年~2013年),侧风飞行时间仅有28小时46分钟,其余时间都是在等待。过去的4年时间,大侧风试验队守候在国内唯一的一条具备侧风条件的跑道上,捕捉着幽灵般出没的大侧风,不断的寻找更为严酷的试验条件。这种尴尬的试飞现状在某种程度上却正是我国民机试飞条件和能力的真实体现。

  如何侧风着陆?

  相比侧风起飞,侧风着陆的难度与危险程度更大,故如何安全地侧风着陆,是飞行员必须掌握的技能。

  教科书所教的侧风着陆方式主要有两种:

  蟹形进近(又称偏流进近)和 侧滑进近

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  两种侧风进近方式的示意图(来源:wikipedia.com)

  “大侧风条件下的进近对试飞员来说是种挑战。如果进近时仅使用偏流法,则会因为巨大的侧向扭矩造成主起落架损伤甚至断裂;而仅使用侧滑降落时,如果风速太大且试飞员把握不好的话,会因为飞机的坡度过大而容易造成飞机的翼尖擦地(或发动机擦地),严重时会导致机毁人亡的事故,这就需要合理有效地使用综合法落地以降低大侧风的不利影响。”局方试飞员赵志强(编者注:赵志强也是冰岛大侧风试验的局方试飞员)说。他曾在航线上飞过27节的大侧风着陆。

  (来源:《一个国家的起飞》)

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  (作者:Paulo Santos 来源:airliners.net)

  上图为SATA International航空公司的A310客机于2009年11月20日,在葡萄牙亚速尔群岛的拉日什机场Lajes (Terceira Island - Lajes) (BA4) (TER / LPLA) 降落时,突遇强度高达44节大侧风,摄影师Paulo Santos拍下并上传网络的一张十分经典的侧风照片。

  如上文试飞员赵志强所说,如果操作不当,或侧风速度超过飞机抗侧风设计指标,强大的侧风会使翼尖或发动机意外触地引发事故。上图也可以看出,这架A310的右起落架发生明显扭曲。

  由于目前大部分客机翼下挂载的发动机和地面十分接近,使用侧滑进近时,向下的翼尖和发动机可能会触碰地面,因此对侧滑角度也有限制,波音747即是一例,由于发动机布局的原因,其接地坡度不能大于8°,所以波音公司不建议飞机师在最大侧风超过20海里/小时的情况下以侧滑进近,但747起落架的设计可以容许着陆时的蟹形角度达到45°。

  ARJ21的侧滑极限坡度虽然比747略大,约为11°,但为确保机翼和起落架安全,试飞员驾驶ARJ21在下降阶段使用的是蟹形进近法,最后使用综合法减小偏航角,并在飞机接地前最后一刻将机头偏航角修正。

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  ARJ21使用01号跑道落地,通过风标可见风向与跑道垂直。 余明/摄

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  26日,ARJ21使用19号跑道侧风着陆前的“蟹形”+侧滑姿态。  颜康植/摄

  此次侧风试验最大的难点是?

  ARJ21飞机副总设计师常红在2013年第四次参加侧风试验时曾说:“相比于3年前,我们现在唯一能做的就是等风,等待大侧风,这确实是非常折磨人的等待。”

  等风来,恐怕是此次侧风试验中最大难点所在。侧风试验是气象试验,试验环境无法由人的意志改变,试验需要稳定的侧风分量,小了不够,大了不行。

  ARJ21于当地时间3月5日抵达冰岛雷克雅未克机场,当天的确有符合条件的大侧风,但是由于刚刚抵达,各项准备工作尚未完成,不具备开展试飞试验的条件。此后数天,机场并没有符合条件的风,试飞团队利用这些时间开展熟悉机场、熟悉空域的工作,并与冰岛方面充分磨合。9~10日,凯夫拉维克突降暴雪,积雪厚度达20厘米,机场关闭了10-28号跑道。11日,雪过天晴,但冰岛方面此时没有向ARJ21开放使用10-28号跑道。此后近一周的时间,凯夫拉维克一直下雨,ARJ21更多的是在进行适应性飞行,以及团队休整。近半个月,阴沉的天空,寒冷的空气,空旷的小镇,还有等不来的风。

  因此,难的不是试验,而是等待过程中对所有参试人员意志的考验。

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  11日当天,01跑道头之外的雪原景观,体感温度约-25℃。 陈肖/摄

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  ARJ21对正01跑道,因高空风速比地表风速强,机头向右舷偏转,接地前修正。 陈肖/摄

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  ARJ21从雪原上空飞过,由于风速较低,此时姿态已经修正。 罗韬/摄

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  商飞新闻中心记者颜康植在风雪之中寻找合适的拍摄地点 陈肖/摄

  此次侧风试验危险点是?

  风向突变。强风中隐藏着难以预测的风向突变,侧风突变会引起飞机操纵裕度不足;低空风切变会导致异常的升降速率,严重时可能导致飞机失控坠毁。因此机组必须协同准备判断,果断决策复飞或落地。

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  ARJ21使用01号跑道着陆 罗韬/摄

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  ARJ21使用19号跑道着陆,由于侧风作用,飞机姿态并不水平。 余明/摄

  监控大厅在监控什么?

  很多人以为,侧风试验,就是验证飞机在强侧风条件下能否安全落地,这是一个纯粹看天的试验科目,考验的是试飞员的飞行技能与飞机的操纵品质,和地面监测的关系不大。

  事实上,监控席位主要关注的内容有:

  1、监控飞机飞控系统参数是否正确,是否有余量应对强风;

  2、监控发动机参数是否稳定。侧风会导致发动机进气畸变,严重可导致发动机喘震甚至停车;

  3、监控飞机状态是否满足试验构型要求;

  4、监控其他操稳参数。

  同时,试飞时监控指挥员在飞机五边进近时要连续不停的通过无线电通告机组侧风风速,原因是预先已经协调好风速的限制,机组会根据侧风的大小决定是着陆还是复飞。确保试飞安全性和数据有效性,并节约时间(燃油),试飞的起飞总燃油量有限制。

  就此次ARJ21冰岛试飞的监控工作,其实并不是在屋里摆几台电脑那么简单,现场工作人员介绍说,几箱仪器设备以大件货物航空快递的方式与ARJ21同期抵达冰岛,其中最大的设备当属通讯天线,运抵机场后,中方租用凯夫拉维克机场的云梯车等大型工程车辆,将天线架装在跑道附近一栋建筑的楼顶,单这一项工作就花费了不少功夫。而这只是监控工作的一小部分。

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  试飞院副院长赵鹏在监控指挥席位监控飞机状态,并向机组通报实时风速 。 陈肖/摄

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  租借普通办公室调整为飞行指挥室  余明/摄

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  监控席位 余明/摄

  侧风试验结果如何?

  当地时间3月26日上午9:00,预报风向130°,风速35节,阵风45节,01-19跑道正侧风31节,沿跑道风15节,能见度大于10千米,降水无,积雨云无,积冰无。ARJ21按计划使用19号跑道起飞,执行了1架次局方审定试飞,完成了6个起落。上午10:26,试验结束滑回。该架次试飞:

  起飞阶段

  最大瞬时风速47.4节(87.78千米/小时,相当于9级烈风),

  平均侧风速度38.4节(71.11千米/小时,8级大风);

  着陆阶段

  着陆最大瞬时风速48.7节(90.19千米/小时,10级狂风),

  着陆平均侧风风速35.2节(65.19千米/小时,8级大风);

  全部超过CCAR25部(中国民航运输类飞机适航标准)第25.237条规定的25节(46.3千米/小时,6级强风)风速的要求。

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  CCAR25部第25.237条对“风速”的具体规定 来源:中国民用航空局

  大侧风试验取得圆满成功。

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  当地时间26日上午10时26分,侧风试验成功,飞机落地遇见彩虹。 颜康植/摄

  该架次试飞的机组是:局方试飞员赵志强,责任机长陈明,试飞工程师屈展文(局方)、朱卫东、梁远东,另外还有1位冰岛观察员(必要时)兼翻译。

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  局方试飞员赵志强 万全/摄

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  责任机长陈明 陈肖/摄

  侧风试验成功的意义?

  侧风试验ARJ21-700飞机最后一项特殊气象环境运行限制被解除,飞机具备了在高原、高寒、高温高湿、自然结冰以及大侧风等全部特殊气象环境下的运营能力,并全部通过局方审定。

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  26日飞机落地滑回后,中国飞行试验研究院副院长赵鹏(带墨镜者)与机组热情相拥。 颜康植/摄

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  26日航后数据局方确认审查会议 颜康植/摄

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  4月2日,工信部发布通告,ARJ21冰岛大侧风试验成功。  来源:工信部官网

  祝贺ARJ21研制和试飞团队!

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  大侧风条件下的进近落地,即使在民航运营中也是一种比较复杂和危险的飞行动作,因为侧风会把飞机吹离跑道的中线,飞行员必须调整飞行的方向加以补偿,这个过程不仅是体力上的付出,更是综合能力的体现。

  ——《一个国家的起飞》

  特别鸣谢

  中国商飞

  中国飞行试验研究院

  《一个国家的起飞》 刘济美/著

  陈明/张正国/颜康植/何椿/

  陈鹏/余明/罗韬/万全/魏萌/

  王亚男/武瑾媛/吴佩新/陈肖

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