ARJ21-700：向世界證明中國制造客機是可靠的
【環球軍事/航空報道】1998年，中國商用飛機歷史上最大的國際合作項目AE-100項目宣布解散時，參加過中德民機合作項目MPC-75與AE-100項目的中國商用飛機設計人員在北京告別。當時，面對中國商用飛機產業吉兇未蔔的前途，他們極其悲壯地喝了一次酒，幾十號人站在北京的星空下掩面痛哭，心裏怎麽也不明白，祖國的天空怎麽就飛不起來屬於中國人自己的商用客機……2014年12月26日19時，在經過了6個小時的推遲後，ARJ21-700飛機型號合格審定委員會(TCB)最終會議終於在民航幹部管理學院召開。21名委員會成員在會上做出了一個可以載入歷史的決策：接受ARJ21-700飛機審查組可以頒發型號合格證(TC)的建議，並將請求中國民航局為擁有中國自主知識產權的首架噴氣式支線客機——ARJ21-700飛機頒發型號合格證。
這意味著長達11年3個月的適航審定工作全部結束，ARJ21-700飛機符合《運輸類飛機適航標準》，它也成為中國第一款具備航線運營資質的噴氣式支線客機。對此，ARJ21-700飛機型號合格審定委員會成員、民航科學技術研究院適航研究所所長路遙在會上表示：我對ARJ21-700飛機的適航性充滿信心!
15年後，同樣是在北京的星空下，中國商用飛機公司副總經理羅榮懷不無感慨的說：“中國民機人終於用自己的能力與堅持讓屬於中國人自己的商用客機翺翔在祖國的天空!”
2014年12月30日，中國民用航空局局長李家祥乘坐ARJ21-700飛機105架機從上海飛往北京，他在接受記者采訪時表示：我要向世界宣告，中國研制的噴氣式客機是安全可靠的，是可以信任的。
按照世界最嚴酷的適航標準進行驗證
從事民機研制的人都知道這樣一句話：研制什麽飛機聽市場的，如何研制飛機卻要聽適航的。適航是適航性的簡稱，它並不是出於理論或者學術研究的需要，也不是出於設計、制造飛機的需要，而是出於為維護公眾利益、維護公眾安全立法的需要。即使適航條款是保證飛機安全性的最低標準，但是，世界航空領域的每一名飛機設計師都不敢小覷適航條款的重要性，以及航空產品獲得型號合格證的艱難程度。
ARJ21-700飛機是嚴格按照CCAR25-R3進行設計的新型支線客機，國內還沒有哪一架飛機是按照這樣嚴酷的適航標準進行設計與驗證，因此，ARJ21-700飛機安全性標準比其他飛機都要高，同時適航取證的難度也更充滿挑戰。
11年來，參加ARJ21項目的每一個人都在思考著同一個問題：驗證一架飛機到底有多難？而每一個人得出的答案卻各不相同。
ARJ21-700型飛機型號合格審定委員會委員錢惠德介紹說：“ARJ21-700在航線飛行中使用的速度是0.82馬赫數，而在驗證試飛中，它最終飛到了0.89馬赫數，充分驗證了飛機的安全裕度。”
“根據適航規章CCAR25.571(e)(1)的要求，ARJ21-700飛機機頭結構的設計必須保證飛機在與1.8Kg(4磅)的鳥相撞之後，仍能繼續安全飛行和著陸。”ARJ21-700飛機強度專業副總設計師朱廣榮說。
按照CCAR25.803(c)條款和附錄J 的要求，在ARJ21-700 飛機應急撤離地面演示試驗中，機上90 名乘客和4 名機組人員要在黑夜條件下，90秒內完成2 個可用的應急出口使用滑梯從飛機安全撤離至地面。上海飛機設計研究院ARJ21項目管理部部長王飛介紹說：“我們的試驗用時僅57 秒，遠遠小於適航條款的要求。”
ARJ21-700飛機最小離地速度試飛是為了驗證飛機在極限姿態下離地之後仍然可以控制，給制定飛機正常起飛速度留出足夠的安全余量。ARJ21-700飛機首席試飛員趙鵬介紹說：“在試飛中要求尾部從開始觸地到離地之間，尾部在50%的時間之內必須保持接觸地面，在離地之後飛機的姿態不應降低，這對飛行員提出了極高的要求。”
對於ARJ21-700飛機型號合格審定審查組的成員來說，ARJ21-700飛機398條適航審定適用條款的背後，體現的是中美兩國在商用航空領域近百年的差距，這既體現在適航審定技術上，也體現在體系上，更表現在觀念上。而對於ARJ21項目的申請人來說，300項驗證試驗、285個表明符合性試飛科目、33本試飛大綱以及厚度高達30米的3418份符合性驗證報告，這些數字的背後，則意味著要填補國家在商用飛機研制領域的技術空白，經受意想不到的挫折與挑戰。
在5258個飛行小時中，幾乎每一分鐘，被譽為鍛造中國之翼的“刀尖舞者”的試飛團隊都在用生命創造著“零的突破”;在2942個試飛駕次中，每一次起飛都是逼近危險邊緣的探索，既要保證飛機與自身的安全，又要獲得設計人員滿意的試驗數據，而每一次著陸都填補著中國民機適航審定試飛技術的空白，也為中國民機適航審定體系的完善與發展留下新的坐標。
在ARJ21項目中流傳著一組數據，它形象的說明了試飛商用飛機的風險性與驗證的難度。
據不完全統計，在造成人員傷亡的民航飛行事故中，約有17%左右是飛機失速導致的，可見失速對於飛機安全的影響，失速試飛也一直被看做是民用飛機風險最高的試飛科目。
受國外供應商的影響，ARJ21-700先後進行了12輪失速試飛，用了8220次失速來尋找“安全性”和”經濟性”的最佳平衡點，往往一個飛行架次就必須嘗試四、五十次的失速，甚至與死神擦肩而過，用生命驗證了ARJ21-700的失速特性以及失速警告裕度，這在國際同類機型試飛中絕無僅有。
航空發動機在空中停車所帶來的風險眾所周知，據統計，先進航空發動機的空中停車概率約為每30萬飛行小時一次。假設一名旅客每周飛行兩小時左右，要經過3000年才能遇到一次發動機空停的風險。對於航線飛行員來說，若以三萬小時的飛行時間來計算，他要經歷十個飛行生涯才能遇到一次這樣的致命風險。
然而，申請人與局方試飛團隊經常要在一個架次內就執行數十次的空中或者地面起飛滑跑過程中關閉發動機的驗證，有些科目還要疊加不利的重量、重心以及高原機場起降等嚴酷條件。
在ARJ21-700飛機型號合格審定審查組試飛、性能專業組組長周成剛看來：“很多的試驗與試飛之所以選擇在最嚴酷的試驗條件下進行，只有一個目的，就是要按照適航條款的要求充分驗證ARJ21-700飛機的安全性。”
用試驗數據建立共識
在上海飛機設計研究院副院長、ARJ21項目行政指揮李玲看來，與世界知名的飛機制造商相比，作為沒有型號研制經驗的申請人，ARJ21項目面臨著缺少工程經驗數據所帶來的挑戰，“我們不得不做更多的試驗來積累工程數據，來取得局方的信任。”
2012年6月19日，從淩晨開始，中國飛行試驗研究院的跑道上就陸續駛來各種車輛，除了參加試驗的科技人員，更多是來觀摩我國首例按照CCAR25部條款進行的全機級進氣道濺水試驗。
在當時，如何組織這項試驗，以及試驗的結果怎樣，不僅牽動著ARJ21-700飛機型號申請人的心，甚至也引起了國內大型運輸機研制廠商的關註。“因為在此之前，我國在此領域沒有任何的工程數據和經驗可以借鑒。”ARJ21-700飛機動力裝置專業副總設計師常紅依然清晰的記得兩年前試驗的細節，“波音公司用4個小時完成的試驗，ARJ21-700飛機卻用了9天的時間。”
ARJ21-700飛機型號合格審定審查組動力裝置專業組審查代表李紅琳解釋說，“此項試驗的目標是在臨界飛機速度下，也就是飛機輪胎濺起的水完全覆蓋發動機進氣道的速度下來檢驗發動機的工作狀態是否穩定，沒有產生任何異常現象，所以，對臨界速度的判斷成為試驗首要解決的問題。”
然而，對於缺少工程經驗的申請人和第一次參與審定此項試驗的審查代表們來說，如何對試驗點進行確定與取舍，成為他們共同面對的挑戰，也成為此項試驗有效與否的關鍵所在。
“波音公司在進行同類試驗時只進行6-8個點的測試，而我們規劃了11個取證試驗點，飛機還要從50節一直增速到140節擡前輪的速度。”上海飛機設計研究院鄭辰介紹說，“我們目前沒有這種工程積累，拿不出可以支撐我們對於臨界狀態判斷的直接證據，在這種情況下，我們不得不加大試驗的速度區間，用更多的試驗數據來表明符合性，而這樣帶來的直接影響就是加大了試驗的風險，拖延了時間，同時帶來了研制成本的增加。”
多增加一個試驗點就意味著多增加一份試驗的風險，沒有人知道在下一秒中會發生什麽。然而，作為中國民機事業的先行者，這是ARJ21-700飛機在整個獲得型號合格證的過程中所要承擔也必須承擔的壓力與風險。
ARJ21-700靜力試驗共計28項，其中全機工況5項，其中4項全部都做到了極限載荷。全世界沒有任何一架飛機在全機靜力試驗中，所有的工況全部做到了極限載荷，也沒有哪一架飛機像ARJ21-700飛機02架靜力試驗機這樣，承擔了如此繁重而嚴酷的試驗任務。
“這是我們的第一個項目，因為缺少數據積累，CAAC要求最好全部做到極限載荷試驗，以驗證我們的計算與分析能力。”朱廣榮解釋說：“事實上，這給試驗規劃帶來了極大的難處，我們只有一架靜力試驗機，卻要完成4項全機極限載荷試驗，所以，我們必須對試驗的情況充分判斷，合理的安排試驗的次序，才能保證這一架靜力試驗機能將所有的極限載荷試驗全部承擔下來。”
有些試驗不僅是國內首次進行，在國際上也尚屬首例。
2014年5月20日上午，我國首例按照國際適航標準進行的飛機主起落架艙內輪胎爆破試驗在曙光橡膠工業研究設計院獲得成功，對提高我國航空器飛行安全具有重要意義。
此項試驗采用的是國際上最為嚴酷的“X”型爆破方式，輪胎爆破瞬間僅為11毫秒，所釋放的能量卻相當於在主起落架艙內引爆2顆手雷。最初申請人選擇了國際上普遍采用的噴流錐模型進行試驗，但是，最新的EASA咨詢通告認為，斜交輪胎在發生輪胎爆破時將產生“X”型爆破模式，它所釋放的能量是噴流錐模式的30倍。
上海審定中心結構強度室副主任黃少麟表示：隨著技術的積累，我們不排除在未來的試驗中采用國際上通用的試驗方式，通過采集輪胎爆破能量的分布，進行強度校核計算，以驗證適航條款的符合性，從而降低申請人的試驗成本與周期。
“當我們走完一個完整的民機研制歷程之後，我們會發現，驗證一架飛機尤其是按照適航標準的要求來驗證飛機是一件異常艱難的事情。”上海飛機設計研究院院長郭博智介紹說：“在設計與制造階段，每一天你都可以看見飛機明顯的變化，甚至一些問題也可以暫時忽略，但是在驗證階段，所有你之前忽略的問題還有每一項錯誤，都要體現出來，尤其是那些考驗設計師能力的細節問題，而此時，要在裝有上百個測試設備，上千個系統中捕捉問題，解決問題無疑會使你焦頭爛額……”
在11年3個月的適航審定過程中，ARJ21-700飛機共突破了100多項技術難關，解決制約適航取證的技術難題130多個，同時也為C919飛機的適航取證積累了經驗。正是因為這些填補國內技術空白的試驗、試飛，ARJ21-700飛機也被看做是C919大型客機的“先行者”與“趟路者”。
某種程度上這是一個國家的試飛
ARJ21-700飛機最小飛行機組試飛的目的主要是通過多個機組的主觀評價和生理參數測量，來衡量和評估在不同試驗場景下，機組成員對相關器件的可達性和操作的簡易性，以及最小機組(2人制)的工作量是否滿足適航規章要求。
然而，從ARJ21-700飛機到達成都雙流機場，到能夠進行試飛，試驗隊等待了9天的時間，在此期間，為了能夠讓ARJ21-700飛機盡快的飛起來，很多協調工作甚至需要依靠地方政府的力量。
當時，為了“確保成都雙流國際機場航班運行正常有序”的原則，同時遵循“航班飛行優先於校飛任務，校飛任務優先於試飛任務”的總原則，ARJ21-700飛機的試飛只能在淩晨2點至6點這段期間進行，然而，這與條款要求的“繁忙機場”似乎又有著明顯的出入。
試飛空域限制、缺少試驗條件、沒有滿足條款要求的氣象條件……在ARJ21-700飛機長達6年的試驗試飛過程中，幾乎每一項試飛都受到這些因素的制約。中國商飛試飛中心副主任譚祥升負責的試驗科目大多數都是靠天吃飯的，在他看來，外界與其抱怨ARJ21-700飛機的試飛周期是世界上最長的，不如更多的關註支撐國產民機試驗與試飛的環境建設，“某種程度上，這並不是一款飛機的試飛，而是一個國家的試飛!”
2013年3月27日，ARJ21-700飛機102架機再次飛抵嘉峪關機場,這是這架飛機第4次在此執行大側風試飛任務。在業內人士看來，自然結冰試飛與大側風試飛是ARJ21-700飛機進行的最為艱難的兩個試飛科目，因為這兩項試驗都對氣象條件有著極為嚴格甚至苛刻的規定與限制，很大程度上，任務的完成更依賴於天公作美!
“我們需要的是垂直於跑道，同時不起揚沙，而且風速能穩定維持在23.5-28節的大側風。”在趙克良看來，“正是這些對氣象條件的苛刻規定與限制成為ARJ21-700飛機大側風試飛的難度所在。”
譚翔升感慨的說：“4年來我們一直在尋求更為嚴酷的試驗條件，但在我們國家，能夠滿足這種氣象條件的跑道目前只有一條——空軍某機場。”
根據數據顯示，在ARJ21-700飛機累計143天(2010年-2013年)的大側風試飛期間，側風飛行時間僅有28小時46分鐘，其余的時間都在等待!
在這4年間，大側風試驗隊守候在國內唯一的一條具備側風條件的跑道上，捕捉著幽靈般出沒的大側風，不斷的尋找著更為嚴酷的試驗條件，這種尷尬的試飛現狀在某種程度上卻正是我國民機試飛條件與能力的真實體現。
ARJ21-700飛機型號合格審定審查組試飛、性能專業試飛工程師屈展文介紹說：“在美國和俄羅斯都有很多專門用於試驗試飛的機場，這些機場一般都有好幾條交叉跑道，‘米’子形跑道也並不少見，典型的就是美國愛德華茲空軍基地，擁有有4000英尺到39000英尺長度不等的跑道21條，在此進行試驗的飛機在遇到大風天氣時，可以根據風向選擇需要的跑道進行試驗，甚至還可以協調跨國間的試飛，像波音787飛機和空客A380飛機就都是在冰島進行的大側風試飛，這比ARJ21-700飛機的情況要靈活很多，自然也會更節省試飛成本與時間。”
2014年4月28日，ARJ21-700飛機降落在閻良機場，完成了遠赴北美五大湖區的萬里“追雲”之旅，這是它第一次環球飛行，目的是完成獲得適航證前最關鍵的一項試飛科目——自然結冰試飛，以驗證ARJ21-700飛機在自然條件下仍具備安全飛行與運營的能力。
同樣的試飛，巴西航空工業公司ERJ190飛機僅用了7天時間，美國波音777飛機也只用了17個月時間，而中國ARJ21-700飛機已經用了4年時間……
任何一部適航法規都不可能忽視結冰對飛行安全帶來的影響，根據美國聯邦航空管理局(FAA)最新數據顯示，每年大約有8起因結冰導致的飛行事故，我國最嚴重的一次事故發生在2006年6月3日，中國空軍一架軍用運輸機在多次穿越結冰區域時飛機失控墜毀，機上40人全部遇難。
按照中國民航規章CAAC25部和美國聯邦航空條例FAR25部的規定，商用飛機進行自然結冰試驗的氣象條件必須滿足：連續最大結冰試驗時液態水含量在每立方米0-0.8克，水滴直徑在15-40微米;間斷最大結冰試驗時液態水含量在每立方米0-3.0克，水滴直徑在15-50微米，尤其是後者更屬於極其罕見的極端氣象條件。
“這是FAA對北美地區結冰氣象雲層統計後得到的數據，而我們在烏魯木齊苦尋了4年，幾乎沒有捕捉到這樣的氣象，所以，ARJ21-700飛機不得不選擇到條款判據的誕生地進行自然結冰試飛。”中國商飛副總經理趙越讓說：“在當時，試驗的結果直接影響ARJ21-700飛機進入市場的時間表。”
“做出這個決策並不輕松，在此之前，ARJ21-700飛機從來沒有飛過這麽遠的距離，從哈爾濱到底特律河畔的溫莎城，14000公里的飛行途中要經歷大風、低溫、暴風雪以及越洋飛行等諸多情況的考驗。”羅榮懷非常清楚這一路的風險所在，“雖然有些晚，但是ARJ21-700飛機必將飛向世界，這是我們必須接受的挑戰。”
參與ARJ21-700飛機北美自然結冰試飛的加拿大NTI公司地面維護負責人Klaus Markgraf表示：我仔仔細細地觀察了ARJ21-700飛機104架機，特別喜歡它寬敞舒適的內部空間，這絕對是個好賣點，我認為這款飛機將成為支線客機中的翹楚。
在6年的試驗試飛過程中，ARJ21-700飛機經歷了高溫、高寒、大側風與自然結冰等極端氣象條件的52項考驗，為了獲得在各種極端嚴酷條件下的飛行性能和系統工作特性，試驗隊堅守在零下40攝氏度的呼倫貝爾海拉爾機場;在零上55攝氏度的長沙大坨鋪機場追逐烈日;三進飛沙走石，側風風速高至10米/秒的嘉峪關鼎新機場;在空氣稀薄，海撥高度達到2842米的青海格爾木機場創下了一天試飛10個駕次的高效記錄……
“即使我們經歷了一系列意想不到的挫折，但是我們解決了所有問題，包括那些我們認為不可能完成的任務。”在中國商飛公司董事長金壯龍看來，ARJ21項目的真正價值在於積累了商用飛機研制的完整經驗，建立了一個完整的民機試驗試飛體系，與此同時，CAAC也具有了與世界同行同等的適航審定能力，而這一切的實現都離不開這架飛機——ARJ21-700飛機。
或許，歷史可以將所有參與ARJ項目的研制人員看做是中國民機產業的“盜火者”!但願，從此這星星之火可以燎原，也正如中國民用航空局適航司司長殷時軍在ARJ21-700型飛機型號合格審定委員會(TCB)最終會議上所說，“我希望這不是ARJ21項目的結束，而是系列化的開始，我希望，這個數字會是1000架……”(完)
中華網軍事
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