以下摘自《中國試飛》,圖片來源:航空工業。
第四代戰鬥機研製在中國首次採用驗證機試飛,進行飛機平臺系統及隱身設計關鍵技術驗證和型號方案設計風險釋放。整個型號工程採取邊研製、邊試飛的原則,能力漸進提升,批次增量交付部隊。這就使得試飛工作只能採取總體規劃,分階段與設計研製工作並行交替,逐步推進。
由於該型號新機研製過程正處在國家軍隊重大改革和武器裝備研製管理重大變革時期,要在近似實戰環境等條件下充分檢驗裝備效能指標及其邊界條件,兼顧考核裝備作戰與保障效能,加之採用新而複雜的核心技術和關鍵系統,這就對型號試飛,在基於能力的效能試飛總體規劃、試飛技術、研保條件、隊伍建設、安全高效推進以及向使用試飛拓展方面提出了更多更高的要求。
為此,試飛院未雨綢繆,預先做了一系列有效的技改準備,諸如過失速機動特性試飛條件建設,結構完整性試飛測量系統建設,向量推力發動機試車臺建設,隱身特性動態測試評估系統建設,光電綜合測量系統建設,多目標綜合安全監控系統建設,數字化協同平臺建設以及試飛場務保障設施建設等等。這些措施顯著提高了試飛效率和試飛安全,確保了殲20飛機試飛任務順利推進,為實現中國三代機向四代機試飛能力的跨越提供了條件保障。
由於殲20採用許多全新技術,諸如隱身、武器內埋等,這些技術都需要前期驗證,在此背景牽引下,空軍決定先投產驗證機,透過科研試飛,重點驗證平臺效能、結構完整性、總體環境、隱身及武器內埋,兼顧控制操穩和飛機系統等方面的關鍵新技術,評估總體方案的可行性,獲取設計所需的試驗資料,暴露飛機平臺設計的缺陷和問題,為殲20飛機A狀態凍結和最佳化提供參考,這是所有三代機設計前所未有的。
殲20驗證機設計採用新的氣動與結構佈局,具有內埋式武器彈艙和高隱身效能等特點。其試飛內容新,技術難度大。為了能夠更好地完成試飛任務,在試飛準備階段需開展驗證機試飛技術攻關課題研究。
首先對試飛測試實行了一體化設計改裝。試飛總師田福禮介紹:傳統的改裝工作模式一般將改裝劃分為兩個階段:第一階段是架內改裝,第二階段是架外改裝。改裝工作與主機廠所的飛機研發流程之間是一種序列關係。驗證機的測試加改裝要求用數字一體化方式進行設計,即機載測試系統政裝與飛機研製同設計、同製造、同實施,改裝工作與飛機研製工作並行展開首開試飛測試一體化設計改先河。
2009年3月,正式啟動殲20驗證機試飛測試一體化改裝工作,試飛院成立測試改裝團隊,親臨飛機研製廠所開展改裝設計及跟產等工作。
數字一體化設計改裝方法相對於傳統測試改裝方法是個重大進步,首次應用數字化電氣設計平臺,使用基於資料庫的先進的數字化電氣設計平臺,結合三維設計模組,透過軟體介面進行兩個設計平臺間的資料交流,完成原理圖、電路圖、線圖、三維線束建模等工作,井自動生成接線表、物料表等報表。整個專案的相關資料透過專用平臺進行管理,同時使用其他辦公軟體做到無紙化設計。該平臺在國內是首次應用到飛機電氣設計領域,主機廠所之前均未使用過,對該平臺的應用處於探索接觸階段。全新的飛機加之全新的設計工具導致大量的反覆迭代,最終設計流程的確認幾乎是試錯試出來,傾注了改裝設計團隊大量的心血及時間。
測試改裝一體化不同於以往主要以飛機實體為基礎的工作方式,而是要求全部設計工作在數字樣機上開展,既不依賴實體樣機也不需等待原型機生產製造完成,打破了傳統的試驗機“架內”和“架外”測試改裝的概念。在飛機設計和製造階段進行測試系成,就是說在數字樣機上開展測試加改裝設計儘早發現其中的潛在問題和不足之處,並快速修正設計錯誤、改進設計方案,可減少對實物樣機的依賴,並縮短了測試改裝週期,提高飛行試驗效率。
一體化設計測試改裝方法探索了一種適合試飛測試改裝的數字化設計方法和工作流程,完成測試系統向飛機設計過程中的整合,保障殲20驗證機測試改裝工作的順利進行,同時為新型號研製測試改裝設計開創一種新的工作模式和方法。
在首飛僅僅幾個月之後的一天,試飛院機務隊在滾滾熱浪中整齊列隊,滿懷期待地眺望著天際。當天是綽號為“威龍”的殲20飛機轉場來院後的首個飛行日,也是對試飛機務保障團隊的第一次“大考”。
殲20新機轉場來院後,機務保障團隊的每個成員都像上足了發條一樣,連續三天,每天圍著飛機忙忙碌碌。“這可是真正的新一代飛機啊,咱們一定要倍加小心。”機務人員一邊互相提醒著,一邊不約而同地戴上鞋套。這種情況在原來的機務維修工作中是從未有過的。原來,從接到殲20飛機機務保障任務的那一天起,機務團隊就開始了一系列準備工作,他們赴西南跟產學習;回院後及時總結,伏案編寫了大量工作卡片及工作程式,涵蓋了飛機地面準備及維護維修的所有環節。為了不想一丁點雜物帶上飛機,他們統一定做了套,對飛機的護比對家裡的親人還要細膩。
連續三天,為了實現在良早日放飛殲20飛機的心願,所有人都在自己的工作崗位上默默奉獻,確保飛機在短短三天時間裡就達到了可放飛的狀態。
當試飛員駕駛殲20飛機呼嘯著降落在跑道上,平穩地滑回停機坪時,機務人員的心仍提在嗓子眼;當試飛員在飛行工作卡上寫下“良好”二字,並笑著對他們說“飛機狀態一切正常”時,大家終於抑制不住心中的狂喜,興奮得跳了起來。
殲20飛機設計採用了大量新結構、新材料,飛機全新的結荷強度設計必須透過真實的飛行驗證,設計團隊也急需透過載荷強度飛行試驗結果凍結狀態結構設計。面對一系列節點要求,試飛團隊果斷提出“載荷指導設計”理念,再次重新整理了中國航空工業飛機研製的理念。
基於殲20飛機技術新、載荷強度難度大、進度緊等特點20飛機載荷強度試飛“黨員先鋒隊”以“敢於第一個吃螃蟹”的膽魄,在飛機結構受載分析、地面載荷校準試驗、載荷模型建立、載荷邊界試飛方面成功採用了多項新技術,在試飛中發現了xxxx超限、xxxxx上仰等許多設計工作未曾預料的嚴過載荷狀態,並在確保飛行安全的情況下,第一時間為設計團隊提供了嚴過載荷狀態的飛機真實受載結果,為後續殲20狀態結構更改、狀態凍結提供了強有力的技術支撐。
其實,早在2010年,殲20飛機被列上試飛院議事日程,型號管理、空勤和測試人員就開始了地面安全監控系統的研發和建設工作。研發團隊透過對各種資訊收集梳理,分類細化,以及對關鍵點集中歸納,將引數判據、故障清單、試飛員手冊等內容輸入自主開發的專用軟體,實現了系統中各對應關係準備,並可方便呼叫。這套系統首次實現了聲光電在裝置上的整合;首次實現了對飛機故障趨勢的實時監控和預告警;全面實現了試飛監控從資料顯示、人工安全監控到智慧監控及輔助決策的歷史越。“全面監控飛機狀態,風險關口向前移”的要求首次在殲20飛機研製試飛過程中徹底落地。
2016年,殲20飛機轉場高原,在國際公認海拔最高的固定翼飛機場站開試飛,一面鮮紅的“黨員先鋒隊”旗幟獵獵飄揚。高原環境惡劣,經常前一刻是溫暖如春的陽光普照,下刻就是大寒風乃至雨著冰電。更糟的是,因為空氣稀,飛機發動機動力效能下降。受著高原反應帶來的折磨,“黨員先鋒隊”隊員們拼搶“時間窗”,對飛機輔助動力系統展開高原驗證並大成功,再次創造了奇蹟。
在飛機載荷校準試驗中首次採用液壓協調載入系統,大幅提高了載荷校準量級,提高了載荷測量精度,解決了殲20飛機複合材料結構多、梁多、機載荷測量等難題;首次在載荷與校準試驗中採用六自由度靜定支援與約束技術,解決了試驗載荷量級增大時飛機約束難的問題,保證了試驗安全;首次在載荷校準試驗中使機翼等部件校準載荷達限制載荷的30%以上;採用多點校準資料進行載荷建模,顯著提高了載荷模型精度;設計了外傾全動雙垂尾試驗方法,專門研製了載荷校準試驗檯架,首次對外傾全動雙垂尾進行了載荷校準及飛行實測。同時載荷強度試飛結果表明飛機結構強度及溫度的測量值未超出設計所給定的範圍。殲20驗證機結構載荷為殲20驗證機狀態凍結和A型機定型提供了有力的技術支援。
針對顫振氣動伺服彈性試飛,試飛院透過跟蹤、瞭解、對比國內外模態引數識別領域的最新發展,結合飛行顫振試驗資料處理的實際工程需求,首次在顫振試飛資料處理中採用了最先進的資料分析技術,解決了大噪聲、模態密集情況下的模態引數辨識難題,實現了寬頻帶內多模態的同時識別,大幅度提高了顫振試飛資料分析效率,申報的“固定翼飛機顫振試飛綜合資料分析技術”成果,獲得航空工業集團科學技術三等獎,為殲20飛機A狀態振試飛資料分析技術定了基礎。
針對驗證機噪聲測量,試飛院首次研製一套具有自主智慧財產權的內埋武器艙聲載荷測試系統,形成了新的聲載荷試飛方法,突破了傳統的試飛技術瓶頸;國內率先用某頻響修正技術,解決了聲壓感測器高頻段測試精度低的難題;研製了專用配件和形成了感測器貼上安裝新工藝,解決了安裝和感測器報廢率高的難題;建立了基於數值模擬結果的感測器佈局方案最佳化技術,並得到試飛結果驗證,獲得了航空工業科技成果獎。
驗證機進氣道與發動機相容性試飛在國內四代機首次開展,所採用的進氣道流場總壓變測量與進氣道改裝方案、形成雙發兩側進氣式戰鬥機試飛方法,對後續的殲20飛機進/發相容性試飛具有重要的參考價值,獲取的試飛資料不僅摸清了驗證機進氣道效能及其特性,而且為後續研製四代機進氣道最佳化改進提供了重要試驗支撐。
成功地進行了紅外隱身驗證。在該驗證機上的關鍵技術驗證,取得了相關經驗,同時也暴露了理論模擬與實際條件下的異同點,給予了我們相應的啟示,是我國隱身戰機研製史上的又一創舉,為後續的改進與拓展提供了寶貴的資料及影片資料。
2019年10月13日,在慶祝人民空軍成立70週年航空開放日活動上,空軍新聞發言人介紹,殲20飛機已經列陣人民空軍“王牌部隊”。
殲20的成功,讓中國真正跨進世界航空大國的行列。由此成為繼美國之後,又一個裝備本國研製生產第四代戰鬥機的國家。