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22飞行试验概况及特点,飞机飞行试验面临新挑战

时间:2019-11-23 14:27来源:科学研究
[ 新豪天地登录网址 ,美国《航空周刊与航天技术》2004年11月29日刊报道]越来越高度综合的飞机和武器系统为开展飞行试验提出了挑战。现在飞行试验人员面临着试验与评估有上百万代

[新豪天地登录网址 ,美国《航空周刊与航天技术》2004年11月29日刊报道]越来越高度综合的飞机和武器系统为开展飞行试验提出了挑战。现在飞行试验人员面临着试验与评估有上百万代码行的飞机,安全试飞自主的无人机,会遇到寻找实验室、仿真、飞行试验的最佳平衡等诸多难题。作为美国空军飞行试验中心所在地的爱德华兹空军基地已经碰到了这些难题,虽然经过研究取得了不小进展,但爱德华兹基地的试飞专家们承认还有很长的路要走。经典的飞行试验技术仍然适用于基本的飞机性能和飞行品质评估,但随着飞机和武器系统的集成度提高,系统试验的复杂性在成倍增加。AFFTC前任指挥官Wilbert D. Pearson, Jr.说:"今天每件事情都是相互关联的,你要处理的是复杂、并行发展的项目。一年前F/A-22就是这样陷入了麻烦。"30年前到达爱德华兹基地的首批F-15"鹰"与最终交付给作战中队的飞机非常不同,但在装有完全航电系统的飞机到来前,气动、结构、操纵品质和其他试验可以在这些近似原型机上进行。而像F/A-22和F-35这种系统综合的战斗机,单独的试验不再可行,子系统试验不能再分别进行,因为这些系统都是相互关联的。并行性也迫使供应商和主承包商遵守进度,利用强大的设计工具、地面试验室和软件研制步骤确保部件和子系统在装机前工作良好。并且,日趋复杂的飞机或武器系统必须适合网络中心战的更广阔的大系统,这就要求有更高的仿真手段,特别是试验有人与无人平台有机结合的场合。因此,试验基地需要大量的资金进行基础设施的改造和升级。同时,对飞行试验技术人员的素质要求也更高。与前辈们相比,他们的技术要更过硬,思想更开放。

1 飞行试验概况飞行试验技术是航空新装备投入实际应用前必不可少的演示验证环节,是检验飞机是否达到所有设计、使用目标的主要手段,它的发展水平对航空科研及航空工业全局有着举足轻重的作用。美国第四代战斗机F/A-22自1997年试验机首飞起,近几年开展了广泛的研制试验与评价飞行试验,验证了飞机的优良性能。参加F/A-22 DT&E的9架试验机分工如表1所示。1997年9月4001号机首飞成功后空军对F/A-22试飞计划进行了多次的调整,2000年后的计划为:飞行器性能(flight science)试验1787小时、航电试验1530小时。

表1 F/A-22研制试验飞机飞行试验安排

表1 F/A-22研制试验飞机飞行试验安排

试验机

试飞内容

计划首飞

时间

实际首飞

时间

首飞延迟

交付试飞日期

4001

飞行品质、颤振、载荷

1997.5.29

1997.9.7

3

1998.2.6

4002

大迎角、武器分离、推进系统、性能

1998.7.9

1998.6.29

0

1998.8.26

4003

飞行品质、颤振、载荷、M61A2机炮

1999.6.16

2000.3.6

9

2000.3.15

4004

综合航电、CNI、可探测性

1999.8.17

2000.11.15

15

2001.1.30

4005

综合航电、雷达、CNI、武器

2000.1.11

2001.1.5

12

2001.3

4006

综合航电、可探测性

2000.5.18

2001.2.5

9

2001.5

4007

综合航电、飞行器性能、可探测性

2000.9.25

2001.10.15

13

2002.1.5

4008

综合航电、可探测性

2001.2.2

2002.2.8

12

2002.5

4009

综合航电、可探测性、后勤保障

2001.6.1

2002.3.21

10

2002.4.5

飞行器性能试验F/A-22的飞行器性能试验内容包括飞行品质、结构、通用系统、推进系统及气动与性能等。1998年F/A-22飞行试验启动即开始了飞行器性能的试验,4001号和4002号机进行了飞行包线扩展、推进系统特性、飞行性能、空中加油飞行等。1999年4001号机进行高速包线扩展试飞,并在7月实现了超音速巡航。4002飞机则进行低速度区域包线飞行,8月开始大迎角试验,完成了采用矢量推力的60°迎角过失速机动。另外试验机还进行了颤振、推进系统特性、武器舱门开启的声学振动试验。2000年3月4003号机加入了飞行器性能试飞,该机是第一架第2版结构设计的飞机,可承受100%的载荷,4001和4002号机为第1版结构,存在某些结构载荷限制。4003机用于高速、高高度、高机动性的飞行品质试飞,并装备了许多测试装置进行颤振和载荷试验。4001号机则于2000年11月退出飞行器性能试飞。2001年至2003年,4002和4003仍继续飞行包线和飞行品质等的试飞,最大飞行马赫数达到M2,过载达到9g,到2003年3月两机各完成900和800多飞行小时。航电系统试验F/A-22航电系统试飞的内容有雷达,通信、导航和识别系统,电子战系统,通用集成处理器和座舱控制和显示等,其中约2/3集中在多传感器集成。F/A-22航电系统的功能主要通过其170万代码行的航电软件实现,因此航电软件试飞是F/A-22航电系统试验的重中之重。随着试验的开展,航电软件不断进行版本升级,逐渐具备完整的功能。F/A-22的航电系统软件试飞分4个步骤:航电系统软件各组成部分开发出来后,先在各软件开发试验室内测试;然后整个任务软件包安装到航电综合试验室,在这里与真实的传感器硬件与软件连接,测试其使用情况;之后软件包再装载到F/A-22航电飞行试验台试飞;最后航电软件在F/A-22试验机上完成所有的试验。F/A-22的AIL建在波音公司西雅图的综合技术开发实验大楼,到2002年10月共完成了21000多小时的航电软件试验。2002年10月在洛·马玛丽埃塔工厂又建成了一个"猛禽"航电综合试验室,用于航电系统软件的测试。F/A-22 FTB是一架经过改装的波音757,到2002年10月完成了1000多飞行小时的航电软件试飞。AIL和FTB在F/A-22的航电软件版本发展过程中完成了大量的试验工作,积累了丰富的数据,帮助系统在装机试飞前发现并改正硬件和软件问题,节省了成本和试飞时间。它们在航电软件测试中发挥了重要作用。低可探测性试验F/A-22的LO试验主要内容是RCS试验和红外信号试验。RCS试验采用了模型试验与飞行试验相结合的形式。1991年秋起洛克希德·马丁海伦代尔试验测量场就开始了RCS的测试工作。试验首先对全尺寸的进气道模型、发动机排气道模型、雷达/天线罩模型、机翼模型和飞机其他部件的模型进行了总计4000余小时的测试。1998年洛·马公司开展了对一架F/A-22全尺寸模型RCS测试试验,到1999年9结束时共完成300多小时的试验。2001年1月31日4004号机开始RCS的飞行试验,试验持续到2002年,计划完成143飞行小时。F/A-22的IR信号试飞工作于1999年第3季度开始,2001年初结束,由4002号机承担,试飞表明F/A-22在超音速飞行时IR信号很低。其他试验F/A-22项目与飞行试验同时还进行了其他试验,这些试验都是DT&E阶段试验的重要组成部分,也是飞行试验的有力补充。·后勤试验和评价F/A-22后勤试验和评价的目的是确定F/A-22的可靠性、维修性、可用度、人为因素和寿命周期保障费用,以便在采办过程的早期发现并修正后勤相关的问题。LT&E的内容包括综合后勤保障的10个要素,即:技术文件,打包、搬运、储藏和运输,维修规划,供应保障,人力和保障,保障设备,设计接口,设施,训练和训练保障,计算机资源保障。F/A-22项目的LT&E在空军爱德华兹基地进行,计划在DT&E阶段完成8000个后勤试验点,最终目标是系统使用成熟(10万飞行小时,约在2008年)时平均维修间隔时间达到3飞行小时。·地面结构试验有两架F/A-22试验机用于地面结构试验,其中3999号机用于静力试验,4000号机进行疲劳试验。3999机于1998年12月开始静力载荷试验,试验分两部分,第一阶段为极限载荷(limit load)试验,第二阶段载荷达到极限载荷的1.5倍。所有静力试验目标在2000年12月完成。4000号机的试验目标是验证F/A-22的20年或8000飞行小时寿命期的疲劳寿命,将进行2个寿命期即相当于16000飞行小时的疲劳试验,1个寿命期试验历时约8个月,然后再进行2个寿命期的疲劳和损伤容限试验,整个疲劳试验计划为2年半时间。疲劳试验开始于2000年12月,2002年5月完成首个寿命期疲劳试验,到2003年4月完成第二个寿命周期试验的38%。·环境试验2002年6月至9月,F/A-22 4004试验机在埃格林空军基地的McKinley气候实验室进行了3个月的环境试验。飞机被安装到252英尺宽、201英尺长、70英尺高的主试验舱,先后进行了低温、降雪和热环境试验,以及下雨试验。每一次环境实验都像一次飞行,飞行员在座舱内在每种天气情况下启动发动机和操纵各种系统。维修、载荷和辅助系统试验也同时进行,以验证飞机不同天气情况下的维修特点。·实弹发射试验F/A-22试验项目计划进行21次的实弹发射试验(live fire test)。到2001年,完成了14次飞机部件的实弹发射试验。2000年11月4001号机撤出飞行试验,到达怀特-帕特森空军基地,参加实弹发射试验。飞机被安装上试验台,2001年8月完成了翼根处的实弹射击试验,随后还计划完成机翼前缘处实弹射击试验。·武器集成试验DT&E阶段F/A-22项目计划完成48次武器分离试验,以验证F/A-22的武器系统性能。2000年起,F/A-22试验机开始导弹发射试验,先后进行了亚音速情况下AIM-9M、AIM-120C发射试验,超音速发射AIM-9、AIM-120C试验,超音速发射雷达制导AIM-9M导弹击中火箭靶标试验、超音速发射带制导的AIM-9导弹击中QF-4无人靶机试验,以及大g值发射AIM-9导弹和连续发射3枚导弹、同时发射4枚AIM-120攻击4个目标等的试验。2 F/A-22飞行试验特点航电系统试飞为重点现代战斗机飞行试验的重点从飞机的飞行性能、结构转移到了航空电子综合实验,这在F/A-22的飞行试验中得到了充分的体现。9架试验机其中有6架用于航电综合及隐身特性、武器系统综合的试验。由于航电软件的复杂性,软件试飞的架次也相当多。在航电软件开发、验证阶段,FTB承担了大量的软件版本试飞工作,为在F/A-22试验机上顺利开展航电软件试飞打下了很好的基础。地面试验和飞行试验的有机结合随着航空电子技术的发展,飞机飞行试验的费用增加,而全球范围各国的国防预算在大幅削减,飞行试验领域正在逐步从以前主要依赖飞行试验获得数据向主要由高精度的计算机数学模型以及高逼真度的模拟试验提供数据过渡,飞行试验则选定一些关键试验点来验证数学模型及模拟试验结果,以大大提高试飞效率和降低新机试飞成本。战斗机全机地面试验以及模拟试验的工作量大大增加。F/A-22EMD阶段开展了广泛的地面试验,截至2000年6月的统计数字,F/A-22项目完成4.5万多小时的风洞试验,1.2万多小时的飞行控制仿真,6万多小时的通用系统和子系统的试验室试验。另外在飞行试验开展过程中,地面试验为飞行试验的进行提供了支持。如地面结构试验、发动机性能试验、后勤保障试验、武器地面分离试验等都对相应内容飞行试验的顺利进行创造了条件。后勤试验日趋重要后勤保障试验是F/A-22 EMD试验的重要组成部分,伴随试验机的飞行试验同时进行。F/A-22项目这种从飞机装备部队前即开始后勤试验的做法,改变了过去视该试验为补充试验的模式,可在飞机部署到部队之前发现一些设计问题并予以纠正,在飞机进入全速生产前改正设计,节约大量经费。并且现代战斗机性能更加先进,系统也越来越复杂,飞机隐身性能对其低可探测性维护工作提出了要求。尽早开展后勤试验,也有助于掌握飞机专门维护技术,使飞机的设计性能充分发挥。然而,F/A-22的DT&E飞行试验计划在实施过程中出现了严重的延迟,除了试验机制造拖延造成的影响外,突出的问题是F/A-22航电软件的稳定性问题。由于该机的航电软件异常复杂,虽然采用AIL、FTB等进行了不少排故工作,但在真实飞机上试飞还是遇到了许多问题。并且软件可靠性的检查、确认是非常困难的工作,从而引起F/A-22的试验进度一拖再拖。(中国航空工业发展研究中心技术所 吴 蔚)v

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