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揭秘中国先进试验机险情：瞬间倒扣急坠向地
日期：2015-02-28 17:10:26|2015-02-28 17:10:26 来源：中国航空报
2005年5月，试飞英雄李中华在驾机执行任务时，飞机突发险情，猛然向右偏转，瞬间倒扣过来，并急速坠向地面。李中华急中生智，迅速切断飞机电传操纵系统开关。飞机好像是一下子被“点穴”一般，立即恢复了操纵，李中华毫不迟疑，迅速将倒扣的飞机翻转过来。这架成功保住的飞机就是我国自行研制的具有世界先进水平的首架三轴变稳飞机。
变稳飞机也叫空中飞行模拟试验机，通过具有变稳功能的电传操纵系统，可大范围改变飞机的动态特性，从而实现模拟各种新型飞机的动态特性，被誉为“空中魔术师”。歼10飞机就是通过飞行模拟试验研究，由此创造了国际上三代机试飞一次未摔的纪录！这种飞机一般都是通过对现有飞机进行改装形成，世界上只有美、英、法、俄和中国5个国家拥有。李中华驾驶的这架变稳机就是中航工业试飞中心在20世纪90年代将K8V原型机改装而成的试验研究机。
试验机改装是飞行试验的基础。飞行试验要完成试飞数据的采集和传输，就需要把机载试验设备和测试设备改装到飞机上，实现从飞机到试验机的属性转变。所谓试验机改装，就是结合试验研究机研制需要，按照总体技术要求对原型机的结构、系统、软件和状态进行更改，以安装被试系统和试验任务系统，适应飞行试验研究和演示验证需要。试验机设计改装技术就是一门为飞行试验设计试验平台的技术。
试验机改装是飞行试验的重要支撑
试验机改装是从测试改装开始的。早期的飞机比较简单，试飞时主要凭试飞员的感觉，在机动性允许的情况下试飞员把仪表数字写在护膝板上，这是最初的“飞行测试”。随着飞机制造技术的发展，仅靠试飞员的感觉进行试飞已不能满足航空发展的需要，从在飞机上安装照相机开始，试验飞机加装测试设备便应运而生，改装和测试由此成为飞行试验不可或缺的重要一环。因为最初只是在飞机上加装测试设备，因此，试验机改装最早被称作飞机（加）改装。
现代航空工业在创新中发展，在进行用于型号试飞鉴定的试验机改装的同时，用于航空科技研究和新技术演示验证的各类试验研究机改装，已成为试验机改装的重要组成部分。试验机改装要求有较高的飞机设计、生产、系统研制、试验等技术能力，特别强调具备综合工程能力。试验机改装工作对象主要包括型号试验机、机载试验系统、试验研究机三类。
一是型号试验机。型号试验机测试改装是最基本的改装技术，是试验机改装的立足之本。在试飞鉴定中，按照试飞科目需要，对型号试验机进行必要的测试改装，使试验机具备在试飞中采集所需试飞数据，保证飞机结构、系统安全。测试改装包括在试验机上改装各种测试系统、飞机系统等，其基本要求是保证不影响试验机原机系统的正常功能，测试系统能够准确采集所要求的技术参数，试验机改装状态（构形、重量、重心等）在试飞包线内保证飞行安全。
二是机载试验系统。针对型号试飞需要，研制多种专用的机载试验系统。在型号试飞中需要在试验机上加装的一系列专用机载试验系统，如ARJ21-700飞机重心自动调节系统、拖锥自动收放系统、电负载系统、失速改出伞系统、小速度防擦地尾翘系统等，用于保证试验机试飞状态、保证数据采集的有效、为风险科目试飞提供安全保障等。
其中，失速改出伞系统研发是国际公认的高难课题，试飞中心经过17年潜心研究，终于在2007年研制成功了中国新一代反尾旋伞系统。2009年12月，ARJ21-700飞机加装失速改出伞系统抛伞试验完成。此次试验是我国在民机领域首次进行的失速改出伞系统项目试验，试验的成功使我国在高难风险试飞领域又迈出了关键一步，相关技术达到世界先进水平。
三是试验研究机。试验研究机改装就是通过设计改装，使一架标准构形飞机成为特种试验机，使试验机具备开展探索研究、先期技术验证和先期概念验证的能力。试验研究机分为探索研究机、技术验证机和空中实验室三大类。探索研究机的包线远远超过现有的任何飞机，必须进行专门的设计和制造。试验研究机改装主要是将现有飞机改装为技术验证机和空中实验室，如自动空中加油技术验证机、红外目标特性测量试验机、发动机空中试车台、雷达电子试验机等。
试验机研究改装技术已经超越了传统飞机改装的概念，标准构型的试验机改装后，其气动外形、飞机结构、飞机系统全部或者部分发生了改变；在飞机上改装了特种功能的试验系统后，还使飞机具备特定功能和用途。可以说，改装后的特种试验机已演变为一种新的型号飞机。
设计改装与原型机状态变化
飞机设计中通常会遇到许多相互矛盾的因素，一型设计性能优良的飞机就是各种设计矛盾因素的最佳折衷，并取得良好的综合平衡。任何超出飞机原设计状态的改变，都称为设计更改。试验机改装的性质决定了必须要对飞机原设计状态进行改变，涉及在试验机上加装机载测试设备、被试设备，以及按照任务需求对试验机的结构、气动外形，以及飞控、发动机、航电、武器、环控、起落架等重要系统进行改装。任何一次改装，哪怕是局部的改装，都会对飞机的重量、平衡、结构强度、电磁环境等产生影响，这就要求在试验机改装设计时，既要满足试飞科目的需要，又要兼顾对原机状态进行更改后，对飞机性能特别是飞行安全的影响。
飞机重量是飞机最重要的技术属性，飞机在改装过程中，一般总是要增加空机重量，主要包括任务系统的设备重量、安装处结构的补强重量、任务支持系统的重量等。飞机改装要求在飞机的设计重量限制和重心控制范围内进行的，如改装增重超过限制重量，就只能减少可用燃油、缩短航时。因此在改装过程中，从确定改装方案、结构选材、选装设备都要注意重量特性，把减重贯彻改装的始终。
重心位置决定着飞机的主要稳定性和操纵性，是飞机安全性的控制指标，是影响飞机全局性的问题。和新设计的飞机相比，改装飞机调整重心的可用措施有限。因为飞机布局已定，机身长度、机翼、尾翼位置和参数、耗油顺序无法改变，无法采用常规的方法调整重心，必须从控制加装设备的总体布局入手，通过加装设备的布局位置来实现。
在特种试验机研制中，通常涉及原机气动外形更改，如吊舱加装、大型外伸天线加装、过渡段加装、试飞机翼加装等。特别是近年来开展的大型试验机改装，气动外形变化较大，对飞机飞行性能、品质造成较大影响。试验机改装不同于新型飞机研制，没有足够的时间和经费开展风洞试验等，气动外形变化后的试验机飞行性能、品质主要通过理论计算分析得出，经过试验性飞行后开展飞行试验。这就会给气动外形改变后的飞机使用带来一定风险。因此，在改装气动外形设计尽量采用成熟的、已有的、经过多次试飞的构型，以降低使用风险；对于气动外形变化较大的改装构型进行必要的风洞试验，经过气动计算、试验性飞行试验等保证试飞安全。
试验机设计改装技术填补国内空白
试验机设计改装是飞行试验的重要支撑，同时，飞行试验的发展促进了试验机改装技术和能力的提升。伴随着中航工业的发展，试飞中心的试验机改装也完成了从无到有、由弱到强的蜕变。从手工完成第一架飞机试验改装，到完成大量型号测试改装、多项大型试验机平台改装以及新型专用试验设备研制与改装，特别是大型专用试验机的研究与改装，试飞中心突破了多项关键设计改装技术，使改装真正从测试改装走上了试验机研制之路，改装技术和能力得到了跨越式发展。
我国第一架专用试验机改装是从20世纪60年代起步的，试飞中心从1966年4月到1968年8月，历经两年时间，将轰5原型机改装成轰5弹射试验机，完成了具有里程碑意义的我国第一次大型试验机改装，填补了我国航空史上座椅弹射试验机的空白；紧接着，在70年代完成了我国第一架航空物理探矿飞机的改装；80年代完成我国首架单轴变稳飞机的改装；90年代中期，研制成功我国第二代变稳飞机——K8V综合空中飞行模拟试验机。随着飞行试验技术跨越式发展，超声速红外吊舱的研制、雷达电子试验机改装、发动机空中试车台大型改装等相继完成。试验机改装关键技术突飞猛进，总体设计技术、系统设计技术、机载试验系统研制技术、各类吊舱和外挂物改装技术取得突破。外形测绘和逆向设计能力引领国内先进水平，多项机载试验系统填补了国内技术空白，达到甚至超越国际先进水平。
55年来，试飞中心在多系列军民机定型试飞测试改装、特种试验机研究改装、专用机载试验系统研制等实践中，积累了大量改装经验，通过技术升级已掌握了三维数字化协同设计技术、一体化改装设计技术和逆向设计技术。改装技术的积累和发展拓宽了飞机功能，支撑了军民机、直升机、发动机和机载产品研制定型，促进了我国航空技术从探索、验证到产品的研制进程，形成了不同于飞行器设计和制造技术的试验机改装技术。
当前，改装技术和理念在创新发展，在新型号试验机改装中已经开始的数字化一体化协同设计，就是在飞机设计中开展试飞改装设计工作。试验机改装与飞机研制生产同步开展，测试改装设计与飞机设计阶段同步。与飞机设计一样，改装设计与飞机设计在同一数字化协同设计平台上同时开展，试验机测试改装设计融入主机设计中的改装布局、安装模型、电缆布局、线束图标等。一体化改装设计避免后期因结构封闭、设备干涉无法开展改装工作，优化了设计流程，缩短了改装周期和试飞周期。
经过多年的发展，飞行试验将从以往处于型号研制的末端向前端转移，新型号飞机测试改装会更加集成化、一体化，真正实现飞机设计的测试性；复合材料改装等技术将成为测试改装技术的发展方向；演示验证试飞、研究性试飞将成为飞行试验的主要内容，试验研究类飞机改装将成为未来我国试验机改装的发展趋势。未来试验机改装技术，将从单一系统走向系统综合，从简单过程走向系统工程。试验机改装技术作为飞行试验的重要支撑，在国防技术和航空工业的发展中将发挥越来越大的作用。
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