飞跃“准生门”

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  11月29日,中国商飞公司向首家用户成都航空交付了注册号为“B-3321”的首架ARJ21-700飞机,这不仅为ARJ21项目的研制之路画上了句号,也意味着国产民机商业航空时代的来临。
  从2003年3月申请型号合格证到2014年12月30日获得中国民航局颁发的型号合格证,ARJ21的研制历时11年3个月。而从取证到首架机正式交付又经历了整整11个月。外行人也许会觉得困惑,研制一款飞机的过程为什么会那么长,适航审查到底查些什么?为何在交付当天,西方媒体将ARJ21的交付定义为“中国民机产业发展过程中的历史性突破”?带着这些疑问,让我们一同沿着ARJ21-700飞机适航取证试飞的足迹,重温中国民机研制史上的诸多第一次,或许能解开这些疑问。
  向航空强国的转型
  近十年,中国民航业的发展可以用突飞猛进来形容,无论从购机数量还是民航规模来看,中国都已经成为航空大国。但令人遗憾的是,截至今年3月,中国民航2426架运输机中,国产喷气客机的数量为零。换而言之,庞大的中国民航市场被国外飞机制造商所吞噬。但ARJ21的交付,将改写这一历史。
  在交付仪式现场,有一个人默默站在停机坪,依依不舍地向缓缓推出跑道的ARJ21挥手告别。他就是中国商飞公司副总经理、ARJ21项目总指挥罗荣怀。在接受媒体采访时,罗荣怀表示:“ARJ21的交付意味着中国民机产业的发展将进入到一个新的阶段,中国人从此有了自主研制的满足国际适航标准和要求的第一款喷气飞机,这是值得所有中国人为之骄傲的一件事,中国人的大飞机梦就此起航。”
  时间回到十多年前,刚刚迈入21世纪的中国,敏锐地意识到应将大力发展航空运输业和航空制造业作为推动经济转型发展的重要着力点。在这一战略的引领下,2001年,一个被命名为“ARJ21”新型涡扇支线喷气飞机项目就势上马。成功研制一款技术先进、有市场竞争力的机型,为中国航空工业奏响了新世纪发展的序曲。
  2008年11月28日,ARJ21-700飞机在上海成功首飞,同年12月,工信部正式批准ARJ21项目进入试飞取证阶段。按照最初的设想,中国商飞公司计划用3年左右的时间,投入3架飞机,通过约980架次的飞行来完成适航取证工作。但最终,中国商飞公司却用了6年多的时间,在完成了2942架次、5258小时试验飞行后,才最终获得了中国民用航空局颁发的型号合格证。
  回顾试飞的6年,不难发现ARJ21-700飞机的每一步都充满艰辛和挑战,她所迈出的每一步几乎都是我国民用飞机适航的第一次:第一次在设计过程中全面贯彻适航标准要求,第一次全面进行全机和系统安全性设计和评估,第一次完全按照适航程序要求开展飞机试验、试飞验证工作……
  但令人欣慰的是,通过ARJ21-700飞机的适航取证,中国民机制造业从对“适航”概念的懵懂到如今对适航条款的“知其然”,并与中国民航局一起通过这个项目深刻认识了民用飞机验证和审定的各种方法,学会了如何向世界一流的审定方来表明中国制造的飞机的符合性,大大提高了我国适航审定能力。
  或许,中国民航上海航空器适航审定中心主任、ARJ2卜700飞机型号合格审查组组长沈小明的一番话可以很好地总结ARJ21这一路的艰难与不易,“飞机设计制造也好,适航审定工作也好,都是要怀着对生命的敬畏之情,抱着对人民负责、对历史负责的态度才能从事的事业。”
  活着才有话语权
  回顾ARJ21所经历的几百项试验,给罗荣怀留下最深刻印象的是2009年12月1日,在全机稳定俯仰2.5g极限载荷静力试验加载到87%极限载荷时,由于龙骨梁后延伸段结构破坏,发生卸载保护,试验中止。
  试验失败的那种挫败感,在多年后的今天,依旧让罗荣怀记忆深刻。这种强烈的挫败感,一方面是因为在此之前,项目团队已经为这个试验准备了整整一年,况且气动设计、疲劳试验这些以往一直是中国民机产业的强项。同时在试验现场,还有FAA的审查代表,试验的失败无疑会让他们更加质疑中国制造的能力。
  顿时,ARJ21项目团队被阴霾笼罩,在用一分一秒来倒计时的日子里,这确实是一个坏消息。重压!对ARJ21项目团队来说,这是难以排解的重压。
  如今,罗荣怀已经不记得为了这个试验,他和他的团队熬了多少个不眠夜,但曾经他的一位老领导鼓励他的话,却让他记忆犹新,“在民机研制过程中,活着就有话语权,坚持下来是在竞争激烈的民机制造领域得以生存的第一步。”
  在顶住了各方的巨大压力后,项目团队决定对01架机进行修复,继续用它承担2.5g及后续试验。
  为对龙骨梁进行部件试验,设计员们从试验件规模到试验件结构参数,反复分析,争分夺秒,从理论上给出了一套试验方案和试验件设计参数。在很短的时间里,试验件在上飞、西飞的配合下生产交付,试验配套设施在强度所的努力下完成。试验室里,为了使试验件受压均匀,技术人员反复加载、测量、分析、调整。
  智慧和汗水换来了希望。2010年6月28日,经过7个月艰苦努力,修复更改后的ARJ21-700飞机01架机再次迎来2.5g极限载荷静力试验。当监测仪器显示加载到100%极限载荷时,海潮一般的掌声将油泵的低吼声淹没了。
  从2.5g极限载荷静力试验、短舱防冰、应急撤离到失速试飞、前起落架应急放……所有这些高难度的试验,都在项目研制人员一次又一次的坚持中,被攻克下来。
  今天,ARJ21-700飞机能够走完喷气式支线客机设计、试制、试验、试飞、取证、生产、交付的全过程,是所有科研人员一次又一次咬牙坚持的结果,是他们的坚持让ARJ21活了下来。
  不可逾越的红线
  适航审查是政府对新型号飞机按照适航标准进行的审查,是通过对航空器安全性设计的批准来履行对公众安全负责职责的一种政府监管制度。通过审查后,政府将颁发“型号合格证”,表示此款飞机的安全性设计符合适航标准规定的“最低安全性要求”,这是给航空器的安全性能铺设的“地板”。飞机的安全性能只能比这一标准更高,而这个标准也可以说是政府确保飞机安全的“红线”。   为了项目的成功,中国民航局举全国之力,从民航几大地区管理局、航空院校、科研单位中抽调适航审定专家组成ARJ21-700型号合格审查组。这支队伍在业内被称为“国家队”。这支队伍人数最多时有80多人,平时保持在60人左右。就是在这样的背景下,中国民航局开始第一次严格依照国际标准对一款国产喷气式飞机进行适航审查。
  型号合格审查这11年,审查组依照审定要求、审定计划,对照审查条款“逐条逐项”进行审查、试验。“逐条逐项”说起来简单,操作起来却异常困难。“标准是美国人制定的,但是却没有告诉你如何操作”。如何符合标准?数据的确定、分析结论的验证、技术的实现,都要靠试验人员一一摸索。沈小明把自己比作“生产队长”,适航条款好比文件要求。他说,“我向队员们派工,告诉他们按照文件要求‘认真干活、精耕细作’,可是具体如何才能算精耕细作呢?实现的路径是什么?”这就需要审查人员根据适航条款的笼统表述,“摸索”出具体的、合适的验证方法,并收到符合的验证效果,“正如摸索出秧苗的间距是多少就算精耕细作一样。”
  为确保审查的严格性和验证的充分性,ARJ21-700的局方试飞科目数量为申请人表明符合性试飞数量的80%,大大超过了国际上30%的比例。
  从2012年2月29日,民航局第一位专职试飞员张放登机完成ARJ21-700飞机的第一个局方审定试飞科目一一空速校准审定试飞到2014年12月16日完成功能与可靠性试飞一一局方审定“最后一飞”,局方试飞一共进行了34个月。
  以失速试飞为例,这是我国喷气式客机首次严格按照CCAR-25部要求实施的失速试飞。ARJ21-700先后进行了12轮失速试飞,这在国际同类机型试飞中绝无仅有。试飞团队往往一个飞行架次就必须尝试四五十次失速,整个失速审定试飞结束时,制造方和局方试飞员所组成的试飞机组,累计实施42架次飞行,共计进入了2000余次失速状态,甚至多次与死神擦肩而过,用生命验证了ARJ21-700飞机的失速特性以及失速警告裕度,被业内形象地誉为锻造中国之翼的“刀尖舞者”。
  而像这样的高风险试验,在ARJ21的取证过程中,还有很多很多。11年,局方试飞团队和制造方一起.拿下了失速、大侧风、自然结冰、模拟冰型、振动以及抖振边界、最大刹车能量等多个国际公认的高风险试飞科目;他们上高原、飞盆地,在零下43摄氏度的海拉尔斗严寒、在长沙47摄氏度的客舱中战高温;他们一次次飞入云端寻找结冰云,甚至飞越大洋到北美,在试飞中完成了中国民航史上多个“第一次”,填补了多项国内适航审定试飞空白。
  另一个值得一提的是T5试验。作为航空器评审(AEG)中专门针对全新机型的一项测试,T5试验分地面理论训练测试、飞行模拟机训练测试、本场训练测试三个阶段。该试验通过对飞行员的训练,确定新飞机的型别等级和训练规范,产生首批获得型别等级的驾驶员和局方监察员。
  由于T5测试涉及飞机驾驶舱设计、运行手册和飞行操作程序设计、型别等级训练大纲和教材、飞行模拟机以及飞行教员能力等方面的评估与审查,既要同时满足审定方和运营方航空公司的安全运营等相关规定要求,同时也要满足自身建设要求。因此,无论对审定方、申请方还是运营方都是一次巨大的挑战。
  正如沈小明所说:“ARJ21飞机T5测试的成功体现了我国民用飞机产业在理念、体系、队伍、责任、流程方面的转变,未来审定方将与飞机主制造商一起努力,实现中国民用飞机从产品向商品的转变。”
  大国的博弈
  在民用航空领域,流传着这样一个说法:适航是一把双刃剑,它一方面能够保障飞机的安全性,另一方面也是新来者想要进入这个领域的行业壁垒。20世纪80年代,美国撕碎最后一块遮羞布强行推动波音兼并麦道,以抗衡整合了全欧洲力量日益强大起来的空客,从中我们不难看出民用飞机制造领域竞争的残酷。
  在ARJ21的适航审查过程中,FAA虽然没有接受中国的型号合格申请,但却全程以影子审查的形式参与其中。现在有些舆论认为,FAA没有授予ARJ21型号合格证就意味着这款飞机的安全性不符合美国的标准,这种观点显然是错误的。
  首先,这已经不仅仅是一款飞机的审查,而是牵涉到中美两国适航双边协议的签订。很显然,觊觎中国庞大的民用航空市场,美国不会轻易与中国签订该协议。
  其次,事实上在整个ARJ21项目的重大试验现场,都有FAA的身影。
  2013年5月,在FAA和中国民航局的共同见证下,ARJ21在阎良完成最小离地速度试飞。作为民机试飞最高难度I类风险科目之一,最小离地速度试飞的技术难点和风险点体现为:一是飞机很难建立稳定的尾橇擦地姿态;二是试飞中尾橇触地滑跑姿态角较大,试飞员几乎看不到跑道,很难保持飞机姿态和方向;三是科目成功率很低,国外相关民机首次试飞该科目就导致机尾损坏。飞机尾部擦地可能导致结构损坏或着火;低速飞行时飞机稳定性较差;可能产生过度的抬头姿态,产生大迎角,导致低高度失速现象;大姿态情况下起飞可能造成飞机发动机停车;试飞可能引发飞机意外撞地或偏离跑道,在ARJ21项目之前,国内从未进行过这个科目的试验试飞。
  尤其值得一提的是,此次试飞还创造了相关纪录,飞机尾橇触地滑跑姿态角最大曾达到13.8°;飞机曾保持擦地姿态16秒不离地,时刻面对冲出跑道的危险,最终在距离跑道200米时起飞离地,得出了飞机最小推重比情况下的最小离地速度,这对试飞员心理素质无疑是一个极大的考验。在事后的试飞评审会上,目击该科目试飞的FAA审查代表用“杰出的表现”来评价此次试飞。
  除此之外,FAA还抽取了许多符合性验证项目,比如自然结冰、静力试验、最大刹车能量等,这些试验大部分是不可逆、风险高、周期长的,在这些重大试验中,FAA派审查人员对我们所有的试验依据、试验大纲、试验方法、试验手段、试验设备以及试验结果进行全程跟踪,同时对我们的结果进行检验。可以说ARJ21项目研制全程是在FAA的见证下完成的,项目水平完全满足世界最严格的航空安全标准。
  市场的考验
  在完成交付后,ARJ21从某种程度来说实现了技术成功,但从民机产业的发展规律来看,随后的市场成功和商业成功,会一步比一步艰难。
  在交付首家用户成都航空公司之前,ARJ21在全国的15个机场开展了为期半年的航线演示飞行,体验飞行乘客1866人。演示飞行可以说为ARJ21的交付做了一个提前的热身。但与实际运营相比,仍然还有许多问题有待制造商和用户共同解决。
  例如,在飞机交付后,中国商飞还要和成都航空一起花2~3个月的时间进行补充运行合格审定,以及进行100小时的空机验证和应急撤离等项目,所有这些要符合民航局标准后才能真正投入商业运营。
  更为重要的是,如何通过ARJ21建立起国产民机的运营支持和维护体系。对此罗荣怀在接受媒体采访时曾表示:“由于国内民航市场已被空客和波音所垄断,这使得ARJ21从进入市场的那天起就要站在一个很高的起点,对标国际一流水平。万丈高楼平地起,目前对于中国商飞公司来说,首先要做的是保障首家用户成都航空公司把飞机运营好。根据计划,中国商飞将在明年年底完成首批5架机的交付,然后用3~5年时间把一整套运营支持体系、持续适航体系和快速响应体系建立健全起来,为国家建立起一套新飞机进入市场的商业模式、管理模式以及技术支持体系。”
  可以说,ARJ21项目对于中国民机产业而言,早已不是一个单纯的飞机项目,通过这个项目建立起来的一整套现代航空业制造体系,相当于构建了一个民机产业平台,在这个基础上,未来中国民机产业将有更广阔的舞台。
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