[科普中國(guó)]-性能飛行試驗(yàn)

試驗(yàn)內(nèi)容

飛機(jī)性能的飛行試驗(yàn)就是對(duì)軍機(jī)戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)和民機(jī)適航條例所規(guī)定的全部構(gòu)型、全部可能的飛行條件下的全部性能做出全面而科學(xué)的評(píng)價(jià)和鑒定。起飛著陸是飛行安全首先遇到的問(wèn)題，起飛和著陸速度、滑跑距離、重量和重心等都是重要的指標(biāo)。飛機(jī)爬升性能、飛行高度和速度性能、飛機(jī)機(jī)動(dòng)特性、航程和航時(shí)、耗油率等都必須在試飛中進(jìn)行驗(yàn)證和鑒定。如果重要性能指標(biāo)不滿足設(shè)計(jì)要求，很可能牽涉到氣動(dòng)布局、動(dòng)力裝置和飛機(jī)結(jié)構(gòu)，更改起來(lái)比較困難，輕則增大成本和周期的代價(jià)，重則影響該型號(hào)或項(xiàng)目的命運(yùn)，因此，飛機(jī)性能試飛是新機(jī)試飛首先安排的項(xiàng)目。從某種意義上講，飛行包線擴(kuò)展就是檢查飛柵眭能指標(biāo)是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。當(dāng)然飛機(jī)性能指標(biāo)是否能達(dá)到要求，它與飛行品質(zhì)、飛機(jī)結(jié)構(gòu)、飛控以及其他子系統(tǒng)性能和功能密切相關(guān)。例如，現(xiàn)代飛機(jī)放寬靜穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的直接受益者是飛機(jī)性能，而放寬靜穩(wěn)定性必須有可靠的飛控增穩(wěn)功能。如果不考慮這些方面，那么飛機(jī)性能主要取決于飛機(jī)氣動(dòng)性能和推進(jìn)性能。

在性能試飛中，民用飛機(jī)與軍用飛機(jī)、大飛機(jī)與小飛機(jī)重點(diǎn)是有區(qū)別的。比如，民用飛機(jī)的爬升性能和巡航性能往往要考慮單發(fā)故障下的工作狀況，飛行狀態(tài)多是穩(wěn)態(tài)飛行；軍用飛機(jī)由于留空時(shí)間短，作戰(zhàn)使用環(huán)境復(fù)雜，往往更多的是非穩(wěn)態(tài)飛行，試飛測(cè)試和數(shù)據(jù)處理更為復(fù)雜。新機(jī)試飛初期主要是初步探索性試飛，性能包線很小，為后續(xù)試飛奠定基礎(chǔ)。在后續(xù)試飛中，試飛目標(biāo)和原則有兩種思路：一種是著重驗(yàn)證或建立，或改進(jìn)數(shù)學(xué)模型，一旦數(shù)學(xué)模型的正確性得以驗(yàn)證，各種其他狀態(tài)的飛機(jī)性能可通過(guò)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行仿真計(jì)算和試驗(yàn)來(lái)得到；另一種思路是按照研制總要求或合同規(guī)范要求，在相應(yīng)飛行狀態(tài)和指定的飛機(jī)技術(shù)狀態(tài)進(jìn)行試飛，將試飛結(jié)果換算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，即標(biāo)準(zhǔn)溫度、壓力和重量，驗(yàn)證新機(jī)是否滿足要求。通常情況下這兩種思路應(yīng)結(jié)合進(jìn)行，既要按照采購(gòu)合同規(guī)范試飛鑒定飛機(jī)性能，還應(yīng)驗(yàn)證設(shè)計(jì)模型，通過(guò)仿真為向其他試飛條件和試飛構(gòu)型擴(kuò)展以及訓(xùn)練飛行模擬器的研制創(chuàng)造條件。

性能試飛的另一個(gè)目標(biāo)是揭示新機(jī)研制中存在的問(wèn)題，摸索飛行經(jīng)驗(yàn)，為完善飛機(jī)研制和促進(jìn)新機(jī)使用提供依據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。

性能試飛對(duì)飛機(jī)狀態(tài)有嚴(yán)格要求，主要是氣動(dòng)布局和發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)必須凍結(jié)。如果在試飛過(guò)程中，飛機(jī)氣動(dòng)布局有較大變化，發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)有所更改，相關(guān)試飛科目須重新進(jìn)行試飛。當(dāng)然除性能以外的項(xiàng)目要具體分析，不一定都要重新試飛。軍用飛機(jī)有許多外掛組合，在性能試飛中通常采用“阻力指數(shù)”的概念，即按各種構(gòu)型組合的計(jì)算阻力來(lái)安排試飛計(jì)劃，使這些構(gòu)型組合的選擇不至于太多，以減少試飛架次，縮短試飛周期。

發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)對(duì)飛機(jī)性能有極大影響，而同一型號(hào)的不同發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)又有差別。為使試飛數(shù)據(jù)與實(shí)際使用相符，或更好地滿足使用要求，要求參試發(fā)動(dòng)機(jī)在地面臺(tái)架試驗(yàn)中將其調(diào)整到該種發(fā)動(dòng)機(jī)性能的平均值，或較保守的值。通常對(duì)于戰(zhàn)斗機(jī)推力應(yīng)調(diào)到低于平均值2%，而螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)調(diào)到低于平均值4%。在試飛過(guò)程中，往往更多地使用全推力狀態(tài)，這樣最終會(huì)使得發(fā)動(dòng)機(jī)性能有很大下降，也就是新和舊發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)不同，飛機(jī)性能會(huì)有明顯差別，因此在最后確定飛機(jī)性能時(shí)，應(yīng)該重復(fù)試飛初期試飛過(guò)的狀態(tài)，檢查發(fā)動(dòng)機(jī)性能是否下降過(guò)多。

渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的推力隨外界溫度影響很明顯，因此飛機(jī)性能除給出換算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的值以外，還要在試飛報(bào)告中明確說(shuō)明飛機(jī)性能對(duì)外界溫度的敏感性，特別對(duì)于國(guó)土面積大，或出口到世界上其他國(guó)家的飛機(jī)，應(yīng)根據(jù)飛機(jī)使用范圍加以說(shuō)明，以便于用戶使用中考慮這一因素。1

特點(diǎn)飛機(jī)飛行性能是研究飛機(jī)重心運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)，它包括速度、高度、航程、航時(shí)、起飛著陸和機(jī)動(dòng)飛行等性能。飛機(jī)作定常直線運(yùn)動(dòng)的性能稱為基本飛行性能，包括最大平飛速度、最小平飛速度、爬升性能(含有利爬升速度、爬升率、上升時(shí)間)等。國(guó)內(nèi)習(xí)慣于把飛行性能理解為最大平飛速度、爬升性能、航程和航時(shí)、起飛著陸性能和機(jī)動(dòng)性，稱為五大飛行性能指標(biāo)。

無(wú)論是飛機(jī)設(shè)計(jì)前的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)論證，設(shè)計(jì)時(shí)為滿足飛行性能而作如氣動(dòng)力協(xié)調(diào)、新機(jī)和改型機(jī)的飛行試驗(yàn)驗(yàn)證，還是在比較同類(lèi)飛機(jī)的技術(shù)水平、飛機(jī)年鑒、飛機(jī)的技術(shù)文件及涉及飛機(jī)的論著中，人們首先關(guān)心飛行性能指標(biāo)，可見(jiàn)其重要性。

同其他專(zhuān)業(yè)的飛行試驗(yàn)比較，飛行性能飛行試驗(yàn)具有如下特點(diǎn)：

(1)飛行性能試飛的內(nèi)容是飛機(jī)戰(zhàn)術(shù)技術(shù)要求指標(biāo)的主要部分，是全機(jī)氣動(dòng)力設(shè)計(jì)是否達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)的最后驗(yàn)證。因此，無(wú)論是新機(jī)、改型機(jī)或批生產(chǎn)飛機(jī)，都把飛行性能試飛作為首先必飛的項(xiàng)目。因?yàn)檫@涉及飛機(jī)構(gòu)形是否要作重大更改，涉及結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度的重新設(shè)計(jì)，以及由此帶來(lái)的一系列地面試驗(yàn)。

(2)飛行性能試飛涉及的專(zhuān)業(yè)面廣，除氣動(dòng)力外，還與發(fā)動(dòng)機(jī)、飛行限制及機(jī)載設(shè)備等有關(guān)。

(3)飛行性能試飛方法基本上隨發(fā)動(dòng)機(jī)的類(lèi)型而異。如渦輪噴氣、渦輪螺槳，渦輪風(fēng)扇、活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)飛機(jī)，其飛行試驗(yàn)方法各不相同。

(4)飛行試驗(yàn)時(shí)，要求飛機(jī)狀態(tài)應(yīng)是正常的飛機(jī)構(gòu)形。測(cè)試儀器改裝時(shí)，不許對(duì)飛機(jī)外形作重大的更改，特別是在機(jī)翼表面上更是如此。因?yàn)?，在現(xiàn)有的飛行試驗(yàn)方法中，外形改變引起的飛機(jī)阻力變化對(duì)飛行性能試飛結(jié)果的影響尚無(wú)法評(píng)估。

(5)由于飛行性能是研究質(zhì)心運(yùn)動(dòng)規(guī)律的，故要求飛機(jī)飛行重心應(yīng)為“正常重心”。因?yàn)?，在現(xiàn)有飛行試驗(yàn)方法中，由于飛機(jī)處于重心前后限引起舵面酉己平阻：力對(duì)飛行性能的影響也無(wú)法評(píng)估。至于改裝后引起的飛機(jī)重量的變化，可以通過(guò)性能換算消除其影響。

(6)飛行順序。除首先飛行試驗(yàn)空速系統(tǒng)的位置誤差，以供飛行性能及其他專(zhuān)業(yè)飛行試驗(yàn)使用外，其余科目均按先易后難的原則穿插進(jìn)行。

(7)測(cè)試多為常規(guī)參數(shù)，主要參數(shù)是速度、高度、過(guò)載、大氣溫度。但對(duì)其精度的要求比其他專(zhuān)業(yè)嚴(yán)格，需作仔細(xì)、繁瑣的修正，甚至要進(jìn)行空中飛行校準(zhǔn)。如空速系統(tǒng)的地面延遲性試驗(yàn)，迎角、大氣溫度傳感器的校準(zhǔn)，過(guò)載不在重心處修正，確定油箱容積死油量，過(guò)載、舵偏度、相機(jī)位置等地面標(biāo)定。

(8)對(duì)氣象要求嚴(yán)格。要求精確地測(cè)量出空中的風(fēng)速、風(fēng)向、風(fēng)的水平及垂直梯度，機(jī)場(chǎng)的場(chǎng)溫、場(chǎng)壓等。測(cè)量的時(shí)間要求盡可能與飛行試驗(yàn)的時(shí)間一致。為減小修正的誤差，要求飛行性能試飛最好在無(wú)顛簸氣流的平靜大氣中進(jìn)行。2

方法飛機(jī)飛行速度、高度的測(cè)定測(cè)量飛機(jī)飛行速度和高度的方法有多種?？梢砸揽繖C(jī)載傳感器(空速系統(tǒng)、定位系統(tǒng))測(cè)得，也可以通過(guò)地面設(shè)備(雷達(dá))測(cè)得。

1)空速系統(tǒng)測(cè)定飛機(jī)的飛行高度、速度

飛機(jī)的空速系統(tǒng)常用組合式的皮托動(dòng)靜壓系統(tǒng)，包括空速管、大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)、總溫傳感器及連接導(dǎo)管。由于空速系統(tǒng)的工作原理和飛機(jī)飛行時(shí)各種條件的變化，利用空速系統(tǒng)測(cè)得的飛行高度、速度都會(huì)有一定的誤差。為了得到準(zhǔn)確的結(jié)果，要對(duì)空速系統(tǒng)校準(zhǔn)。

在飛行試驗(yàn)中，根據(jù)空速表讀出的是指示空速，要換算成真空速。

2)機(jī)載定位系統(tǒng)和地面保障設(shè)備測(cè)定飛機(jī)的飛行高度和速度

該方法測(cè)得的飛行速度為地速。為了消除高空風(fēng)的影響，可以采用往返飛行測(cè)定的方法。如果技術(shù)可以滿足，則可預(yù)先測(cè)得飛機(jī)飛行空域內(nèi)的各高度層的風(fēng)速、風(fēng)向，進(jìn)行換算。

航程、續(xù)航時(shí)間航程、續(xù)航時(shí)間是評(píng)定飛機(jī)性能好壞的重要指標(biāo)之一，它表示飛機(jī)經(jīng)濟(jì)性的好壞。該指標(biāo)有以下幾種定義：

技術(shù)航程或續(xù)航時(shí)間：?jiǎn)螜C(jī)耗盡所有可用燃料所飛過(guò)的水平距離或時(shí)間。

實(shí)際航程或續(xù)航時(shí)間：?jiǎn)螜C(jī)飛行，在繞場(chǎng)飛行前僅剩安全備份油量時(shí)，飛機(jī)飛過(guò)的水平距離或時(shí)間。

戰(zhàn)術(shù)航程或續(xù)航時(shí)間：執(zhí)行戰(zhàn)斗任務(wù)，飛機(jī)所飛過(guò)的水平距離或時(shí)間。

續(xù)航航程或續(xù)航時(shí)間：飛機(jī)以0.9倍最大飛行速度平飛所飛過(guò)的水平距離或時(shí)間。

最大航程：以單位重量的飛機(jī)移動(dòng)單位距離油耗量最小所對(duì)應(yīng)的速度水平飛行的距離。

最大航時(shí)：以飛機(jī)單位時(shí)間耗油量最小對(duì)應(yīng)的速度水平飛行所得的時(shí)間。

在比較飛機(jī)性能好壞時(shí)，經(jīng)常使用最大技術(shù)航程，并且有了飛行試驗(yàn)測(cè)定的具有典型意義的最大航程和續(xù)航時(shí)間，則上述的參數(shù)都可算出。

起飛或發(fā)射性能1)起飛性能

起飛是飛機(jī)從松剎、滑跑、離地、爬升到安全高度的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。確定起飛特性的參數(shù)有：滑跑距離、滑跑偏差、滑跑時(shí)間、離地速度、離地姿態(tài)等。確定起飛性能通常使用的飛行重量有正常起飛重量、最大起飛重量，每個(gè)狀態(tài)至少完成3次正常起飛試驗(yàn)。

測(cè)定起飛軌跡的方法有機(jī)輪計(jì)數(shù)法、地面照相法、雷達(dá)一照相經(jīng)緯儀法、錄像法等。

2)發(fā)射性能

飛機(jī)發(fā)射是飛機(jī)從助推火箭點(diǎn)火到飛機(jī)離開(kāi)發(fā)射裝置、加速、火箭分離、飛機(jī)爬升到安全高度的過(guò)程。參數(shù)有：飛機(jī)離架時(shí)的姿態(tài)、速度、火箭作用時(shí)間、火箭脫落時(shí)飛機(jī)的速度、飛機(jī)爬升到的安全高度等。

試驗(yàn)過(guò)程中利用地面攝像并結(jié)合飛機(jī)遙測(cè)數(shù)據(jù)等，對(duì)試驗(yàn)內(nèi)容的有關(guān)參數(shù)進(jìn)行分析、對(duì)比，確定性能是否滿足要求。

著陸或回收性能1)著陸性能

著陸是飛機(jī)從安全高度下滑過(guò)渡到接地滑跑，直到完全停止的減速過(guò)程。參數(shù)有：從安全高度下滑到接地的各飛行參數(shù)、接地速度、著陸滑跑距離、滑跑偏差、滑跑時(shí)間等。

確定著陸性能通常使用的飛行重量有正常著陸重量、最大著陸重量，每個(gè)狀態(tài)至少完成3次正常飛行。

測(cè)定著陸軌跡的方法有機(jī)輪計(jì)數(shù)法、地面照相法、雷達(dá)～照相經(jīng)緯儀法、錄像法等。

2)回收性能

傘降回收是飛機(jī)在預(yù)定回收高度停車(chē)、飛機(jī)減速、開(kāi)傘、以預(yù)定速度落地的過(guò)程。參數(shù)有：飛機(jī)開(kāi)傘時(shí)受到的過(guò)載及姿態(tài)、降落傘充氣完全張滿時(shí)間、降落傘充氣過(guò)程中無(wú)人即下降的高度、飛機(jī)穩(wěn)定降落的速度。