记国产大飞机C919“铁鸟”试验台开试

殷立勤　摄

　　2013年12月30日，一场低调的仪式在位于上海张江的中国商飞上海飞机设计研究院里举行。中国商飞的一众科研人员围在刚建成的“铁鸟”试验台周围，国家大型飞机专项专家咨询委员会委员吴兴世难掩心中喜悦：“从这一刻起，我国自主研发的大飞机C919‘铁鸟’试验台正式开试，这也意味着C919大型客机系统验证工作正式启动。”

　　“让国产大飞机翱翔蓝天”的“中国梦”也由此变得清晰。

　　C919“铁鸟”开试

　　“铁鸟”试验台全称“飞控液压系统综合试验台架”，是飞机系统综合、优化设计、适航取证和交付运营、持续适航必不可少的关键试验设施。

　　C919大型“铁鸟”试验台的飞控、液压、起落架系统的机械安装接口、部附件安装位置、液压管路布置走向及安装方式与真实飞机一致，承担着飞机系统级研发和验证、飞机级多系统综合验证，以及飞控系统、液压系统和起落架系统的适航验证等试验任务，为飞机系统集成、试飞安全、试飞故障排查、后续型号改进等提供重要保障。“通俗一点来说，如果把C919飞机比作一个人，那么飞控系统就相当于人的神经系统，液压系统就相当于肌肉和血管，起落架系统就是两条腿”。吴兴世告诉记者，他此前的身份是上飞所的所长、ARJ21支线飞机第一任总设计师。

　　作为我国第一架用于大型客机的“铁鸟”综合试验台，C919“铁鸟”试验台的启用被吴兴世总结为四大重要意义：启用了重要研发平台、拉开了重大战役的序幕、迈开了各项试验的支撑、跨过了型号研制的一个重要节点。

　　系统验证工作的启动，标志着C919大型客机详细设计工作进入新的阶段。目前，飞机机体结构生产数据已全部完成发放，超过90%的机载系统接口控制文件已经签署，部分系统工作包已完成关键设计评审，超过70%的合格审定计划已得到局方确认，前3架试飞飞机机体结构已经投产。2014年，首架试飞飞机将进入总装阶段，系统综合试验和适航验证等工作也将同期展开，项目将迎来全机部件和系统集成等重大挑战。

　　吴兴世说，民用飞机研制工作的艰巨性、复杂性是其他工作不可比拟的。因此，往往取得很重大的成绩却因过程的艰辛而显得平静，可谓“于无声处听惊雷”。

　　ARJ21“铁鸟”探路

　　在我国，截至目前共有3个民机“铁鸟”试验台。据吴兴世介绍，我国的第1台“铁鸟”建于上世纪70年代，其飞控系统是机械式的，承担了中国首次自行研发制造的大型喷气式客机“运10”的验证工作;第2台是2000年ARJ21新支线飞机的“铁鸟”试验台，驾驶员的操作是通过电信号进行传达，其测试通道有200多个;第3台就是C919“铁鸟”平台，测试通道增加到500多个，它和目前的空客A320、波音777一样，是电传操作系，也是我国第一架用于大型客机的“铁鸟”综合试验台。

　　C919大型客机“铁鸟”试验台在设计思路上沿袭了ARJ21新支线飞机“铁鸟”试验台的成功做法。“ARJ21新支线飞机“铁鸟”试验台是我国第一架安装了驾驶舱视景系统的“铁鸟”试验台，这使得在“铁鸟”上进行飞行员在环试验成为可能。” C919大型客“机铁”鸟负责人陆清介绍说，“它能够模拟飞机遭遇突发气象条件或飞控系统发生故障的情况下，飞行员做出的反应。同时，飞行员也能够通过视景系统直观地感受到飞机的响应，以此测试飞控系统的操纵性能和稳定性能，为完善飞控系统性能提出评估和建议。”

　　ARJ21新支线飞机“铁鸟”在设计建造上进行的许多有益探索，也为C919大型客机积累了经验。ARJ21新支线飞机“铁鸟”采用与飞机11的设计，使飞控、液压、起落架等系统的安装接口和飞机一样，保证了系统试验的真实性。同时，该“铁鸟”在建造上采用下沉式设计，左右分别布置了两个深约2米，用来放置起落架的“坑”，这样整个“铁鸟”的高度降低了2米，不仅降低了设计难度，增加了试验可操作性，还大大节约了所用型材，提高了“铁鸟”台的经济性。

　　不过,与ARJ21新支线飞机相比，C919大型客机的“铁鸟”台更大，这为“铁鸟”台的建造带来了新的难题。比如C919大型客机“铁鸟”垂尾骨架的设计就让建造者们颇费了一番周折。C919垂尾骨架是一个离地高约10米、长约7米、宽约1.2米、前后宽度约3米的“庞然大物”，它需要垂尾骨架具备足够的强度与刚度。而“铁鸟”骨架又无法承受太重的力，这就需要垂尾骨架的重量尽可能轻些。这貌似矛盾的两个要求，如何同时满足?已经74岁高龄的强度设计专家陈忠良通过一次次在电脑上模拟试验，最后想到加一层蒙皮——蒙皮在承受剪力、拉力方面有着巨大的作用，它能够让垂尾骨架变成一个整体，形成盒形件，增加垂尾骨架的受力。

　　也许日后研究“铁鸟”发展的设计师会这样总结：C919“铁鸟”试验台是我国第一架用于大型客机的“铁鸟”综合试验台。它的研制，注定要在“铁鸟”发展的历史上留下自己的印记。

　　“铁鸟”的科研智慧

　　走进C919大型客机“铁鸟”台研制现场，轰隆隆的机器声此起彼伏，一根根蓝色钢柱构成了铁鸟台的“钢筋铁骨”，上面承载着与真实机舱同等大小的模拟机舱，雪白的机舱外表被涂上了几条蓝绿色的彩带，中和了钢铁骨架给人的生硬感。

　　“‘铁鸟’从设计之初就在和时间赛跑。”“铁鸟”联合攻关队队长廖军辉说，“国际上，一个新型号的“铁鸟”台一般在飞机首飞的前一年交付使用，如果我们等到飞机设计好了才开始“铁鸟”的设计，必然赶不上工作节点。因此，“铁鸟”台的研制必须是与飞机研制高度并行的工程。”

　　而“铁鸟”台的研制之难也正在“并行”二字。飞机结构发图还没完成，如何设计“铁鸟”骨架?飞机系统还没交付制造商，如何在“铁鸟”上安装系统?设计师们自有智慧。

　　考虑到“铁鸟”骨架必须等飞机结构发图完成后才能定型，而“铁鸟”骨架的设计大约需要3个月，随后的制造、安装、调试至少要8个月，如果等到结构发图全部结束才开始铁鸟台架的设计生产，将会影响研制进程，于是设计师们想出了“模块化”的研制方式，就是将整个“铁鸟”“切”成若干块，飞机机体结构设计完成一块，“铁鸟”骨架就设计生产一块，最后把所有模块像搭积木一样拼到一起。此举还兼顾了飞机机体结构设计更改的可能性，将更改成本降到了最低。

　　2013年5月，C919“铁鸟”进入系统安装阶段，中国商飞公司总装制造中心加入到铁鸟联合工作团队中。系统不到位怎么装?先开展系统安装定位工作。以起落架的安装定位为例,由于起落架与飞机的各连接处至少要打上百颗螺钉，每一颗螺钉的位置都必须进行精确定位,而铁鸟因为起落架工艺架没有到位，无法按照一般飞机生产制造时先生产外形一样的工艺件，再进行模拟安装，确定每颗螺钉的安装位置的方法，安装师傅们想到了激光定位仪，让每颗螺钉都找到自己在三维坐标系中的坐标值，就能够确定安装位置。

　　安装“铁鸟”既是脑力活，也是体力活。据安装师傅们粗略估计，一架“铁鸟”上至少要打上万个孔，安装上万颗螺钉。“铁鸟”全部是钢做的，打一颗螺钉通常需要2小时，如果是锁定双层钢板的螺钉，则需要4小时。在“铁鸟”上每打一个孔，需要四个步骤，首先要定位，然后打出一个小的“粗孔”，接着用铰刀慢慢磨，最后才是“终孔”。“终孔”必须与螺钉一样大小，如果小了，螺钉安装不进去;如果大了，螺钉安装松动，会影响这个孔的受力强度。难怪对于飞机制造商而言，“每一颗螺钉都体现质量”，确实不假。

　　民机研制工作艰巨、复杂，“铁鸟”试验台仅有骨架、永远也不能飞上天空，但是“把所有问题留在地面”是它的终极使命。

　　声音

　　中国商飞副总经理、C919项目总设计师吴光辉说：“2014年是实现C919项目研制目标的关键一年。C919‘铁鸟’试验台正式开试，意味着C919大型客机系统验证工作正式启动。”

　　C919于2007年3月立项，并于2011年12月进入详细设计阶段。据了解，C919研制共分为立项论证和可行性论证、预发展、工程发展、批生产与产业化四个阶段，其中预发展又分为总体方案定义、初步设计两步，工程发展又分为详细设计、全面试制、试飞取证三个步骤。眼下，C919订单已经达到400架，中国商飞的美国子公司也于2013年11月底成立。

　　链接

　　“铁鸟”的前世今生

　　“铁鸟”的演变走过了漫长的岁月。20世纪上半叶，飞机制造商为减少高昂的空中试验费用，想出了使用地面试验替代的方法，因为飞机一旦在空中出现事故，后果将是灾难性的。但如何在地面验证飞机操纵系统的功能?飞机制造商在地面设计了一个与飞机一样大小的铁架子，上面安装一套操纵系统，在飞机上天前，进行各种操纵系统试验，确保系统安全可靠。

　　空中客车公司自20世纪70年代研发空客A300飞机之初，就开始引入“铁鸟”试验台了。到今年6月首飞的空客A350XWB，空客公司一直非常重视铁鸟试验台在新机型研发中的作用。“我们在结构动力等方面的分析上做得很好，但是如果涉及非常复杂的系统问题，计算机则很难提前预测可能发生的故障”，麻省理工学院航空航天教授约翰·汉斯曼表示，“有许多问题不到组装完成不会显现”。 空客A350XWB系统集成测试主管马克·库辛认为，“铁鸟”试验台可以帮助预测可能发生的系统故障。他说，在“铁鸟”上进行试验时，曾出现过起落架舱门无法顺畅打开的故障，后来通过改变放下舱门和释放液压的时间差解决了这个问题，避免了将故障“带上天”。

　　“铁鸟”来到中国是20世纪60年代初。那时“铁鸟”试验台在飞机研制中的作用已经获得广泛认可，几乎所有飞机在首飞前都要在地面进行“铁鸟”试验。通过试验，一方面可以确认系统的功能，另一方面可以充分暴露设计中可能存在的问题。在“铁鸟”上发现的问题越多，就意味着将来试飞中隐藏的问题越少。一些大的主机所陆续都有了自己的“铁鸟”试验台，但试验的主要内容还是飞控系统的地面模拟试验。

　　到了上世纪70年代，“铁鸟”试验台逐渐增加了液压系统、起落架系统、电源系统等，试验的内容也从单一的系统试验转变为既能做系统试验，又能做几个系统的交联试验。同时，飞机首飞后，还能在“铁鸟”上复现试飞中发现的问题，从而找到解决问题的有效方法。

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