F-15飛機縮比模型失速尾旋試飛
X-48 BWB布局飛行驗證
X-56氣動彈性多用途驗證平臺
AG600飛機模型掛機
“海鷗”300飛機縮比模型失速尾旋試驗
AG600飛機縮比模型 在航空試驗科學里，縮比模型是一門高精尖的學科技術。縮比模型是將真實飛行器外形按照合適的系數進行幾何縮比，并遵循嚴格的相似準則關系而生產出的一種特定試驗對象，而縮比模型飛行試驗則是利用縮比模型在真實大氣環境中飛行來預先研究真實飛行器的動態飛行特性。 縮比模型自由飛技術的發展 當前，縮比模型飛行試驗已發展為當代航空新技術必不可少的研究手段之一。它的可信度高、綜合性強、使用限制少以及低成本的特點使其在航空飛機理論預測、風洞實驗和全尺寸飛機飛行試驗之間起到關鍵性作用。其科研價值和實用意義已被國內外業界所廣泛認可，在促創新、提質量、縮周期、降成本等方面效益突出，正在驅動整個飛機研發模式的變革，是未來飛行器設計研發中關鍵技術的一項重要驗證途徑。 起初，縮比模型飛行試驗主要用來預先研究飛機大迎角失速和尾旋特性，以降低新機失速和尾旋試飛的風險，使其充當新機危險試飛科目的“排雷兵”。飛機失速和尾旋是一種極其危險的狀態，一旦意外進入失速或尾旋，如果不能及時改出，飛機將會快速墜落，會嚴重危及到飛機安全。縮比模型飛行試驗則通過縮比模型在真實大氣環境下進行飛行試驗，獲得大量的、可靠的試飛數據，試飛工程師則通過對試飛數據的統計和分析，科學地計算出飛機失速和尾旋臨界值，以避免飛機進入到失速和尾旋狀態；并能夠給出飛機有效改出失速和尾旋方法，若飛機意外的進入失速或尾旋，可以快速地幫助飛機改出失速或尾旋狀態。 美國NASA蘭利研究中心和德萊頓研究中心先后通過縮比模型飛行試驗完成了F-15、F-16、F-18、B-1、X-31飛機等的失速和尾旋試驗，取得了飛機失速/尾旋特性方面的大量數據和成果，為美國的航空航天發展提供了重要的技術支持。 試飛中心（中國飛行試驗研究院）作為我國唯一的飛行試驗鑒定機構，自20世紀60年代初就開展縮比模型飛行試驗技術研究工作。先后為我國首架運10、教8、教9、ARJ21、AG600、C919等開展了縮比模型飛行試驗，完成了國內幾乎所有軍/民用飛機的失速和尾旋試飛研究，為我國航空技術的發展提供了重要的技術支持。 縮比模型飛行試驗通常采用無動力投放的方式，模型通過掛架掛裝在母機機腹下方，母機按照預設爬升剖面到達試驗空域后投放模型，模型投放后地面操縱人員按照試飛動作要求完成試飛科目。試飛科目完成后，通過降落傘回收模型。 模型回收后，試飛工程師對試飛數據進行處理、統計和分析，并通過相似準則關系換算得到真實飛機的動態特性。與無動力投放飛行試驗不同，帶動力縮比模型飛行試驗和真實飛機一樣能夠在跑道上起飛/著陸，并在空中的飛行時間更長。因此，帶動力縮比模型飛行試驗單架次能夠完成更多試飛動作，效率更高，綜合模擬能力也更強。 試飛中心在開展無動力投放飛行試驗的同時，也完成了教6飛機帶動力縮比模型飛行試驗，“海鷗”300帶動力縮比模型飛行試驗，并在國內預先構建了帶動力無人機驗證平臺，開展了無人機飛控系統研究、地面控制站研究和遠距鏈路傳輸研究等，為國內無人機技術發展貢獻了力量。 利用縮比模型試驗開展前沿技術研究 在航空業界，誰掌握了縮比模型飛行試驗技術，誰就掌握了航空技術預先研究的先機。 近年來，國內外航空研究機構通過縮比模型飛行試驗進行了大量前沿技術研究，美國通過X-36縮比模型飛行試驗進行了無尾布局隱身與敏捷性演示驗證研究，X-48進行了新型BWB氣動布局的飛行試驗研究，X-56進行了氣動彈性主動控制方法研究，F-22進行了雙機編隊飛行試驗研究等關鍵技術研究，為美國先進航空技術發展立下汗馬功勞。 在國內，試飛中心利用其先進的縮比模型飛行試驗技術也積極開展前沿技術研究。先后進行了大迎角推力矢量控制試飛、先進控制律演示驗證試飛、等離子體流動主動控制演示驗證試飛等先進技術試飛研究，為我國航空技術的創新發展提供技術支撐。同時也實現了航空工業試飛中心縮比模型飛行試驗專業在飛行控制技術、機載測試技術和試飛技術的顯著提升。 飛行控制技術是當今航空領域的核心技術，也是縮比模型飛行試驗的關鍵技術之一。試飛中心長期致力于縮比模型飛行試驗專業的飛控技術發展，實現了從人工遙控飛行到自主程控飛行的質變，顯著提高了試飛數據質量和效率，攻克了一系列“老大難”試飛科目，轉彎失速試飛便是其中一個。飛機的轉彎失速試飛都需要首先建立起穩定的30°滾轉坡度，而縮比模型飛行試驗依靠操縱手遠程遙控來建立穩定的30度坡度是不能實現。為此，試飛中心的試飛工程師們創新性地提出了“飛控輔助的轉彎失速試飛”方法，設計一套控制邏輯和控制律，利用飛行控制系統自主建立起模型30°滾轉坡度，控制精度高、穩定性好，以此高質量地完成了我國AG600大型水陸兩棲飛機縮比模型轉彎失速試飛試驗，獲得了模型自由飛專業在轉彎失速試飛科目方面的巨大突破。 眾所周知，螺旋槳滑流對飛機的失速特性有重要影響。因此，螺旋槳飛機進行了縮比模型失速和尾旋試驗，必須進行了螺旋槳動力相似模擬，以獲得真實螺旋槳滑流。AG600飛機具有四發螺旋槳，四發螺旋槳轉速控制的穩定性和一致性，是保證螺旋槳動力相似模擬的關鍵。對此，試飛中心試飛工程師在縮比模型上研制了一套螺旋槳轉速控制系統，由飛行控制系統實時調控四個螺旋槳轉速，能夠實時保證四發螺旋槳轉速穩定和一致，獲得了AG600飛機真實螺旋槳滑流作用下的失速特性。 還有當下流行的3D打印技術，3D打印是制造業中的一個熱點方向，受到世界很多國家制造領域特別是航空制造領域的普遍重視。3D打印產品通常具有精度高、重量輕，生產成本低，更換便利等優勢。試飛中心在3D打印領域主動出擊，首次在AG600飛機和我國大型客機C919飛機縮比模型上應用了3D打印產品。包括機翼天線罩、螺旋槳整流罩、起落架、操縱舵面、翼尖小翼等部件，極大地縮短了研制周期，降低了制造成本，必將促進未來3D打印技術在縮比模型飛行試驗中的廣泛應用。 未來隨著數字化技術和工程技術的深度融合，在整個航空設備研發過程中將大量使用縮比模型驗證來簡化、減少和輔助常規的物理試驗，使得整個飛機產品驗證過程向研發早期轉移，以促進技術創新、縮減研制周期和降低試飛成本。模型飛行技術也必然將發展為一門綜合性、多學科的試飛技術，試飛中心將繼續在這一領域對標世界一流，走在國內專業領域排頭，為筑航空強國夢貢獻力量。 |
