王小峰，姜健，屈霽云

（中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院，西安710089）

重視通用飛行試驗(yàn)臺(tái)建設(shè)支撐航空發(fā)動(dòng)機(jī)自主創(chuàng)新

王小峰，姜健，屈霽云

（中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院，西安710089）

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外軍用標(biāo)準(zhǔn)和適航條款中關(guān)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)高空試驗(yàn)相關(guān)規(guī)定的解讀，明確了飛行試驗(yàn)臺(tái)（簡(jiǎn)稱(chēng)飛行臺(tái)）在發(fā)動(dòng)機(jī)研制中的地位。介紹了國(guó)外通用飛行臺(tái)及其歷史發(fā)展，探討了通用飛行臺(tái)在發(fā)動(dòng)機(jī)研制中的作用。參考國(guó)內(nèi)外使用經(jīng)驗(yàn)，對(duì)國(guó)內(nèi)航空發(fā)動(dòng)機(jī)飛行臺(tái)進(jìn)行了定位，并根據(jù)后續(xù)型號(hào)發(fā)展譜，對(duì)國(guó)內(nèi)航空發(fā)動(dòng)機(jī)飛行臺(tái)的后續(xù)發(fā)展給出了建議。標(biāo)準(zhǔn)和分析均表明：飛行臺(tái)是航空發(fā)動(dòng)機(jī)高空試驗(yàn)的必要手段；航空發(fā)達(dá)國(guó)家重視建設(shè)系列化的通用飛行臺(tái)，國(guó)內(nèi)應(yīng)重視和加快航空發(fā)動(dòng)機(jī)通用飛行臺(tái)的系列化建設(shè)。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)；高空試驗(yàn)；飛行試驗(yàn)臺(tái)（飛行臺(tái)）；高空模擬試車(chē)臺(tái)（高空臺(tái)）；試驗(yàn)手段

1　引言

航空發(fā)動(dòng)機(jī)高空試驗(yàn)，是在模擬高度-速度或真實(shí)高度-速度條件下進(jìn)行的發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)。在美國(guó)的MIL-E-5007/A/B/C/D、MIL-E-87231、JSGS-87231A、JSSG-2007/A/B［1］等各版航空發(fā)動(dòng)機(jī)通用規(guī)范，以及我國(guó)的GJB 241A-2010［2］中，均明確規(guī)定了發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)進(jìn)行高空試驗(yàn)，并指明高空試驗(yàn)的手段既包括高空模擬試車(chē)臺(tái)（簡(jiǎn)稱(chēng)高空臺(tái)），也包括飛行試驗(yàn)臺(tái)（簡(jiǎn)稱(chēng)飛行臺(tái)）。

航空發(fā)達(dá)國(guó)家一貫重視發(fā)動(dòng)機(jī)通用飛行臺(tái)的系列化建設(shè)，俄羅斯、美國(guó)的官方試飛機(jī)構(gòu)均有系列化的航空發(fā)動(dòng)機(jī)通用飛行臺(tái)。除此外，GE、P&W、R·R三家航空發(fā)動(dòng)機(jī)巨頭公司，也有各自的通用飛行臺(tái)用于民用發(fā)動(dòng)機(jī)取證試飛。

飛行臺(tái)作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制的重要試驗(yàn)手段，是高空試驗(yàn)不可或缺的平臺(tái)設(shè)備。盡管?chē)?guó)外航空發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)飛行臺(tái)的使用已非常普遍，我國(guó)也先后建設(shè)了兩代通用飛行臺(tái)并積累了大量的試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，但仍有必要在行業(yè)內(nèi)對(duì)飛行臺(tái)的定位進(jìn)行明確并達(dá)成共識(shí)。

本文首先從軍用標(biāo)準(zhǔn)和適航條款出發(fā)，說(shuō)明通用飛行臺(tái)也是航空發(fā)動(dòng)機(jī)高空試驗(yàn)的必要手段；其次，介紹了國(guó)外主要試飛機(jī)構(gòu)和各航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司的通用飛行臺(tái)情況，及其歷史發(fā)展和使用經(jīng)驗(yàn)；最后，對(duì)國(guó)內(nèi)的飛行臺(tái)情況進(jìn)行了簡(jiǎn)介和定位。

2　飛行臺(tái)和高空臺(tái)都是高空試驗(yàn)手段

2.1航空發(fā)動(dòng)機(jī)高空試驗(yàn)與飛行臺(tái)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)的高空試驗(yàn)，是指其裝飛機(jī)前在真實(shí)高空環(huán)境或模擬高空環(huán)境下進(jìn)行的整機(jī)試驗(yàn)，其試驗(yàn)手段包括高空臺(tái)和飛行臺(tái)兩種［3］。高空臺(tái)通過(guò)模擬發(fā)動(dòng)機(jī)所在飛行高度、飛行速度、吸入的高空空氣來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)，可以模擬極限大氣條件、廣闊的飛行包線(xiàn)范圍，安全、經(jīng)濟(jì)性好、重復(fù)性好。飛行臺(tái)，也稱(chēng)為空中試車(chē)臺(tái)，是專(zhuān)為航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)而改裝的試驗(yàn)平臺(tái)，用于在真實(shí)大氣條件下對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行研制試飛和取證試飛，是新型發(fā)動(dòng)機(jī)研制過(guò)程中不可缺少的重大技術(shù)設(shè)施。飛行臺(tái)在發(fā)動(dòng)機(jī)瞬態(tài)、過(guò)渡過(guò)程，諸如風(fēng)車(chē)轉(zhuǎn)速等發(fā)動(dòng)機(jī)極端工作狀態(tài)確定方面有著特殊的優(yōu)勢(shì)。高空臺(tái)和飛行臺(tái)受本身技術(shù)能力的制約，在各自試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮著不同作用。正是由于試驗(yàn)手段各自存在的不足，迫使人們必須充分使用不同的試驗(yàn)手段予以彌補(bǔ)。即使是在美國(guó)這樣的高空臺(tái)大國(guó)，也在不遺余力地建設(shè)飛行臺(tái)，說(shuō)明飛行臺(tái)和高空臺(tái)作為高空試驗(yàn)的兩種手段，各有優(yōu)點(diǎn)、相互補(bǔ)充。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)飛行臺(tái)可分為通用飛行臺(tái)和專(zhuān)用飛行臺(tái)。專(zhuān)用飛行臺(tái)也即發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)飛機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)研究機(jī)，由小型雙發(fā)或多發(fā)飛機(jī)/直升機(jī)更換一臺(tái)現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)改裝而成，其原裝發(fā)動(dòng)機(jī)與研制中的發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量和幾何尺寸相近。專(zhuān)用飛行臺(tái)需要被試發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，氣、液、電負(fù)載系統(tǒng)采用原機(jī)系統(tǒng)，被試發(fā)動(dòng)機(jī)操縱由飛行員直接控制。其改建工作量較小，因此一般由發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)統(tǒng)籌兼顧。

通用飛行臺(tái)一般由中大型飛機(jī)改造而成，可對(duì)多型發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行飛行試驗(yàn)，其建設(shè)工作量非常龐大，需要國(guó)家和行業(yè)進(jìn)行規(guī)劃。通用飛行臺(tái)一般有以下三個(gè)典型特征：

（1）能夠不依賴(lài)被試發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，因而能夠保證較高的安全性。如圖1所示的俄羅斯圖-16通用飛行臺(tái)。

圖1　俄羅斯圖-16通用飛行臺(tái)Fig.1 Tu-16 general-purpose flying test bed of Russia

（2）有通用且獨(dú)立的氣、液、電負(fù)載消耗系統(tǒng)，因而能夠保證全面、安全地對(duì)被試發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行負(fù)載加載，如圖2所示。

圖2　外掛風(fēng)冷式電負(fù)載消耗箱Fig.2 External forced air cooling electrical load consumption unit

（3）有較寬闊和較舒適的內(nèi)部空間，以便于試驗(yàn)技術(shù)艙內(nèi)操縱臺(tái)、監(jiān)控臺(tái)、測(cè)試機(jī)柜等的安裝，和空中試車(chē)員、試飛工程師的乘坐。如圖3所示的GE公司的B747通用飛行臺(tái)。

圖3　GE公司B747通用飛行臺(tái)的內(nèi)部空間Fig.3 Interior layout of GE B747 flying test bed

2.2航空發(fā)動(dòng)機(jī)飛行臺(tái)試驗(yàn)是軍標(biāo)規(guī)定試驗(yàn)內(nèi)容

俄羅斯每研制一種新型發(fā)動(dòng)機(jī)，必定要在飛行臺(tái)上進(jìn)行試驗(yàn)。前蘇聯(lián)空軍總司令和航空部長(zhǎng)1984年批準(zhǔn)的《關(guān)于飛行試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力裝置試飛的條例》明確規(guī)定，在飛行臺(tái)上進(jìn)行有人駕駛和無(wú)人駕駛飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的飛行試驗(yàn)，是這些發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行原型機(jī)試飛的必要條件。條例中介紹，飛行臺(tái)主要用于新發(fā)動(dòng)機(jī)的調(diào)整試飛和特種試驗(yàn)（如武器發(fā)射對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作的影響），包括高空臺(tái)上難以完成的發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)渡態(tài)和飛機(jī)姿態(tài)、過(guò)載變化對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作的影響等項(xiàng)目。通用飛行臺(tái)上進(jìn)行的試驗(yàn)是整個(gè)飛行臺(tái)試驗(yàn)的一部分。如AЛ-31Φ發(fā)動(dòng)機(jī)研制中，分別在圖-16通用飛行臺(tái)和蘇-27專(zhuān)用飛行臺(tái)上進(jìn)行了試飛，試飛周期共計(jì)13年。

美國(guó)從早期的MIL-E-5007D到JSSG-2007、JSSG-2007A、JSSG-2007B等《航空發(fā)動(dòng)機(jī)通用規(guī)范》和《航空發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)合使用規(guī)范指南》中，均在航空發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)試驗(yàn)中明確規(guī)定了高空試驗(yàn)。聯(lián)合使用規(guī)范指南JSSG-2007A［1］中，明確規(guī)定，在初始飛行許可階段（IFR）、全面飛行許可階段（FFR）、初始使用許可階段（ISR）、工作能力許可階段（OCR），均要進(jìn)行高空試驗(yàn)，試驗(yàn)內(nèi)容包括高空性能點(diǎn)試驗(yàn)、瞬態(tài)工作和功能試驗(yàn)、發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口畸變?cè)囼?yàn)、起動(dòng)和再起動(dòng)試驗(yàn)、風(fēng)車(chē)試驗(yàn)、停車(chē)試驗(yàn)。

我國(guó)的《航空渦輪噴氣和渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)通用規(guī)范》從GJB 241-87變更到GJB 241A-2010［2］，其中前者借鑒了MIL-E-5007D，后者借鑒了MIL-E-87231A和JSSG-2007等。無(wú)論是前者還是后者，均在航空發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)試驗(yàn)中明確規(guī)定了高空試驗(yàn)。GJB 241A-2010中明確規(guī)定，在初始飛行前規(guī)定試驗(yàn)階段、設(shè)計(jì)定型試驗(yàn)階段均應(yīng)進(jìn)行高空試驗(yàn)，且高空試驗(yàn)應(yīng)在高空臺(tái)或飛行臺(tái)進(jìn)行，試驗(yàn)內(nèi)容包括高空規(guī)定點(diǎn)性能試驗(yàn)、瞬態(tài)工作試驗(yàn)、功能試驗(yàn)、進(jìn)氣畸變?cè)囼?yàn)、起動(dòng)和再起動(dòng)試驗(yàn)、空中風(fēng)車(chē)試驗(yàn)。另外，在生產(chǎn)定型階段也明確規(guī)定，如果發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)狀態(tài)與設(shè)計(jì)定型時(shí)不同，且其差異對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)高空性能、功能有影響，則應(yīng)參考設(shè)計(jì)定型試驗(yàn)階段的高空試驗(yàn)規(guī)定補(bǔ)充進(jìn)行有關(guān)試驗(yàn)。

2.3民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)都在飛行臺(tái)上進(jìn)行它機(jī)取證

民用飛機(jī)的型號(hào)合格審定在美國(guó)及我國(guó)，分別按照FAR25部、FAR23部和CCAR25部、CCAR23部進(jìn)行，其中發(fā)動(dòng)機(jī)部分按照E分部進(jìn)行。CCAR25.903（a）（1）明確規(guī)定，每型發(fā)動(dòng)機(jī)必須有型號(hào)合格證［4］，即在進(jìn)行民用飛機(jī)的型號(hào)合格審定試飛前，配裝的民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)必須取得型號(hào)合格證。其型號(hào)合格取證在美國(guó)、歐洲及我國(guó)，分別按照FAR33部、EASA的CS-E和CCAR33部進(jìn)行。在具體型號(hào)的審定基礎(chǔ)和符合性方法表中規(guī)定需要進(jìn)行飛行驗(yàn)證的適航條款。

對(duì)于民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)，其適航取證分為兩步：首先要在它機(jī)取CCAR33部的型號(hào)合格證，然后裝機(jī)隨飛機(jī)再取CCAR25部的適航合格證?？梢?jiàn)，飛行臺(tái)試驗(yàn)是民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)取證必不可缺的一個(gè)階段和手段。根據(jù)FAR33部和CCAR33部規(guī)定，需要進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)電氣和電子控制系統(tǒng)、喘振和失速特性、引氣系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)、工作試驗(yàn)等條款的驗(yàn)證［5］。

3　航空發(fā)達(dá)國(guó)家一貫重視飛行臺(tái)建設(shè)

3.1俄羅斯、美國(guó)官方試飛機(jī)構(gòu)的通用飛行臺(tái)

俄羅斯根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)發(fā)展需求，多年來(lái)形成了龐大的航空發(fā)動(dòng)機(jī)飛行臺(tái)系列。據(jù)統(tǒng)計(jì)，到目前為止俄羅斯飛行試驗(yàn)研究院（ЛИИ）先后投入使用的飛行臺(tái)近200架，其中通用飛行臺(tái)30余架。從發(fā)動(dòng)機(jī)飛行臺(tái)完成的任務(wù)，可以看出從蘇聯(lián)到俄羅斯多年來(lái)在航空領(lǐng)域的發(fā)展。1947年至1957年，俄羅斯飛行研究院用4架圖-2來(lái)試驗(yàn)第一臺(tái)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，用6架圖-4來(lái)試驗(yàn)轟炸機(jī)、運(yùn)輸機(jī)及超聲速戰(zhàn)斗機(jī)的各種發(fā)動(dòng)機(jī)。1951年至1952年，用3架圖-4分別試驗(yàn)用于圖-16、M-4、米格-19、雅克-25、米格-21、雅克-28、雅克-30、蘇-7、蘇-9、別-10、米格-105試驗(yàn)機(jī)等飛機(jī)的各種發(fā)動(dòng)機(jī)。1953年至1957年，用伊爾-28、圖-12、圖-14試驗(yàn)用于截?fù)魴C(jī)在高空加速的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。1956年至1990年，發(fā)動(dòng)機(jī)飛行臺(tái)為圖-16轟炸機(jī)，共9架之多，試驗(yàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)有30多型。1975年至1990年，采用1架圖-95和2架圖-142，試驗(yàn)功率更大的渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)。1987年至1996年，用1架圖-134A試驗(yàn)戰(zhàn)略巡航導(dǎo)彈的小型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)。1991年至1997年，用1架雅克-42E試驗(yàn)D-236T后置發(fā)動(dòng)機(jī)布局的槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)。上世紀(jì)90年代，俄羅斯飛行試驗(yàn)研究院系列化建設(shè)了多型航空發(fā)動(dòng)機(jī)通用飛行臺(tái)，以滿(mǎn)足不同型號(hào)系列發(fā)動(dòng)機(jī)的試飛需求，該時(shí)期同時(shí)擁有十多架發(fā)動(dòng)機(jī)通用飛行臺(tái)。這些飛行臺(tái)承擔(dān)了大量軍用和民用發(fā)動(dòng)機(jī)的飛行試驗(yàn)，所有新設(shè)計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)一例外，包括有人駕駛和無(wú)人駕駛飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)及火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。以俄羅斯最著名的發(fā)動(dòng)機(jī)通用飛行臺(tái)伊爾-76（圖4）為例，其共有7架之多，試驗(yàn)過(guò)的發(fā)動(dòng)機(jī)有NK-86發(fā)動(dòng)機(jī)、D-18T渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)、PS-90A/P/-12渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)、D-236T對(duì)轉(zhuǎn)槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)、D-27對(duì)轉(zhuǎn)槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)、TV7-117A渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)、NK-93共軸反轉(zhuǎn)槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)、Sam146渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)、D-30kP-3渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)、Kaveri渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)等。

美國(guó)空軍試飛中心（AFFTC）也擁有Boeing 707、Boeing 727、B17、B45、B47、B50、B52（圖5）、B58、KC-135等數(shù)架航空發(fā)動(dòng)機(jī)通用飛行臺(tái)，試驗(yàn)過(guò)的發(fā)動(dòng)機(jī)包括JT3D、JT8D、JT9D、J79、J93、TF39、F404、CF6等。

圖4　俄羅斯飛行試驗(yàn)研究院的伊爾-76通用飛行臺(tái)Fig.4 IL-76 general-purpose flying test bed of Russian flight test establishment

圖5　美國(guó)空軍試飛中心的B-52通用飛行臺(tái)Fig.5 B-52 general-purpose flying test bed of American air force flight test center

3.2三大航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司的通用飛行臺(tái)

P&W公司的飛行臺(tái)，主要有MD-80、Vickers 757、2架Boeing 720（N720PW、C-FETB）、Airbus 340、2架Boeing 747SP（圖6），用于測(cè)試新型槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)、PT6等渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)、PW150渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)和中小型發(fā)動(dòng)機(jī)、PW1000G驗(yàn)證機(jī)、PW1200G/1500G/1100G新型齒輪傳動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。

圖6　P&W公司的2架Boeing 747SP通用飛行臺(tái)Fig.6 Two Boeing 747SP general-purpose flying test bed of P&W

GE公司早期的發(fā)動(dòng)機(jī)空中試車(chē)都在Edwards空軍基地進(jìn)行，曾用過(guò)的飛行臺(tái)有Saberliner 75A/ 80、Grumman G1、Boeing 707、Airbus A300、Boeing 727、MD-80、Lear24等。1994年開(kāi)始，GE公司將1架Boeing 747-100飛機(jī)改裝為發(fā)動(dòng)機(jī)通用飛行臺(tái)，對(duì)CF34-8C1、CFM56-7、GE90-115B、GP7200、GEnx等發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行試飛。隨著試驗(yàn)型號(hào)的增多，近期GE公司又建設(shè)了1架Boeing 747通用飛行臺(tái)（圖7）。

圖7　GE公司的新Boeing 747通用飛行臺(tái)Fig.7 The new Boeing 747 general-purpose flying test bed of GE

R-R公司的發(fā)動(dòng)機(jī)通用飛行臺(tái)，主要有Vulcan、VC-10、Boeing 747、Airbus 340、Airbus 380（圖8），被試發(fā)動(dòng)機(jī)主要有Olympus、RB199、Trent 800、Trent 900、Trent 1000、Trent XWB等。

圖8　R-R公司的Airbus 380通用飛行臺(tái)Fig.8 Airbus 380 general-purpose flying test bed of R-R

三大航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司的主要民用大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，大多數(shù)在飛行臺(tái)上進(jìn)行了研制試飛、預(yù)取證和適航取證試飛［6］，如表1所示。試驗(yàn)內(nèi)容包括：發(fā)動(dòng)機(jī)電氣和電子控制系統(tǒng)、喘振和失速特性、引氣系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)、工作試驗(yàn)、自然結(jié)冰等條款的驗(yàn)證。

3.3國(guó)外對(duì)飛行臺(tái)的使用經(jīng)驗(yàn)

GE公司總結(jié)的飛行臺(tái)重點(diǎn)試飛科目包括［7］：性能錄取、加減速試驗(yàn)、空中起動(dòng)試驗(yàn)、發(fā)動(dòng)機(jī)滑油系統(tǒng)及部件冷卻試飛、進(jìn)氣道-發(fā)動(dòng)機(jī)相容性試飛等，如表2所示。

以CF34-10在飛行臺(tái)上的研制試飛為例，大量試飛科目集中于空中起動(dòng)和瞬態(tài)特性（圖9），實(shí)質(zhì)為進(jìn)行FADEC調(diào)參和控制規(guī)律優(yōu)化。GE公司總結(jié)到［8］：FADEC系統(tǒng)的研制試驗(yàn)，是GE公司飛行試驗(yàn)臺(tái)最重要的能力之一。飛行試驗(yàn)臺(tái)具有在真實(shí)飛行條件下調(diào)參來(lái)優(yōu)化控制規(guī)律的功能，控制規(guī)律能被優(yōu)化為在無(wú)憂(yōu)操縱下獲得發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳性能?？罩衅饎?dòng)試驗(yàn)有一定的難度和風(fēng)險(xiǎn)，飛行試驗(yàn)臺(tái)具有飛行條件下優(yōu)化燃油控制律、引氣控制律及可變幾何控制律的能力，能夠保證在較少幾個(gè)架次試驗(yàn)內(nèi)就完成空中起動(dòng)控制規(guī)律的調(diào)整和優(yōu)化。第一次空中起動(dòng)試驗(yàn)往往并不成功，后續(xù)的空中起動(dòng)試驗(yàn)在燃油流量由工程人員實(shí)時(shí)調(diào)整和優(yōu)化的情況下進(jìn)行。歷史飛行數(shù)據(jù)有助于控制律的調(diào)整和優(yōu)化，也能使空起試驗(yàn)在下一架次中成功實(shí)施。

GE公司對(duì)Boeing 747-100飛行臺(tái)的使用經(jīng)驗(yàn)總結(jié)為：飛行臺(tái)具有很強(qiáng)的試驗(yàn)?zāi)芰Γ梢栽诤艽蠓秶娘w行包線(xiàn)內(nèi)完成多型航空發(fā)動(dòng)機(jī)的飛行試驗(yàn)通過(guò)飛行臺(tái)試飛，使發(fā)動(dòng)機(jī)能及時(shí)暴露問(wèn)題并采取有效措施，降低研制風(fēng)險(xiǎn)，提升技術(shù)成熟度，有助于飛機(jī)的適航取證，對(duì)新型商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制和發(fā)展具有很大的價(jià)值。

表1　三大航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司典型民用發(fā)動(dòng)機(jī)的飛行臺(tái)使用情況Table 1 Typical civilian aero-engine tested on the general-purpose flying test bed of three companies

圖9　CF34-10發(fā)動(dòng)機(jī)的飛行臺(tái)研制試飛科目Fig.9 Flight test items on the flying test bed of CF34-10

4　重視航空發(fā)動(dòng)機(jī)飛行臺(tái)建設(shè)，支撐型號(hào)發(fā)展和自主創(chuàng)新

4.1對(duì)我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)飛行臺(tái)定位的思考

（1）飛行臺(tái)是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制試驗(yàn)手段之一，與高空臺(tái)相互補(bǔ)充。

如前文所述，飛行臺(tái)具有真實(shí)飛行試驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)，特別是在發(fā)動(dòng)機(jī)瞬態(tài)、過(guò)渡過(guò)程，諸如風(fēng)車(chē)轉(zhuǎn)速等發(fā)動(dòng)機(jī)極端工作狀態(tài)確定方面；缺點(diǎn)在于高度-速度包線(xiàn)范圍不夠?qū)拸V，相對(duì)試驗(yàn)成本較高且有一定的安全風(fēng)險(xiǎn)［9］。因此，飛行臺(tái)應(yīng)作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制試驗(yàn)手段之一，與高空臺(tái)相互補(bǔ)充、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、相互驗(yàn)證［10-12］。

表2　GE公司總結(jié)的飛行臺(tái)重點(diǎn)試飛科目Table 2 Major flight test items summarized by GE

（2）飛行臺(tái)試飛是研制規(guī)律科學(xué)化的具體體現(xiàn)。

對(duì)于民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)而言，發(fā)動(dòng)機(jī)的適航取證分兩步走。對(duì)于軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)而言，雖未在法律和標(biāo)準(zhǔn)層面進(jìn)行兩步走的規(guī)定，但在GJB 241A-2010中已體現(xiàn)出類(lèi)似思想?？蛇@樣認(rèn)為：在飛行臺(tái)上進(jìn)行GJB 241A-2010規(guī)定的高空試驗(yàn)，相當(dāng)于取CCAR33部的型號(hào)合格證；在原型機(jī)上進(jìn)行GJB 243A-2004［13］規(guī)定的飛行試驗(yàn)，相當(dāng)于發(fā)動(dòng)機(jī)隨飛機(jī)取CCAR25部的適航合格證。

（3）飛行臺(tái)試飛解決的是關(guān)鍵問(wèn)題而非所有問(wèn)題。

由JSSG-2007B和GJB 241A-2010規(guī)定的飛行臺(tái)試驗(yàn)內(nèi)容可看出，飛行臺(tái)試飛解決的是關(guān)鍵問(wèn)題而非所有問(wèn)題，不可能完全覆蓋發(fā)動(dòng)機(jī)的包線(xiàn)，其重點(diǎn)是起動(dòng)邊界的驗(yàn)證和起動(dòng)供油的調(diào)整、控制規(guī)律的優(yōu)化和完善、關(guān)鍵系統(tǒng)可靠性的確認(rèn)等關(guān)鍵問(wèn)題，通過(guò)飛行臺(tái)試飛完善研制手段，為設(shè)計(jì)服務(wù)。

4.2我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)飛行臺(tái)的歷史發(fā)展

我國(guó)先后建設(shè)了兩代航空發(fā)動(dòng)機(jī)通用飛行臺(tái)。1965年，當(dāng)時(shí)我國(guó)自行研制的某發(fā)動(dòng)機(jī)已進(jìn)入地面試驗(yàn)階段，另一型渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)也在擬定發(fā)展中。為完成發(fā)動(dòng)機(jī)飛行前規(guī)定試驗(yàn)，原航空工業(yè)部決定將某飛機(jī)改裝成飛行臺(tái)，即086號(hào)通用飛行臺(tái)（圖10，現(xiàn)已退役），并在炸彈艙內(nèi)加裝了可收放式發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)吊艙及機(jī)載數(shù)據(jù)采集記錄系統(tǒng)等。該通用飛行臺(tái)建設(shè)時(shí)充分考慮了通用性和安全性，先后對(duì)多種型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行過(guò)飛行試驗(yàn)，試驗(yàn)項(xiàng)目有發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)車(chē)特性試驗(yàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)空中起動(dòng)試驗(yàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)加減速試驗(yàn)，加力燃燒室接通、切斷和工作穩(wěn)定性試驗(yàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)防喘系統(tǒng)試驗(yàn)，以及導(dǎo)彈噴流模擬試驗(yàn)等，為我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制和改進(jìn)、為新型飛機(jī)的安全飛行和定型、為航天和能源事業(yè)的發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)。

圖10　086號(hào)飛行臺(tái)Fig.10 No.086 general-purpose flying test bed

我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)飛行臺(tái)建設(shè)的成功，與我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)事業(yè)奠基人之一的吳大觀(guān)同志的大力支持密不可分?；趯?duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制的深刻理解，吳老生前曾多次呼吁：“一定要把中國(guó)新的發(fā)動(dòng)機(jī)空中試車(chē)臺(tái)搞上去”。在他的直接支持下，我國(guó)第二代通用飛行臺(tái)研制納入了國(guó)家“八五”規(guī)劃。中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院經(jīng)歷多方論證，最終選擇某型運(yùn)輸機(jī)作為我國(guó)新一代通用發(fā)動(dòng)機(jī)飛行臺(tái)。該型運(yùn)輸機(jī)有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）更大的機(jī)體空間。意味著可以容納更多的測(cè)試設(shè)備，不僅可以提供更多的相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)，而且最大程度地減少了飛行架次，降低了試飛成本。

（2）更大的最大起飛質(zhì)量。意味著測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)飛行臺(tái)本身的推力軸線(xiàn)影響很小，更大程度地保證飛機(jī)的操縱性和穩(wěn)定性不受測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)的影響；可以測(cè)試推力更大的發(fā)動(dòng)機(jī)。

（3）更加安全的測(cè)試環(huán)境。該型運(yùn)輸機(jī)飛行臺(tái)自身的飛行并不依靠被測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，這意味著即使被測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)本身發(fā)生故障也不會(huì)危害到測(cè)試平臺(tái)的安全，這無(wú)疑比需要被試發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力的飛行臺(tái)更安全。

該飛行臺(tái)能夠進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載模擬-液壓加載、電加載和引氣條件下的各種常規(guī)試驗(yàn)項(xiàng)目，以及一些特種試驗(yàn)項(xiàng)目，如加裝熱擾動(dòng)和進(jìn)口流場(chǎng)畸變模擬系統(tǒng)等，可完成發(fā)動(dòng)機(jī)吞煙試驗(yàn)、進(jìn)氣道/發(fā)動(dòng)機(jī)/尾噴管匹配試驗(yàn)等。目前，該飛行臺(tái)已對(duì)多型發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了空中試飛，在我國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)研制工作中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。

4.3我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)飛行臺(tái)的發(fā)展建議

我國(guó)已成功實(shí)現(xiàn)二代機(jī)向三代機(jī)的跨越，正在努力實(shí)現(xiàn)從航空大國(guó)向航空強(qiáng)國(guó)的轉(zhuǎn)型。鑒于國(guó)外航空強(qiáng)國(guó)對(duì)動(dòng)力技術(shù)的封鎖日益加劇，使得我國(guó)無(wú)師可從、無(wú)本可鑒，要擺脫困窘就必須自力更生、立足自主創(chuàng)新。要完成動(dòng)力裝置研制的自主創(chuàng)新，從根本上講必須對(duì)試驗(yàn)手段進(jìn)行完善。

飛行臺(tái)作為發(fā)動(dòng)機(jī)研制的重要試驗(yàn)手段，在發(fā)動(dòng)機(jī)研制中發(fā)揮著不可替代的作用，必須進(jìn)行完善。盡早開(kāi)展飛行試驗(yàn)，驗(yàn)證其在裝機(jī)條件及真實(shí)飛行環(huán)境下的工作穩(wěn)定性和可靠性，暴露設(shè)計(jì)研制過(guò)程中存在的問(wèn)題和不足，以便進(jìn)一步修改完善設(shè)計(jì)及制造，為發(fā)動(dòng)機(jī)研制積累試驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而加快發(fā)動(dòng)機(jī)的研制進(jìn)度。歷史經(jīng)驗(yàn)表明，發(fā)動(dòng)機(jī)不進(jìn)行飛行臺(tái)科研試飛，在后續(xù)飛行使用中都會(huì)出現(xiàn)大量問(wèn)題，或影響后續(xù)使用，或拖延研制進(jìn)度并導(dǎo)致研制經(jīng)費(fèi)增加。

縱貫我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展型譜，發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)已初步呈現(xiàn)系列化發(fā)展的態(tài)勢(shì)，發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)眾多、研制周期交叉重疊、時(shí)間節(jié)點(diǎn)無(wú)法同時(shí)兼顧。目前僅有一架通用飛行臺(tái)且其本身任務(wù)飽滿(mǎn)，顯然不能滿(mǎn)足后續(xù)型號(hào)發(fā)展的需求，系列化發(fā)展的發(fā)動(dòng)機(jī)必須要有系列化的通用飛行臺(tái)支持。按照后續(xù)型號(hào)的種類(lèi)和時(shí)間節(jié)點(diǎn)需求，應(yīng)建設(shè)系列化的通用飛行臺(tái)并至少保證3架同時(shí)在役，從而滿(mǎn)足軍用、民用，大型、中小型，渦扇、渦槳等不同類(lèi)型系列化發(fā)展的發(fā)動(dòng)機(jī)的試飛需求。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)通用飛行臺(tái)建設(shè)，主要包括載機(jī)本體改裝、試驗(yàn)任務(wù)系統(tǒng)研制及配套廠(chǎng)房建設(shè)三大項(xiàng)、八方面內(nèi)容（圖11）：

圖11　通用飛行臺(tái)建設(shè)的主要內(nèi)容Fig.11 Major items of constructing a general-purpose flying test bed

（1）載機(jī)本體改裝，如機(jī)翼加強(qiáng)，機(jī)體結(jié)構(gòu)改裝或加強(qiáng)等；

（2）被試發(fā)動(dòng)機(jī)短艙及試驗(yàn)掛架研制；

（3）試驗(yàn)任務(wù)系統(tǒng)研制，包括供電、電氣、被試發(fā)動(dòng)機(jī)操縱、燃油、起動(dòng)、補(bǔ)氧等保障被試發(fā)動(dòng)機(jī)工作的相關(guān)系統(tǒng)；

（4）試驗(yàn)加載系統(tǒng)研制，包括用于檢查飛機(jī)液壓、引氣及電氣負(fù)載對(duì)被試發(fā)動(dòng)機(jī)工作穩(wěn)定性和性能特性影響的液壓、引氣及電負(fù)載系統(tǒng)；

（5）測(cè)試及監(jiān)控系統(tǒng)研制，包括機(jī)載數(shù)據(jù)采集、記錄、遙測(cè)發(fā)射、處理及實(shí)時(shí)顯示監(jiān)控等系統(tǒng)；

（6）設(shè)置試驗(yàn)技術(shù)艙，以安裝被試發(fā)動(dòng)機(jī)操縱和監(jiān)控系統(tǒng)、測(cè)試系統(tǒng)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、專(zhuān)用試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)備及裝置，并保證各系統(tǒng)相關(guān)人員必須的工作條件；

（7）試驗(yàn)人員生命保障系統(tǒng)研制，包括試驗(yàn)人員供氧系統(tǒng)，試驗(yàn)技術(shù)艙防/滅火系統(tǒng)、逃生及救生系統(tǒng)等；

（8）配套廠(chǎng)房建設(shè)。

可見(jiàn)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)飛行臺(tái)的建設(shè)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，涉及飛機(jī)平臺(tái)及試驗(yàn)系統(tǒng)等諸多系統(tǒng)，需對(duì)飛機(jī)平臺(tái)進(jìn)行大規(guī)模改裝，投入巨大、時(shí)間周期長(zhǎng)，其建設(shè)必須是一種國(guó)家或行業(yè)行為。

5　結(jié)束語(yǔ)

（1）國(guó)內(nèi)外軍民用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定及大量事實(shí)和經(jīng)驗(yàn)證明，飛行臺(tái)與高空臺(tái)一樣，也是航空發(fā)動(dòng)機(jī)高空試驗(yàn)的必要手段。

（2）航空發(fā)達(dá)國(guó)家一貫重視航空發(fā)動(dòng)機(jī)飛行臺(tái)的系列化建設(shè)，飛行臺(tái)試飛能盡早暴露設(shè)計(jì)研制過(guò)程中存在的問(wèn)題和不足，以便進(jìn)一步修改完善設(shè)計(jì)及制造，并為發(fā)動(dòng)機(jī)研制積累試驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而可加快研制進(jìn)度。

（3）隨著我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)走上自主創(chuàng)新的道路，必須對(duì)試驗(yàn)手段進(jìn)行完善。根據(jù)后續(xù)系列化發(fā)展的航空發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)，應(yīng)建設(shè)滿(mǎn)足不同類(lèi)型發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)需求的飛行臺(tái)系列。航空發(fā)動(dòng)機(jī)飛行臺(tái)建設(shè)是一項(xiàng)龐大的系統(tǒng)工程，需要國(guó)家和行業(yè)的巨大投入及盡早規(guī)劃。

［1］JSSG-2007，Joint service specification guide engines，aircraft，turbine［S］.

［2］GJB 241A-2010，航空渦輪噴氣和渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)通用規(guī)范［S］.

［3］吳大觀(guān).航空發(fā)動(dòng)機(jī)高空臺(tái)和飛行臺(tái)在我國(guó)的應(yīng)用前景［J］.燃?xì)鉁u輪試驗(yàn)與研究，1995，7（2）：1—6.

［4］CCAR25-R3-2001，運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［5］CCAR33-R1-2002，航空發(fā)動(dòng)機(jī)適航規(guī)定［S］.

［6］謝迎紫，劉紅霞，梁春華.商用飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)飛行試驗(yàn)臺(tái)的發(fā)展［J］.國(guó)際航空，2010，（8）：75—77.

［7］Propulsion flight testing［R］.Aerospace Engineering，2000，12：31—34.

［8］Borg D，Krejmas A.Propulsion flight testing on General Electric's B747 flying test bed［R］.SAE TP 2000-01-5523，2000.

［9］李振西，王平治.航空發(fā)動(dòng)機(jī)飛行試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)［J］.飛行試驗(yàn)，1995，7（1）：15—20.

［10］田金虎，楊俐駿，嵇琛.大型運(yùn)輸機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)高空試驗(yàn)方法比較［J］.燃?xì)鉁u輪試驗(yàn)與研究，2008，21（1）：10—17.

［11］劉大響.航空發(fā)動(dòng)機(jī)定型試驗(yàn)中的高空模擬試驗(yàn)［J］.燃?xì)鉁u輪試驗(yàn)與研究，1989，2（4）：1—10.

［12］杜鶴齡.高空臺(tái)在新機(jī)研制中的地位及國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀［J］.燃?xì)鉁u輪試驗(yàn)與研究，1989，2（4）：1—10.

［13］GJB 243A-2004，航空燃?xì)鉁u輪動(dòng)力裝置飛行試驗(yàn)要求［S］.

Significance of establishing aero-engine flying test bed for type development

WANG Xiao-feng，JIANG Jian，QU Ji-yun
（Chinese Flight Test Establishment，Xi'an 710089，China）

By explaining aero-engine altitude test definitions in domestic and foreign military standards and civil airworthiness certification codes，the status of flying test bed was indicated.The supporting role of flying test bed was illustrated by summarizing operation experience and evolution of foreign aero-engine flying test beds.In addition，the level and function of domestic aero-engine flying test bed were pointed out. Based on the future type developing program，advices were given to the establishment of domestic aero-engine flying test bed.Standards and operation experiences all indicate that flying test bed is indispensable in aero-engine altitude tests.Aviation developed countries paid much attention to aero-engine flying test bed. Importance should be attached to the development of domestic aero-engine flying test bed.

aero-engine；altitude test；flying test bed；altitude simulation test facility；test method

V271.37

A

1672-2620（2015）06-0001-08

2015-07-07；

2015-12-14

王小峰（1965-），男，陜西西安人，研究員，通用飛行臺(tái)總師、通用飛行臺(tái)系列化建設(shè)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，研究方向?yàn)橥ㄓ蔑w行臺(tái)建設(shè)及試飛技術(shù)。