◎本報記者 葉 青

　　“落地了！”近日，當國產(chǎn)客機ARJ21穩穩地降落在塔爾庫什干紅旗拉普機場(chǎng)跑道上時(shí)，參與試飛人員的心里都深深松了一口氣。

　　塔爾庫什干紅旗拉普機場(chǎng)海拔3258米，是我國最西端的機場(chǎng)，也是新疆海拔最高的民用機場(chǎng)。國產(chǎn)客機ARJ21此次成功完成高高原機場(chǎng)運行試飛，充分驗證了我國高高原航空運行技術(shù)的有效性與突破性。客機運行范圍可覆蓋所有高高原機場(chǎng)，為未來(lái)開(kāi)辟更多航線(xiàn)奠定堅實(shí)的基礎。

　　實(shí)現三大關(guān)鍵技術(shù)突破

　　高高原機場(chǎng)是指海拔高度在2438米(8000英尺)及以上的機場(chǎng)。我國是擁有高高原機場(chǎng)的民航大國，其數量占全球的50%左右，全球海拔最高的6個(gè)高高原機場(chǎng)均在我國境內。

　　高高原航線(xiàn)運行獨具挑戰性。“由于高海拔影響，飛機在起降階段發(fā)動(dòng)機推力會(huì )衰減40%以上，飛機的真空速度增加25%以上，飛機性能?chē)乐叵陆怠＜由细吒咴貐^的機場(chǎng)周?chē)匦螐碗s，山脈眾多，導致飛機起降航路狹窄，對飛行員的越障和控制精度要求極高，操縱飛機的難度和壓力巨大。”中國南方航空集團副總經(jīng)理高飛介紹。

　　特殊場(chǎng)景驗證難，地理環(huán)境構建難，特情試飛風(fēng)險大，特情場(chǎng)景難復現，成了高高原運行的一道道坎。針對飛機起降能力受限、環(huán)境預測手段不足以及驗證場(chǎng)景缺失等問(wèn)題，中國南方航空集團、中國商用飛機有限責任公司、騰訊公司及中國民航飛行學(xué)院、中國民航科學(xué)技術(shù)研究院等單位共同發(fā)起“國產(chǎn)客機高高原運營(yíng)與驗證關(guān)鍵技術(shù)及應用”項目，完成三大主要技術(shù)創(chuàng )新，開(kāi)創(chuàng )了高高原運行研制的新模式。三大創(chuàng )新包括突破國產(chǎn)客機高高原起降能力難點(diǎn)、構建了高高原人—機—環(huán)綜合驗證裝備和運行技術(shù)體系、首創(chuàng )高高原復雜場(chǎng)景預測與構建技術(shù)。

　　高高原機場(chǎng)的地形復雜、氣象風(fēng)險高，機組必須經(jīng)過(guò)大量的飛行訓練以具備過(guò)硬的飛行技術(shù)能力。今年1月，由南航翔翼公司研制的A320NEO全動(dòng)飛行模擬機順利通過(guò)中國民用航空局D級鑒定，意味著(zhù)首臺高高原特殊環(huán)境和特情場(chǎng)景全動(dòng)模擬機成功面世。

　　“針對國外仿真平臺特例化、不通用的問(wèn)題，模擬機專(zhuān)用操作系統基于跨機型、多幀頻、智能化開(kāi)放性架構，使平臺的仿真精度提高了10倍。”南航翔翼公司模擬機項目負責人楊磊表示。

　　該模擬機充分發(fā)揮架構優(yōu)勢，攻克了人—機—環(huán)多系統、多物理場(chǎng)耦合模型構建技術(shù)，逼真地模擬飛機的起飛、降落等各種飛行姿態(tài)和動(dòng)作，擁有高高原EBT場(chǎng)景訓練等九大國內首創(chuàng )特色功能，首創(chuàng )了根據飛訓數據構建訓練場(chǎng)景技術(shù)。

　　提出結冰高效能保護機制

　　高高原飛行面臨著(zhù)起降、失速、結冰等挑戰。其中的飛機結冰問(wèn)題在民航業(yè)歷來(lái)受到重視。如果機體在飛行途中結冰，將造成重大安全隱患。為確保ARJ21能適應各種環(huán)境，保證飛行安全，團隊決定使用危險系數最高的冰型開(kāi)展結冰試驗。

　　“我們‘環(huán)球追冰’，往返3萬(wàn)公里，尋找最嚴酷的結冰環(huán)境。”中國商飛公司工程總師、ARJ21飛機型號總設計師陳勇說(shuō)，“最初，我們的飛機是不能滿(mǎn)足要求的，比如迎角傳感器就出現過(guò)被凍結的情況。但在試驗試飛中一個(gè)個(gè)發(fā)現問(wèn)題，一個(gè)個(gè)及時(shí)解決，使飛機的性能大幅提升了。”

　　通過(guò)仿真計算、風(fēng)洞試驗、地面和空中自然結冰狀態(tài)下的試驗試飛，團隊找到機翼翼面、發(fā)動(dòng)機唇口和風(fēng)扇結冰、冰塊脫落等規律，攻克了25項與結冰試驗驗證相關(guān)的技術(shù)難題。

　　實(shí)現高高原安全起降，也是一個(gè)嚴峻考驗。飛機在嚴重結冰狀態(tài)下著(zhù)陸，所需的著(zhù)陸速度大幅增加，容易導致重著(zhù)陸等事故發(fā)生。針對飛機飛行中無(wú)法探測冰是否脫落的問(wèn)題，團隊提出了一種高效能的結冰保護機制，設計出一整套動(dòng)、靜態(tài)結冰界面凍粘試驗方法，揭示了冰層在不同情況下的特征和變化規律。

　　該技術(shù)依托先進(jìn)的冰層探測系統，已在國產(chǎn)大型客機C919、C929成功部署，能夠準確地測量飛機表面的冰層厚度和狀態(tài)，并通過(guò)科學(xué)的算法分析，判斷冰層是否已完全脫落。

　　“以往，飛行員們只能依靠經(jīng)驗和直覺(jué)來(lái)判斷飛機結冰的脫落情況。但這種主觀(guān)性的判斷往往存在一定誤差。如今，我們的保護機制能夠以科學(xué)準確的方式告知飛行員飛機是否已徹底脫冰。該技術(shù)的出現將徹底改變飛行員在結冰環(huán)境下的操控方式。”陳勇介紹，在明確得知冰脫落后，飛行員可以降低進(jìn)場(chǎng)速度。運用此項技術(shù)后，飛機平均進(jìn)場(chǎng)速度降低17節。

　　視景系統真實(shí)模擬復雜環(huán)境

　　正在飛行中的大型客機，遭遇嚴重氣流劇烈顛簸，機長(cháng)沉著(zhù)應對，穩健操控飛機。然而，剛恢復平穩飛行一會(huì )兒的飛機，又突然警報聲大作，機長(cháng)再次迅速緊急處理……“太逼真了！”這是國產(chǎn)自研模擬機專(zhuān)用高等級視景系統帶給機長(cháng)的真實(shí)感受。

　　基于高高原復雜地域特點(diǎn)，南航聯(lián)手騰訊公司，基于自研游戲引擎共同研發(fā)了模擬機專(zhuān)用高等級視景系統，通過(guò)建立地形環(huán)境的高精度程序化模型，仿真復原20多種高高原復雜地形場(chǎng)景，在生成速度、精度方面，比國外技術(shù)提高了10倍。該技術(shù)可模擬高難度飛行、飛機系統故障、惡劣天氣等情景，為飛行員提供逼真的駕駛訓練體驗。

　　“面對龐大的地形數據規模和對實(shí)時(shí)渲染性能的高要求，視景系統成功攻克數據并行處理和流式加載的技術(shù)難題，100平方公里級別的地形數據在毫秒級別內完成加載。”騰訊互動(dòng)娛樂(lè )事業(yè)群研發(fā)效能部引擎技術(shù)中心負責人吳羽介紹。目前，該系統建模及渲染技術(shù)已獲國內發(fā)明專(zhuān)利18項，支持國內多個(gè)高高原和高原機場(chǎng)，未來(lái)還將支持國內更多機場(chǎng)的高精度數字模型生成。

　　該項目經(jīng)由8位院士組成的專(zhuān)家團隊評估，認為其“整體技術(shù)達到國際先進(jìn)水平，部分國際領(lǐng)先”。近三年來(lái)，該項目直接創(chuàng )造經(jīng)濟效益達57億元人民幣。利用該項目的相關(guān)技術(shù)與裝備，未來(lái)我國民航領(lǐng)域將可開(kāi)展針對高高原飛行的專(zhuān)業(yè)訓練，確保高高原運行安全。