观点

走近你所不知道的航空飞行仿真

第一代变稳飞机。

第二代变稳飞机。

第三代战机地面飞行模拟器。

飞行仿真被称为航空“技术之花”,是国家航空工业必须发展的核心技术之一。飞行仿真,顾名思义,是利用模型复现实际飞行器系统,并通过模型实验来对已经存在或还在设计中的飞行器系统进行研究的一门综合性技术,已成为高科技产品在论证、设计、制造、验证和使用等全生命周期各个阶段中不可缺少的技术手段。中国飞行试验研究院(航空工业试飞中心)的飞行仿真专业有着深厚的历史积淀和绝对的领先技术,在航空工业半个多世纪的发展中持续绽放。

从1959年试飞院建院之初,飞行仿真专业的发展就被提上日程。一路走过半个多世纪的风雨变迁,飞行仿真专业在三代航空试飞人的创新拼搏下,将无数的不可能变为可能。在这里开创了我国多个航空技术发展的历史之最,填补了多项飞行试验技术空白,航空飞行仿真试飞技术的历史被不断刷新、创造。

研制两代空中变稳试验机

你或许会觉得神奇,一架新机尚未被制造出来,就可以用另外一架飞机在实际飞行中体验其动态特性?能实现这一功能的神奇的飞机就是号称“空中飞行实验室”的变稳飞机。作为我国唯一的飞行试验验证机构,赶超世界先进空中飞行仿真模拟技术一直是试飞工程师们的执着。

第一架变稳飞机BW-1是改装自歼教6的纵向变稳飞机。早在1963年第一代试飞专家就提出要研发我国自主的空中变稳试验机,并开展了一系列预先研究。直到1980年国家正式立项研制,以试飞院为主,周自全(航空工业资深首席专家)担任课题主管工程师。经过十年奋战,在突破国外的重重技术封锁后,1989年9月试验机正式完成验收试飞投入使用。它填补了我国空中模拟技术的空白,该项目荣获1991年国家科技进步成果一等奖。从歼7、强5飞机起,该机不断为我国各主要新机试飞提供了支持,累计已完成几万飞行小时的飞行模拟实验任务,同时也锻炼出一批批敢打敢拼的试飞员队伍和试飞工程师队伍。1996年正式退役。

第二架变稳飞机IFSTA是由K8作为原型机研制而成的三轴变稳飞机。在一系列新技术的支撑下,周自全带领着试飞工程师们,于1997年成功完成飞机改装和一系列地面试验,并于当年6月进行了首次飞行试验。该机作为我国唯一具有三自由度全时、全权、数字式变稳控制系统的飞机,其专业技术目前国际上只有美、俄、德等少数航空技术发达的国家才拥有,并于2001年获国家科技进步二等奖。该机为我国新型飞机的试飞验证、飞行仿真技术研究和培训高水平的新机试飞员做出了重大贡献,还在继续为我国航空试飞事业快速发展贡献力量。

而今,试飞院试飞工程师又在致力于新一代变稳技术研究和变稳试验机研制等工作。

突破多型地面飞行模拟技术

早在20世纪50年代末我国就开展了地面飞行模拟技术研究,试飞院于20世纪60年代初建成了SB-6模拟器及航空发动机试车台等一批先进的试验研究设施,引领了国内飞行仿真和航空发动机试飞等技术领域的发展,至今已完成了近20台地面模拟器的研发工作。凭借这些飞行模拟设施,试飞院开展了航空理论和技术研究,对我国新机研制及试飞员培训起了重要作用。

1962~1965年,试飞院自主筹建了SB-6飞行操纵模拟器,并在其上实现了国内首次“人在回路”飞行模拟试验,是国内“人在回路”飞行模拟试验发展的鼻祖。

1985~1995年,试飞院研发并建成SB100地面模拟器,又称为空战模拟器,并在其上完成了我国首个空中加油模拟实验、首例空战模拟实验等,1992年该模拟器技术获得国家部级科技成果二等奖。

1997年,为满足我国第三代战机的试飞要求,试飞院研发并建成了适配地面飞行模拟器。这也是我国首批液压六自由度虚像地面飞行模拟器。利用该模拟器试飞院全面支持第三代飞机试飞完成失速/尾旋模拟试验等多种地面仿真试验,保障了新型战机的顺利定型,为试飞院型号技术的快速发展奠定了基础。2005年该模拟器技术获得原航空工业第一集团公司科技成果二等奖。

至今,走进试飞院,摆放在仿真实验室地面模拟单元的各类地面模拟器都在为航空试飞技术发展发挥着重要作用。新型运输机模拟器除支持型号试飞员培训和风险科目试飞外,还创新性地通过遥测系统与真实飞机一起实现了空地一体化试飞,具备飞机品质特性实时在线预测、空中飞行的实时全景复现等功能;舰载机模拟器,具备全流程着舰任务的分角色协同训练能力;新型歼击机模拟器与舰载机模拟器等一起支持着我国相关领域研究与验证等工作。这些地面模拟器的研发成功既是飞行仿真技术发展的结果,也伴随着航空工业几代新机的发展历程,标志着试飞院一次次走在我国飞行仿真地面模拟技术前沿。

创建首个飞行仿真重点实验室

从航空试飞工作的角度来说,飞行仿真研究室不仅具有很强的专业性,而且兼具服务性。试飞院在飞行仿真专业技术积累上,于1998年10月28日正式成立飞行仿真航空科技重点实验室,承担起飞行仿真专业人才培养和我国飞行仿真专业技术研究的重任,现已运行近20年。

从歼7、强5飞机起,到如今的舰载机、新一代战机、系列直升机等重点型号,实验室依托型号在飞行仿真领域解决并突破了多项关键技术,还衍生出一系列地空飞行模拟应用技术,也取得了多项研究成果,不但在飞行试验与飞行仿真技术发展领域起到了引领作用,同时,也不断为我国新机试飞提供了支持与保障。

一是持续做好地、空模拟应用技术。借鉴丰富的地面模拟设备资源和技术优势,试飞院利用现有模拟器在固定翼飞机/直升机的飞行仿真建模,仿真模型试飞验证,过失速机动试飞及安全保障技术研究,民机飞控系统试飞,试飞员飞行模拟培训等方面均有显著的技术突破。同时,变稳机技术团队还积极利用变稳飞机空中试验台这一优势平台,先后进行无人机飞行试验技术研究、变稳飞机试飞员培训、新研飞机首飞控制律验证和先进控制律验证等方面的研究,实现空中飞行模拟关键技术提升。

二是创新突破飞行仿真技术研究。在服务型号试飞的基础上,试飞院利用现有资源还不断探索飞行仿真新技术研究,成效凸显。例如,在仿真模型试飞校准与验证技术方面,试飞工程师经过不断探索,突破了国外相关技术封锁,通过试飞动作规划与设计,灵敏度分析等方法,利用试飞数据实现了对气动模型的校验与预测,确保模型的准确性和可信度,提高了模拟逼真度,目前研究成果已应用于运输机模拟器。民用飞机飞控系统舵面卡阻试飞技术的研究,试飞课题团队在解决了一系列问题后,成功在国内首次提出了舵面卡阻科目故障模拟方案,建立试飞和评价方法,并成功应用于ARJ21飞机合格审定试飞中。

一切的成功源于不懈的努力和超越的决心。在一系列技术发展的支撑下,试飞院飞行仿真专业以技术发展为理念,以人才培养为目的,组建了不同的专业技术团队,近五年来,飞行仿真专业团队承担各类研究性课题98项,获得省部级以上科技成果奖励37项,申请国防专利与发明专利共68项。

博观而约取,厚积而薄发。在我国飞行仿真技术研究领域,试飞院还将以舍我其谁的磅礴气势继往开来、创新超越,让航空“技术之花”在我国航空试飞事业的征程中持续绽放。

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