飞行试验是挑战风险探寻极限的系统工程

◎本报记者 矫 阳

五一期间，随着电影《长空之王》的上映，这部反映空军试飞员的军旅题材影片引起观众对试飞的浓厚兴趣。

飞机为什么要试飞？为啥说试飞是举一国之力进行的试验？影片中展现出的多项新飞机的飞行试验（试飞）科目，如发动机吞咽试验、大迎角/尾旋、包线等又指的什么？

5月4日，科技日报记者采访了中国飞行试飞研究院（以下简称试飞院）部分试飞专家及试飞工程师。

试飞的目的，是给飞机飞行划一道道红线

“飞行试验是集科学性、工程性、风险性于一体的系统性工程，也是一项举一国之力进行的试验。”试飞院试飞专家周自全说，目前全世界只有美、俄、法、英及我国等少数航空强国拥有专业的权威试飞机构，而试飞院即是我国唯一的经国家授权的鉴定试飞机构。

为什么要试飞？

天空之大，广阔无垠。但越过这些包线限制，飞机就可能失去操纵，或者发动机停车，或者结构损坏，甚至空中解体，造成灾难性的后果。

“飞行试验的目的之一就是要验证和确定各类飞行包线，也就是给飞机飞行划一道道红线。”周自全说，试飞员和试飞工程师则是红线边界的探索者和实践者。

对边界的每一点探索，往往伴随着极大的风险。速度太慢，飞机会因升力不足而无法操纵；加速度太大，飞机结构可能发生不可逆的损坏。“每一次贴近极限甚至超越极限的探索，都在为未来战场上飞行员的生存甚至战斗的胜利积累力量。”周自全说。

吞咽试验，保证发动机吞入外物仍安全

影片中有一个场景，是发动机吞咽试验。

飞机发动机需要非常高的安全性和可靠性。然而飞机在起飞、巡航和下降过程中，发动机不可避免会吸入外来物。例如起飞和降落时会遭遇鸟群；在雨雪天气起降会吞入水和雪等，在飞行时吸入冰块等。

“通用规范和适航规定都对发动机抗外物损伤提出了明确要求。”试飞院试飞专家高扬说，当发动机吞入的外物对流路最关键部位造成损伤时，仍需按规定继续工作。

为保证发动机在吞入外物后能安全工作，必须保证发动机叶片完好无缺。“发动机吞咽试验非常重要，因为叶片一旦打碎，对飞机的安全性有极大影响。”高扬说。

吞咽试验包括吞鸟、吞冰、吞砂、吞入大气中液态水、吞油试验等，目的是让发动机也尝尝“酸甜苦辣”的滋味，看看发动机的“肚量”（包容性）和“泼辣”（抗畸变）程度如何。

“发动机吞咽试验需要在专业的试车台上进行，并且要设计专用的外物投放设备。”高扬说，如吞水试验要设计喷水装置，吞鸟、吞冰雹试验要设计专门的外物发射炮等，此外对外物还有严格的分类，如冰块大小、冰雹大小、鸟的大小等都有明确的规定。

机翼和气流夹角变大时，进行大迎角/尾旋飞行

影片中，试飞员在试飞时，有个科目是大迎角/尾旋飞行。

飞机之所以能飞，一是通过机翼产生升力，二是通过各操纵舵面产生的力矩进行飞行控制。

试飞院试飞工程师李艺海解释说，如果飞机机翼和气流的夹角小，气流就能平稳流过机翼并向下偏转，给机翼产生向上的升力；如果这个夹角变大并超过一定值，气流便会变成紊流，且无法在机翼表面平稳流动。

“当机翼和气流的夹角变大时，机翼的升力就会大幅减小甚至急剧下降，飞机将变得非常难以操纵。”李艺海说，遇到这种气流，飞行员就必须想方设法使飞行回到正常的迎角范围内。

在大迎角状态下，飞机发动机的进气也可能变得极不稳定，发动机停车的概率和风险也会急剧增加。

“当机翼和气流的迎角进一步增大时，飞机便可能会出现一种绕自身快速旋转、呈螺旋线轨迹的急剧下降状态，这就是常说的‘尾旋’。”李艺海说。

尾旋时，飞机快速旋转、高度急剧下降，同时会伴有剧烈的振荡。“由于飞机高度下降，处置时间就很有限，飞行员必须在这种急剧变化的状态下快速判定飞机的尾旋特征，并采取相应的操纵方式，使飞机回到正常的迎角范围，这对飞行员的判断力和胆量都是极大的考验。”李艺海说。