魔术飞机演绎现代飞航技术.docVIP

飞机的诞生是二十世纪最重大的发明之一，人类自古以来就梦想着能像鸟一样在太空中飞翔。2000多年前中国人发明的风筝，虽然不能把人带上太空,但它确实可以称为飞机的鼻祖。本世纪初美国有一对莱特兄弟他们在世界的飞机发展史上做出了重大的贡献，在当时大多数人认为飞机依靠自身动力的飞行完全不可能，而莱特兄弟确不相信这种结论，从1900年至1902年他们兄弟进行1000多次滑翔试飞。终于在1903年制造出了第一架依靠自身动力进行载人飞行的飞机“飞行者”1号，并且获得试飞成功。莱特兄弟于1909年获得美国国会荣誉奖，创办了“莱特飞机公司”，这是人类在飞机发展的历史上取得的巨大成功。1903年12月17日莱特兄弟驾驶他们制造的飞行器员进行首次持续的、有动力的、可操纵的飞行。1910年12月10日，在法国巴黎展览会上,有一架飞机在表演时坠毁，驾驶员被抛出燃烧的机舱。这架飞机却引起人们很大关注，因为它使用的一台新型发动机，设计者就是飞机驾驶员本人，他是罗马尼亚人,名叫亨利科安达，毕业于法国高等技术学校，他设计的发动机是用一台50马力的发动机使风扇向后推动空气，同时增设一个加力燃烧室，使燃气在尾喷管中充分膨胀，以此来增大反推力，这就是最早的喷气发动机。本世纪30年代后期，活塞驱动的螺旋桨飞机的最大平飞时速已达到700公里，俯冲时已接近音速。音障的问题日益突出，前苏、英、美、德、意等国大力开展了喷气发动机的研究工作，德国设计师奥安在新型发动机研制上最早取得成功。1934年奥安获得离心型涡轮喷气发动机专利，1939年8月27日奥安使用他的发动机制成He178喷气式飞机。1947年10月14日在美国加利福尼亚州的桑格菲尔地区，贝尔公司试飞能冲破音障的飞机。喷气发动机研制出之后，科学家们就进一步让飞机进行突破音障的飞行，经过10多年之后这项工作终于被美国人完成了。上午10时一架巨大的B29轰炸机，在机舱下悬挂着一驾造型奇特的小飞机起飞了，这架小飞机命名为X1火箭飞机，X1飞机装有4台火箭发动机，总推力2700公斤，使用的燃料是危险的液氢和酒精。当B29轰炸机把它从空中放下的时候，它的4台火箭发动机相继点火，声如雷鸣，当飞机发动机启动1分28秒后，马赫数达到10，飞机达到了音速，这时X1飞机的燃料几乎用尽，速度变得更快，达到马赫数106，这时的高度是13000米，尽管试飞成功，但由于X1飞机不是靠自身的动力起飞升空，这个纪录没有被承认。 飞机的发明使人们在普遍受益的情况下又产生了新的不满足，飞机起飞需要滑跑，需要修建相应的跑道和机场，这就带来了诸多不便，于是有人开始探索可以进行垂直起落的飞行器，通称直升机。1939年9月14日世界上第一架实用型直升机诞生，它是美国工程师西科斯基研制成功的VS300直升机，西科斯基原籍俄国，1930年移居美国，他制造的VS300直升机，有1副主旋翼和3副尾桨，后来经过多次试飞，将3副尾桨变成1副，这架实用型直升机从而成为现代直升机的鼻祖。VS300直升机诞生之后影响巨大，尤其是从本世纪50年代开始，直升机的制造技术发展迅猛。50年代中期以前，直升机的动力装置处在活塞式发动机时期，此后就进入了喷气涡轮轴时期。旋翼材料结构技术也经历了几个阶段；40年代至50年代为金属木翼混合结构，50年代中期至60年代中期为金属结构，60年代中期至70年代中期为玻璃纤维结构，70年代中期以后发展成为新型复合材料结构。 第二次世界大战结束初期美国开始把大量的运输机改装成为客机，本世纪20年代飞机开始载运乘客。60年代以来，世界上出现了一些大型运输机和超音速运输机，逐渐推广使用涡轮风扇发动机。前苏联生产的安22、伊尔76；美国生产的C141、C5A、波音747；法国的空中客车等。超音速运输机有英法联合研制的“协和”式和原苏联的图144。超音速客机的发展并不乐观，“协和”式飞机售价过高，影响效益，已于80年代停止生产。图144也因为同样的原因也在80年代停航。 世界上第一次环球旅行是16世纪完成的。当时，葡萄牙人麦哲伦率领一支船队从西班牙出发，足足用了3年时间才穿越大西洋、太平洋，环绕地球一周回到西班牙。信息时代的今天，飞机日益成为现代文明不可缺少的运载工具，它深刻的改变和影响着人们的生活。人类环球旅行的时间大大缩短了， 19世纪末，一个法国人乘火车环球旅行一周，也花费了43天的时间，飞机发明以后，人们在1949年又进行了一次环球旅行，一架B50型轰炸机，经过4次漂亮的空中加油，仅仅用了94个小时，便绕地球一周，飞行 37700公里。强中更有强中手，超音速飞机问世以后，人们飞得更高更快。1979年，英国人普斯贝特只用14个小时零6分钟就飞行36900公里，环绕地球一周。在不到一天的时间里，就可以飞到地球的各个角落，这对于生活在20世纪以前的人类来说是一个奇迹。早在本世纪20年代，航空运输就开设了定期航班，运送旅客和邮件。错综复杂的空中航线把世界各国连接起来，为人们提供了既方便又迅速的客运。险峻的高山、一望无际的大洋再不会让人望而生畏。一只只银燕把不同地区的不同种族,不同肤色的人们紧密地联系起来，通过不断地交流，人们播种友谊，传达信息，达到相互沟通，相互理解和相互促进，共同推进人类的文明。新时代集团董事长胡祝朋说：如今，空中航线更是四通八达，人们随时都会看见银色的飞机，如同一只大鸟在蔚蓝的天空中一掠而过。对于现代人来说早晨还在北京，下午已毫无倦意地出现在千里之外的另一座城市，这已经是十分平常的事了，而在20世纪以前则是不可思议的。飞机的发明也使航空运输业得到了空前发展，许多为工业发展所需的种种原料拥有了新的来源和渠道，大大减轻了人们对当地自然资源的依赖程度，特别是超音速飞机诞生以后，空中运输更加兴旺。那些不宜长时间运输的牲畜和难以长期保存的美味食品，也可以乘坐飞机而跨越五湖四海，给世界各地的人们共赏共享。当年连贵妃娘娘都不易品尝的岭南荔枝，如今也出现在寻常百姓的家中了。正是因为有了朝发夕至的现代化飞行设备，集世界名优特色时令蔬果、渔业、禽畜、食品、海鲜于一体的海果汇应运而生。在人类向地球深处进军时，飞机也被广泛应用于地质勘探，人们使用装备了照相机或者一种称为肖兰系统的电子设备的飞机，可以迅速而准确地对广大地区，包括险峻而难以到达的地方进行测绘，把空中拍摄的照片一张张拼接起来，就可以绘制极好的地形图。这比古老的测绘方式要简便易行得多，就连冰天雪地、人迹罕至，一度只是探险人员涉足的北极和南极，现在乘坐飞机也可以毫不困难地到达。 战争利器，飞机在现代战争中的作用更为惊人，不仅可以用于侦察、轰炸，而且在预警、反潜、扫雷等方面也极为出色。在20世纪90年代初爆发的海湾战争中，飞机的巨大威力有目共睹。飞机在军事上的应用给人类也带来了惨重灾维，对人类文明产生了毁灭性破坏， 和平利用飞机才是人类发明飞机的初衷。要知道，飞机设计中通常会遇到许多相互矛盾的因素，一型设计性能优良的飞机就是各种设计矛盾因素的最佳折衷，并取得良好的综合平衡。任何超出飞机原设计状态的改变，都称为设计更改。试验机改装的性质决定了必须要对飞机原设计状态进行改变，涉及在试验机上加装机载测试设备、被试设备，以及按照任务需求对试验机的结构、气动外形，以及飞控、发动机、航电、武器、环控、起落架等重要系统进行改装。任何一次改装，哪怕是局部的改装，都会对飞机的重量、平衡、结构强度、电磁环境等产生影响，这就要求在试验机改装设计时，既要满足试飞科目的需要，又要兼顾对原机状态进行更改后，对飞机性能特别是飞行安全的影响。飞机重量是飞机最重要的技术属性，飞机在改装过程中，一般总是要增加空机重量，主要包括任务系统的设备重量、安装处结构的补强重量、任务支持系统的重量等。飞机改装要求在飞机的设计重量限制和重心控制范围内进行的，如改装增重超过限制重量，就只能减少可用燃油、缩短航时。因此在改装过程中，从确定改装方案、结构选材、选装设备都要注意重量特性。影响飞机全局性的问题是重心位置，决定着飞机的主要稳定性和操纵性，是飞机安全性的控制指标，是和新设计的飞机相比，改装飞机调整重心的可用措施有限。飞机布局已定，机身长度、机翼、尾翼位置和参数、耗油顺序无法改变，无法采用常规的方法调整重心，必须从控制加装设备的总体布局入手，通过加装设备的布局位置来实现。在特种试验机研制中，通常涉及原机气动外形更改，如吊舱加装、大型外伸天线加装、过渡段加装、试飞机翼加装等。特别是近年来开展的大型试验机改装，气动外形变化较大，对飞机飞行性能、品质造成较大影响。试验机改装不同于新型飞机研制，没有足够的时间和经费开展风洞试验等，气动外形变化后的试验机飞行性能、品质主要通过理论计算分析得出，经过试验性飞行后开展飞行试验。给气动外形改变后的飞机使用带来一定风险。在改装气动外形设计尽量采用成熟的、已有的、经过多次试飞的构型，以降低使用风险；对于气动外形变化较大的改装构型进行必要的风洞试验，经过气动计算、试验性飞行试验等保证试飞安全。伴随着中航工业的发展，试飞中心的试验机改装也完成了从无到有、由弱到强的蜕变。试验机设计改装是飞行试验的重要支撑，飞行试验的发展促进了试验机改装技术和能力的提升。从手工完成第一架飞机试验改装，到完成大量型号测试改装、多项大型试验机平台改装以及新型专用试验设备研制与改装，特别是大型专用试验机的研究与改装，试飞中心突破了多项关键设计改装技术，使改装真正从测试改装走上了试验机研制之路，改装技术和能力得到了跨越式发展。我国第一架专用试验机改装是从20世纪60年代起步的，试飞中心从1966年4月到1968年8月，历经两年时间，将轰5原型机改装成轰5弹射试验机，完成了具有里程碑意义的我国第一次大型试验机改装，填补了我国航空史上座椅弹射试验机的空白；在70年代完成了第一架航空物理探矿飞机的改装；80年代完成我国首架单轴变稳飞机的改装；90年代中期，研制成功我国第二代变稳飞机K8V综合空中飞行模拟试验机。随着飞行试验技术跨越式发展，超声速红外吊舱的研制、雷达电子试验机改装、发动机空中试车台大型改装等相继完成。试验机改装关键技术突飞猛进，总体设计技术、系统设计技术、机载试验系统研制技术、各类吊舱和外挂物改装技术取得突破。外形测绘和逆向设计能力引领国内先进水平，多项机载试验系统填补了国内技术空白，达到甚至超越国际先进水平。几十年如一日，试飞中心在多系列军民机定型试飞测试改装、特种试验机研究改装、专用机载试验系统研制等实践中，积累了大量改装经验，通过技术升级已掌握了三维数字化协同设计技术、一体化改装设计技术和逆向设计技术。改装技术的积累和发展拓宽了飞机功能，支撑了军民机、直升机、发动机和机载产品研制定型，促进了我国航空技术从探索、验证到产品的研制进程，形成了不同于飞行器设计和制造技术的试验机改装技术。试验机改装与飞机研制生产同步开展，测试改装设计与飞机设计阶段同步。在飞机设计中开展试飞改装设计工作，创新发展改装技术和理念，在新型号试验机改装中已经开始的数字化一体化协同设计。与飞机设计一样，改装设计与飞机设计在同一数字化协同设计平台上同时开展，试验机测试改装设计融入主机设计中的改装布局、安装模型、电缆布局、线束图标等。一体化改装设计避免后期因结构封闭、设备干涉无法开展改装工作，优化了设计流程，缩短了改装周期和试飞周期，在技术上缩小了与发达国家的差距。演示验证试飞、研究性试飞将成为飞行试验的主要内容，飞行试验将从以往处于型号研制的末端向前端转移，新型号飞机测试改装会更加集成化、一体化，真正实现飞机设计的测试性；复合材料改装等技术将成为测试改装技术的发展方向；试验研究类飞机改装将成为未来我国试验机改装的发展趋势。未来试验机改装技术，将从单一系统走向系统综合，从简单过程走向系统工程。试验机改装技术作为飞行试验的重要支撑，在国防技术和航空工业的发展中将发挥越来越大的作用。变稳飞机也叫空中飞行模拟试验机，通过具有变稳功能的电传操纵系统，可大范围改变飞机的动态特性，从而实现模拟各种新型飞机的动态特性，被誉为“空中魔术师”。歼10飞机就是通过飞行模拟试验研究，由此创造了国际上三代机试飞一次未摔的纪录！这种飞机一般都是通过对现有飞机进行改装形成，世界上只有美、英、法、俄和中国5个国家拥有。中航工业试飞中心在20世纪90年代将K8V原型机改装而成的试验研究机。试验机改装是飞行试验的基础。飞行试验要完成试飞数据的采集和传输，就需要把机载试验设备和测试设备改装到飞机上，实现从飞机到试验机的属性转变。所谓试验机改装，就是结合试验研究机研制需要，按照总体技术要求对原型机的结构、系统、软件和状态进行更改，以安装被试系统和试验任务系统，适应飞行试验研究和演示验证需要。试验机设计改装技术就是一门为飞行试验设计试验平台的技术。试验机改装是从测试改装开始的。早期的飞机比较简单，试飞时主要凭试飞员的感觉，在机动性允许的情况下试飞员把仪表数字写在护膝板上，这是最初的“飞行测试”。随着飞机制造技术的发展，仅靠试飞员的感觉进行试飞已不能满足航空发展的需要，从在飞机上安装照相机开始，试验飞机加装测试设备便应运而生，改装和测试由此成为飞行试验不可或缺的重要一环。因为最初只是在飞机上加装测试设备，因此，试验机改装最早被称作飞机（加）改装。现代航空工业在创新中发展，在进行用于型号试飞鉴定的试验机改装的同时，用于航空科技研究和新技术演示验证的各类试验研究机改装，已成为试验机改装的重要组成部分。试验机改装要求有较高的飞机设计、生产、系统研制、试验等技术能力，特别强调具备综合工程能力。试验机改装工作对象主要包括型号试验机、机载试验系统、试验研究机三类。型号试验机测试改装是最基本的改装技术，是试验机改装的立足之本。在试飞鉴定中，按照试飞科目需要，对型号试验机进行必要的测试改装，使试验机具备在试飞中采集所需试飞数据，保证飞机结构、系统安全。测试改装包括在试验机上改装各种测试系统、飞机系统等，其基本要求是保证不影响试验机原机系统的正常功能，测试系统能够准确采集所要求