◎本報記者 葉 青

　　“落地了！”近日，當(dāng)國產(chǎn)客機ARJ21穩(wěn)穩(wěn)地降落在塔爾庫什干紅旗拉普機場跑道上時，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海拔3258米，是我國最西端的機場，也是新疆海拔最高的民用機場。國產(chǎn)客機ARJ21此次成功完成高高原機場運行試飛，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，為未來開辟更多航線奠定堅實的基礎(chǔ)。

　　實現(xiàn)三大關(guān)鍵技術(shù)突破

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

　　高高原航線運行獨具挑戰(zhàn)性。“由于高海拔影響，飛機在起降階段發(fā)動機推力會衰減40%以上，飛機的真空速度增加25%以上，飛機性能嚴重下降。加上高高原地區(qū)的機場周圍地形復(fù)雜，山脈眾多，導(dǎo)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。

　　特殊場景驗證難，地理環(huán)境構(gòu)建難，特情試飛風(fēng)險大，特情場景難復(fù)現(xiàn)，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(yù)測手段不足以及驗證場景缺失等問題，中國南方航空集團、中國商用飛機有限責(zé)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)客機高高原運營與驗證關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”項目，完成三大主要技術(shù)創(chuàng)新，開創(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、構(gòu)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(fù)雜場景預(yù)測與構(gòu)建技術(shù)。

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

　　“針對國外仿真平臺特例化、不通用的問題，模擬機專用操作系統(tǒng)基于跨機型、多幀頻、智能化開放性架構(gòu)，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(zé)人楊磊表示。

　　該模擬機充分發(fā)揮架構(gòu)優(yōu)勢，攻克了人—機—環(huán)多系統(tǒng)、多物理場耦合模型構(gòu)建技術(shù)，逼真地模擬飛機的起飛、降落等各種飛行姿態(tài)和動作，擁有高高原EBT場景訓(xùn)練等九大國內(nèi)首創(chuàng)特色功能，首創(chuàng)了根據(jù)飛訓(xùn)數(shù)據(jù)構(gòu)建訓(xùn)練場景技術(shù)。

　　提出結(jié)冰高效能保護機制

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

　　“我們‘環(huán)球追冰’，往返3萬公里，尋找最嚴酷的結(jié)冰環(huán)境。”中國商飛公司工程總師、ARJ21飛機型號總設(shè)計師陳勇說，“最初，我們的飛機是不能滿足要求的，比如迎角傳感器就出現(xiàn)過被凍結(jié)的情況。但在試驗試飛中一個個發(fā)現(xiàn)問題，一個個及時解決，使飛機的性能大幅提升了。”

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

　　實現(xiàn)高高原安全起降，也是一個嚴峻考驗。飛機在嚴重結(jié)冰狀態(tài)下著陸，所需的著陸速度大幅增加，容易導(dǎo)致重著陸等事故發(fā)生。針對飛機飛行中無法探測冰是否脫落的問題，團隊提出了一種高效能的結(jié)冰保護機制，設(shè)計出一整套動、靜態(tài)結(jié)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(guī)律。

　　該技術(shù)依托先進的冰層探測系統(tǒng)，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)驗和直覺來判斷飛機結(jié)冰的脫落情況。但這種主觀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(xiàn)將徹底改變飛行員在結(jié)冰環(huán)境下的操控方式。”陳勇介紹，在明確得知冰脫落后，飛行員可以降低進場速度。運用此項技術(shù)后，飛機平均進場速度降低17節(jié)。

　　視景系統(tǒng)真實模擬復(fù)雜環(huán)境

　　正在飛行中的大型客機，遭遇嚴重氣流劇烈顛簸，機長沉著應(yīng)對，穩(wěn)健操控飛機。然而，剛恢復(fù)平穩(wěn)飛行一會兒的飛機，又突然警報聲大作，機長再次迅速緊急處理……“太逼真了！”這是國產(chǎn)自研模擬機專用高等級視景系統(tǒng)帶給機長的真實感受。

　　基于高高原復(fù)雜地域特點，南航聯(lián)手騰訊公司，基于自研游戲引擎共同研發(fā)了模擬機專用高等級視景系統(tǒng)，通過建立地形環(huán)境的高精度程序化模型，仿真復(fù)原20多種高高原復(fù)雜地形場景，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(tǒng)故障、惡劣天氣等情景，為飛行員提供逼真的駕駛訓(xùn)練體驗。

　　“面對龐大的地形數(shù)據(jù)規(guī)模和對實時渲染性能的高要求，視景系統(tǒng)成功攻克數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)在毫秒級別內(nèi)完成加載。”騰訊互動娛樂事業(yè)群研發(fā)效能部引擎技術(shù)中心負責(zé)人吳羽介紹。目前，該系統(tǒng)建模及渲染技術(shù)已獲國內(nèi)發(fā)明專利18項，支持國內(nèi)多個高高原和高原機場，未來還將支持國內(nèi)更多機場的高精度數(shù)字模型生成。

　　該項目經(jīng)由8位院士組成的專家團隊評估，認為其“整體技術(shù)達到國際先進水平，部分國際領(lǐng)先”。近三年來，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，未來我國民航領(lǐng)域?qū)⒖砷_展針對高高原飛行的專業(yè)訓(xùn)練，確保高高原運行安全。