“落地了！”近日，當(dāng)國(guó)產(chǎn)客機(jī)ARJ21穩(wěn)穩(wěn)地降落在塔爾庫(kù)什干紅旗拉普機(jī)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(kù)什干紅旗拉普機(jī)場(chǎng)海拔3258米，是我國(guó)最西端的機(jī)場(chǎng)，也是新疆海拔最高的民用機(jī)場(chǎng)。國(guó)產(chǎn)客機(jī)ARJ21此次成功完成高高原機(jī)場(chǎng)運(yùn)行試飛，充分驗(yàn)證了我國(guó)高高原航空運(yùn)行技術(shù)的有效性與突破性。客機(jī)運(yùn)行范圍可覆蓋所有高高原機(jī)場(chǎng)，為未來(lái)開(kāi)辟更多航線奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
實(shí)現(xiàn)三大關(guān)鍵技術(shù)突破
高高原機(jī)場(chǎng)是指海拔高度在2438米（8000英尺）及以上的機(jī)場(chǎng)。我國(guó)是擁有高高原機(jī)場(chǎng)的民航大國(guó)，其數(shù)量占全球的50%左右，全球海拔最高的6個(gè)高高原機(jī)場(chǎng)均在我國(guó)境內(nèi)。
高高原航線運(yùn)行獨(dú)具挑戰(zhàn)性。“由于高海拔影響，飛機(jī)在起降階段發(fā)動(dòng)機(jī)推力會(huì)衰減40%以上，飛機(jī)的真空速度增加25%以上，飛機(jī)性能嚴(yán)重下降。加上高高原地區(qū)的機(jī)場(chǎng)周圍地形復(fù)雜，山脈眾多，導(dǎo)致飛機(jī)起降航路狹窄，對(duì)飛行員的越障和控制精度要求極高，操縱飛機(jī)的難度和壓力巨大。”中國(guó)南方航空集團(tuán)副總經(jīng)理高飛介紹。
特殊場(chǎng)景驗(yàn)證難，地理環(huán)境構(gòu)建難，特情試飛風(fēng)險(xiǎn)大，特情場(chǎng)景難復(fù)現(xiàn)，成了高高原運(yùn)行的一道道坎。針對(duì)飛機(jī)起降能力受限、環(huán)境預(yù)測(cè)手段不足以及驗(yàn)證場(chǎng)景缺失等問(wèn)題，中國(guó)南方航空集團(tuán)、中國(guó)商用飛機(jī)有限責(zé)任公司、騰訊公司及中國(guó)民航飛行學(xué)院、中國(guó)民航科學(xué)技術(shù)研究院等單位共同發(fā)起“國(guó)產(chǎn)客機(jī)高高原運(yùn)營(yíng)與驗(yàn)證關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”項(xiàng)目，完成三大主要技術(shù)創(chuàng)新，開(kāi)創(chuàng)了高高原運(yùn)行研制的新模式。三大創(chuàng)新包括突破國(guó)產(chǎn)客機(jī)高高原起降能力難點(diǎn)、構(gòu)建了高高原人—機(jī)—環(huán)綜合驗(yàn)證裝備和運(yùn)行技術(shù)體系、首創(chuàng)高高原復(fù)雜場(chǎng)景預(yù)測(cè)與構(gòu)建技術(shù)。
高高原機(jī)場(chǎng)的地形復(fù)雜、氣象風(fēng)險(xiǎn)高，機(jī)組必須經(jīng)過(guò)大量的飛行訓(xùn)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(jī)順利通過(guò)中國(guó)民用航空局D級(jí)鑒定，意味著首臺(tái)高高原特殊環(huán)境和特情場(chǎng)景全動(dòng)模擬機(jī)成功面世。
“針對(duì)國(guó)外仿真平臺(tái)特例化、不通用的問(wèn)題，模擬機(jī)專用操作系統(tǒng)基于跨機(jī)型、多幀頻、智能化開(kāi)放性架構(gòu)，使平臺(tái)的仿真精度提高了10倍。”南航翔翼公司模擬機(jī)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人楊磊表示。
該模擬機(jī)充分發(fā)揮架構(gòu)優(yōu)勢(shì)，攻克了人—機(jī)—環(huán)多系統(tǒng)、多物理場(chǎng)耦合模型構(gòu)建技術(shù)，逼真地模擬飛機(jī)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(xùn)練等九大國(guó)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(chǎng)景技術(shù)。
提出結(jié)冰高效能保護(hù)機(jī)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(jī)結(jié)冰問(wèn)題在民航業(yè)歷來(lái)受到重視。如果機(jī)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(tuán)隊(duì)決定使用危險(xiǎn)系數(shù)最高的冰型開(kāi)展結(jié)冰試驗(yàn)。
“我們‘環(huán)球追冰’，往返3萬(wàn)公里，尋找最嚴(yán)酷的結(jié)冰環(huán)境。”中國(guó)商飛公司工程總師、ARJ21飛機(jī)型號(hào)總設(shè)計(jì)師陳勇說(shuō)，“最初，我們的飛機(jī)是不能滿足要求的，比如迎角傳感器就出現(xiàn)過(guò)被凍結(jié)的情況。但在試驗(yàn)試飛中一個(gè)個(gè)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，一個(gè)個(gè)及時(shí)解決，使飛機(jī)的性能大幅提升了。”
通過(guò)仿真計(jì)算、風(fēng)洞試驗(yàn)、地面和空中自然結(jié)冰狀態(tài)下的試驗(yàn)試飛，團(tuán)隊(duì)找到機(jī)翼翼面、發(fā)動(dòng)機(jī)唇口和風(fēng)扇結(jié)冰、冰塊脫落等規(guī)律，攻克了25項(xiàng)與結(jié)冰試驗(yàn)驗(yàn)證相關(guān)的技術(shù)難題。
實(shí)現(xiàn)高高原安全起降，也是一個(gè)嚴(yán)峻考驗(yàn)。飛機(jī)在嚴(yán)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(duì)飛機(jī)飛行中無(wú)法探測(cè)冰是否脫落的問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)提出了一種高效能的結(jié)冰保護(hù)機(jī)制，設(shè)計(jì)出一整套動(dòng)、靜態(tài)結(jié)冰界面凍粘試驗(yàn)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(jìn)的冰層探測(cè)系統(tǒng)，已在國(guó)產(chǎn)大型客機(jī)C919、C929成功部署，能夠準(zhǔn)確地測(cè)量飛機(jī)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(yàn)和直覺(jué)來(lái)判斷飛機(jī)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(hù)機(jī)制能夠以科學(xué)準(zhǔn)確的方式告知飛行員飛機(jī)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(jìn)場(chǎng)速度。運(yùn)用此項(xiàng)技術(shù)后，飛機(jī)平均進(jìn)場(chǎng)速度降低17節(jié)。
視景系統(tǒng)真實(shí)模擬復(fù)雜環(huán)境
正在飛行中的大型客機(jī)，遭遇嚴(yán)重氣流劇烈顛簸，機(jī)長(zhǎng)沉著應(yīng)對(duì)，穩(wěn)健操控飛機(jī)。然而，剛恢復(fù)平穩(wěn)飛行一會(huì)兒的飛機(jī)，又突然警報(bào)聲大作，機(jī)長(zhǎng)再次迅速緊急處理……“太逼真了！”這是國(guó)產(chǎn)自研模擬機(jī)專用高等級(jí)視景系統(tǒng)帶給機(jī)長(zhǎng)的真實(shí)感受。
基于高高原復(fù)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(jī)專用高等級(jí)視景系統(tǒng)，通過(guò)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(chǎng)景，在生成速度、精度方面，比國(guó)外技術(shù)提高了10倍。該技術(shù)可模擬高難度飛行、飛機(jī)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(yàn)。
“面對(duì)龐大的地形數(shù)據(jù)規(guī)模和對(duì)實(shí)時(shí)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(jí)別的地形數(shù)據(jù)在毫秒級(jí)別內(nèi)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(fù)責(zé)人吳羽介紹。目前，該系統(tǒng)建模及渲染技術(shù)已獲國(guó)內(nèi)發(fā)明專利18項(xiàng)，支持國(guó)內(nèi)多個(gè)高高原和高原機(jī)場(chǎng)，未來(lái)還將支持國(guó)內(nèi)更多機(jī)場(chǎng)的高精度數(shù)字模型生成。
該項(xiàng)目經(jīng)由8位院士組成的專家團(tuán)隊(duì)評(píng)估，認(rèn)為其“整體技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，部分國(guó)際領(lǐng)先”。近三年來(lái)，該項(xiàng)目直接創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益達(dá)57億元人民幣。利用該項(xiàng)目的相關(guān)技術(shù)與裝備，未來(lái)我國(guó)民航領(lǐng)域?qū)⒖砷_(kāi)展針對(duì)高高原飛行的專業(yè)訓(xùn)練，確保高高原運(yùn)行安全。
“落地了！”近日，當(dāng)國(guó)產(chǎn)客機(jī)ARJ21穩(wěn)穩(wěn)地降落在塔爾庫(kù)什干紅旗拉普機(jī)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(kù)什干紅旗拉普機(jī)場(chǎng)海拔3258米，是我國(guó)最西端的機(jī)場(chǎng)，也是新疆海拔最高的民用機(jī)場(chǎng)。國(guó)產(chǎn)客機(jī)ARJ21此次成功完成高高原機(jī)場(chǎng)運(yùn)行試飛，充分驗(yàn)證了我國(guó)高高原航空運(yùn)行技術(shù)的有效性與突破性。客機(jī)運(yùn)行范圍可覆蓋所有高高原機(jī)場(chǎng)，為未來(lái)開(kāi)辟更多航線奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
實(shí)現(xiàn)三大關(guān)鍵技術(shù)突破
高高原機(jī)場(chǎng)是指海拔高度在2438米（8000英尺）及以上的機(jī)場(chǎng)。我國(guó)是擁有高高原機(jī)場(chǎng)的民航大國(guó)，其數(shù)量占全球的50%左右，全球海拔最高的6個(gè)高高原機(jī)場(chǎng)均在我國(guó)境內(nèi)。
高高原航線運(yùn)行獨(dú)具挑戰(zhàn)性。“由于高海拔影響，飛機(jī)在起降階段發(fā)動(dòng)機(jī)推力會(huì)衰減40%以上，飛機(jī)的真空速度增加25%以上，飛機(jī)性能嚴(yán)重下降。加上高高原地區(qū)的機(jī)場(chǎng)周圍地形復(fù)雜，山脈眾多，導(dǎo)致飛機(jī)起降航路狹窄，對(duì)飛行員的越障和控制精度要求極高，操縱飛機(jī)的難度和壓力巨大。”中國(guó)南方航空集團(tuán)副總經(jīng)理高飛介紹。
特殊場(chǎng)景驗(yàn)證難，地理環(huán)境構(gòu)建難，特情試飛風(fēng)險(xiǎn)大，特情場(chǎng)景難復(fù)現(xiàn)，成了高高原運(yùn)行的一道道坎。針對(duì)飛機(jī)起降能力受限、環(huán)境預(yù)測(cè)手段不足以及驗(yàn)證場(chǎng)景缺失等問(wèn)題，中國(guó)南方航空集團(tuán)、中國(guó)商用飛機(jī)有限責(zé)任公司、騰訊公司及中國(guó)民航飛行學(xué)院、中國(guó)民航科學(xué)技術(shù)研究院等單位共同發(fā)起“國(guó)產(chǎn)客機(jī)高高原運(yùn)營(yíng)與驗(yàn)證關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”項(xiàng)目，完成三大主要技術(shù)創(chuàng)新，開(kāi)創(chuàng)了高高原運(yùn)行研制的新模式。三大創(chuàng)新包括突破國(guó)產(chǎn)客機(jī)高高原起降能力難點(diǎn)、構(gòu)建了高高原人—機(jī)—環(huán)綜合驗(yàn)證裝備和運(yùn)行技術(shù)體系、首創(chuàng)高高原復(fù)雜場(chǎng)景預(yù)測(cè)與構(gòu)建技術(shù)。
高高原機(jī)場(chǎng)的地形復(fù)雜、氣象風(fēng)險(xiǎn)高，機(jī)組必須經(jīng)過(guò)大量的飛行訓(xùn)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(jī)順利通過(guò)中國(guó)民用航空局D級(jí)鑒定，意味著首臺(tái)高高原特殊環(huán)境和特情場(chǎng)景全動(dòng)模擬機(jī)成功面世。
“針對(duì)國(guó)外仿真平臺(tái)特例化、不通用的問(wèn)題，模擬機(jī)專用操作系統(tǒng)基于跨機(jī)型、多幀頻、智能化開(kāi)放性架構(gòu)，使平臺(tái)的仿真精度提高了10倍。”南航翔翼公司模擬機(jī)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人楊磊表示。
該模擬機(jī)充分發(fā)揮架構(gòu)優(yōu)勢(shì)，攻克了人—機(jī)—環(huán)多系統(tǒng)、多物理場(chǎng)耦合模型構(gòu)建技術(shù)，逼真地模擬飛機(jī)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(xùn)練等九大國(guó)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(chǎng)景技術(shù)。
提出結(jié)冰高效能保護(hù)機(jī)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(jī)結(jié)冰問(wèn)題在民航業(yè)歷來(lái)受到重視。如果機(jī)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(tuán)隊(duì)決定使用危險(xiǎn)系數(shù)最高的冰型開(kāi)展結(jié)冰試驗(yàn)。
“我們‘環(huán)球追冰’，往返3萬(wàn)公里，尋找最嚴(yán)酷的結(jié)冰環(huán)境。”中國(guó)商飛公司工程總師、ARJ21飛機(jī)型號(hào)總設(shè)計(jì)師陳勇說(shuō)，“最初，我們的飛機(jī)是不能滿足要求的，比如迎角傳感器就出現(xiàn)過(guò)被凍結(jié)的情況。但在試驗(yàn)試飛中一個(gè)個(gè)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，一個(gè)個(gè)及時(shí)解決，使飛機(jī)的性能大幅提升了。”
通過(guò)仿真計(jì)算、風(fēng)洞試驗(yàn)、地面和空中自然結(jié)冰狀態(tài)下的試驗(yàn)試飛，團(tuán)隊(duì)找到機(jī)翼翼面、發(fā)動(dòng)機(jī)唇口和風(fēng)扇結(jié)冰、冰塊脫落等規(guī)律，攻克了25項(xiàng)與結(jié)冰試驗(yàn)驗(yàn)證相關(guān)的技術(shù)難題。
實(shí)現(xiàn)高高原安全起降，也是一個(gè)嚴(yán)峻考驗(yàn)。飛機(jī)在嚴(yán)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(duì)飛機(jī)飛行中無(wú)法探測(cè)冰是否脫落的問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)提出了一種高效能的結(jié)冰保護(hù)機(jī)制，設(shè)計(jì)出一整套動(dòng)、靜態(tài)結(jié)冰界面凍粘試驗(yàn)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(jìn)的冰層探測(cè)系統(tǒng)，已在國(guó)產(chǎn)大型客機(jī)C919、C929成功部署，能夠準(zhǔn)確地測(cè)量飛機(jī)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(yàn)和直覺(jué)來(lái)判斷飛機(jī)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(hù)機(jī)制能夠以科學(xué)準(zhǔn)確的方式告知飛行員飛機(jī)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(jìn)場(chǎng)速度。運(yùn)用此項(xiàng)技術(shù)后，飛機(jī)平均進(jìn)場(chǎng)速度降低17節(jié)。
視景系統(tǒng)真實(shí)模擬復(fù)雜環(huán)境
正在飛行中的大型客機(jī)，遭遇嚴(yán)重氣流劇烈顛簸，機(jī)長(zhǎng)沉著應(yīng)對(duì)，穩(wěn)健操控飛機(jī)。然而，剛恢復(fù)平穩(wěn)飛行一會(huì)兒的飛機(jī)，又突然警報(bào)聲大作，機(jī)長(zhǎng)再次迅速緊急處理……“太逼真了！”這是國(guó)產(chǎn)自研模擬機(jī)專用高等級(jí)視景系統(tǒng)帶給機(jī)長(zhǎng)的真實(shí)感受。
基于高高原復(fù)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(jī)專用高等級(jí)視景系統(tǒng)，通過(guò)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(chǎng)景，在生成速度、精度方面，比國(guó)外技術(shù)提高了10倍。該技術(shù)可模擬高難度飛行、飛機(jī)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(yàn)。
“面對(duì)龐大的地形數(shù)據(jù)規(guī)模和對(duì)實(shí)時(shí)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(jí)別的地形數(shù)據(jù)在毫秒級(jí)別內(nèi)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(fù)責(zé)人吳羽介紹。目前，該系統(tǒng)建模及渲染技術(shù)已獲國(guó)內(nèi)發(fā)明專利18項(xiàng)，支持國(guó)內(nèi)多個(gè)高高原和高原機(jī)場(chǎng)，未來(lái)還將支持國(guó)內(nèi)更多機(jī)場(chǎng)的高精度數(shù)字模型生成。
該項(xiàng)目經(jīng)由8位院士組成的專家團(tuán)隊(duì)評(píng)估，認(rèn)為其“整體技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，部分國(guó)際領(lǐng)先”。近三年來(lái)，該項(xiàng)目直接創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益達(dá)57億元人民幣。利用該項(xiàng)目的相關(guān)技術(shù)與裝備，未來(lái)我國(guó)民航領(lǐng)域?qū)⒖砷_(kāi)展針對(duì)高高原飛行的專業(yè)訓(xùn)練，確保高高原運(yùn)行安全。
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