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【总师风采】C919大型客机副总设计师赵京洲:让团队信赖的带路人

2017-08-31 17:45 来源:大飞机报

  

  提到C919飞机型号副总设计师赵京洲,大家的评价高度一致:“我们的赵总是一个非常厉害的人!”这里的“厉害”可不是说他对人“严厉”,而是因为作为C919飞机机械系统的总负责人,赵总无论是处理技术难题,还是提出思路规划,都能让人心悦诚服。

  飞控系统是一架飞机机载系统中最为复杂的系统之一,直接影响飞机的飞行安全和飞行品质。举个简单的例子,飞行员操纵驾驶杆,通过舵面实现对飞机运动的控制,这一系列动作的完成靠的就是飞控系统的运行。此时,如果飞行员操纵驾驶杆,无法感知飞机的姿态变化或者飞机姿态变化较大,在空中产生颠簸,都会对飞行安全和飞行品质产生不利影响。

  研制适用于C919飞机的飞控系统

  “军机和民机在飞控系统上存在很大的差异,军机讲究的是作战性能,在飞行过程中会有大幅度的机动,而民机讲究的是飞行的稳定和乘客的舒适感,因此可以说民机的飞控系统就是要保证飞机的操作性、稳定性和舒适性。”赵京洲说。面对两者的差异,从军机转到民机的赵京洲,最先做的就是深入学习国际适航条款,研究世界最先进的飞控系统,并将其应用于中国的大飞机。

  现代民机广泛使用的是电传飞控系统,通过将操纵指令转换为电信号进行舵面控制,进而控制飞机的姿态和运动,提高飞行品质。但是,每架飞机的飞控系统综合化和复杂程度都很高,既涉及与飞机本体(总体、结构、强度)的高度综合,又几乎与全机所有机载系统交联,而由于飞机顶层需求及各系统供应商的不同,各飞机型号交联系统的实际情况也差别较大,因此,即使都是采用电传飞控系统,每个型号飞控系统的综合设计与集成验证方案都需要针对飞机自身需求量身定制。

  “ARP 4754A《民用飞机与系统研制指南》提供了一种有效的开展系统综合、验证的工作思路,设计之初,赵总就带领我们对其进行了深入的解读,提出了一套适用于C919飞机飞控系统的集成和验证流程。”上飞院飞控部部长王兴波说,“在此过程中,对技术细节要求极高的赵总,要求我们逐一为每条设计需求量身定制合适的验证方法,既要符合适航要求,又要与国外供应商衔接,达到国际水准。”

  机上地面闭环试验

  为C919量身定制飞控系统验证方法,其中比较典型的就包括C919机上地面闭环试验。

  机上地面闭环试验,就是通过将飞机动力学模型与飞机舵面、传感器等构成闭环控制链路,在地面上模拟飞机飞行状态,检验系统与飞机的控制响应,让飞机在地面上“飞”起来,相对于以往的开环试验,闭环试验可以更充分地验证系统与飞机集成的完整性。

  飞控系统动态特性检查是机上地面闭环试验最重要的试验项目之一,以俯仰增稳控制为例,飞控系统中引入了飞机俯仰角速率,驱动升降舵运动改善飞机阻尼与稳定性。从飞机传感器输出角速率信号到升降舵响应指令运动,需经过飞控计算机、作动器控制电子等多个电子设备,任何环节的错误都会导致飞机控制失稳。那么,如何串联飞机操纵面、飞机传感器与飞机动力学模型,包括如何使飞机正确响应舵面运动位置,如何使飞机传感器正确响应飞机运动姿态,都是实施机上地面闭环试验的关键。

  基于铁鸟试验的经验与成果,并综合考虑首飞控制律设计架构与飞机试验条件、系统机上交联特点,赵京洲带领团队制定了一套首飞阶段主飞控系统机上地面闭环试验方案,即利用加装在飞机升降舵、方向舵上的舵面传感器,将舵面运动位置实时输入飞机模型,让飞机响应舵面位置运动起来。同时通过将飞机惯导等拆装在运动转台上,转台根据飞机模型实时解算姿态运动,从而激励惯导输出与飞机运动一致的姿态信号。最后,飞控计算机通过接收惯导传感器信号反馈控制舵面运动,试验中对系统施加合适的激励,对信息链路里的重要信号进行测试监控。每一项试验都制定了详细的试验程序文件。

  正是这些精细化的验证流程与方法,使得系统的各项功能性能在首飞前得到了充分的验证,保证了C919飞机的成功首飞。

  技术引领试验平台建设

  位于上飞院10号楼的C919飞机铁鸟试验台全称为飞控液压系统综合试验台,主要用于C919飞机的飞控、液压、起落架及部分交联系统的试验验证工作。

  据上飞院铁鸟联合攻关队队长廖军辉介绍:“C919飞机铁鸟台的研制工作是与C919的设计工作同步进行的,而这也给我们提出了难题:铁鸟试验台与C919飞机是1:1的比例,飞机结构发图还没完成,如何设计铁鸟骨架?试验台的的需求大部分由设计专业提出,各系统设计还没有冻结,如何满足今后的试验要求?”

  面对铁鸟试验台建设的复杂程度,赵京洲在试验台研制初期就提出了一个重要思路:将设计团队与试验团队进行融合,设计人员也参与到铁鸟台的建设中。

  对于结构设计没有冻结的难题,试验团队提出“模块化”的研制方式,也就是将整个铁鸟“切”成若干块,飞机机体结构设计完成一块,铁鸟骨架就设计生产一块,每一部分的安装还要进行强度计算。这样一来,既可以将更改成本降到最低,又可以预防后期的强度问题。

  “自2013年C919铁鸟试验台投入使用以来,基本没有发现任何结构强度问题,这就要归功于设计团队与试验团队在研制过程中的紧密联合”。廖军辉说。

  除了铁鸟试验台,用于飞控系统设计和飞行员在环试验的还有C919飞机工程模拟器。相比于ARJ21飞机固定基座的工程模拟器,C919采用了六自由度全动工程模拟器,能够逼真地仿真飞机的瞬时过载动感、一定范围内的姿态角变化动感和部分抖动冲击信号,为飞行员提供了更加真实的操纵飞机的感受,有利于设计人员根据自身体验和飞行员的意见优化系统参数设计。

  在工模建设之初,赵京洲就带领团队进行前期摸索,工模主要承担哪些试验?主要具备哪些功能?需要哪些设备?要达到什么样的试验状态?就这样,一个问题一个问题地解决,一步步地论证,形成了工模建设的总体技术方案。“而在这一过程中,赵总一再要求我们吃透技术,即便是由供应商提供设备,也要理清需求,掌握主动权。”上飞院C919飞机工程模拟器室主任徐奎说。

  目前C919飞机工程模拟器已投入试验使用五年多,42名飞行员参与了1800余小时的飞行员在环试验,完成了248个试验科目,3700余飞行试验状态点。在首飞成功后,首飞机组这样评价道:C919飞机操纵性、稳定性良好,整个飞行过程与在工程模拟器里训练的类似,飞行感觉与在工程模拟器上训练时一致。 (王思磊 文/钮健池 摄)

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