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有“空中小轿车”之称的小鹰-500研制历程

中广网 2010-11-14

    

  流线型的机身红白相间小巧玲珑,机身的两侧各有一个向上开启的登机门,登机门之后各设有一个应急窗;螺旋桨置于玻璃钢材料的机头前方;漂亮、别致的座舱,其空间和布局类似于小汽车,座椅分前后两排,座舱后面设有行李舱。整个座舱可乘坐包括驾驶员在内的乘客5人。

  这就是被业内人士被昵称为“空中小轿车”的小鹰-500飞机。的确,如果忽略机翼及尾翼,小鹰—500飞机机长7.7米,高3米,翼展9.9米,所以更像是一辆私家小轿车。然而,正是这型小巧精致的飞机,创造了我国航空史的众多“第一”:它是我国第一架严格按照中国民航适航审查条例要求设计生产制造的国产通用飞机,更是我国真正意义上的首款私人飞机;是我国研制和生产周期最短的机型,创造了中国飞机设计史上的奇迹;是我国第一次完整地走完了研制、试飞、适航到取证全过程的民用飞机;在六个一类风险科目的适航验证试飞中,失速速度、失速特性、空中停车、颤振、尾旋试飞、夜航试飞等创造了国内通用飞机试飞的第一,其中,空中停车、失速试飞和尾旋试飞三项成为我国民用飞机验证试飞中三个惊险的突破。

  全新的合作模式:设计、制造、使用三位一体

  填补了国产4~5座通用飞机空白的小鹰-500飞机由中航工业第一飞机设计研究院设计、石家庄飞机工业有限责任公司制造、中国民航飞行学院参与研制。合作三方在我国首次实现了跨地区、跨部门、跨行业的合作模式,实行“自愿联合、自主发展、自筹资金、共同研制、共同发展、共担风险、共享利益”的“三自、四共”市场化运作新机制,开创了我国采用新机制研制通用飞机的先河。

  国际民航组织(ICAO)将营运航班客、货运输机以外的所有民用航空飞行器定义为通用航空。正是由于通用航空有着广阔的使用范围,中国加入WTO后,通用飞机在我国将是继干线飞机、支线飞机之后又一个迅速崛起的朝阳产业。资料显示,全世界目前大约有通用飞机33.6万架,其中4—5座级是通用航空的主流机种。美国有通用飞机20.5万架,与此形成强烈反差的是,我国仅有通用飞机460多架。2003年5月11日,我国颁布了《通用航空飞行管制条例》,中国通用飞机的市场放开了。巨大的商机和市场吸引了世界所有通用飞机厂家的目光。中国民航部门预测,到2012年,中国通用航空及其所带动的产业将形成一万亿人民币以上的市场容量。

  西方有句俗话叫:“市场能创造出任何奇迹”。现代中国航空市场也是如此,激烈的市场竞争将不断孕育出新的机制和观念。以前,我国民用飞机的设计、生产和使用各方是相对独立的,缺乏整体观念。西方在民机研制中采用的是一厂负责制,即飞机的设计、制造和销售都是由一个厂家完成,而中国既不能沿用老的模式也不能采用西方的研制机制,我们必须寻找出一条具有中国特色的民机研制道路。

  以成功研制我国第一架歼击轰炸机——“飞豹”飞机而为世人熟知的中航工业第一飞机研究院,作为我国大中型军民用飞机的设计研究基地,早在上个世纪90年代就进行过小型4座飞机的研发,完成了部分发图,但由于体制原因难以找到的生产厂家,研制工作不得不“搁浅”。但一飞院决策层一直在认真思考着中国民机的发展大局:如果说航空工业对一个国家的国民经济建设和国防建设越来越体现出其重要作用,那么,它的民机产业是否发达又影响着本国航空工业的最终发展水平。一飞院始终对世界民机的发展进行着技术跟踪。

  石家庄飞机公司作为我国通用飞机的主机制造厂,30多年来一直生产“运五”飞机,全厂上下为后续生产缺乏新机型而焦急。2000年8月,现任第一飞机研究院院长、时任副院长的李守泽带队到石飞,谈到两家合作事宜,双方一拍即合。石飞公司董事长兼总经理成秉佑专程到西安,恳切希望一飞院能为本公司设计一种小型通用飞机。

  2000年11月,中航第一飞机研究院与石家庄飞机公司就共同开发4—5座轻型多用途飞机签署了合作意向书。同时成立了联合论证班子,从技术可行性、运作模式到适航销售等各个环节进行了全面系统的调研分析,并于2001年初完成了可行性的科研报告,报告得到了双方的认可。在合作中,如何把知识产品转化为商品,在互利互惠的基础上实现双赢是双方共同关注的焦点,在充分论证的基础上,两家最终确定了股份合作的模式,解决了资产不易划分,运作不便,产权不清的矛盾。作为设计单位,一飞院在这一项目中充分实现了知识的价值。

  2001年3月6日,一飞院与石家庄飞机公司正式签定“小鹰-500轻型多用途飞机”合作协议书,研制工作全面启动。拥有丰富的轻型飞机的使用和维护经验的中国民航飞行学院,尽管每年需要改进和新增的通用飞机数量很大,但一直依赖国外进口,是通用飞机的重要使用客户。设计之初,一飞院在对重点客户进行调查时,中国民航学院对小鹰—500飞机项目表示出极大的兴趣,提出希望加盟成为合作伙伴。该学院从使用方的角度对研制工作提出了800多条意见或建议。

  巨大的市场、沉甸甸的担纲情怀第一次把中国的飞机设计、生产和使用三家单位紧密相连。2001年6月,三家合作伙伴在西安阎良签署“小鹰-500”飞机合作研制协议。根据该协议,中航第一飞机研究院承担飞机的设计、试验和型号合格证的适航取证,石家庄飞机公司承担飞机的制造、试飞及生产许可证的适航取证,民航飞行学院承担飞机空地勤人员的培训工作和飞机研制中的技术支持。中国航空工业史上第一个跨集团、跨地区、跨行业的市场化运作新机制应运而生。

  由于利益一致,三方在研制中鼎立合作,极大地提高了研制的效率。崭新的研制机制创造出奇迹——设计发图仅用8个月;740套工艺装备的设计仅用6个月完成;7个月完成飞机全部零件的制造;12个月完成国内国外几百项成附件的配套,实现静力试验机的交付;完成17项大型地面模拟试验和大量机上地面试验……合作三方仅用两年多时间就将“小鹰-500”研制成功并成功实现首飞。

  此外,这架飞机仅配套产品就牵涉到国内五六十家企业,这些厂家在“小鹰-500”的研制中后来都成了项目的风险合作伙伴,国内几十项配套成品件,都是各家企业自投科研费,并在适航部门的监控下拿出合格的产品,然后装机配套的。由于一飞院为厂家全方位提供技术保障和跟踪试验,带动国内一批相关行业的科技更新,国内机载设备厂家因小鹰—500飞机获得了14种产品的适航证书。

  国防科工委一位领导全面考查这一研制过程后,高度评价说:“‘小鹰-500’飞机开拓出一条国产民用飞机发展的新路,创建起一种以市场为导向、以产品为纽带、以利益为目标的具有中国特色的飞机研制新模式。实践证明,这个模式很成功。”

  全新的设计理念:依托市场 寓军于民

  作为一种完全依托市场为生存和发展环境的航空产品来说,它必须以市场为导向,市场讲求的首先是安全,然后是效率,早一天进入市场就早一天获得利润。为此,一飞院决策层认为:传统的设计理念已不能适应市场的要求,必须面向市场不断进行改革和创新,最大限度地提高研制效能。院领导班子在飞机的研制中多次强调:“要把小鹰—500飞机的设计工作提高到战略的高度,从设计的源头抓起,树立精品的意识,坚持用户至上的原则,大胆进行技术创新和管理体制创新,使我们的整体设计水平不断实现新跨越”。

  全局的战略思想形成后,必须靠正确的战术来实现。为保证小鹰—500顺利研制,研究院成立了系统的项目组织管理机构,形成了完整的责任体系。由时任副院长李守泽主管该项目,建立了以型号总师为主要责任人的总师负责制,由院民机设计工作经验丰富的首任运七系列飞机总设计师龚国政任小鹰—500飞机的型号总设计师,全面负责飞机的研制工作。同时成立了我国第一家通用飞机研究所。通用飞机研究所聘用了一大批经验丰富的飞机设计老专家来确定飞机的总体方案和最后把关。为进一步保证设计工作的高效顺利,研究院科技部派专人进行计划管理,建立了VPM系统(计算机数据化管理系统),型号总师可利用网络实现系统监控和垂直管理,可以在最短的时间内发现和解决问题。

  在小鹰—500研制的同时,一飞院承担的国家重点型号研制获得了重大的技术突破,该院采用国际最先进的计算机软件在国内率先实现了计算机三维设计飞机和计算机虚拟装配飞机。这一设计手段的革命被迅速移植到小鹰—500飞机的研制当中,此举极大地提高了小鹰—500的设计效率,提高了设计质量,低了研制成本。飞机从方案确定到系统发图只用了不到一年的时间,创造了中国飞机设计史上的范例。利用电子样机,还有效地解决了结构、系统、总体布置等专业必须在实物协调样机上才能解决的问题,在对像起落架这种复杂的空间运动关系的设计上,实现了一次设计成功,并取得了很好的效果。

  全新的道路:设计、制造、试飞、取证全过程严格按适航条例

  小鹰—500飞机是我国首次严格按照国家民航总局的适航标准——CCAR—23部进行适航取证的国产通用型飞机,条例对设计和生产提出的安全标准,无论对设计单位和生产单位而言都存在某些严峻的挑战。国内在以往的飞机研制中缺乏适航的概念,但中国民机要想迈向市场就必须进行适航取证,要经受适航当局代表国家和用户的全过程严格监控。

  小鹰—500飞机从设计之初,就将整个研制过程纳入适航审查的范围之中,严格按适航条款和适航管理的流程进行。

  在国外,波音公司融设计和生产为一体,自身对适航负责,而欧洲空中客车公司,虽然设计和生产分别在不同的国家,但统一由法国的空客公司对适航负责。小鹰—500飞机的研制模式不属于以上的任何一种,飞机的设计和生产单位是分离的,给适航工作带来了很多的困难,这是小鹰—500飞机设计中要面对的一个问题,对适航部门来说,这也是一个新的尝试。研制三方花了六个月时间,妥善地解决了设计和制造不在同一个单位的问题,使这种模式的适航在中国成为可能。小鹰—500飞机在TC(型号合格证)阶段由一飞院负责适航工作,充分发挥了一飞院在设计阶段执行TC条款的能力,使适航过程进行的非常完整,在PC(生产许可证)阶段,适航工作转移给生产部门。最终,三方共同成立一个法人公司,面对小鹰—500飞机的用户,持续对适航负责。在这次TC审查的过程中,申请人一飞院充分地认识了自身应履行条款的责任,认真实践了条款。一些具有相当难度的条款,如尾旋试飞,一飞院克服困难,充分满足。

  小鹰—500飞机的适航验证试飞,在中国飞行试验研究院进行,其中“6个Ⅰ类风险科目”:失速速度、失速特性、空中停车、颤振、尾旋试飞、夜航试飞等都创造了国内通用飞机试飞的第一,为我国通用飞机的研制试飞,提供了可资借鉴的经验。其中空中停车、失速试飞和尾旋试飞三项是我国民用飞机验证试飞中三个惊险的突破。

  小鹰—500飞机的失速试飞完全由我国独立自主进行,试飞员赵鹏和孔翔前后共进行了28个起落架次的失速速度与特性试飞。失速速度、特性试飞的成功,标志着我国在此类风险性挑战科目试飞中取得了重大进展,也标志着中国人完全有能力应付此类风险试飞。

  尾旋试飞是条例规定单发飞机必须验证的飞行科目。它是所有风险科目中最具危险性的,而国内民用飞机在尾旋试飞方面也毫无经验。在一飞院的精心组织下,2005年3月15日小鹰—500飞机尾旋试飞一次圆满成功,填补了国内通用飞机进行尾旋试飞的空白,也充分证明小鹰—500飞机的综合性能达到国内外同类机型的领先水平。

  小鹰—500飞机的研制自始至终得到了中国民航总局的大力支持和民航总局西北管理局适航审定处的全过程监控,2005年10月29日,小鹰—500飞机顺利取得TC证。

  适航当局认为,在中国民用飞机适航审查中,小鹰—500飞机建立了非常好的工作模式,通过该机研制,在局方与申请人间建立起了非常信任的合作机制,申请方对局方尊重,对建议非常重视,换位思考。从2001年到2005年这四年中,三方与局方建立了非常融洽的关系,取得了局方的充分信任。局方对小鹰—500飞机的审查过程非常满意,对三方认真履行条款非常认可。这对中国适航当局积累经验,提高水平也具有深远的意义。

  博采众长 性能优越

  积极采用国际成熟的技术和工艺,减少研制成本,最大限度地降低研制风险,是小鹰-500飞机研制的主要指导思想。

  小鹰-500飞机在设计制造中广泛采用了现代航空工业中先进的技术、工艺和新材料,使得飞机达到了国际同类产品的先进水平。例如飞机采用的薄蒙皮、大隔框制造技术在我国航空制造业中首次被采用。该机的机身是铝合金半硬式结构,机头、尾锥和座舱部分的侧蒙皮为玻璃钢材料,机身腹部有2块垂直向下的铝合金腹鳍。飞机的机翼采用的是悬臂式下单翼,结构为铝合金单梁式。与众不同的是小鹰—500的机翼尖为玻璃钢上翘式,这样可以改善翼尖绕流,降低飞机诱导阻力。该机的尾翼采用的是全动式等剖面矩形水平尾翼,左右翼为一整体,安装在机身尾锥上部,水平尾翼和垂直尾翼都采用的是铝合金的铆接结构,方向舵和平尾均带有配平调整片。

  小鹰—500虽然自身重量较轻(空机重840kg),但麻雀虽小、五脏俱全,飞机的燃油系统、环控系统、液压操纵系统、动力系统等各大系统一应不缺。经测试,小鹰—500飞机的主要性能与国外同类机相比毫不逊色。

  为保证飞机起降的稳定性和降低飞机巡航时的耗油,飞机的起落架采用可收放的前三点起落架,主起落架为空间转轴摇臂式,为最大限度地减轻着陆时的震动,飞机的前、主起落架均装有油——气减震器,同时飞机的主机轮还装有单盘刹车装置,并带有应急设备。

  结合我国的气候条件,该机还装有制冷空调系统,这样外部环境40多度时飞机舱内只有20多度。同时还改进了自动导航定位系统,安全又舒适。该机的标准机载设备包括空速表、高度表、升降速度表、电动陀螺地平仪、磁罗盘、失速警告装置等,除此之外,飞机还采用不少了世界先进的机载设备,使该机具有进入大型机场起降的能力,这也是小鹰-500飞机具有的许多同类机所不具有的能力。

来源:搜狐军事    责编:王晓宇

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