[科普中国]-性能飞行试验

试验内容

飞机性能的飞行试验就是对军机战术技术指标和民机适航条例所规定的全部构型、全部可能的飞行条件下的全部性能做出全面而科学的评价和鉴定。起飞着陆是飞行安全首先遇到的问题，起飞和着陆速度、滑跑距离、重量和重心等都是重要的指标。飞机爬升性能、飞行高度和速度性能、飞机机动特性、航程和航时、耗油率等都必须在试飞中进行验证和鉴定。如果重要性能指标不满足设计要求，很可能牵涉到气动布局、动力装置和飞机结构，更改起来比较困难，轻则增大成本和周期的代价，重则影响该型号或项目的命运，因此，飞机性能试飞是新机试飞首先安排的项目。从某种意义上讲，飞行包线扩展就是检查飞栅眭能指标是否达到设计要求。当然飞机性能指标是否能达到要求，它与飞行品质、飞机结构、飞控以及其他子系统性能和功能密切相关。例如，现代飞机放宽静稳定性设计的直接受益者是飞机性能，而放宽静稳定性必须有可靠的飞控增稳功能。如果不考虑这些方面，那么飞机性能主要取决于飞机气动性能和推进性能。

在性能试飞中，民用飞机与军用飞机、大飞机与小飞机重点是有区别的。比如，民用飞机的爬升性能和巡航性能往往要考虑单发故障下的工作状况，飞行状态多是稳态飞行；军用飞机由于留空时间短，作战使用环境复杂，往往更多的是非稳态飞行，试飞测试和数据处理更为复杂。新机试飞初期主要是初步探索性试飞，性能包线很小，为后续试飞奠定基础。在后续试飞中，试飞目标和原则有两种思路：一种是着重验证或建立，或改进数学模型，一旦数学模型的正确性得以验证，各种其他状态的飞机性能可通过数学模型进行仿真计算和试验来得到；另一种思路是按照研制总要求或合同规范要求，在相应飞行状态和指定的飞机技术状态进行试飞，将试飞结果换算到标准状态，即标准温度、压力和重量，验证新机是否满足要求。通常情况下这两种思路应结合进行，既要按照采购合同规范试飞鉴定飞机性能，还应验证设计模型，通过仿真为向其他试飞条件和试飞构型扩展以及训练飞行模拟器的研制创造条件。

性能试飞的另一个目标是揭示新机研制中存在的问题，摸索飞行经验，为完善飞机研制和促进新机使用提供依据和经验。

性能试飞对飞机状态有严格要求，主要是气动布局和发动机状态必须冻结。如果在试飞过程中，飞机气动布局有较大变化，发动机状态有所更改，相关试飞科目须重新进行试飞。当然除性能以外的项目要具体分析，不一定都要重新试飞。军用飞机有许多外挂组合，在性能试飞中通常采用“阻力指数”的概念，即按各种构型组合的计算阻力来安排试飞计划，使这些构型组合的选择不至于太多，以减少试飞架次，缩短试飞周期。

发动机状态对飞机性能有极大影响，而同一型号的不同发动机的状态又有差别。为使试飞数据与实际使用相符，或更好地满足使用要求，要求参试发动机在地面台架试验中将其调整到该种发动机性能的平均值，或较保守的值。通常对于战斗机推力应调到低于平均值2%，而螺旋桨发动机应调到低于平均值4%。在试飞过程中，往往更多地使用全推力状态，这样最终会使得发动机性能有很大下降，也就是新和旧发动机状态不同，飞机性能会有明显差别，因此在最后确定飞机性能时，应该重复试飞初期试飞过的状态，检查发动机性能是否下降过多。

涡扇发动机的推力随外界温度影响很明显，因此飞机性能除给出换算到标准状态的值以外，还要在试飞报告中明确说明飞机性能对外界温度的敏感性，特别对于国土面积大，或出口到世界上其他国家的飞机，应根据飞机使用范围加以说明，以便于用户使用中考虑这一因素。1

特点飞机飞行性能是研究飞机重心运动规律的科学，它包括速度、高度、航程、航时、起飞着陆和机动飞行等性能。飞机作定常直线运动的性能称为基本飞行性能，包括最大平飞速度、最小平飞速度、爬升性能(含有利爬升速度、爬升率、上升时间)等。国内习惯于把飞行性能理解为最大平飞速度、爬升性能、航程和航时、起飞着陆性能和机动性，称为五大飞行性能指标。

无论是飞机设计前的战术技术论证，设计时为满足飞行性能而作如气动力协调、新机和改型机的飞行试验验证，还是在比较同类飞机的技术水平、飞机年鉴、飞机的技术文件及涉及飞机的论著中，人们首先关心飞行性能指标，可见其重要性。

同其他专业的飞行试验比较，飞行性能飞行试验具有如下特点：

(1)飞行性能试飞的内容是飞机战术技术要求指标的主要部分，是全机气动力设计是否达到预期设计目标的最后验证。因此，无论是新机、改型机或批生产飞机，都把飞行性能试飞作为首先必飞的项目。因为这涉及飞机构形是否要作重大更改，涉及结构、强度的重新设计，以及由此带来的一系列地面试验。

(2)飞行性能试飞涉及的专业面广，除气动力外，还与发动机、飞行限制及机载设备等有关。

(3)飞行性能试飞方法基本上随发动机的类型而异。如涡轮喷气、涡轮螺桨，涡轮风扇、活塞式发动机飞机，其飞行试验方法各不相同。

(4)飞行试验时，要求飞机状态应是正常的飞机构形。测试仪器改装时，不许对飞机外形作重大的更改，特别是在机翼表面上更是如此。因为，在现有的飞行试验方法中，外形改变引起的飞机阻力变化对飞行性能试飞结果的影响尚无法评估。

(5)由于飞行性能是研究质心运动规律的，故要求飞机飞行重心应为“正常重心”。因为，在现有飞行试验方法中，由于飞机处于重心前后限引起舵面酉己平阻：力对飞行性能的影响也无法评估。至于改装后引起的飞机重量的变化，可以通过性能换算消除其影响。

(6)飞行顺序。除首先飞行试验空速系统的位置误差，以供飞行性能及其他专业飞行试验使用外，其余科目均按先易后难的原则穿插进行。

(7)测试多为常规参数，主要参数是速度、高度、过载、大气温度。但对其精度的要求比其他专业严格，需作仔细、繁琐的修正，甚至要进行空中飞行校准。如空速系统的地面延迟性试验，迎角、大气温度传感器的校准，过载不在重心处修正，确定油箱容积死油量，过载、舵偏度、相机位置等地面标定。

(8)对气象要求严格。要求精确地测量出空中的风速、风向、风的水平及垂直梯度，机场的场温、场压等。测量的时间要求尽可能与飞行试验的时间一致。为减小修正的误差，要求飞行性能试飞最好在无颠簸气流的平静大气中进行。2

方法飞机飞行速度、高度的测定测量飞机飞行速度和高度的方法有多种。可以依靠机载传感器(空速系统、定位系统)测得，也可以通过地面设备(雷达)测得。

1)空速系统测定飞机的飞行高度、速度

飞机的空速系统常用组合式的皮托动静压系统，包括空速管、大气数据计算机、总温传感器及连接导管。由于空速系统的工作原理和飞机飞行时各种条件的变化，利用空速系统测得的飞行高度、速度都会有一定的误差。为了得到准确的结果，要对空速系统校准。

在飞行试验中，根据空速表读出的是指示空速，要换算成真空速。

2)机载定位系统和地面保障设备测定飞机的飞行高度和速度

该方法测得的飞行速度为地速。为了消除高空风的影响，可以采用往返飞行测定的方法。如果技术可以满足，则可预先测得飞机飞行空域内的各高度层的风速、风向，进行换算。

航程、续航时间航程、续航时间是评定飞机性能好坏的重要指标之一，它表示飞机经济性的好坏。该指标有以下几种定义：

技术航程或续航时间：单机耗尽所有可用燃料所飞过的水平距离或时间。

实际航程或续航时间：单机飞行，在绕场飞行前仅剩安全备份油量时，飞机飞过的水平距离或时间。

战术航程或续航时间：执行战斗任务，飞机所飞过的水平距离或时间。

续航航程或续航时间：飞机以0.9倍最大飞行速度平飞所飞过的水平距离或时间。

最大航程：以单位重量的飞机移动单位距离油耗量最小所对应的速度水平飞行的距离。

最大航时：以飞机单位时间耗油量最小对应的速度水平飞行所得的时间。

在比较飞机性能好坏时，经常使用最大技术航程，并且有了飞行试验测定的具有典型意义的最大航程和续航时间，则上述的参数都可算出。

起飞或发射性能1)起飞性能

起飞是飞机从松刹、滑跑、离地、爬升到安全高度的运动过程。确定起飞特性的参数有：滑跑距离、滑跑偏差、滑跑时间、离地速度、离地姿态等。确定起飞性能通常使用的飞行重量有正常起飞重量、最大起飞重量，每个状态至少完成3次正常起飞试验。

测定起飞轨迹的方法有机轮计数法、地面照相法、雷达一照相经纬仪法、录像法等。

2)发射性能

飞机发射是飞机从助推火箭点火到飞机离开发射装置、加速、火箭分离、飞机爬升到安全高度的过程。参数有：飞机离架时的姿态、速度、火箭作用时间、火箭脱落时飞机的速度、飞机爬升到的安全高度等。

试验过程中利用地面摄像并结合飞机遥测数据等，对试验内容的有关参数进行分析、对比，确定性能是否满足要求。

着陆或回收性能1)着陆性能

着陆是飞机从安全高度下滑过渡到接地滑跑，直到完全停止的减速过程。参数有：从安全高度下滑到接地的各飞行参数、接地速度、着陆滑跑距离、滑跑偏差、滑跑时间等。

确定着陆性能通常使用的飞行重量有正常着陆重量、最大着陆重量，每个状态至少完成3次正常飞行。

测定着陆轨迹的方法有机轮计数法、地面照相法、雷达～照相经纬仪法、录像法等。

2)回收性能

伞降回收是飞机在预定回收高度停车、飞机减速、开伞、以预定速度落地的过程。参数有：飞机开伞时受到的过载及姿态、降落伞充气完全张满时间、降落伞充气过程中无人即下降的高度、飞机稳定降落的速度。