经过10年艰苦努力, 4项重点预研课题取得可喜成绩, 使609所专业与国外技术缩短了差距, 上了一个台阶, 为我国航空技术发展和第三代战斗机设计提供了技术支持, 为609所以后的技术发展奠定了坚实的基础。4项重点预研成为609所技术发展史上的里程碑。总结过去是为了未来更好的发展。专业要发展, 预研必须先行。“九五”以后609所科研人员又在机电系统公共设备智能管理、燃油数字测量和管理、数字式自适应双余度电传防滑刹车系统、闭式循环空调系统、智能液压源等方面开展预研, 朝着自动化、数字化、智能化、多余度、自适应、连续监控、高可靠性的方向发展, 为第四代战斗机发展提供技术储备。
中国首架电传操纵飞行验证机
———记歼8模拟式电传操纵系统研制过程
王复华
飞机操纵系统的历史演变
从莱特兄弟驾驶升空的首架飞机开始, 飞机的主要构成就是飞机机体、发动机和飞行操纵系统。可见飞机操纵系统一直是飞机的一个重要组成部分, 其发展过程是钢索、拉杆到人工助力操纵、自动驾驶、增稳和控制增稳, 直到电传操纵系统。
早期的飞机只是简单的钢索和拉杆直接和舵面相连接, 形成对飞机俯仰、滚转和偏航的操纵。后来发展到跨声速和超声速, 由于气动力变化产生的力矩无法完全由人工进行操纵,因而出现了可逆助力操纵和非可逆助力操纵, 使飞机操纵系统发生了较大变化。为应对飞机自动控制、自动导航的发展, 开始了飞机增稳系统和控制增稳系统的快速发展, 使飞机操纵系统变得更复杂。
随着科学技术的不断发展, 一种新奇的构思出现了, 能否将飞机的钢索拉杆去掉, 完全用电缆或光缆代替对飞机进行操纵, 这样就把飞机操纵系统和飞行自控系统完全结合成一体, 成为新的飞机电传操纵系统。
当然优秀的设计师不只看到这样一种简单的结合, 其更深远的意义, 将给飞机的设计带来革命化的变革。早期的飞机是一个静稳定体, 随着时间的变化, 人们在导弹和其他飞行器设计中发现, 如将飞行器设计成一个静不稳定体, 使飞机的平尾产生正升力, 那将大大减少飞机的阻力, 使其升阻比得到提高, 改善飞机性能。后来就把这种设计称为放宽静稳定度。当然还有其他很多方面的变化, 科学家就给它取名随控布局 ( CCV) , 后又称主动控制技术( ACT)。
20世纪90年代后这种布局就成为飞机设计的一个新阶段, 在军用和民用飞机设计上被大量采用。
科学的春天
当世界飞机发展处于飞快发展的阶段, 我国正处于“**********”时期, 发展受到限制。1979年春天, ******同志主持召开了全国科学大会, 广大科技工作者迎来了科学的春天, 大大激发了科技工作者的热情, 三机部召开了科技大会, 制订了发展规划, 其中就将飞机电传操纵研究列为航空科研发展重点项目之一。
1979年5月在天津召开了飞机电传操纵 (后称“主动控制技术”) 专题研讨会, 明确提出要组织全部力量, 主机和辅机单位结合开展电传操纵系统研制工作。会议明确由601所、609所、112厂负责开展歼8机单轴模拟式电传操纵系统研制, 601所、618所、112厂负责开展歼8机单轴数字式电传操纵系统研制, 从此开始了漫长的研制之路。
方法和目标
研制工作一开始, 首先要确定一种模式, 是仿制, 还是自己研制? 当然在那个时候仿制是不可能的, 因为不可能得到任何样机。1983年, 正值欧洲开始由英、法、德、意、西合作进行20世纪90年代欧洲先进战斗机的研制, 事前曾研制了具有模拟式电传功能的“狂风”战斗机, 为此航空工业部科技局组织了代表团对德国、英国的有关公司进行考察, 但结果也未能得到任何有价值的资料, 只是对设计概念、流程等有了理解。
看来只能靠自己的力量进行研制。首先要从总体上确定方案, 针对和歼8 相类似的飞机, 在充分消化国外飞机飞行验证系统的基础上确定总体方案是一种类似于美国F-104的电传操纵验证机, 同时带有机械操纵备份方案, 在功能上将实现放宽静稳定性功能。
从1979年开始, 全所上下进行了充分动员, 当时所领导相当重视, 对人员、经费和设备进行了充分准备。对609所来说, 过去全所的研制方向主要是在机械上, 如今要进行大量的电子设备工作, 在人员和设备上存在着空白, 因此所领导决定成立新的电子控制研究室,在人员和设备上进行了补充和调整。当然这个研究室的建立, 也为609所以后电子防滑、高效空调、空中加油等课题的研究打下了很好的基础。
针对研制工作需要攻克各种困难, 首先是设计人员的基础知识要进行更新, 为此与西工大等院校合作, 开始对设计人员进行“现代控制论”知识培训,“现代控制论”是20世纪70年代后出现的一门对航空、航天和其他重大工程的重要理论, 它促使我们用新的计算机技术来对工程进行设计和验证, 经过近一个月的培训, 设计人员有了新的认识, 设计工作也开始展开。
在电传操纵系统中突破性的关键是可靠性问题, 可以想象, 飞行员最关心的是飞机操纵系统由简单的钢索拉杆组成的助力操纵, 变成以电子设备为主的电传操纵, 如何让他们放心, 出了故障怎么办? 这样就出现了“余度”的概念。可靠性的研究要进行大量数字计算和可靠性验证, 为此我们先后派出人员到加拿大、日本等国进行可靠性方面培训, 逐步建立了数字模型及试验验证方法, 这项工作在当时来说也是处于国内领先。国家很多部门和院校后来开始建立了专门学科进行研究。
在试验验证中首先要解决模拟试验问题, 需要有全系统模拟台, 以便进行全系统仿真试验。当时由于经费所限不可能建立1∶1的全机实验台, 只能利用已有的当量化操纵模拟台,再配上计算机进行试验。
在电子元器件的采购中, 当时国内没有经过军品认证筛选的器件, 因此我们只能自己进行此项工作。时间紧, 设备也不齐全, 我们只好利用人工进行24 h轮班来完成。
在加工过程中由于舵机壳体的复杂性, 国外均采用数控加工, 而当时国内数控加工还刚起步, 因此我们只能利用从英国进口斯贝发动机时配的坐标铣镗设备来完成复杂舵机壳体的加工。
这一些关键技术课题的解决, 使我们顺利通过了原理样件、试验件到试飞件的生产。1990年终于迎来了装机试飞的日子。
试飞成功
经过近10年的艰苦努力, 终于在1988年12月8日试飞成功。试飞是在沈阳松陵机场由刘刚飞行员进行的。为了让飞行员能更好熟悉电传操纵的驾驶, 早在3年前开始进行了培训, 参加各种试验, 并到英国飞行学院进行培训。
试飞进行得比较顺利, 共进行了电传操纵试飞、机械操纵转电传操纵、放宽静稳定度飞行、机械备份操纵系统等项试飞, 这种突破性的飞行极大地鼓舞了飞行员和设计员的信心,消除了对电传操纵的恐惧感, 为今后飞机设计带来新曙光。模拟电传技术获部科技成果一等奖、国家科技成果二等奖。
总结模拟电传操纵系统, 其重要价值有以下几个方面:
(1) 首次在战斗机上实现电传操纵试验, 消除了人们对电传操纵系统的恐惧感, 增强了飞行员的信心。
(2) 验证了电传操纵对飞机性能的改善, 对飞机今后设计带来革命性变化。
(3) 验证了从电传操纵到机械操纵的可靠性和平稳性, 避免了转换过程中的急剧变化和较大过载。
(4) 为新的飞机型号设计创造了条件, 使预研先行真正得以实现。
( 5 ) 培养了609所坚韧不拔、勇于克服困难的精神, 不管条件多差, 只要有决心就能把事情办成。
( 6 ) 为609所高效空调、电子防滑刹车系统、空中加油技术的研究打下了坚实的基础。
为了祖国的空降空投事业, 起跳!
秦修生 (口述)甘丽红 (整理)
1930年秋天, 我出生在山东省一个贫苦农民家庭, 自幼艰辛的生活让我仇视剥削压榨,向往自由平等。受红色思想的影响, 16岁的我毅然离家参加了革命, 在部队经过革命大熔炉的锤炼, 我的思想觉悟不断提高, 荣立三等功2次、四等功1次。1951年4月, 正值新中国建立初期, 党和国家根据国防建设的需要, 颁发了《关于航空工业建设的决定》, 降落伞工厂被列为首批建设项目; 同年5月, 重工业部航空工业局召开专门会议, 确定定点在南京建设降落伞厂, 命名为513厂, 承担国家降落伞的理论研究、设计、试验和生产任务。当时, 21岁的我作为第一批转业进厂的军人, 光荣地加入到祖国航空工业建设的队伍。自入厂第一天起, 我就在心底立下誓言———誓为祖国的航空工业奋斗一生!
为适应当时抗美援朝战争空军装备供应的需要, 航空工业确立了“边兴建、边生产”的方针, 按照“修理—复制—仿制—自行设计”的道路, 在建厂同时就展开了各项生产准备工作。在厂长王世贤、工程师云铎的组织领导下, 我们按苏联降落伞图样、技术资料和样品开始进行了试生产。当时降落伞生产所用特种纺织材料全部由上海纺织管理局按苏联资料及样品仿制供应, 检测及试验工作量非常大, 我负责材料的检测试验工作, 常要南京上海两地跑, 整日里风尘仆仆协调各项工作。1951年10月, 经过全厂职工的努力奋战, 国产第一批110型低速救生伞 ( 13具) 复制成功, 经空军试用认可, 转入批量生产, 这便是新中国最早问世的救生伞。1951年12月, 由于降落伞试放任务的急迫需要, 工厂抽调我和另外2人组建3人空投试验小组, 负责降落伞试验的空投、检验及修理工作。1952年初, 工厂派我们作为新中国第一批试伞员到开封第43师学习跳伞, 当时我分在连队, 与战士同吃同住,一边在苏联专家的指导下学习降落伞专业、跳伞、地面试验、气象等基础知识; 一边跟着部队伞兵进行跳伞技能训练, 包括叠伞、跳平台、从报废的飞机门离机试跳; 等等。这样艰苦训练了半年, 终于迎来了我人生中的第一次跳伞实练。记得当时我使用的是苏联112型伞兵伞, 可能是第一次有些紧张, 强制开伞后我稀里糊涂就从飞机上下来了, 直至落在地面我还有些懵懂, 不过这次实练多少让我对跳伞有了切身的感触。在后来的半年训练中, 我更加刻苦勤奋, 但遗憾的是由于开封修机场, 我没能再获得实跳训练的机会。
1952年底, 我们学习结束回厂。1953年工厂成立试放科, 下设试跳组、记录组、收伞修理组等, 共计60多人, 我作为主力技术员任试跳组组长, 带领全组十来个人担负降落伞试放任务。这时, 我厂的生产研制已经渐渐步入正轨, 112型伞兵伞也于1952年开始仿制。生产成功后急需进行3项试放试验: 一是低空低速150 km/h假人投放试验; 二是真人下降速度试验; 三是真人大速度强度试验。这是我们新中国国产伞的第一次真人试跳, 也是我生平第二次跳伞。当时我带领空投组7个同志前往溧水着陆场, 一路上大家的心情都分外激动, 每个人都为有幸参与这次任务感到无尚的光荣, 同时也感到肩头沉重的责任和压力, 但没有人考虑个人的安危, 只是在想着自己的动作是否能完成到位, 是否能把任务圆满完成。很快伊尔-12飞机起飞了, 低空150 m假人成功投放, 一切数据正常。离地高度800 m时,舱门打开, 我听着指令起跳离机, 义无反顾纵身跃入空中。伞开后我严格按照要求操作, 进行观察测试, 记下感受, 很快所有人安全着陆, 全体参试人员欢呼雀跃、喜不自胜, 试验取得圆满成功。随后经国家试放鉴定委员会批准, 新中国第一批国产伞兵伞成功交付部队, 并开始批量生产。