万博士的航空讲堂

十五、航空器的试验

航空器在正式投入使用之前，必须进行各种各样的试验，有的可以在地面完成，有的需要在飞行中完成。航空器试验是航空航天事业发展中不可缺少的关键环节之一。随着航空科学技术的飞跃发展，航空器试验的地位越来越重要。航空器试验的门类众多、科目庞杂，下面主要以飞机为对象进行相关试验的介绍。

航空器试验是指航空器在其研究、研制、生产、部署和使用与保障期间进行的各种试验、仿真、测试和相应的分析活动。它既是工程技术活动的重要内容，可以发现设计缺陷，帮助研制人员及时进行改正，并确定系统性能水平；也是决策过程的一个重要环节，为权衡分析、降低风险和细化要求提供信息，为航空器研制过程中的阶段决策和设计定型提供依据。

航空器试验有多种不同的分类方法：按照试验地点可以分为地面试验和飞行试验；按照航空器研制的时间顺序，可分为研制试验、使用试验；按照专业主要包括空气动力学试验、结构强度试验、环境试验、寿命及可靠性试验、维修性与保障性试验等；按照分系统主要包括航空电子系统试验、飞行控制系统试验、机电系统试验、航空武器系统试验，以及航空发动机试验等。这些不同的分类方法之间存在一定的交叉。以下按照地面试验和飞行试验的分类对航空器的试验做一介绍。

1.地面试验

（1）空气动力学试验

空气动力学试验是研究空气与物体相对运动时，空气的流动规律及其与物体的相互作用所进行的试验。其目的是设计和评价航空器的布局和性能。空气动力学试验可分为实物试验和模型试验。对于航空器来说，实物试验可称为空气动力飞行试验，模型试验则可称为风洞试验（图1）。在地面主要进行航空器的模型试验，即风洞试验，所使用的模型尺寸通常比实物小，被称为缩比模型。

（2）结构强度试验

结构强度试验是在实际或模拟的载荷和环境下，在地面对飞机和部件进行的机械强度试验。目的是验证飞机和部件的承载能力、变形状态、可靠性和寿命等关键性指标。结构强度试验主要包括结构静力试验、振动试验、疲劳试验、热强度试验，以及耐久性、损伤容限试验和地面模拟热颤振试验等。

结构静力试验又称静强度试验（图2），是对飞机结构按试验要求施加静载荷并测定其承载能力和变形状态的地面试验，是鉴定飞机结构强度、刚度，保证飞机飞行安全的主要手段，包括静强度试验和刚度试验。

关于其它各项结构强度试验，这里不做详细介绍，感兴趣的读者可以参考有关专业书籍。

（3）航空发动机试验

航空发动机试验是为验证发动机及其部件的性能、适用性和耐久性而进行的试验（图3-图5）。通常，将整台发动机的试验称为试车。在航空发动机试验中，按不同的技术指标可分为性能试验、适用性试验、耐久性试验和环境试验。

性能试验是在地面和飞行状态下，测量发动机的推力和耗油率等性能指标以及空气流量、压力、温度和各部件的性能。适用性试验测定发动机工作特性对油门进气流场条件变化的响应，重点是进气道-发动机-喷管的匹配。耐久性试验包括循环疲劳寿命、应力断裂或蠕变寿命、抗外来物破坏和包容能力等机械结构强度验证。

环境试验是检验发动机及其附件在不同环境条件下的工作适应性以及环境对发动机影响的试验，包括：恶劣大气条件试验（如高低温、潮湿、霉菌、电磁、核辐射等方面的试验）、吞咽试验（如吞烟、乌、冰、水、沙、尘、机械硬件等物体的试验）、噪声试验、排气试验、特征信号（红外信号和雷达截面积）试验。环境试验可以在地面设备、模拟高空试验设备或专门的户外试验设备上进行。

（4）飞行控制系统试验

飞行控制系统试验是对飞机飞行控制系统的性能、可靠性进行的试验，包括地面试验和飞行试验。飞行控制地面试验一般在“铁鸟”台上进行（图6）。“铁鸟”台的飞行控制系统和操纵系统与飞机上的一致，但试验台的结构比真实飞机要刚硬得多，用于支撑操纵系统和舵面的结构以及外形与真实飞机也不一样。

（5）飞机机电系统试验

飞机机电系统试验主要包括电气系统、液压系统、燃油系统、起落架收放系统（图7）、机轮刹车系统（图8）、防冰系统、生命保障系统、救生系统（图9）、环境控制系统等各类飞行系统的试验。

（6）航空电子系统试验

航空电子系统试验是保证飞机完成预定任务，达到规定的各项性能所需开展的各种电子设备的试验（图10）。

（7）航空武器系统试验

航空武器系统试验是指为鉴定武器系统的战术性能指标和可靠性所做的试验。主要包括：机载武器地面静态试验、机载武器地面发射试验、火控系统地面试验。

（8）环境试验

环境试验是将航空器暴露于自然或人为的环境中，以确定这些环境对产品影响的规律。目的是弄清航空器在恶劣的自然环境条件下性能的变化，提高可靠性。航空产品的环境试验一般包括低温试验、温度循环试验（外界温度从低到高再到低反复变化）、温度冲击试验（外界温度突然变化）、低气压试验、日晒试验、淋雨试验、沙尘试验、腐蚀试验、雷电模拟试验、结冰试验（图11）、电磁兼容性試验（检查通信、控制等电子系统是否相互干扰）等。

（9）寿命及可靠性、维修性与保障性试验

寿命试验是为了证实受试的产品在一定的工作、使用、储存等条件下的寿命而进行的试验。

可靠性、维修性与保障性试验是指为了了解、分析、提高和评估航空器的可靠性、维修性和保障性而进行的试验和评估的总称。

2.飞行试验

飞行试验是指飞机、发动机、机载设备及机上各系统在真实的飞行条件下进行的各种试验，简称试飞（图12-图15）。通过试飞可以获得实际试验数据，探索未知的飞行现象，验证航空新技术、方案和原理，鉴定航空产品是否满足规定的战术技术要求或适航标准。飞行试验按其性质可分为研究性飞行试验和型号飞行试验。

研究性飞行试验是探索未知领域、研究新技术、检验新的理论和为研制新飞机提供数据的飞行试验。研究性飞行试验一般不以某一具体型号为研究对象，而侧重于基础理论和应用技术的探索、验证；有时也针对某新一代型号要求进行特定的专门技术的研究。研究性飞行试验通常用专门研制的研究机或用现役飞机改装的专用飞机进行。历史上有不少重大航空技术都是由专用的试验机或研究机的研究性飞行试验突破的。世界上一些航空技术发达国家还专门设置有研究性试飞机构，如美国NASA戴顿飞行研究中心、英国皇家航空研究院的飞行试验部等。

型号飞行试验是以型号产品（飞机、发动机、机载设备和机上各系统）为试验研究对象，侧重于其性能和可靠性的试验与鉴定。型号飞行试验按其任务、时机不同，又可分为：首飞、调整试飞、鉴定试飞、使用试飞、出厂试飞、验收试飞。

新研制型号的原型机首次升空的飞行称为首飞。调整试飞又称发展试飞，是首飞后、鉴定试飞前，为调整飞机、发动机及机上各系统、机载设备，使其符合鉴定试飞飞机移交状态而进行的飞行试验。调整试飞的基本目的是暴露设计和制造的缺陷，排除故障，使新机达到设计的基本要求或达到预定的性能，为型号鉴定试飞做准备。关于型号飞行试验的其他项目，这里不作详细介绍，感兴趣的读者可以参阅相关资料。

逐梦飞翔——作者的话

与《航空模型》编辑的长期工作接触中了解到，不少航模爱好者对于航空模型的理论知识以及航空模型里所蕴涵的航空知识了解较少，市面上也非常缺乏能够深入浅出且较为系统地介绍这些知识的资料。不少读者经常致信《航空模型》，希望能组织专家撰写一些相关文章来满足他们的需求。2009年底，应《航空模型》主编俞敏的正式约稿，我开始着手编写相关内容。2012年4月，《航空模型》杂志开始连载《万博士的航空讲堂》；历时4年，共刊登入门篇20期、共45问（2012年第4期-2013年第11期），提高篇10期、共20问（2014年第1期-2014年第10期），深入篇13期、共15问（2015年第7期-2016年第7期）。

《讲堂》中的内容结合了本人近三十年参加航模活动、组织航模活动、从事航空教学与科研工作的经历，较为通俗易懂、深入浅出、图文并茂地介绍了航空、航天与航模的基础知识。介绍中尤其注意到充分体现航模与航空、航天的联系，以期吸引更多的航模爱好者积极关心和投入到祖国的航空航天事业中。自栏目开设以来，得到了《航空模型》编辑部的高度重视，俞敏主编和前编辑部主任黄东冬先后担任了责任编辑。

入门篇：该部分内容都是航空、航天与航模最基本的知识。从莱特兄弟实现人类首次有动力飞行开始（人类的航空壮举），引出有动力飞行所需要具备的3要素，并穿插介绍飞机能够有多大，飞机能飞多远，飞机能飞多快，以让读者对于航空的由来与大致情况有所了解。而后，分别介绍了翱翔天空的航空器、遨游天宇的航天器、多姿多彩的航模、飞机的分类、大气的特性、奇妙的升力、翼型、飞机和航空模型的组成部件及功用、舵面及其功用、飞机的气动布局形式及其特点、尾翼的布局形式及其特点、机翼的平面形状及其特点、发动机的布置形式及其特点、飞机的起降装置、飞机的飞行性能、飞机的飞行速度、影响升力的因素及失速、阻力及其减阻方式、升阻比、直升机的工作原理、直升机的飞行性能与发展历程、直升机的主要部件及其功能、直升机的操纵等。

提高篇：这部分主要介绍飞机的飞行参数、飞机与模型飞机的三轴操纵性与稳定性、翼载荷及其对飞行性能的影响、上反角/后掠角/安装角及其对飞行性能的影响、展弦比/根梢比/长细比及其对飞行性能的影响、不同平面形状机翼的气动和结构优缺点、上单翼/中单翼/下单翼的各自特点、喷气式飞机进气道的布局形式、螺旋桨的关键参数及选取、螺旋桨动力装置的右拉/下拉、遥控设备/发动机的使用注意事项、模型飞机飞行前的必要准备及飞行注意事项、模型飞机飞行前的必要检查、模拟舵机和数字舵机的异同、常用的模型粘合剂和涂料、模型制作的常用工具、航模常用材料等。

深入篇：这部分主介绍飞机和模型飞机的外载荷与结构内力、飞机和模型飞机的机动性、机翼/机身结构的构成与构造形式、飞行器的结构设计制造要求、飞行器的常用材料、直升机的机动性、直升机旋翼的桨叶、直升机和模型直升机的旋翼桨毂、直升机与模型直升机的机体构造、直升机的起飞/爬升/下降与着陆、衡量动力装置性能的主要参数、飞行器的导航系统、飞行器的测量/探测与显示系统、飞行控制系統、航空器的试验等。

在本栏目连载期间，本人还应化学工业出版社邀请，正式编撰出版了《认识航空》、《飞机为什么会飞》两本科普图书。其中的大部分内容来自《万博士的航空讲堂》。《认识航空》比较适合高中及以上的航空爱好者；《飞机为什么会飞》则主要面向初中和高中的航空爱好者。两本书都比较受读者欢迎。

至2016年7月，《万博士的航空讲堂》全部内容已经刊登完毕，期待读者对于本栏目提出更多好的意见和建议，以使本人不断改进提高，为读者献上新的文章和书籍。同时，也希望这些内容的刊出能激励更多的青少年航空/航模爱好者长大后投身于祖国的航空航天事业。（全文完）