试验机试飞改装中机械项目典型改装方案

2023-01-05张寒霍新晨

科学与信息化 2022年24期

张寒霍新晨

中国飞行试验研究院陕西西安 710089

1 外界常见的飞机改装与试验机改装

外界熟知的飞机改装，即对飞机的外观进行重新喷涂，或对飞机原有布局、内饰等进行升级改造，甚至是在飞机翼尖增加“小翼”等。此类飞机改装的主要目的是满足航空运营商的个性化需求，使乘客获得更好的乘机体验。而飞机改装的另一个重要领域——试验机改装，则鲜为人知。

要了解试验机改装，还得先从飞行试验说起。

飞行试验是指在真实大气条件下对飞行器、航空动力装置、机载设备和系统进行的各种试验。飞行试验最大的特点之一就是试验数据的真实性、可靠性。

航空技术的发展历程表明：大部分航空技术的突破，都是通过飞行试验研究和试飞取得的。在这个过程中，用于飞行试验的飞机叫做试验机。试验机是飞行试验工程部门特有的、也是最重要的基础设施和资源。

试验机改装，顾名思义，就是对试验机进行的改装。结合试验研究机研制需要，按照总体技术要求对原型机的结构、系统、软件和状态进行更改，以安装被试系统和试验任务系统，适应飞行试验研究和演示验证需要。试验机设计改装技术就是一门为飞行试验设计试验平台的技术。根据试验对象的不同，试验机改装一般可以分为新型飞机的测试系统和新系统的空中试验室改装两类。

新型飞机的测试系统改装就是为新设计的飞机量身定制一套用于“考核”它的测试系统，并将其安装到飞机上。一架新型飞机，只有安装了测试系统后，才是真正意义上的试验机。在飞行试验过程中，这套测试系统能够实时获取试验机的各项功能、性能指标数据，从而判断它能否像设计师预期的那样安全、平稳地飞起来，以及它到底能飞多“快”、多“高”和多“远”。

在保证对试验机原有结构或系统最小损伤的前提下，把一套可能拥有成百上千件试验设备，以及数万米改装线缆的测试系统非常高效、安全地在试验机上安装到位，是试验机改装工程师们直接面对的困难与挑战。

那么，什么又是新系统的“空中试验室”改装呢？

随着科技的快速发展，航空、航天、发动机、雷达电子、兵器等行业研制的各种新系统层出不穷。为了在空中验证这些新系统的功能和性能，就需要改装一架飞机作为试验机，并在试验机上布置安装这些新系统。把对这类飞机的改装称为新系统的“空中试验室”改装。

根据安装在试验机上新系统种类不同，这些“空中试验室”常常被冠以各种不同的名字，如发动机飞行试验台、变稳试验机以及弹射试验机等。由于新系统本身具有不确定性，如果将这些新系统还装在一架新飞机上，风险无疑会很大。所以，新系统的“空中试验室”一般会选择成熟的在役飞机作为改装对象。

这类试验机通常需要经过深度改装才能达到飞行试验的要求，改装往往会对试验机的气动外形、结构、重量重心以及原机系统造成很大改动，改装技术风险和难度都会很大。

例如，在将一架普通的运输机改成雷达电子试验机的过程中，为了在这架运输机上合理地布置、安装这些新研发的雷达电子系统，可能会整体切除它的机头部分，把它变成类似战斗机那样，尖尖的复合材料天线罩结构；也可能会在机身外加装形状各异的“鼓包”，甚至会在这架运输机上安装一台新的发电机用来满足这套新系统的大功率用电需求。

航空工业发展历程中，几代航空人研制改装成功了我国第一架雷达电子试验机、发电机飞行试验台、气动力试验机、两代变稳试验机、弹射试验机以及结冰喷水试验机等。每一架“空中试验室”都是改装工程师们智慧的结晶。

无论哪一类试验机改装，都是飞机原有设计平衡被破坏和重建的过程，它们都与飞行安全息息相关，试验机改装是一个充满风险和挑战的航空技术领域[1]。

而试验机改装从大的方面说，包括机械改装和电气改装两部分。有人说，航空电缆就是飞机的神经系统，连接着飞机电气，航电，通信和操纵等各个系统，输送动力电源，传递控制信号和数据信息给飞机各个系统作为飞行数据基础，保障飞行安全[2]。在飞机改装过程中，航空电缆的敷设工作被称为连接“飞机神经”的改装。而作为试验机改装工作中不可或缺的一环的机械改装，更像是试验机“感官”的改装。试验机将各组飞行数据通过“感官”传感器采集到，并通过“飞机神经”——航空电缆汇总到各系统主机，在可控范围内保障试飞工作安全顺利进行。

而试验机“感官”传感器的加|改装就是试验机的机械改装。通过环境温度传感器、管道温度传感器、管道压力传感器、定位系统传感器、振动传感器、油耗传感器，各种采集器，线、角位移传感器等等，各种各样的传感器将飞行试验数据可视化，飞行姿态具体化，飞行安全可靠化，是试验机改装中必不可少的一环。为了保障试验机机械改装的安全性和系统化，必须将机械改装的流程和细节规范化、标准化和典型化。

2 试验机机械项目典型改装方案举例

2.1 采集器等带耳片的设备在小空间或者零空间的安装

此类设备一般在耳片上会制有通孔，用来安装。在开放空间的安装方式为：在安装平台上制相应位置的通孔，用对应的标准件加以紧固。而在某些试验机（如歼击机或者小飞机）上，安装空间十分紧张，加装设备数量也多，导致某些设备的安装位置不方便施工，或者安装位置在施工者够不着的地方。

此时，为了方便后续的试验机设备的拆校、更换、保养等，必须采用非常规的安装方式。目前采用插板设计方案，即在施工者不易施工的一侧，通过加装相应形状的压条的方式，减少该侧后续的施工量和施工难度。为保证压条的通用性，可采用斜槽压条的方式，保障测试设备可以顺利安装。

图1 采集器斜槽压条式

2.2 振动传感器的两种安装方式的对比

对于振动传感器的安装，现阶段的安装方式有两种：螺钉连接和粘接。

螺钉连接，即采用角片安装的方式，多用埋头钉将传感器紧固到安装角片上，并打好保险防松，借用原机孔位，或者在原机适当的位置制孔，将角片和试验机连接紧固，测量该处在试验机飞行过程中的振动情况。优点是拆卸方便，快捷，不易松动，不用清理多余物，缺点是可能需要在原机上制孔。

图2 振传感器螺钉安装

粘接，即采用AB胶的形式，将传感器与试验机测量点直接粘接，不用开孔或者采用螺钉连接，待胶干后，传感器和测量点紧固连接。优点是安装方式简单易学，不对原机造成开孔伤害，相比与螺钉连接，安装方式更快捷方便；缺点是在遇到外力冲击时，粘接很容易松动掉落，影响试验机数据收集，并且粘接的用胶量不易把控，胶量过少，则传感器粘贴不牢固；胶量过多，则在传感器拆除或拆校的时候，造成传感器取不下来，比较棘手。当任务结束，还要清理试验机上的多余胶痕。

2.3 薄壁板类型的试验机改装件的安装

对于板材类和梁类的改装件，在安装的时候，会在受力后进行相应的形变。这种形变对于安装的位置和孔位要求十分精确的改装任务来说，可以在安装的时候，施加相反方向的力，使板材回到可以安装并使用的状态，且不影响结构强度和改装安全性，符合改装设计要求。

对于安装孔位精度要求较高的改装任务来说，这种形变是不能接受的。因为这种情况下的形变，会使改装件无法顺利安装，导致前期工作付诸流水，造成“返工”甚至整个改装件重新取样重做，影响任务进度，进而影响试验机任务节点，拖慢试飞进度。

在某型机的前起舱后部，有一块薄壁板，某次改装任务为在该薄壁板上安装五件测试设备，该薄壁板四周与飞机是用快卸螺钉连接。在改装过程中，当施工人员按照工卡将测试设备安装并紧固后，将整个薄壁板托起，试图恢复至原位置时发现，由于该薄壁板在安装并紧固测试设备后，受力变形，导致该薄壁板孔位与原机相应位置孔位对应不上，无法安装。而机上的施工位置有限，不方便施工人员在薄壁板与试验机紧固后，再进行设备安装。故前期的测试设备紧固工作需要“返工”至原状态，且施工人员只能在不方便施工的位置进行施工。同理，某次设备桌安装过程与上述情况类似，在桌上的测试设备紧固后，仪器桌有少量形变，在连接仪器桌与机体时，无法与前期制的孔位对应上，导致无法顺利安装。

总结归纳，对于此类试验机改装件，在施工之前，需留心注意改装零件的少量形变，并提前想好应对策略，如对于所有的测试设备，只穿钉，不紧固，减少改装件的形变量，在关键孔位对应并拉紧后，再慢慢紧固测试设备，杜绝“返工”或者损坏改装件的情况发生[3]。

2.4 管路敷设时的注意事项

在管路制作前，最好有取样的步骤，能保证管路的长度和准确度，在取样过程中，可以选择并确定最优的管路敷设路径、连接紧固方式和支撑点位置，避免管路过长或过短导致的连接位置不恰当或者管路无法使用的情况出现。且不锈钢管路在第二次弯折的时候，会比第一次弯折困难许多，要尽量减少弯折次数，也说明了管路取样的重要性。

在管路敷设的时候，尤其对于管路，尽量一根一根敷设，每根都折出最佳形状，不要一次弯折多根管路。当管路敷设路径需要穿孔时，管路的折弯要尽量垂直于孔的横截面，最大程度上避免导管与穿孔位置的摩擦，保护管路在动态情况下，不被穿孔位置割断，保护试验机的飞行安全。且在穿孔位置，需要用石棉带或者棉毡包裹管路，起到保护作用，并用卡带拉紧，防止脱落。在高温区，需要用石棉带和铁皮卡带。

图3 管路敷设

试验机改装是试飞过程中很重要的一环，对于试飞有重要的作用和意义。就国内外环境来看，试验机试飞改装方面并不引人瞩目，也无太多关注，所以没有太多的经验可供借鉴学习，只有靠我们自己在实践中总结归纳，不断积累经验和教训，借鉴相近行业的先进经验，融会贯通，化为己用，才能给中国试飞改装注入新的力量，使中国的试飞事业，尤其是中国试飞改装工程，向着规范化、可靠化、安全化、模式化的方向迈进，保证测试系统装机的正确性和稳定性；尽最大努力使测试系统的安装不影响原机的系统和结构，保证试飞数据的真实性和准确性；杜绝安全隐患和安全事故的发生和出现，保证试飞试验的可靠性和安全性，保证人民生命和国家财产安全；用“精心改装，品质卓越”的改装精神挑艰战难，开拓创新，为中国的试飞事业贡献自己的一份绵薄之力，使中国试飞向着国内一流，国际先进的目标稳步迈进。