李明传-主动控制技术(ACT)预研
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    第三代战斗机[1]的主要技术特征

    20世纪60年代后期—70年代初,东西方阵营的冷战逐渐进入高峰,在这种国际政治军事大环境下,以美国为首的西方国家和苏联纷纷投入大量人力、财力,开始了第三代战斗机的研制。基于越南战争中空中作战的经验和教训,以及科学发展趋势和可采用的技术,特别是以计算机技术为代表的信息技术的迅速发展,美国、苏联、法国、以色列等国家在他们研制的新一代战斗机上,实现了若干重大技术突破与创新,这些技术突破与创新,也就是后来第三代战斗机的主要技术特征。

    如今,第三代战斗机仍然是世界空中强国的主力战机,而关于第三代战斗机的这些技术特征也已经为很多人所熟悉,总结起来大致如下。

    第一,采用了能够适应中、低空和亚、跨声速飞行,有利于空中机动格斗和能够实现空中优势的气动布局。如典型的中等后掠角、中等展弦比的边条翼正常布局,翼身融合体设计,以及近耦合鸭式布局等,前者如F-15、F-16、F-18、苏-27、米格-29等,后者如“幼狮”及后来的“阵风”和“台风”等。

    第二,采用了既可以改善飞机的飞行品质,让飞行员进行无忧虑操纵,又能提高飞机总体性能的数字式或模拟式电传操纵系统(D/AFBWS)。电传操纵系统是主动控制技术的基础和核心,而各种主动控制功能的实现,能为飞机的总体气动布局乃至结构设计带来可观收益。

    第三,将以前飞机上诸多分立的任务设备,如目标探测/跟踪雷达、通信/导航与识别设备、武器控制与管理系统、火力控制与瞄准装置,以及作为人机接口的控制与显示设备等,基于数据通信的方式进行综合集成,构建成为综合航空电子系统(IAS)或导航攻击系统。大大提升了系统的综合化、数字化、自动化水平,也在一定程度上解决了座舱空间的有效利用与布置的难题。

    第四,普遍采用推重比达到8一级的大推力涡扇发动机,从而为实现飞机的推重比大于1奠定基础,也为提高飞机的航程和续航能力创造了条件。此外,这类发动机普遍采用了双余度全权限数字式电子控制(FADEC),能有效地提高发动机适应各种需求和环境的能力。

    此外,在第三代战斗机上,还用到了一批新的材料和制造工艺技术等。

    综上所述不难看出,第三代战斗机与之前的F-4、米格-21、米格-23等第二代战斗机相比,取得了跨越式的技术进步。上面所提到的四项主要技术,都是经过长期预先研究才得以成熟并付诸应用的,而电传操纵系统和主动控制技术、综合航电系统以及发动机FADEC技术,则是当时迅猛发展的信息技术以及微电子技术在飞机设计中应用的典型案例,是机械化和信息化相融合的显著标志。因而,上述技术不但是一个国家航空技术水平高低的标志,也是一个国家信息技术发展水平的标志之一。

    不过从前文中所述的2号机即后来的歼13飞机的研发过程来看,当时我国航空工业领域尚未对新一代战斗机的主要技术特征形成这样全面的认识。

    “幻影”2000飞机引出的军方需求

    在西方,法国是少数几个拥有独立完整的战斗机设计研发能力的国家之一,这在当时可以避免法国在军事装备上对美国的严重依赖。法国国内,从事军机研制的主要企业是达索公司,作为法国最大的私营航空企业(现已国家控股),该公司的“幻影”系列战斗机不但一直都是法国空军的主力装备,而且在国际市场上也取得了不错的外销成绩。

    70年代中期,美国的F-15和F-16两种第三代战斗机相继服役,在这种情况下,法国空军也将下一代主力战斗机研制计划提上了日程,并于1975年正式选中达索公司的“幻影”2000战斗机作为80年代中期以后的主力作战飞机。1977年底,第一架“幻影”2000原型机制造完成,并在1978年3月完成首飞。考虑到法国空军未来采购的数量有限,因此“幻影”2000飞机还没有完成设计定型时,达索公司就开始着手向国外推销该型飞机。1981年,在得知中国正在研制歼6战斗机的后继机型的消息后,达索公司派人来到中国,积极向我国空军推销“幻影”2000战斗机。

    作为来自工业部门的专家代表,李明参加了这次有空军和工业部门出席的法国产品推介会。根据在推介会上的介绍,“幻影”2000飞机为单发无平尾三角翼布局,采用了四余度三轴模拟式电传操纵系统和以导航/攻击系统为核心的任务系统,动力系统为一台M53系列涡扇发动机。综合这些特点可以看出,该机虽然不是当时西方最先进的战斗机,但它已经进入了第三代战斗机的行列。

    这次推介会之后,中国空军向法方提出要求考察达索公司和“幻影”2000飞机,并要求试飞该机,以体验其使用性能,法方对中方的要求表示同意。

    1982年6月,以空军副参谋长姚峻为团长,来自空军、航空工业部、电子工业部等单位专家组成的一个20多人的代表团赴法国考察,601所的李明和王忠利两人参加了考察团。这是改革开放后李明第一次出国考察,相对于法国的美景,更吸引李明的是该国发达的航空技术和设计制造能力。他在达索公司看到了不少从未看到过的东西,比如用复合材料制成的前缘襟翼、复合材料水切割设备和超声波探伤设备。他们还参观了位于法国与比利时边界处的达索公司数控加工专业工厂,所有机型大件(如机翼大梁、机身框等)都是集中在这里进行数控加工,然后再运往装配工厂。

    考察团的另一项重要任务是参观位于马赛附近的达索公司试飞基地Istre,考察了“幻影”2000飞机和它所配挂的武器、副油箱和各种维护保障设备,还观看了法国空军“钻山洞式拆装发动机”演示。作为本次法国考察的重头戏,我方试飞员葛文墉、蒋德秋在接受了法方技术人员关于座舱和飞机使用的讲解和培训后,分别驾驶“幻影”2000双座战斗机进行了多个架次的考察飞行,包括常规飞行和特技飞行,对机载航电、雷达、火控、武器系统性能有了比较清晰的认识。另外还参观了斯奈克玛公司发动机制造厂,了解M53发动机的研制生产情况。

    这次考察前后历经20多天,是中国人第一次直接面对西方发达的航空工业,真正认识到了双方存在的差距,当然也有巨大的收获。

    考察团回国后,顾诵芬总师曾专门邀请葛文墉到601所介绍试飞“幻影”2000的情况,希望对歼8飞机的研制能有所借鉴和参考。葛文墉详细介绍了试飞“幻影”2000的情况,并对该机的性能给予了高度评价,他当时有一句话让所有在座的人印象深刻,在讲到对“幻影”2000的总体评价时,葛文墉告诉与会人员,“这种飞机大大减轻了飞行员的工作负担,飞行中飞行员十分轻松;如果不是对方飞行员发生错误,歼8同‘幻影’2000对抗是不会赢的”。来自空军试飞专家的意见如同警钟,让与会的李明久久不能平静。

    空军根据在法国的考察情况,向中央军委上报了采购“幻影”2000飞机的报告,当时国防科工委对买与不买,组织了空军和工业部门的100多人进行论证,最终得出的结果是该机虽然性能先进,但是由于价格太高,以当时我们国家的实力根本买不起,决定放弃购买。尽管放弃了外购道路,但空军对第三代战斗机的迫切需求已摆在面前。而当时在歼13飞机的研制中,除进行了大量高机动格斗气动布局——边条翼的研究与选型外,其他如电传操纵与主动控制技术、综合航电技术、推重比8的涡扇发动机及发动机FA-DEC技术等技术储备基本上是空白。

    对于歼13“下马”的问题,李明觉得尽管其中不乏行政命令等因素,但其实从技术层面上讲,歼13飞机只在气动布局上下了功夫,在发动机选型上并未获得真正进展。而电传操纵与综合航电技术尚未沾边,显然难以满足空军对第三代战斗机的要求,而从对外合作的角度讲,外方电传操纵系统是按鸭式布局设计的,兄弟所的方案与之相近,有一定的优势。对外方来说,这也是风险小、收益好的选择。因此,他猜测这至少是选择定点成都的可能原因之一。

    对比在法国的所见所闻,回想此前的歼13项目,李明感觉到了我国的差距,同时也使他认识到必须攻克电传操纵和综合航电系统的设计与研制技术,否则新一代战斗机的研制无从谈起。

    关于ACT项目

    1978年,徐昌裕被任命为航空研究院院长,他上任后的第一件事是对航空工业初创时期科研工作的经验教训进行总结,徐昌裕深刻体会到:由于缺乏技术储备,十几年来新机研制基本上走的是边设计边攻关的突击式科研道路,研制工作被动缓慢,拖长了周期。为此,他专门用了两个月时间分期分批召集各航空厂、所、院、校有关专家和教授约300人进行座谈。徐昌裕经过总结后指出,之前航空领域曾“上马”的飞机、发动机、导弹等型号虽然很多,但研制成功的少,失败的多,究其原因,很重要的一点就是缺乏技术储备。为了改变现状,他决定并组织编制了航空科技发展规划,成为后来中国航空工业科研工作的指导性文件。

    此后,在摸清航空科技发展规律的基础上,由航空工业部党组在“天津会议”上提出了“科研先行、加强预研和加快飞机更新换代”的方针,列出了预研方面高推重比发动机、主动控制技术、先进火控系统等八大关键项目共119个重点课题。“天津会议”后,航空工业部党组下达了《航空工业1978—1985年科学技术发展纲要》(简称《纲要》),并要求贯彻当时吕东部长提出的“三个一代”,即预研一代、研制一代、生产一代。

    为了保证《纲要》的实施,航空工业部党组决定将每年科研经费的30%用于预研工作,并首先满足试验设备引进;航空研究院统一归口管理航空预研工作;从1978年开始,各单位的预研计划由航空研究院审批下达。此后,徐昌裕积极落实预研经费,还召开专题会议详细分解重大课题与落实主要负责单位,制订研究规划,大抓重点试验设备和测试手段的引进与自制。飞机研制由混乱无序走上了科学轨道,许多重要课题不断取得新成果。“天津会议”成为中国航空工业发展史上的一个转折点。这次会议对李明之后一直坚持预研先行产生了巨大影响。

    主动控制技术作为航空科技发展规划中确定的一项需要掌握与突破的关键技术,当时的航空研究院专门设立一个ACT处,对主动控制技术的研究工作进行管理和协调,处长是程映雪,主管是金淑慧。部院合并后,程映雪离开了航空工业部,而金淑慧则到航空工业部科技局任飞机处处长,但她的主要精力仍放在主动控制技术项目的管理上,为贯彻实施与推进主动控制技术预研规划做出了重大贡献。

    主动控制技术是一种能提高飞机飞行性能和作战效能的综合设计技术(之前也称随控布局技术)。主动控制技术的基础和核心是电传操纵(Fly-By-Wire,FBW),即以飞机运动参数为控制对象,以计算机为控制核心,采用余度信号传输的飞行控制系统。主动控制技术在飞机上的应用并不局限于飞行控制,还涉及到气动力、飞机结构、推进系统、火控系统及航电系统等。主动控制技术给飞机设计师提供了更大的自由度,使飞机的综合性能和效能得以优化,它的基本功能主要有:放宽静稳定性(RSS)、机动载荷控制(MLC)、结构模态控制(SMC)、直接力控制(DFC)、阵风减缓(GA)、颤振主动抑制(FAS)等。以主动控制功能开发为基础,还可以开展更为复杂的系统综合控制技术研究,如火力/飞行/推力综合控制的研究等。

    从1978年开始,李明在参与2号机研制过程中,在大量查阅国外最新资料时,他就开始关注并跟踪国外航空技术的发展趋势。他发现,当时西方航空技术发达国家都在开展主动控制技术的研究与应用,美国已经在其F-16战斗机上将该技术实用化。这给了李明一个启发,那就是我国未来研制的飞机,不但要追求良好的机动性能,在飞行控制和火控系统等方面也要采用新的技术,特别是主动控制技术。此后,李明开始留意国外主动控制技术资料的收集整理和学习,并在所内从各有关研究室抽调人员组成研究小组,收集与翻译国外资料,定期进行技术讨论和交流。正是这个在当时看似业余性质的研究小组,为我国航空领域开展主动控制技术的研究培养了人才。

    李明还认识到,要开展主动控制技术的研究并应用FBWS,还需要掌握国内实际研制生产和使用的各机型的飞行操纵系统与相关系统的可靠性水平,于是,决定对我国当时服役的战斗机(歼6、歼7、歼8)的机电式操纵系统和相关的能源系统及仪表系统等的可靠性进行摸底,并组织了相关人员下部队进行调查,参加的人员有王大瑜、尹庚吉、陈耀春、马俊杰等人,事前还组织他们参加了当时北京航空学院(现在的北京航空航天大学,北航)开办的可靠性学习班。在跑遍了大半个中国后,这个小组对空军1700多架飞机多年的飞行记录进行了调查,对其间出现的等级事故进行了总结和分析。分析结果显示,我国飞机与美国飞机的事故损失率大体相当。后来,李明又组织可靠性方面的专家对这个结果进行评审。评审后得出的结论是,我国飞机当时的机电式操纵系统的可靠性水平和故障率与美国同量级的飞机相当。从而为电传操纵系统的余度等级要求奠定了基础。

    按照当时航空研究院制订的规划,主动控制技术预研项目的研究包含3个研究阶段。第一阶段,以试飞院的歼教6作为验证机,由609所和618所分别研制纵轴模拟式和数字式电传操纵系统,经过地面试验和试飞验证,确定电传操纵系统技术基本突破后,转入第二阶段;第二阶段的工作是以歼8飞机作为验证机,开展三轴数字式电传飞控系统的研制和试飞验证,同时还进行若干重要的主动控制功能(如RSS)的开发与验证;第三阶段则是在三轴数字式电传飞控系统的基础上,继续开发其他ACT功能,如GA、MLC、FAS等。

    完成这3个阶段的技术研究验证之后,我国航空领域基本上较全面掌握了主动控制技术及电传操纵技术,同时也培养和造就了一支专业配套齐全、具有工程经验的ACT研发队伍,为新机研制和现役飞机的改进奠定基础。

    然而规划执行两年后,由于国家财政支持达不到预期的规模(当时,预研是没有专项经费的,尽管部党组表示每年从型号科研经费中拿出30%用于预研,但随着国家财力紧缺,经费也就无法落实),另外,由于试飞院无法提供歼教6飞机的相关数据供609所设计纵轴电传操纵系统,同时,试飞院也无地面模拟试验台供系统进行地面综合试验,而要开展试验研究来提供数据以及要建模拟试验台等也都需要经费,由于上述种种原因,由609所和618所以歼教6为平台研制的两个纵轴项目都难以继续进行,这却为歼8平台提供了契机。与两年前相比,此时的歼8飞机也较为成熟了。

    因此,在1981年后期,航空研究院的ACT处着手考虑提前使用歼8飞机作为两个纵轴电传操纵系统的验证机,在与沈阳飞机厂的唐乾三以及601所的顾诵芬、管德等领导商量并获得同意与支持后,提出成立一个以李明为首的工作小组,对以歼8飞机作为验证机继续开展ACT研究,进行调研和论证。

    1982年10月,工作小组上报了“对歼8ACT验证机可行性的初步看法”的报告,报告由李明与张德发联合执笔。报告就歼8ACT验证机的使命、验证机的方案(包括对飞机的选择、验证机的飞行范围、总体布置调整设想、电传操纵系统的功能和主要技术要求以及纵轴数字式与模拟式两个需验证试飞的系统的主要部件的统一等)、系统的地面试验与试飞方案以及研制计划安排等提出了建议。

    报告将歼8ACT的总体发展规划为3个阶段:

    第一阶段:完成纵轴模拟式电传与纵轴数字式电传操纵系统的研制和试飞验证;

    第二阶段:完成三轴数字式电传飞控系统的研制,以及重要的主动控制功能开发与试飞验证;

    第三阶段:在三轴数字式电传飞控系统基础上进行其他主动控制功能的验证。

    其中第一阶段要实现的目标,是通过纵轴模拟式和纵轴数字式电传操纵系统的研制和试飞,突破电传操纵系统的基本技术,完成原理性、可行性及系统可靠性的验证,建立信心,打下基础。第二阶段要实现的目标,是取得工程实用的三轴数字式电传飞控系统设计和研制经验,掌握系统设计综合、部件研制、软件开发、系统试验、飞机改装与试飞等一整套技术。在第三阶段,要实现的目标则是适时进行综合火力/飞行控制、综合推力/飞行控制研究及主动颤振抑制等难度更大的主动控制功能开发与验证。

    1982年11月,航空工业部和航空研究院采纳了报告中的建议,同时以航技函(1982)1741号文决定停止歼教6ACT验证机的研制,提前启用歼8飞机作为ACT验证机,并决定601所作为ACT验证机总体设计单位,与609所、618所、631所和沈飞公司一起共同执行歼8ACT验证机计划。

    现在,回顾歼8ACT验证机计划,无论在研究目标、技术途径还是管理方法方面都是开创性的,既体现预研工作的特点,允许有一定的探索性和攻关性,又要求像型号研制那样,要摸着石头过河;不会像型号研制那样,有较高强度的经费支持和必需的试验研究条件建设,但又必须充分利用已有的地面试验条件进行充分的地面试验研究,以保证验证试飞的安全。

    在这样一个预研项目中,李明对可能遇到的困难有充分的认识,所以无论是在技术规划方面,还是在工程管理方面,他都提出了许多有创新性的建议。他认为歼8ACT虽是一个预研项目,但最终是要上天飞行的,因此,这个项目要作为准型号设计,要按型号研制那样进行管理,这样也能更有力地组织整个团队去顽强拼搏。

    随后,航空工业部科技局发文组建了ACT项目主任设计师系统,并任命李明为主任设计师。从4年前初识主动控制技术,到接手掌管中国的ACT预研项目,用李明自己的话说,充满了在白纸上描绘最美丽的图画般的激情,他这一干就是18年。

    纵轴模拟式电传操纵系统

    按照李明在报告中提出的规划,歼8ACT验证机计划的第一步是完成纵轴模拟式与纵轴数字式电传操纵系统的试飞验证。

    纵轴模拟式电传操纵系统是一个全权限闭环控制系统,是609所参照美国F-4高生存性飞行控制系统(SFCS)进行设计研制的,具备控制增稳、过载限制、失速告警和自动配平功能。

    该系统基本按四余度结构进行配置,具有双故障/工作能力,并备有飞行前机内自检测(BIT)能力。

    从1983年起,601所与系统研制单位609所开始进行方案设计研究和技术协调,并对选定作为系统验证机的歼8全天候0102架飞机开展飞机改装方案研究与设计。

    关于0102架机的改装,主要涉及总体布置、重量重心计算与调整、座舱改装方案、机械备份系统设计、余度电源和液压源的设计以及仪表系统改装等,此外还对控制律仿真校核、飞行品质指标的研究和检查考核、气动伺服弹性耦合问题的分析研究与试验研究、地面模拟试验设施的改装以及机上地面试验的内容与方法研究等进行了大量的工作。

    在开展上述工作的基础上,李明于1984年8月带队前往湖北襄樊(现襄阳),同609所正式签订了“歼8主动控制技术验证机纵轴模拟式电传操纵系统”产品研制协议书,这标志着纵轴模拟式电传操纵系统研制和验证机改装设计进入详细设计阶段。于是,609所转入了S型件的研制,而沈飞公司、601所则进入试验飞机的改装设计。

    1986年3月,航空工业部科技局在609所主持了纵轴模拟式电传操纵系统的评审与验收会。经过评审,与会专家一致认为,该系统已基本符合预定的功能和要求,并要求609所按评审提出的改进意见进行适当修改后,即可提交601所进行地面“铁鸟”台试验考核;系统的各部件经过环境试验满足要求后,可提交装机。

    评审会结束后,以李明为首的主任设计师系统对评审会上提出的转换瞬态、极限环振荡、系统稳定储备、助力器挡墙撞击、故障模拟试验、BIT的检测覆盖率、速率陀螺和加速度计的技术状态等问题和改进建议,逐项进行了认真研究,并确定了解决措施。

    1985年10月,601所完成了0102架飞机的全部改装发图,之后沈飞公司开始了试制生产。1986年6月,609所将模拟式电传操纵系统装机试验件交付601所,经过近7个月的地面试验与联合攻关,解决了平尾后段抖动和某些飞行状态系统稳定储备不足等问题,使系统达到了可装机状态。

    为了降低自主开发ACT的风险,当时航空工业部和科技局领导考虑,作为一种辅助措施,最好能找到国外的技术合作伙伴。但是,在这样的高技术领域,在研制经费有限的条件下,这样的国际合作实现起来困难重重。尽管如此,当时航空工业部和科技局的领导仍然坚持多方联系,寻找对外合作的机会。

    1983年10月,以航空工业部科技局总工程师方宝瑞为团长的一行8人考察团赴西欧考察,除上级的主管外,成员都是当时ACT预研项目各承担单位的技术负责人,李明也是成员之一。

    这次西欧考察的第一站是联邦德国的慕尼黑,同联邦德国主要的航宇企业MBB公司探讨进行合作的可能性,其间双方还进行了一定的技术交流。考察的第二站是英国的马可尼公司。

    这是李明第二次参与对外考察,西欧考察有两个主要收获,一是通过技术讨论,对数字式电传系统是采用四余度结构还是三余度带自监控的结构方案,外方有了较明确的回答与说明;二是经过考察发现,MBB公司有进行技术合作的意向,而马可尼公司则比较傲慢。这次考察结束后,航空工业部和科技局根据考察团提交的考察报告,考虑同德国MBB公司开展技术合作,并专门为此事进行了筹划。

    1984年12月,科技局总师方宝瑞再次率团前往MBB公司商谈技术合作事宜,目的是希望MBB公司的专家(当时他们已经完成了CCVF-104随控布局验证机的试飞验证计划,在电传操纵系统研制和设计方面积累了一定经验)对我们的纵轴数字式电传操纵系统的设计进行评审,如有可能,希望再增加一些可能的技术合作内容。

    当时MBB公司对与中国进行技术合作,态度还是很积极的。他们派出的谈判人员除主管这个项目谈判的Rikus先生外还有若干技术人员,为首的Kubut教授曾是CCVF-104验证机计划的技术主管,后来去大学任终身教授。谈判中,Kubut教授等对中方介绍的歼8数字式电传系统提出了不少问题,弄清楚了这次技术合作的任务与德国方面要做的事情。

    谈判期间,考察团参观了MBB公司CCVF-104的“铁鸟”试验台架,以及MBB公司为“狂风”(Tornado)飞机编辑、出版使用资料的出版部,它的组织形式、工作体制,乃至数字式录入装置等,让每位考察团成员印象深刻。

    经过多轮谈判,双方认为开展技术上的合作是可行的。但进入技术合同经费谈判时,对方的要价与中方可能支付的数额差距太大,他们向MBB公司主管领导汇报后认为中方的报价太低,根本不值得他们去做这件事情。

    在当时的情况下,国家能够拿出经费支持预研项目已属不易,想要再申请更多的钱已经不可能了。但是如果按照中方的报价,德国方面跟本不愿意继续谈下去,谈判走入了“死胡同”。

    谈判结束时已经是周五了,周六、周日是联邦德国的法定假日,而考察团周一就要启程回国了,合作面临着功亏一篑的危险。但是这盘死棋却在方宝瑞总师“坚持、再努力一下”的建议下峰回路转了。考虑到当时MBB公司参加谈判的技术人员的态度是积极的,愿意同中方合作,并希望能到中国访问,方宝瑞总师认为,谈判能否取得最后成功的关键在于说服对方的领导。

    谈判结束后,方宝瑞告诉Rikus,希望他向领导报告一下,中方希望同他最后再谈一次,地点由他们定,并表示希望德国方面着眼于长远,不要轻易放弃这次难得的合作机会,否则太可惜了。

    也许是中国人的坚持和诚意打动了对方,中方得到的回复是周六去领导家里谈。答应和中方进行最后一谈的这位领导是MBB公司军用分部的副总裁,他当时还是多国联合设计的“狂风”战斗机的副总设计师。

    按照约定的时间,周六,中方人员来到副总裁家里,家里只有他和夫人两个人。去了之后,他并不急于和中方人员谈合作的事,而是让大家参观他的画室。他是油画爱好者,他的画作大多是风景画,画幅不大,都用画框装裱好的。李明等人的心思显然不在这里,但还是耐心地参观并听他介绍。最后,终于进入正题,开始会谈,当方宝瑞总师诚恳地谈完中方的想法后,没想到他居然拍板同意了中方的报价,在他家就把准备好的技术合同当场签了字。之后,他拿出香槟酒,让他夫人拿来点心,方宝瑞、李明等人就在他家餐厅里举杯庆祝,祝愿合作顺利成功。

    后来,在执行合同的过程中,李明又拜访了这位副总裁,他还在MBB公司的餐厅里宴请李明。交谈中,李明得知,第二次世界大战结束时,这位副总裁还是个孩子,那时生活十分艰难,就靠美国人提供的土豆等食物生活,自那时起他就养成了节约的习惯,每次吃饭都不能浪费。果然,在吃饭时,他的盘子都用面包擦得干干净净。

    合同是签了,但执行起来任务是很繁重的,这是李明职业生涯中3次国际合作的第一次,可以说是毫无经验。尽管没有经验可以借鉴,但是面对来之不易的国际合作机会,李明和他带领的歼8ACT团队决定迎着困难上,边学习边摸索。

    德国人的工作方法与美国人一样,即要求中方把歼8纵轴数字式电传操纵系统项目的整个评审内容要求,按工作项目分解(WBS),然后写出详细的工作说明(SOW),这样就可以把要评审的文件编成清单,按清单逐项编写出文件,并译成英文,分批提交他们评审。除了审查中方提供的文件外,MBB公司还派出技术人员到中国对项目进行实地考察,并当场提出存在的问题与改进措施。而有的文件则让中方派人去MBB公司听取意见。

    MBB公司专家对项目完成评审后,认为歼8ACT验证机的电传系统与机械备份之间的转换系统的余度等级设置不合理,导致转换系统的可靠程度不够,建议中方将此改为双余度。中方接受了德国方面的建议,并在纵轴模拟式电传操纵系统中首先贯彻。

    1987年4月,609所向沈飞公司交付装机系统。其间,按MBB公司专家对纵轴数字式电传操纵系统的评审建议,重新研制了双余度转换系统,以确保转换系统安全可靠。

    1987年9月,模拟式电传操纵系统在验证机上完成了改装和导通检查。此后,又开展了一系列的机上地面试验,包括共振试验、结构模态耦合试验、机械备份系统性能试验、电传系统机上试验、转换系统试验、全机电磁兼容性试验以及与飞行测试系统的交联试验。同时,在地面台架上完成了转换系统试验、转换安全可信度试验、助力器挡墙撞击试验和撞击疲劳试验及五自由度飞行模拟试验。与歼8飞机相比,歼8ACT验证机要进行的试验更多,其中多项试验都是以前从未做过的,如结构模态耦合试验,而助力器挡墙与撞击疲劳试验,更是验证机特有的,只能根据实际情况对试验要求和方法做出决策。这就要求主任设计师既要熟悉验证机研制涉及的各个领域的技术,又要有面对问题时的判断决策能力。

    在完成了所有必需的地面试验之后,模拟式电传操纵系统正式进入试飞阶段,该系统的试飞分为开环试飞和闭环试飞两个阶段。1988年9月16日,模拟式电传操纵系统通过了开环放飞评审,第二天成功实现首飞,随后共飞行了14个起落。1988年11月18日,模拟式电传操纵系统又通过了部级闭环放飞评审,12月8日闭环首飞成功,到1989年2月完成试飞大纲所规定的内容,共飞行了11个起落。

    模拟式电传操纵系统的科研试飞主要由空军第一试飞大队试飞员刘刚完成,后来包括沈飞公司鹿鸣东副总经理、第一试飞大队赵士兵大队长都驾驶该机进行了体验飞行。试飞范围是高度5~18千米、表速360~1000千米/时、马赫数0.41~1.81、使用过载6,各种机动,如S形机动、急剧战斗转弯、360度滚转等,都非常成功。试飞结果表明,设计的电传操纵系统功能已正确实现,控制增稳功能明显改善了飞机操稳品质,飞行员反映“动则灵,静则稳”。当飞行迎角逼近给定限制值时,系统会自动降低增益并有告警显示,保证了飞机不会进入失速状态;系统最大过载限制有效;平飞加减速飞行中,系统可根据飞机响应变化自动驱动平尾舵机,使平尾偏转配平飞机,减轻了驾驶员负担;电传系统与飞机其他功能系统工作相容;机械备份操纵系统简单、可靠等。

    模拟式电传操纵系统研制与试飞验证完全是立足于国内当时条件,自力更生完成的。其总体技术水平与美国70年代F-4飞机的高生存性飞行控制系统相当,它的研制成功,填补了我国全权限电传操纵系统的空白,为主动控制技术的开发开创了一个良好的开端。尽管这套模拟式电传操纵系统在当时已经不是最先进的,但是对于中国的航空工业而言,它仍然具有开创性的意义,这是一个巨大的成绩。

    1989年5月,航空研究院主持召开了歼8ACT验证机纵轴模拟式电传操纵系统研制总结会议,对“歼8主动控制技术验证机纵轴模拟式电传操纵系统”项目正式进行验收。该项目获得1989年航空航天工业部科技进步奖一等奖,1990年获国家科技进步奖二等奖。

    纵轴数字式电传操纵系统

    纵轴数字式电传操纵系统研制与试飞验证,是“歼8ACT纵轴模拟式和数字式电传操纵系统验证机计划”中的一个子项,由于二者在操纵原理、部分硬件等方面有着一定的相似性,所以纵轴模拟式电传操纵系统和纵轴数字式电传操纵系统的研制是同时展开的。系统由618所和631所研制。

    纵轴数字式电传操纵系统是一个以数字计算机控制为核心的全权限全时工作的闭环飞行控制系统,它具有控制增稳、放宽静稳定性控制、正向/中性速度稳定性控制以及过载与迎角限制等功能。该系统由4台数字计算机、模拟接口装置、三余度带自监控舵机、四余度的多种传感器、驾驶员控制与显示装置和机内自检测装置等组成。系统基本按四余度配置,具有双故障/工作能力。

    与纵轴模拟式电传操纵系统相比,纵轴数字式电传操纵系统在技术上的根本区别在于,控制律计算、余度管理、故障综合与申报等实时任务都是由4台计算机中的软件完成的。为了保证电传系统失效后的飞行安全,该系统仍继承了模拟式电传操纵系统采用的机械备份系统,电传与机械备份系统之间的转换也是通过双余度配置的电液转换控制系统来实现的。座舱内有电传—机械备份位置差值表,可供飞行员参考决定转换时刻。

    歼8ACT纵轴数字式电传操纵系统的方案论证从1982年11月开始,1984年11月结束,整整进行了两年。

    随后,即开展了系统的原理样机研制,618所根据601所提供的歼8飞机气动力数据和飞机总体参数,开展了控制律的设计与仿真分析、余度结构和余度管理方案确定,而631所则负责四余度容错计算机方案确定。在这期间,601所先后完成了3种试飞构型(稳定、中立和不稳定)的实施方案,开展了机械备份操纵系统、电源与液压系统、大气数据与迎角传感器系统等方案的确定,对电传系统地面试验方法与设施改造也做了安排。另外,系统执行与应用软件的开发也开始进行。

    1984年4月,李明被任命为601所副所长,除了繁重的科研任务外,又多了一些科研与行政管理工作。

    不久,由于当时任沈飞公司科研副总经理与歼8Ⅱ型号现场总指挥的管德,根据上级安排要去联邦德国宇航研究院(DLR)做访问教授,而且回国后要到部科技局任局长,所以,为了贯彻当时的厂所结合制度,李明被派到沈飞公司接替管德任沈飞公司科研副总经理兼歼8Ⅱ型号现场副总指挥。

    接替管总工作之后,李明每天早上要去沈飞公司上班,晚上回到所里,早出晚归,两线作战。李明在沈飞公司任副总经理的主要任务是组织歼8Ⅱ03、04架飞机的试制、调整试飞和转场去试飞院,以及配合歼8批生产的交付。但李明的精力主要放在前者,而且,当时为加快歼8Ⅱ的定型试飞进度,行政指挥系统(何文治副部长是总指挥)和总设计师系统(顾诵芬是总设计师)商议并决定采用沈阳、阎良两地试飞的方法,这既可减轻试飞院的压力(当时他们承担了歼8Ⅱ和歼7Ⅲ两个型号飞机的定型试飞任务),又可调动沈飞公司的积极性,所以就将歼8Ⅱ04架留在沈飞公司,由沈飞公司承担定型试飞任务。李明主持研制的歼8Ⅱ自动驾驶仪的试飞鉴定也在沈飞公司进行,试飞院派叶胜利长驻沈飞公司,主管试飞鉴定中的技术工作和试飞质量控制,以对自动驾驶仪的试飞进行鉴定。对李明来说,歼8Ⅱ飞机的两地试飞让他免去了在沈阳、西安两地的奔波,使他能够将更多的精力投入到主动控制技术工作中去。就ACT预研项目来讲,当时也是三线并行推进的,一是纵轴模拟式电传操纵系统,二是纵轴数字式电传操纵系统,三是MBB公司评审。

    当时的任务十分繁重,对于喜欢身体力行的李明来说,也必须学会“弹钢琴”。李明在沈飞公司任职的时间不长,但由于工作关系,去试飞站的时间比较多,加之有部队外场和内场的工作经历,因此对试飞站的组织与运行熟悉得比较快,为后来的ACT验证机试飞打下了较好的基础。后来李明回到所里,接替他任科研副总经理的鹿鸣东是飞行员出身,既为歼8飞机的试飞做出了重大贡献,又热心于主动控制技术的开发,两个纵轴电传操纵系统和歼8Ⅱ三轴数字式电传飞操系统的试飞计划、组织、指挥都有鹿鸣东的功绩。

    歼8Ⅱ飞机最初装备的173大气数据计算机,是在歼8系列飞机中第一个装机使用的数字机,采用中、小规模集成电路制作。但是,由于元器件并未经过严格的环境应力筛选,因此,装机试飞中,故障频繁,严重影响了歼8Ⅱ的试飞进度。后来不得不研制ADS-1大气数据系统替换173大气数据计算机。

    歼8Ⅱ试飞过程中遇到的这个问题,让李明得到了启发。在纵轴数字式电传操纵系统研制过程中,为了减少以后试飞时的风险,李明提出对系统的容错计算机进行领先试飞,提前将其原型件装在歼8飞机上飞了8个起落,进行了适应性考核,并获得通过。

    另外,考虑到将要装机的测量迎角的余度传感器(压差归零式)存在固有的安装位置误差,应提前进行试飞校准,于是,也提前安排了专项试飞。当时试飞校准仪器设备条件有限,只能与机头前的迎角风标传感器和平飞中的姿态角进行比较,得到相对准确的安装位置修正系数值。这些提前进行的系列试飞,既验证了系统核心部件的可靠性,也一定程度降低了以后试飞中可能出现问题的压力。

    当618所在模拟台上完成了第一轮系统综合试验后,601所与沈飞公司人员前往618所进行了验收检查。1985年10月,经部级评审,同意纵轴数字式电传操纵系统转入上天件研制。

    同MBB公司签订技术合作合同后,还需两国政府机关批准才能生效。因此,尽管合同执行期为21个月,但却经历了1985—1987年3年的时间。中方项目组按规定的文件清单编写供评审的文件,分批送到MBB公司评审。提供评审的文件,是以通过转阶段的原理样件为基础,按上天件的设计情况进行编写的,几乎涉及全部内容,包括电传系统试飞验证目标、电传系统的余度配置与管理、控制律设计、软件设计、主要部件设计、机内检测设计、人机接口、飞机改装方案、试飞测试方案、飞行试验大纲和安全措施等。编写与翻译的工作量以及双方的评审工作量都是挺大的。MBB公司专家组认为中方的歼8纵轴四余度数字式电传操纵系统(LQDFBWS)验证机计划的目标是正确可行的,对于实施方案与计划,根据他们的经验也表示赞同,对于系统中的硬件设计,他们也认为是当代技术水平的,同时也对系统与验证试飞方案提出了许多意见。

    对德方的建议,主任设计师系统认真研究后同意采纳,主要的改进有:对控制律进行优化设计,提高系统的稳定储备,改进与优化系统的余度管理方案和算法;对影响飞行安全的关键硬件进行改进设计,如±5伏电源和告警模块要贯彻分离原则,以防止故障蔓延;取消非屏障中断;转换控制系统要按双余度设计,增加差值显示系统,取消3次故障时的自动转换;对部件和各分系统补充进行电磁干扰测试;改进地面模拟试验的数据采集与记录系统,建立六自由度飞行模拟系统;改进试飞测试系统,特别是应加装实时遥测系统;机载软件要按工程化标准重新编写等。

    当时的软件编程基本上是手工作坊式的,本单位内都不一定透明,单位之间的了解就更差了,而软件在四余度系统中是单点故障源,一处错误导致四套全错,因此,机载实时软件的可靠性对飞行安全极为关键。经过认真讨论,统一思想,决定推倒重来,而且要求做到631所编写的软件源程序或汇编编码要提供给618所和601所进行检查,618所编写的软件,也要提供给631所和601所进行检查,因此,这套软件在研制团队之间是透明的(这一做法后来也贯彻于歼8Ⅱ的三轴系统研制中)。而且整套软件在全系统的半物理模拟试验和飞行模拟试验中,进行了严格考核和强度测试。上述改进,多数技术工作在主任设计师系统会议决定后是可以推进的,但有的是条件建设问题。比如试飞要装用的实时遥测系统,当时沈飞公司没有此设备,向试飞院借,可他们自己也不够用,最后,经顾诵芬与部科技局的努力,向五机部的装备研究院某研究所借到了他们从法国购买的一套机载实时遥测系统。经过艰苦的拼搏,改进后的系统进行了地面半物理模拟试验,并于1989年3月,上天件系统通过了验收评审。

    1989年4月和5月,上天件分别交付601所和沈飞公司进行地面和机上综合鉴定试验。其中一套在601所通用试验台架上进行系统综合试验、飞行模拟试验、软件验证与确认(V&;V)补充试验,另一套则改装到刚结束纵轴模拟系统试飞验证的歼80102架验证机上,进行系统的机上性能试验、结构模态耦合试验、试飞测试系统校准和与电传系统的交联试验,以及全机电磁兼容试验。在这一系列的鉴定考核试验中,除完善了端点飞行控制律外,还发现和排除了频率约为19赫[兹]的抖动,频率约为2赫[兹]的超声速状态极限环振荡,以及软件的若干缺陷和器件故障。此外,还发现了力驾驶杆的温漂和飞行员对力驾驶杆感到不太适应的问题,对此采取了相应的措施;排除了飞控计算机个别通道在运行中进入监控程序的问题,同时还对余度管理的个别算法进行了更改。经过7个多月紧张的地面“铁鸟”台架试验以及机上的试验调整和排故,系统通过了放飞评审,达到了可飞状态。

    验证试飞分开环试飞和闭环试飞,而闭环试飞按飞机重心配置,又分为正常、中性和静不稳定3种构型。

    数字式电传操纵系统开环试飞的目的是检查该系统在装机环境飞行状态下,工作的正确性和可靠性。开环试飞共飞行了11个起落,7小时45分。试飞内容包括:机械备份系统检查、纵向平衡曲线测定、操纵品质检查、机动飞行、电传系统机载环境温度考验等。开环试飞中出现的故障告警大部分是由于监控门限设置偏小而引起的虚警,故根据测试结果进行认真分析后,适当放大了监控门限。

    在完成开环试飞并对试飞结果、系统和飞机的状态进行全面分析后,通过了闭环放飞评审,并开始了闭环试飞。闭环试飞共飞行了35个起落,其中正常重心飞了21个起落,中立重心构型飞了10个起落,静不稳定构型飞了4个起落,累计25小时2分。试飞内容包括:转换系统功能和转换瞬态检查、感觉试飞、协调性试飞、中性速度稳定性功能检查、迎角和过载限制功能检查、纵向操纵品质检查、电传操纵起飞与着陆、跟踪目标机以及机动飞行等。试飞中最大静不稳定度达-1.5%MAC。在飞行课目中编排了起飞、着陆、上升、下滑、平飞加减速、驾驶杆阶跃与脉冲、盘旋、S形机动、筋斗、半筋斗翻转等全套复杂特技动作。试飞任务是以空军第一试飞大队赵士兵大队长为主完成的,刘刚与鹿鸣东也参加了试飞。闭环验证试飞的飞行范围为:高度0~16千米;马赫数0~1.8;表速0~1200千米/时。

    放宽静稳定度(RSS)构型试飞,至今还历历在目。RSS构型最初设计计算是按照机翼下挂两个副油箱,加满油,但不输油,从而使飞机重心后移,一旦遇到严重故障,可以抛掉副油箱,使重心前移。具体实施时,机组认为装水比装油安全,但考虑到空中温度低,水可能结冰,于是,又改用了防冻液。在这种后重心状态下,飞机前轮载荷变小而主轮载荷增大,飞机机头抬起了一个角度,当赵士兵大队长驾驶高昂着机头的飞机滑跑起飞时,一股夹杂着担心与自豪的心情油然而生。直到飞机落地,大家兴高采烈,李明心中的一块石头终于落地了。

    闭环试飞结果表明:数字式电传操纵系统具有良好的控制增稳能力,操纵灵活,杆力轻便,易于控制;主要飞行品质达到了Ⅰ级要求,相对于原歼8飞机,操纵品质有明显改善;使用电传起飞和着陆易于掌握、杆力轻、杆位移小、跟随性好、姿态稳定;过载限制实现了设计要求(过载7);迎角限制功能正确实现,在粗暴操纵下也不会超过安全值(25度);实现了自动配平功能,平飞加、减速飞行,杆的最大修正量仅为3~4毫米;中性速度稳定性状态,单位过载的杆力在飞行包线内基本为一常值(-1.6千克力/单位过载);对于放宽静稳定性的中立构型和不稳定构型,具有很好的控制能力,飞机的动态响应平稳,机动操纵符合正常操纵习惯。

    歼8ACT验证机纵轴四余度数字式电传操纵系统研制与试飞验证的成功是我国飞行控制技术的重大突破,填补了中国在此方面的技术空白,使我国与先进国家在此技术上的差距由原来的20年缩短为10年,就其总体水平看,相当于世界先进国家20世纪80年代初期水平,研制与试飞验证于1991年通过部级验收,并获得1991年度航空航天工业部科技进步奖一等奖。

    为对纵轴数字式电传操纵系统作进一步的评审,经部科技局与相关单位、部门和空军联系,并得到领导机关批准,拟选派一些飞行员来沈阳试飞歼8ACT验证机。第一批是部试飞办的蒋德秋总师和试飞院的黄炳新副院长,两人共飞行了6个起落,反映良好,蒋总提出杆力偏轻,着陆容易拉飘。第二批是空军试飞中心的王景利领航主任和空一师的周祖贵参谋长助理,1991年4月21日,两人各飞一个起落,飞行情况正常。4月23日,王景利飞第二个起落时,空中按任务要求进行动作,一切正常。完成规定任务后,下降高度返场,着陆时却发生了事故,飞机坠毁,飞行员弹射救生成功。

    从1991年初起,李明主持与组织歼8Ⅲ飞机总体技术方案的论证,并亲自编写歼8Ⅲ飞机的总体方案论证报告,因此,这次扩大对歼8ACT验证机的试飞评定,他虽然知道,但未参加。4月23日这天,上级正在沈飞公司组织召开大型歼8Ⅲ飞机总体技术方案评审会,李明当时正在会议现场。为了不影响开会,试飞现场将事故信息立即上报,领导先将信息告知了正在参加评审会的顾诵芬。李明只见顾诵芬出了会场,后来得知,他第一时间去医院看望了王景利。沈飞公司保卫部门保留了坠毁飞机现场,封存了全部试飞记录。很快航空航天工业部组成了事故调查组,经过认真调查、听证、分析和讨论,查明了基本情况并写出了调查报告。

    调查组的结论意见是:主动控制技术是一项预研新技术,其起飞、着陆操纵品质有新的特点,用该系统着陆时,需要的杆位移较小、杆力较轻,使得着陆及修正偏差与机械系统有较大区别,新改装飞行员需要有一个适应过程。王景利初次掌握这个系统,对其特点尚未完全适应,当着陆跳跃时,仍按机械操纵习惯修正,修正动作显得较粗放,产生两次跳跃。在最后一次接地时,电传系统工作异常,平尾锁在-12度(顺气流),致使飞机突然上升,飞行员进行了修正,但操纵无效,最后飞机失态坠毁。调查组建议航空研究院组织有关单位对这次电传系统出现异常的原因进行分析研究和必要的模拟试验。

    李明组织和主持了由各参研单位技术骨干组成的事故技术分析组,1990年12月完成试飞验证计划的喜悦心情已荡然无存。多年的心血与拼搏得到的成果毁于一旦,他和大家一样,心情十分沉重,还有的同志禁不住眼泪汪汪的。李明首先表态,希望大家认真查找原因,一切后果责任都由他承担,并要求大家要以高度的责任感和严肃理性的态度,认真深入剖析系统在第二次跳跃后出现异常的原因。1991年5月13日—6月5日,大家对这起事故的原因及有关问题进行了认真求实的分析,李明从沈飞公司试飞站尹春铭那里要来了这次从着陆到坠毁过程的完整记录曲线,以及打印的从遥测收到的系统运行参数记录数据,逐“分”逐“秒”地分析。飞行员操作、飞机和系统的状态和参数,只要有丝毫的怀疑,就提出来进行讨论和作地面试验加以验证。直到第二次接地后,飞机又跳起,驾驶员猛推杆之前,丝毫没发现系统存在三次故障的迹象。于是李明又将系统源程序找来认真阅读,查找这种瞬间出现三次故障的可能原因究竟在哪里,并提出来大家一起研究分析。于是,问题集中到了对舵机的分析上。经过认真分析研究,得出事故原因的基本结论:当飞机在第二次跳起时飞行员大幅度急剧推杆,后又急剧拉杆,导致飞控计算机指令急剧大幅度变化,阀芯模型的加法运算因舵机位移受助力器速度限制而跟不上指令变化,在没有溢出保护的情况下,出现瞬态溢出,持续的时间又超过给定的时间阈值,从而引起阀芯监控误报三次故障。计算机的故障逻辑单元按三次故障的处理规定进行处置,即点燃告警灯,将计算机的D/A输出指令固定在故障时刻的数值上,同时控制舵机的电磁阀关锁,平尾也就停在固定的偏度上。

    这次二等飞行事故的教训是刻骨铭心的,对所得到的教训也做了认真总结。后来又经历了其他型号的几起严重事故的研究分析,进一步认识到,像这种非直接的关键成品附件、系统或结构损伤破坏造成的严重事故大多是由诸多因素的综合作用造成的,尽管每种因素对造成严重事故的概率不一定高,但只要工作不到位或考虑不周全,“阴差阳错”地就会演进出重大事故,这就是后来有位部领导称之的“阴沟里翻船”。回首这次事故,也确实如此。造成事故的技术原因是:三余度带自监控的舵机的自监控模型,即阀芯位移模型是在正常操纵和设想的急剧操纵条件下建立的,但遇到超出设定条件的操纵时,监控模型就严重失真了,又没有考虑保护措施;而飞行员在该次着陆中的迅猛操作,正是超乎预料的;在试飞前的简单培训中,可能并没有认真和重点交代电传系统在起飞、着陆操纵上要柔和、小量,以引起飞行员的重视,而是给飞行员以“无忧虑”操纵的概念;加之因接受了MBB公司评审时提出的建议,取消了转换控制系统在出现三次故障时“自动转换”的技术措施(当然取消或不取消也有各方面的理由)。就是这些情况的综合,使认为几乎不可能的事却最终演进成一件必然的事了。因此,从事航空科技研发的所有人员,特别是领导干部和项目的技术负责人,牢记和认真贯彻周恩来总理当年对“两弹一星”研制提出的“严肃认真,周到细致,稳妥可靠,万无一失”的十六字方针是极为必要的。工程实践和大量的事实证明,只有事业心强和无私的人才能落实好这个方针。

    两个纵轴验证计划的完成,标志着ACT预研项目的一个重要阶段结束。这是“七五”预研中的重要项目,部科技局要求认真做好主动控制技术“七五”预研工作总结。“七五”期间也确实是ACT预研任务繁重而又获得重大进展的5年。项目组进行了认真总结,这里只将投入的人员与经费情况列出如下。从统计数据看,各参研单位投入的技术与管理人员共170余人,工人85人,“七五”期间航空研究院给ACT课题拨款总计2328万元,实际支出2312.4万元,上述经费未计入请MBB公司评审费用500万马克(当时约50万美元)。如果从“六五”期间歼教6验证机计划的投入算起,国内拨款总计3200万元。可见,ACT两个纵轴电传系统的产出投入比是较高的,效率也是很高的,对掌握航空先进关键技术来说,意义也是重大的。

    在两个纵轴电传操纵系统的研制,特别是数字式电传操纵系统的研制中,李明考虑到要形成一个国内的ACT专业技术队伍,因此,各项评审会都注意邀请相关的研究所和院校教师参加。在MBB公司的评审,重要的放飞评审,包括对不稳定构型的放飞评审中,都留有611所同行骨干的身影。

    纵轴数字式电传系统由于受经费的限制,上天件只研制了3套,一套装机,一套在601所的“铁鸟”台上进行地面试验并作为试飞备件,另一套在618所进行试验并作为试飞备件。当时明确,601所和618所的上天件,也就是歼80102架飞机试飞系统的备件。歼80102架坠毁后,装机这一套就损失掉了。后来,试飞院提出,可否提供一套系统供他们进行研究与试验。考虑到他们正在从事变稳飞机的研究,也在建设多种飞行模拟器,而且飞行员研究与熟悉电传系统也很必要,于是李明决定将601所的这套系统无偿地全部给了试飞院,也算是将这项研究继续延伸与深入。

    歼8Ⅱ三轴数字式电传飞控系统验证机计划

    20世纪90年代初,经过20多年的发展,ACT愈加成熟,随着其功能的不断开发,应用也逐步推广。众多国家飞机设计的实践经验证明,主动控制技术是一种先进的飞机设计技术,它已经成为第三代战斗机的主要技术特征之一,并且也已成为第四代战斗机(如F-22、F-35)研制的主要技术支柱。

    主动控制技术的研究和应用基础是全权限、全时工作的电传飞行控制系统,特别是数字式电传飞控系统。数字式电传飞控系统具有许多模拟式电传系统(如“幻影”2000、F-16A/B型飞机上所采用的)无可比拟的优点,它可以将许多功能通过软件来实现,从而使控制律和系统余度管理更易于修改,也便于和机上的其他机载系统接口通信。因此20世纪80年代之后,数字式电传系统在航空大国得到广泛应用。从各国的实践可以看出,主动控制技术的研究,是一项理论研究与工程验证和应用并重,滚动式发展的开拓性工作,所以走技术验证机道路是国外开发主动控制技术的基本途径。

    按照最初航空研究院编制的航空科技发展规划,自1983年决定调整到以歼8飞机为验证机,601所为总体单位,开始有序地执行两个纵轴电传操纵系统验证机计划以来,历经8年的艰苦努力,先后完成了两个纵轴电传操纵系统在歼8飞机上的试飞验证,实现了主动控制技术预研的第一阶段目标。尽管后来纵轴数字式电传操纵系统在扩大飞行员评定试飞中发生了二等事故,但两个纵轴电传操纵系统的研制与试飞验证取得的成果,在中国航空工业预研历史上的贡献是不可磨灭的。

    当然,我们也应该看到,两个纵轴电传操纵系统的研制成功,还只是我国航空工业科研工作者对这种高新飞机设计技术的初步开拓与掌握,两个系统无论是硬件还是软件,离真正的工程实用还有一定的距离。因而继续实施ACT预研规划中的第二阶段科研任务,研制一套可以工程实用的三轴数字式电传飞控系统,就成了李明及其所领导的ACT科研团队的下一个攻关目标,也是历史赋予ACT预研团队的重大使命。

    事实上,自1988年末,当两个纵轴电传操纵系统的研制进入尾声时,李明就带领ACT预研团队开始了三轴数字式电传飞控系统的论证工作。相对于第一阶段的工作,三轴数字式电传飞控系统更为复杂,因此,为了减少研制过程中的技术风险,时任航空研究院副院长的顾诵芬,于1989年11月带领考察团前往法国达索公司和英国的马可尼公司进行考察与寻求对外合作,但此行没有得到积极的回应。

    尽管三轴数字式电传飞控系统各方面的论证工作都已经紧锣密鼓地展开,但是项目的立项却遇到了困难。一方面,随着611所负责的“十号工程”研制工作的推进,用于该机的三轴数字式电传飞控系统已经在同国外进行技术合作研制,由于国家财力有限,不能同时支持型号和预研两个项目来开发三轴数字式电传飞控系统。另一方面,当时有个别上级领导认为型号可以代替预研,而歼8ACT验证机0102架飞机的二等事故在当时也产生了一定的消极影响。

    但是,顾诵芬副院长和已经担任601所总设计师的李明,以及参加歼8ACT项目的整个预研团队都坚持认为型号是不能代替预研的,只有自力更生,自主开发主动控制技术,我国才能真正掌握这项技术,在以后的设计应用中才不会受制于人。因而,多次向上级递交报告和建议,在李明及整个ACT预研团队的坚持下,最后,航空航天工业部林宗棠部长和王昂副部长力排众议,果断决策按主动控制技术既定的发展规划走下去。并针对“八二工程”受挫的教训,明确要求歼8Ⅱ三轴数字式电传飞控系统验证机计划应作为“十号工程”的备份。

    1990年末,预研项目正式立项,确定从1991年起,实施歼8ⅡACT三轴数字式电传飞控系统验证机计划。同时,航空航天工业部为该计划组建了总设计师系统,李明被任命为总设计师。

    歼8Ⅱ三轴数字式电传飞控系统预研项目立项,上级领导部门对这项工作提出了更加严格的要求,规定了这项研制计划必须承担的使命。

    1.进行工程实用的先进数字式电传技术验证,取得飞机和系统综合、部件研究设计、软件开发、系统试验、飞机改装与试飞等一整套技术和经验。

    2.鉴于“十号工程”已经同国外合作多年,歼8Ⅱ三轴数字式电传飞控系统验证机计划必须好中求快,才能为型号研制进行先期技术验证,既减小新歼的试飞风险,又为数字式电传飞控系统的国产化研制奠定坚实基础。

    3.改进现有的飞控系统试验研究设施,提高试验技术水平,使之达到第三代战斗机飞行控制系统所需的试验能力。

    4.培养和造就一支专业配套、懂理论、勇于实践、有才干、有工程经验的ACT专业技术队伍,以保证和支撑国防科学技术的不断进步。

    项目立项之后,以李明为首的总设计师系统与项目主管机构飞机处,经过多次商议,并由飞机处的金淑慧处长报部领导批准,最终落实由试飞院调回歼8Ⅱ原型机03架作为试验验证用机。在试飞院的大力支持下,由黄炳新副院长亲自驾驶飞机转场到沈飞公司。

    至此,该项目的所有前期准备工作已经完成。

    相对于歼8ACT而言,歼8ⅡACT是一项技术更为复杂、难度更高、协作更广泛、风险更大的高技术预研项目。所以,在李明看来,这样一个项目几乎具备了一个型号工程的所有特点,其实就相当于一个改进的新型号,同时在项目进行过程中还要考虑到预研项目自身的特点。因而,歼8ⅡACT项目管理与歼8ACT项目有着很大区别,必须实行科学的系统工程管理方法,才能保证整个项目的顺利推进。

    两个纵轴电传操纵系统的研制,是由歼教6作为验证机转到歼8作为验证机的,因而更多地体现了继承性质,该项目预研程序的建立也是随过程而逐步改进完善的。回顾与总结了两个纵轴项目研制和试飞验证的经验和教训,以及与MBB公司和“八二工程”与美国进行技术合作的经历,使李明清晰地认识到对项目进行系统工程管理的优点。

    因而从歼8ⅡACT预研项目一开始,李明就提出并强调整个方案的顶层设计必须十分周密详尽,即项目研制必须从顶层文件的编写入手,于是李明组织项目参研团队的技术骨干,首先确定了顶层文件的目录,建立整个三轴电传飞控系统试飞验证任务的规范树,经过反复的认真讨论,最终确定共包含36份顶层文件的目录清单。然后,确定每份文件的编制要求和责任人,并制订出编写规定。文件编出后,经多次集体讨论与修改,才逐一将文件定稿,履行签字手续,成为进一步开展工作与技术协调的依据。

    据当时在歼8ⅡACT项目中负责质量管理工作的601所老专家黄德森回忆,当时他将自己负责编写的顶层文件之一——《歼8ⅡACT验证机数字电传飞行控制系统质量保证大纲》交给李明签发时,李明对该文件先后进行了数次修改,甚至连里面的错别字都标了出来,之后交给他再次审阅和修改,然后才批准印发到各部门。当时黄德森领导的质量监控小组对参研单位多次进行现场检查,对检查结果写出书面报告,李明也都要认真审批后才印发。

    顶层文件是整个系统预研工作的技术依据和管理依据,关系到系统方案的精细化管理。顶层文件的制订、审批程序,其实就是进行联合顶层设计的过程。

    整个顶层设计及顶层文件的编制持续了近两年的时间。通过制订顶层文件,完成顶层设计之后,歼8ⅡACT项目按四坐标管理,要求建立具体的组织管理系统,其中行政指挥系统由顾诵芬负责;技术指挥系统由李明负责。此外还组建了ACT系统工程办公室,对项目研制过程中一些问题进行总协调,以及计划管理系统和质量管理系统。组建了完整的组织管理系统之后,明确了技术管理和技术责任制,并制订了技术评审制度、联合设计制度、新成品管理制度、系统文件管理制度,使参与项目的全体人员有了统一的认识和步调。

    在顶层文件制订的过程中,李明组织研制团队多次进行深入讨论,根据验证机计划的使命,确定了项目研制中的一些重大问题。

    第一,确定了歼8ⅡACT三轴数字式电传飞控系统要实现的功能。

    由于ACT含有多种功能,所以歼8ⅡACT验证机验证哪些功能,须认真加以选择。李明带领预研团队通过对国外多种验证机计划的研究分析,根据歼8ⅡACT验证机的使命和歼8Ⅱ原型机03架的实际情况,按照技术先进性、工程实用性、改装可行性、功能扩展性、对新歼系统功能的覆盖程度等原则,进行论证选择之后,确定了该系统应具有如下功能:

    1.全时全权三轴控制增稳(CAS)功能,用于全面改善飞机的飞行品质;

    2.放宽静稳定性控制功能,用于研究静不稳定飞机如何控制和可能得到的收益;

    3.中性速度稳定性控制,用于实现自动配平,减轻飞行员负担;

    4.边界限制功能,并确定内容为过载(ny)限制、迎角(α)限制、滚转速率(ωχ)限制和方向舵偏度(δД)限制,以实现无忧虑操纵;

    5.纵向直接力控制,包括直接升力、俯仰指向、垂直平移3种非常规机动,旨在验证非常规机动效果;

    6.自动驾驶仪功能(含姿态/航向保持、自动改平和低高度拉起),用数字技术替代模拟部件,实现原歼8Ⅱ驾驶仪功能;

    7.机内自检测功能,包括加电自检、飞行前自检、飞行中自检和维护自检,提高系统维修性;

    8.模拟备份操纵功能,用于保证飞控数字机严重故障后安全返场。

    第二,确定了系统的余度结构配置和余度管理策略。

    歼8ⅡACT三轴数字式电传飞控系统选择什么样的余度结构,主要是依据系统的可靠性要求来确定的。

    在两个纵轴电传操纵系统研制时,参考国外对电传系统可靠性的要求,其原则是要求电传系统应达到机械操纵系统相同量级的可靠性。而在研制前期,李明组织对国内当时服役机种进行大量调查统计分析,表明我国机械操纵系统的可靠性与美国战斗机机械操纵系统的可靠性统计值处于同一量级。因此,要求由电传操纵系统导致飞机损失的概率不大于1×10-7次/飞行小时,导致飞机任务失效的概率不大于1×10-5次/飞行小时,这样的要求是有统计分析数据支持的。按照这个指标,要求系统的基本控制回路及其部件的电气故障应具有双故障/工作、三故障/安全的能力;而对于液压机械故障,则至少具有一次故障/工作、二次故障/安全的能力。对直接力控制,考虑到只在有限的飞行范围内进行原理验证,若出现故障可中断任务,故只要求一次故障/工作、二次故障/安全即可;而自动驾驶仪功能,考虑到原机上的传感器等部件仅有单套,又不是试飞验证的主要任务,故只要求若发生故障,即立即切除。

    经过论证,系统采用四余度配置结构或者三余度加自监控结构都可以实现上述可靠性要求。三余度加自监控方案虽然具有重量轻、体积小、成本低等优点,但自监控要求的故障覆盖率很高。早在国内ACT预研初期,李明就对此进行过研究,并与国外同行探讨过,结论是,以当时的技术发展水平,自监控的故障监控覆盖率难以满足系统可靠性要求。因此,最后决定歼8ⅡACT三轴数字式电传飞控系统以四余度比较监控为主,自监控为辅,即发生不确定故障时,可以利用自监控结果判断故障通道。这样,既采用了相对成熟的四余度结构,又为发展自监控技术提供了空间。

    在确定了系统余度结构配置之后,要保证这一复杂系统能正确有效运行,就必须设计合理的余度管理策略。首先考虑监控面设置,监控面多,有助于防止故障向下游蔓延,但会增加系统的复杂性,也会降低系统的平均故障间隔时间(MTBF)。综合权衡后,决定设置4个监控面,其中两个是软件表决/监控面,另两个是硬件表决/监控面。其次是在监控方法上,采用了软、硬件监控相结合,比较监控为主、自监控为辅的监控设计思想。而在监控与表决速率的选择上,根据信号的关键程度和变化率的大小,以及计算机的处理能力等,综合考虑,分为12.5毫秒、50毫秒、100毫秒3种,同时为简化调度程序,将表决与监控速率取为一致。此外,还吸取了两个纵轴系统的经验教训,除在座舱内设置了系统工作状态指示灯盘和咨询指示灯盘外,还设置了音响告警功能,将经过故障综合后申报的信息,除灯光指示外,还通过码声器和机载通信系统告诉飞行员发生了什么故障,告警信息同时也回传到地面指挥员处。

    第三,确定了采用气动力措施(加装前翼)来调整飞机的焦点,以扩大放宽静稳定性的验证范围,也有利于直接力控制的原理验证。

    RSS控制是电传飞控系统实用性最强的功能之一,在纵轴数字式电传操纵系统研制和验证时,由于系统技术方面的限制,验证范围较小。所以,在设计歼8ⅡACT三轴数字式电传飞控系统验证方案时,对RSS的验证试飞,仍设计为稳定构型、中立构型和不稳定构型3种,而RSS最大须达到-5%MAC左右。这种量级的放宽静稳定性,就不可能像纵轴时那样,简单地采用外挂副油箱后移重心的方法,于是决定加装前翼来前移气动力焦点,从歼8Ⅱ的气动力布局和结构的实际情况出发,不宜安装可控偏转的前翼。之后,通过风洞试验选型,决定为验证机加装一个可拆装的固定前翼,通过气动力与调重心方法的综合运用来实现3种构型的试飞方案。此外,还决定去除原机的后退式襟翼,在机翼两边各装一块面积为1.872米2的后缘机动襟翼,它可与副翼同时偏转,加上平尾配合进行解耦偏转实现直接力控制。

    第四,确定了备份操纵系统。

    四余度数字式电传飞控系统,在理论上是能够提供所要求的可靠性的,国外也有无任何备份系统的先例。在李明的指导下,601所参与ACT预研项目的马俊杰曾经对歼8ⅡACT验证机的三轴数字式电传飞控系统进行过认真细致的可靠性计算分析,结论也验证了这一点。不过考虑到进行上述可靠性计算时,所采用的元器件的故障率数据大多来自国外资料,纵轴数字式电传操纵系统还发生过二等事故,而“十号工程”的飞控系统也采用了模拟备份,因此为确保技术验证机和飞行员的安全,设置一套备份操纵系统是有必要的。由于系统最大的静不稳定度达-5%MAC,因此,机械备份操纵系统已不适用,故为歼8Ⅱ三轴数字式电传飞控系统配备了双—双余度的模拟备份操纵系统。实际上,这个备份系统只是飞控计算机中的一个模块,仅当数字处理机发生三次以上故障时,才由通道故障逻辑(CFL)单元自动将系统转换到模拟备份工作模式,保证飞机安全返场。

    第五,确定了飞控计算机结构和软件开发要求。

    飞控计算机是整个飞行控制系统的核心。在与MBB公司合作的过程中,根据对方提出的防止故障蔓延,防止“单点”故障的原则,以及考虑作为十号工程备份的可能性等,按照工程实用的原则,将数字处理机、模拟备份计算机、输入输出接口、舵机的伺服放大电子线路、各类二次电源等,均按通道组装在飞控计算机内,数字处理机采用主从式双机结构,即控制律处理机(CLP)和输入输出处理机(IOP),两个处理机的中央处理单元(CPU)都采用符合MIL-STD-1750A指令系统的F9450芯片,IOP与CLP之间采用共享存储器的方式交换信息。数字机的4个通道都有MIL-STD-1553B总线接口,通过余度总线与远程终端(码声器、BIT数码装置等)进行数字信息传输。飞控计算机的4个通道分装在两个机箱里,所有电缆与总线敷设方面都努力体现隔离原则。在经过认真细致的分析计算和论证后,对处理机通道的运算速度和存储容量提出了要求,并在此基础上,对时间和存储容量留有足够的余量,以便未来的使用扩展。4个通道之间的信息交换,通过交叉通道数据链来完成,4个通道的同步仍采用软、硬件相结合的方案来实现。并要求飞控计算机应具有完善的自检测功能,并可以通过通道故障逻辑单元实现数字与模拟之间的转换。

    软件是歼8Ⅱ三轴数字式电传飞控系统的重要组成部分,担负着系统的各类自检测(加电自检测(PUBIT)、飞行前BIT(PBIT)、飞行中BIT(IFBIT)以及维护BIT(MBIT))、系统的执行与管理、控制律计算和系统余度管理等重任,其可靠性极为重要。因此,在制订顶层文件时,就规定了软件的开发程序,建立软件版本控制和构型管理文件,并要求在软件设计中尽量使用经过考验成熟的算法程序。为缩短软件开发时间,全部软件都采用MIL-STD-1750A汇编语言编程。为能开发高质量、高效率的软件,明确应建立1750A开发系统,以及建立开发综合设施(DIF),对飞控计算机中8台微处理机进行统一控制和显示,并可用于软件/硬件综合测试。

    第六,确定加装大气数据探头。

    歼8Ⅱ原型飞机只在机头装有空速管,为防止空速管故障而导致电传飞控系统发生共模故障,决定在机头两侧左、右对称各装一个L形空速管,构成大气数据测量的三余度,而动、静压传感器仍为四余度。大气数据的激波修正则在计算机的各通道中进行,并根据空中试飞校准结果来编制修正软件。

    第七,确定了系统研制和验证试飞计划按“准”型号进行管理。

    之所以说是“准”型号,主要是对预研项目而言,有些条件不可能有型号那样的经费支持,因此研制过程中的计划安排与实施应当从实际情况出发。而在实际工作中,都是按型号要求贯彻执行的。比如系统的研制分为C型件和S型件两个阶段,需严格按型号要求通过评审后才能从C型件转为研制S型件,凡型号要求的各类试验考核,都应该贯彻实施,各类技术文件的编写和签字手续也参照型号规定执行等。

    从1991年1月开始,歼8ⅡACT预研项目完成计划制订、组建设计师系统和质量监控系统、顶层文件编制和联合顶层设计等大量工作,到1992年8月,研制团队在河北承德举行了歼8Ⅱ三轴数字式电传飞控系统各分系统的技术协调会,C型件的总体、系统和部件设计随即铺开。

    1992年12月,飞机进入改装设计研制阶段。歼8Ⅱ原型机03架在完成了状态摸底和测试后,开始改装发图,同时开始了改装零部件的制造。

    一直到1995年中,这期间先后完成了C型件的设计、制造和调试;通过与国外合作,补充进行风洞试验、建立气动数据库和飞机数据库;完成了软件需求分析、概要设计、详细设计、测试大纲、编码、测试和评审。经过C型件的综合试验和“铁鸟”台试验,主要部件通过了转型评审;S型件的研制、台架试验和验收先后完成;1.0版本软件编写完成并交付,开始第三方测试。

    前面已提到,在立项前期,为减少三轴数字式电传飞控系统研制的技术风险,借鉴国外经验,顾诵芬曾带队去法国和英国寻求技术合作未果,但这种努力并没有停止。1992年5月,通过原在英国马可尼公司工作,后在中国开办公司的Thomas(托马斯)先生的联系,又由李明带队,率金淑慧、鹿鸣东、贾忠和宋翔贵共5人去了英国马可尼公司、费伦蒂公司和联邦德国的宇航研究院。行前,他们认真准备了一份三轴数字式电传飞控系统研制计划概要的英文稿,外方热情接待了他们。给李明印象最深的是,听了中方的介绍和合作设想后,马可尼公司的一位副总裁内勒(Naler)先生,只说很高兴听到详细介绍,信息很丰富,就没有下文了。

    这次出访寻求合作仍是无功而返。不过顾诵芬仍在努力,最后联系并确定由俄罗斯的中央流体动力研究院(ЦАГИ)的飞行力学分部组织一些专家对我方的歼8Ⅱ三轴数字式电传飞控系统验证机计划进行技术评审。参照MBB公司的评审方式,我方选择了一些比较重要而又需要评审的文件翻译成俄文,提供给俄方评审。评审文件主要涉及补充风洞试验和建立气动力数据库、控制律设计评审、伺服作动器设计评审与试验,以及“铁鸟”台鉴定试验评审等4个工作模块。合同执行时间为1994年7月—1996年9月。

    在设计上,要努力实现系统的高任务可靠性,以保证验证试飞能安全实施,但对所有的设计工作质量的检查和确认,需要通过一系列的测试与试验。因此,建设和使用能执行这一系列验证与鉴定试验任务的试验条件/实验室就是必需的。但预研不像型号,它是没有法定的试验条件建设经费支持的。这个问题至今仍没有制度上的安排或规定。后来,虽然有了建设航空或国防科技重点实验室制度,但这些实验室的建设目标、规模与组成人员都难以支持与满足像ACT预研项目这样的验证试飞要求。最好的出路是利用型号研制已经建立起来的试验设施,否则只能停留在仿真试验的状态,不少先期技术开发项目就是这种情况。

    歼8Ⅱ三轴数字式电传飞控系统验证机计划面临的就是试验条件“基本空白”。本来歼8Ⅱ飞机立项后,国家投入了一些试验条件建设经费以补充原来所里试验能力的不足,但由于当时机制是由型号驱动的,而且审批建设项目的程序规定也是“教条式”的,因此,实际试验条件的建设往往滞后于型号的研制进度而实际用不上。歼8Ⅱ飞机研制时批准建设的飞行控制与操纵系统实验室,在歼8Ⅱ飞机快要首飞时,实验室的“纸上谈兵”尚未完成。所里只得上临时的“技措”项目,建立了一个通用试验台架来进行操纵系统试验,以保证首飞的实现。这个试验条件后来也成了ACT两个纵轴电传系统的主要试验设施。但这个临时搞的实验室是不能满足歼8ⅡACT飞机三轴数字式电传飞控系统的综合和鉴定试验要求的。

    根据立项时的要求,整个研制工作进度是比较快的,抓紧建设这样的试验条件与能力迫在眉睫。李明只能凭着坚持、执着、全力以赴、使“不可能”变为“可能”的理念进行顽强的努力。他与飞控实验室的孔祥泰商量,孔祥泰说,必须先制订一份试验任务书说明所需试验条件和试验内容,这样才能有所遵循地开展研究。李明要求他迅速摸清原定为歼8Ⅱ飞机组建的操纵实验室的设计与进展情况。而李明曾为建这个实验室收集过许多资料,但后来因为只搞“技措”项目以应付歼8Ⅱ首飞而放下了。于是,他又将资料找出来,针对歼8ⅡACT飞机三轴数字式电传飞控系统的综合与鉴定试验目的与内容,对实验室的组成、各部分的功能、试验件、各种驱动转台、测试系统以及整个试验测试系统的运行控制、描述被控制对象的各种运动方程(小扰动方程、五自由度和六自由度非线性运动方程及运动参数的联系方程等)、大气数据的标准模型,逐一阐述并提出技术要求。当然要具体量化这些技术要求仍需要做许多深入的工作,而李明当时还担负歼8Ⅲ型飞机的总设计师工作,正为“争三保四”上天而努力。于是找到气动室操稳组的王荣欣一起干,并由她先把已有的论证分析结果形成文件发给实验室的孔祥泰,让他着手同步开展组建工作。不过,王荣欣不久被派去学德语,学完后出国作访问学者并留在联邦德国了,故她只协助了一段时间。孔祥泰也把了解到的原实验室的建设状况向李明做了汇报,主要是组建实验室的经费只剩下土建部分的,再就是还买了建“铁鸟”台的一堆钢材放在试验工厂。李明当即明确表示,试验厂房抓紧盖,又要求操纵室抓紧设计歼8Ⅱ“铁鸟”试验台架。然后,李明采用了双管齐下的办法,一方面向部科技局的金淑慧处长请示,商量可否在每年给601所的预研经费中,拿出一部分用于建设实验室,金处长了解到当时601所试验条件和能力的实际情况后同意了。另一方面,李明又与所长和所内有关部门商量,指出建设这个实验室的必要性和紧迫性,希望把借用原建设操纵实验室的经费尽量调整回来。好在经过研究商量,上下左右都齐心要把这个实验室抓紧建起来。在经费捉襟见肘的情况下,必须贯彻实用、立足于国内而又节俭的原则。比如,“铁鸟”台的焊接由所的试验工厂完成,而不是靠外协加工;焊接后的时效处理则送往重型机器制造厂,以加快进度;座舱的飞行模拟视景由空军二航院的李少奇课题组研制;操纵实验室原有的测试仪器能用的继续使用,必需的才添置;整个试验系统和测试系统运行控制计算机及其软件,由北航宋子善教授的团队研制提供,并为调试使用提供服务;至于协作单位提供的试验设备就更强调质高价低了。由于李明同时在忙歼8Ⅲ飞机型号,实验室的组建施工,设备的安装、验收等,都是所里诸多同志和领导支持努力下完成的,赶在了系统地面综合试验与鉴定试验之前,这个实验室为歼8ⅡACT飞机三轴数字式电传飞控系统验证机计划的完成做出了重大贡献。上级机关诸多领导,“八二工程”和“十一号工程”执行中一些国外官员和工程技术人员来所参观,常常少不了这个参观点。

    按照顶层设计,整个验证机计划分为7个互相有一定衔接关系而又高度平行交叉的阶段,即:制订计划和组织实施;验证机总体和系统方案的确定;总体、系统和部件设计;系统和部件研制;飞机改装;飞机和系统地面鉴定试验验证;飞行验证。由于顶层设计严密细致,质量控制严格有效,研制团队又积累了两个纵轴系统的研制与试飞经验,尽管在验证与确认过程中,硬件与软件都出现过一些问题,但很快就能查出原因并排除了。因而各个阶段的研制工作都按计划推进,并且进展比较顺利,再也没有遇到纵轴电传系统研制时要攻关几个月才能解决的问题了。

    按照国防科工委预研局的管理要求,将整个计划分为两个大阶段,一是系统研制,二是试飞验证。经费也是按这样两个阶段安排的。明确要求:只有第一阶段研制任务完成,经过评审认为技术攻关已取得突破,且系统相对成熟,才能申请进行试飞验证。这与两个纵轴电传操纵系统项目时的一气呵成有了区别,目的是加强对试飞验证的管理。

    ACT预研项目团队于1996年中完成了飞机改装、系统地面鉴定试验和机上地面试验后,即申请进行试飞验证。不久,俄罗斯的技术评审合同也执行完毕。国防科工委计划部汪致远部长和科技委张耀副秘书长以及预研局的主管领导来601所听取了汇报与审查。之后,试飞验证申请获得批准。经过认真准备,歼8ⅡACT三轴数字式电传飞控系统验证机于1996年12月29日实现首飞。到1999年9月21日,完成了3种构型的全部试飞任务,历时2年零9个月。

    试飞课目是按国防科工委和中国航空工业总公司(中航总)审查批准的歼8ⅡACT验证机演示验证试飞大纲安排执行的。执行试飞任务的飞行员为空军第一试飞大队的试飞员赵士兵、林学本、毕红军。共试飞49个起落/42小时48分,其中稳定构型22个起落/16小时24分,中立构型19个起落/18小时38分,不稳定构型8个起落/7小时46分。验证试飞的范围与试飞构型有关,稳定构型与中立构型两者的飞行范围基本相同,最大飞行高度为18千米,最大飞行马赫数≥1.8,高度5千米以下的大飞行表速为1100千米/时,高度大于10千米时最大飞行表速≥1100千米/时,最小飞行表速≥280千米/时,最大飞行过载≥6.6,最大飞行迎角≥21度。不稳定构型的试飞范围略小些,最大飞行高度10千米,最大飞行马赫数1.4,最大飞行表速1000千米/时,最大使用过载6.85,最大飞行迎角20度。

    试飞员们对飞机的起飞、着陆性能,平飞加、减速性能,迎角与过载限制功能与性能,滚转速率和方向舵限制,飞行边界飞行,控制增稳功能,直接力控制能力,自动驾驶仪功能,以及系统的工作可靠性,逐一给出了较细致全面的评述,而飞行测试记录数据分析,则佐证了试飞员们的意见,表明验证试飞是十分成功的,试飞结果正如试飞员评述的:飞机的稳定性、操纵性和起飞、着陆性能均优于歼8Ⅱ飞机,达到了“静则稳,动则灵”的设计目标。

    1999年12月,歼8ⅡACT验证机项目举行了总结大会,23日会议结束时与会代表合影留念。虽然这张照片中是参研团队的代表,但其中有从论证歼8ACT验证机方案时就一起走过来,历经18年,共同拼搏的战友,有自始至终坚持贯彻和推进航空科技发展规划的各级领导,特别是为歼8ⅡACT验证机立项提供支持的各级领导,还有一直热心参与研究、评审和关注ACT项目开发的院校、厂所的老师和工程技术人员,现在其中有些人已离世了,但人们发自内心深深地感谢他们的关心、帮助、支持和共同奋斗。

    歼8ⅡACT验证机三轴数字式电传飞控系统是完全依靠国内力量自主开发和完成试飞验证的,系统的总体技术水平与F-16C/D型相当,优于俄罗斯的苏-27的飞控系统。由于歼8ⅡACT验证机于1996年12月29日首飞,并于1999年9月成功完成全部验证试飞任务,因而,也就创造了多项国内第一、国内首创和国内技术领先的成果和业绩。歼8ⅡACT三轴数字式电传飞控系统验证机的研制和试飞演示验证项目于1999年12月通过了总装备部和中国航空工业第一集团公司的评审验收及成果鉴定。并于2000年获国防科工委科技进步奖一等奖,2001年获国家科技进步奖二等奖。

    2001年为了庆祝对国家做出重大贡献的科学家钱学森90华诞,决定举行一场学术论坛,要求航空口出一篇论文。顾诵芬给李明打电话,要求以主动控制技术的突破与进展为题,写一篇论文。李明遂和张汝麟商量,联名写了一篇“我国飞机主动控制技术发展与验证”的文章寄出。后来又按要求制成PPT,由张汝麟到大会上作报告。

    主动控制技术问世已40年了。现今国内外的第三代战斗机无一不采用主动控制技术和电传操纵,主动控制技术已成为第三代战斗机最显著的技术特征,并且也是第四代战斗机实现过失速机动和火—飞—推综合的重要技术支柱。经过近20年的预研攻关和型号研制,国内的ACT研制队伍已成长壮大,这是一支以中青年为骨干的技术队伍,既能坚持发扬自力更生精神,也有同西方国家和俄罗斯合作的经历,因而是一支博采众长的技术队伍,正是这支队伍,承担和引领着歼10、歼11系列,以及第四代战斗机的飞控系统的不断发展任务。

    通过ACT预研,对关键技术攻关,不仅仅掌握了技术,获得了经验,为国争了光,为人民争了气,更重要的是,通过预研攻关使我们对研制一代新机所必须遵循的客观规律,开展创新性预先研究的重要性和必要性,打好新机研制的重要技术基础等的认识大大深化了。第四代战斗机的研制,一开始就认真探讨了这一代新机的主要技术特征,并沉下心来,逐项而又综合地开展预研攻关,2011年×机首飞而为全世界所震撼时,不少人,包括航空人发出了对由“望尘莫及”到“望其项背”跨越的赞叹!这确实是很令国人感到自豪的,但作为航空人,我们还应该清醒地认识到,这仍然是跟踪式的发展模式,真正要做到并驾齐驱,甚至引领发展,还有相当长的路要走。走得快还是慢,取决于是否自主创新地在广泛的基础研究、应用基础研究中找到前进的方向和道路,即找到既能满足未来需求,又能成为支撑研制新一代飞机的前沿技术,并下功夫研究,使之逐步成熟,掌握在手中。

    成果已经取得,技术已掌握在手,研制队伍也已成长壮大,但应用到哪个型号上去呢?这个问题摆在了预研团队的面前,按当时的情况,应该用到第三代战斗机上,可供考虑的只有“十一号工程”(按许可证在中国生产的苏-27飞机代号)的国产化方案,那就留到后面写“十一号工程”时再说吧!

    注 释

    [1].喷气式战斗机的划代是一个学术问题,美国与俄罗斯有不同的划代方法。美国称为第三代的,俄罗斯称为第四代,而美国称为第四代的,俄罗斯称为第五代,技术研发领先的美国战斗机反而“落后于”俄罗斯一代,故从2008年起,美国的学术界与官方就有舆论要求更改划代方法,将原来称为第三代战斗机的改称为第四代战斗机,而原来称为第四代战斗机的F-22、F-35则改称为第五代战斗机。我国本来沿用美国的划代方法,也有改变划代方法的动议,但本文仍按原来的划代方法称呼。

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