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                一架飛機從實驗室到風洞再到天空的幕后故事

                我們研發的每一款新飛機都要經過實驗室測試、地面測試和飛行測試,以滿足所有的需求。飛機首飛之時,既是試飛項目的開端,也標志著一個嚴格的測試流程接近完成。

                扣上安全帶的聲音意味著即將開始飛行。機長Jennifer Henderson和副駕駛Heather Ross一邊執行安全檢查單,一邊在耳機中聽取起飛許可。她們坐在一架737-10的駕駛艙中,將驗證這款機型在最極端情況下的反應能力。

                波音試飛員Jennifer Henderson在737-10駕駛艙中

                飛行的開始,意味著飛機試飛項目的開端,同時,它也意味著很久之前就開始的嚴格測試流程接近尾聲。測試和驗證對于新機型的研發可謂至關重要,無論是全新機型還是現有機型的改型。波音研發的每一種新機型都會經過實驗室測試、地面測試和飛行測試,目的是確保它滿足所有的安全和運營要求。美國聯邦航空局(FAA)會驗證這個流程中收集到的各種信息。

                波音測試和評估副總裁兼總工程師Wayne Tygert:“我們開展的每一項測試——從實驗室到藍天——對于我們飛機產品的安全和質量都是至關重要的。每一個步驟中我們都秉承著波音精神和對安全的承諾,從早期概念發展、系統集成、生產測試,一直到交付和在役保障?!?/p>

                實驗室測試

                從研發的早期階段開始,每一種波音機型都要經受多種實驗室環境中的測試,包括吹風風洞、結冰風洞、室內和室外天線及無線電頻率散射試驗場、閃電實驗室、推進實驗室、聲學實驗室、振動實驗室、系統實驗室和模擬實驗室。

                一架737 MAX縮比模型在風洞中接受測試

                系統實驗室高級工程師Frederic Lambert表示:“人們以為我們只測試那些已經完成的產品,實際上我們還幫助改進產品?!?/p>

                在實驗室中進行噪聲測試的777X舷窗面板

                一旦研發團隊有了新飛機構型的想法,波音的航空、噪聲和推進團隊就會利用飛機或其部件的縮比模型進行風洞測試。模型上植入了多種傳感器,可以測量出設計與不同的氣流和機動動作的互動情況,并收集產品的氣動、噪聲和推進性能數據。

                結構測試

                有幾種結構測試可以測量飛機的整體完整度。材料測試不僅可以確認材料自身的強度和耐久性,還可以確認用來維持飛機成為一體的連接件和接縫的強度和耐久性。靜力試驗使用配重和測量設備來評估和記錄飛機對臨界載荷情況的反應。

                1923年的機身靜力測試情景

                疲勞測試讓飛機經歷2-3倍壽命周期的重復應力,來模擬起飛、爬升、巡航、下降和著陸,從而確認主要機體結構的耐久性和損傷容限特性,并驗證設計有效阻止可能的老化損壞的能力。這個過程還能驗證飛機的設計服役目標以及所提議的檢查、維護和修理程序。

                模擬測試

                模擬測試在飛機的整個研發過程中對其能力進行追蹤,可以幫助為飛行測試做好準備,并對其形成補充。系統實驗室可以在五周內模擬相當于45年的虛擬飛行小時數,從而可以在許多種情況下測試飛機軟件,這些情況包括側風、不同的重量分布和不同的油量。

                模擬機在功能層面的也很有用,尤其是用來評估新的研發項目。例如,當評估為駕駛艙增加觸控顯示器時,777X團隊需要確認飛行員可以在極端情況下準確地操作顯示器。

                描繪空氣流經機翼的數字圖像

                Lambert解釋說:“他們讓我坐進了一個帶有簡易觸摸屏的可動模擬艙。在他們搖晃模擬艙來模擬亂流的時候,我必須去點擊屏幕上隨機出現的X標志。觸控屏的概念在這里得到了驗證,因為我們了解到即使在嚴重搖晃的時候也不難控制?!?/p>

                一旦硬件與軟件相遇,系統集成實驗室測試團隊就在模擬和物理環境中開展工作,以驗證新產品系統中的元器件可以像設計目標那樣在一起可靠地工作,成為產品內部的一個集成系統。

                并不是所有的地面試驗都發生在實驗室、模擬機或風洞的內部。波音測試與評估團隊的飛行仿真測試系統車可以在停機坪上與一架完整的飛機相連接。車上的設備與飛機的計算機相連,從而使團隊可以通過消除所有飛機仍在地面上的跡象來模擬飛行狀況。

                Lambert表示:“我們可以在那里模擬速度、高度、位置和起落架狀態,這樣可以在真正的試飛之前就開展‘飛行測試’?!?/p>

                飛行測試

                一旦所需的地面測試完成(另有一些仍在繼續),飛機研發團隊會開展首飛就緒評審,從而確保所有的需求得到滿足、而且飛機為安全飛行做好了準備。團隊需要秉持波音的原則來確保透明度和誠實度,只有任何研發人員都對地面測試的結果表示滿意,飛機才會起飛進行研發測試及最終的取證測試。

                飛行包線測試

                波音用三個關鍵階段來標識飛行測試的進度。第一個階段通過拓展飛行包線來驗證初始適航能力,確定例如速度和高度限制等飛機的基本運行參數。

                一旦初始適航能力得到驗證,更多的測試人員在第二個階段將被允許登機飛行,從而可以進行更廣泛的測試項目,需要飛行更長的距離并監控更多的傳感器讀數。

                737-10機艙中的試飛工作站

                試飛機艙里沒有一排排的座椅,取而代之的是各種工作站和傳感器設備。由20名工程師組成的試飛小組,外加兩名飛行員,在飛行的全過程中通過耳機保持聯絡,同時對飛行數據進行監控。

                試飛工程師Laura Garcia-Schmitz介紹說:“我們可以接入駕駛艙看到的一切,包括飛機飛越各種地標的時候。在空中看到所有這些信息,是一種非常獨特的體驗,這比別人告訴你還有3個小時才飛抵目的地有趣多了?!?/p>

                這也是一個機會,可以驗證波音飛機能夠在各種最極端的情況下運行。

                試飛工程師Queondra Hendrix說:“我們看著數據和圖表,然后說‘你可以在這些限制下操作飛機’。我們是如何知道飛機在這些限制下可以安全運行呢?因為我們在這些限制之外測試了飛機?!?在根據要求進行設計之后,通過測試和數據分析來進行驗證,可以確認飛機的性能。

                安全是試飛流程中最關鍵的一環。Hendrix介紹說,每次測試都會有一名客艙安全專家進行起飛前簡報,試飛員在準備飛行時需要完成檢查單,以降低人為錯誤的風險,而且每次飛行只有必需的機組人員被允許登機。

                2021年10月20日的一次737-10試飛中,全部地面和空中測試小組均由女性組成

                一旦飛機被證明具有足夠的成熟度,而且所有的文件記錄獲得了全面的評審, FAA會發放“型號檢查核準書”,這也標志著第三階段試飛的開始。由此FAA人員會登機進行認證測試,飛機需要通過一系列嚴格的測試項目,包括失速、跑道濺水、側風和最小速度等等。

                通過在一系列絕大多數飛行員永遠不會經歷的場景中飛行,可以讓波音、FAA和其他監管機構獲得對飛機在正常和異常情況下的全面了解。到試飛項目結束時,研制團隊、監管機構和客戶可以確認,飛機能夠在商業服務中安全地運行。

                “每一天開始工作時,我都很有目的感,我對飛機能夠被允許飛行負有直接責任,” Garcia-Schmitz如是說。

                關鍵詞:

                來源:波音中國
                編輯:GY653

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