飞机随时可能“空中解体”？“跳舞”就解决了！

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在世界航空工业领域，颤振、失速尾旋和空中停车被公认为“三大Ⅰ类风险试飞科目”，从飞机研制和飞行试验角度来说，颤振是对飞机最大的挑战。因为飞机一旦在空中发生颤振，会在几秒甚至更短的时间内解体，飞行员几乎没有处置时间，逃脱概率基本为零。

究竟何为飞机颤振？

从字面可以“窥见一斑”：飞机在一定因素的影响下，机体或部件像跳“劲舞”一样剧烈摆动，当剧烈摆动到一定程度，这些刚性的机体或部件“齐岔”断裂甚至“四散”爆裂。

米格-17

资料显示，上世纪40年代末，国际上在突破声速的试飞中，就发生了多起因颤振导致的飞机解体事故，直接造成苏联米格-17歼击机第一架样机坠毁，法国的“神秘”式歼击机空中解体，美国“天光”式飞机失事。

美国空军F-15攻击鹰战机

即使是非常成熟的飞机，也依然会有这样的危险，2007年11月5日，美国空军一架F-15战机在本土训练时突然空中解体，美国空军因此停飞676架同型号战机，这也是美国空军近年来遭遇的罕见战机集体停飞事件，在事后公布的官方视频中可以看到，在这架F-15即将完成训练返回时，突然机头似乎抖动了一下，机壳出现裂缝，很快，由于速度太快，战机机体与空气摩擦力过大，裂纹开始在机体上延伸，机头突然与机体断裂，在空中胡乱翻滚，碎片在空中四散飘落，所幸座舱内的飞行员反应迅速，感觉到异样后便立即弹射出驾驶舱，最后他肩部骨折，一条手臂折断，身上多处割伤和撞伤，保住了性命。根据统计数据，美国在超音速飞机颤振和操稳试飞中，就摔掉了56架飞机，牺牲了72名优秀飞行员。

说到这里，肯定有人问什么还要颤振试飞呢？

颤振试飞：又叫颤振气动伺服弹性试飞，颤振是飞机结构最危险的振动形式，它是由空气动力、弹性恢复力和惯性力三者耦合作用下产生的一种振动形式，是飞行器飞行中发生事故较多并且常常造成灾难性后果的一种气动弹性现象。气动伺服弹性，顾名思义就是在飞机飞行中考虑到飞行控制系统的耦合效应。颤振气动伺服弹性试飞技术包括激励技术、飞行技术、测试技术和数据处理技术等。

如何消除颤振？

颤振这么危险，我们如何在飞行试验中消除颤振呢？

在Ⅰ类风险科目中，颤振是唯一不能人为控制的情况（失速和空中停车可以通过飞行员的操纵进行改出和重新启动），只能通过恰当的结构设计来防止。颤振飞行试验是颤振研究的最终环节，它使用真实的飞机在真实的条件下进行试验，效果是最直观和真实的。所以，也是验证新机颤振安全性必不可少、最有说服力的关键环节。进行颤振试飞时，试验机其实是在“亚临界”状态下进行的，试飞员在空中通过既定的激励方法和程序，诱发飞机产生“颤振”，从而达到试验的目的。颤振试飞既是对飞机结构和强度的考验，更是对颤振的认知程度、试飞方法的科学性，以及试飞员心理素质的综合考验，其过程充满了未知和风险。

以下以ARJ21-700飞机为例，说明颤振试飞的难点与攻关历程。

ARJ21-700

ARJ21-700飞机，是我国首架具有自主知识产权的新型涡扇支线客机。2011年3月至8月，ARJ21飞机在航空工业试飞中心进行了颤振试飞，是试飞中心颤振试飞领域的代表性成果之一。这也标志着我国完全依靠自己的力量完成了高难风险的民用喷气式支线客机颤振试飞科目。由于新支线不能在平飞状态下达到最大M（马赫）数，必须要通过进行多次俯冲才能获得边界数据，这无疑增加了试飞的风险性。完成颤振试飞对试飞员的技术水平也有很高的要求，试飞员控制飞行的M 数要严格达到±0.005的误差标准，否则在现场进行目击的局方代表就会认为试飞无效。这种控制需要多么精准的操作很难量化，试飞员手指关节间的微小变化甚至会直接影响到试飞效果。为保证试飞安全，试飞包线从0.78M逐渐向0.8M逼近，试飞员操纵舵面分别对飞机副翼、方向舵、平尾进行了激励。最终，飞机最大飞行M 数达到0.904，在良好状态下扩展了新支线的飞行包线。

ARJ21-700

新支线颤振试飞共进行6架次研制试飞，19架次局方代表目击的验证试飞，分别在3500米、6400米、8000米、10000米4个高度的37个颤振试验点上进行了试飞，最大俯冲飞行M数达到0.889，瞬间最大飞行M数达到0.904，试飞识别模态达到19种，而一般新机试飞通常只有1至2种。试飞结果表明：ARJ21飞机在各个颤振试验点上飞行平稳，响应正常，未出现颤振不稳定现象，与颤振理论分析结果一致，试飞取得圆满成功。

航空工业试飞中心经过多年颤振试验研究发展，已形成严格的安全监控措施和合理有效的飞行监控体系，为进行相关飞行试验打下了良好的基础。目前，试飞中心在颤振激励技术领域取得了重大进展，成功解决了大中型飞机颤振激励技术难题，突破了技术瓶颈，使我国成为除美、俄、英、法等国外，能够独立开展大中型飞机颤振试飞的国家。

来源：看航空微信公众号（ID：canhk2016）