缩比模型研制与试飞技术

F-15飞机缩比模型失速尾旋试飞。

X-48 BWB布局飞行验证。

X-56气动弹性多用途验证平台。

AG600飞机模型挂机。

“海鸥”300飞机缩比模型失速尾旋试验。

AG600飞机缩比模型。

本报通讯员　张甲奇　贺丽

在航空试验科学里，缩比模型是一门高精尖的学科技术。缩比模型是将真实飞行器外形按照合适的系数进行几何缩比，并遵循严格的相似准则关系而生产出的一种特定试验对象，而缩比模型飞行试验则是利用缩比模型在真实大气环境中飞行来预先研究真实飞行器的动态飞行特性。

缩比模型自由飞技术的发展

当前，缩比模型飞行试验已发展为当代航空新技术必不可少的研究手段之一。它的可信度高、综合性强、使用限制少以及低成本的特点使其在航空飞机理论预测、风洞实验和全尺寸飞机飞行试验之间起到关键性作用。其科研价值和实用意义已被国内外业界所广泛认可，在促创新、提质量、缩周期、降成本等方面效益突出，正在驱动整个飞机研发模式的变革，是未来飞行器设计研发中关键技术的一项重要验证途径。

起初，缩比模型飞行试验主要用来预先研究飞机大迎角失速和尾旋特性，以降低新机失速和尾旋试飞的风险，使其充当新机危险试飞科目的“排雷兵”。飞机失速和尾旋是一种极其危险的状态，一旦意外进入失速或尾旋，如果不能及时改出，飞机将会快速坠落，会严重危及到飞机安全。缩比模型飞行试验则通过缩比模型在真实大气环境下进行飞行试验，获得大量的、可靠的试飞数据，试飞工程师则通过对试飞数据的统计和分析，科学地计算出飞机失速和尾旋临界值，以避免飞机进入到失速和尾旋状态；并能够给出飞机有效改出失速和尾旋方法，若飞机意外的进入失速或尾旋，可以快速地帮助飞机改出失速或尾旋状态。

美国NASA兰利研究中心和德莱顿研究中心先后通过缩比模型飞行试验完成了F-15、F-16、F-18、B-1、X-31飞机等的失速和尾旋试验，取得了飞机失速/尾旋特性方面的大量数据和成果，为美国的航空航天发展提供了重要的技术支持。

航空工业试飞中心（中国飞行试验研究院）作为我国唯一的飞行试验鉴定机构，自20世纪60年代初就开展缩比模型飞行试验技术研究工作。先后为我国首架运10、教8、教9、ARJ21、AG600、C919等开展了缩比模型飞行试验，完成了国内几乎所有军/民用飞机的失速和尾旋试飞研究，为我国航空技术的发展提供了重要的技术支持。

缩比模型飞行试验通常采用无动力投放的方式，模型通过挂架挂装在母机机腹下方，母机按照预设爬升剖面到达试验空域后投放模型，模型投放后地面操纵人员按照试飞动作要求完成试飞科目。试飞科目完成后，通过降落伞回收模型。

模型回收后，试飞工程师对试飞数据进行处理、统计和分析，并通过相似准则关系换算得到真实飞机的动态特性。与无动力投放飞行试验不同，带动力缩比模型飞行试验和真实飞机一样能够在跑道上起飞/着陆，并在空中的飞行时间更长。因此，带动力缩比模型飞行试验单架次能够完成更多试飞动作，效率更高，综合模拟能力也更强。

试飞中心在开展无动力投放飞行试验的同时，也完成了教6飞机带动力缩比模型飞行试验，“海鸥”300带动力缩比模型飞行试验，并在国内预先构建了带动力无人机验证平台，开展了无人机飞控系统研究、地面控制站研究和远距链路传输研究等，为国内无人机技术发展贡献了力量。

利用缩比模型试验开展前沿技术研究

在航空业界，谁掌握了缩比模型飞行试验技术，谁就掌握了航空技术预先研究的先机。

近年来，国内外航空研究机构通过缩比模型飞行试验进行了大量前沿技术研究，美国通过X-36缩比模型飞行试验进行了无尾布局隐身与敏捷性演示验证研究，X-48进行了新型BWB气动布局的飞行试验研究，X-56进行了气动弹性主动控制方法研究，F-22进行了双机编队飞行试验研究等关键技术研究，为美国先进航空技术发展立下汗马功劳。

在国内，试飞中心利用其先进的缩比模型飞行试验技术也积极开展前沿技术研究。先后进行了大迎角推力矢量控制试飞、先进控制律演示验证试飞、等离子体流动主动控制演示验证试飞等先进技术试飞研究，为我国航空技术的创新发展提供技术支撑。同时也实现了航空工业试飞中心缩比模型飞行试验专业在飞行控制技术、机载测试技术和试飞技术的显著提升。

飞行控制技术是当今航空领域的核心技术，也是缩比模型飞行试验的关键技术之一。试飞中心长期致力于缩比模型飞行试验专业的飞控技术发展，实现了从人工遥控飞行到自主程控飞行的质变，显著提高了试飞数据质量和效率，攻克了一系列“老大难”试飞科目，转弯失速试飞便是其中一个。飞机的转弯失速试飞都需要首先建立起稳定的30°滚转坡度，而缩比模型飞行试验依靠操纵手远程遥控来建立稳定的30度坡度是不能实现。为此，试飞中心的试飞工程师们创新性地提出了“飞控辅助的转弯失速试飞”方法，设计一套控制逻辑和控制律，利用飞行控制系统自主建立起模型30°滚转坡度，控制精度高、稳定性好，以此高质量地完成了我国AG600大型水陆两栖飞机缩比模型转弯失速试飞试验，获得了模型自由飞专业在转弯失速试飞科目方面的巨大突破。

众所周知，螺旋桨滑流对飞机的失速特性有重要影响。因此，螺旋桨飞机进行了缩比模型失速和尾旋试验，必须进行了螺旋桨动力相似模拟，以获得真实螺旋桨滑流。AG600飞机具有四发螺旋桨，四发螺旋桨转速控制的稳定性和一致性，是保证螺旋桨动力相似模拟的关键。对此，试飞中心试飞工程师在缩比模型上研制了一套螺旋桨转速控制系统，由飞行控制系统实时调控四个螺旋桨转速，能够实时保证四发螺旋桨转速稳定和一致，获得了AG600飞机真实螺旋桨滑流作用下的失速特性。

还有当下流行的3D打印技术，3D打印是制造业中的一个热点方向，受到世界很多国家制造领域特别是航空制造领域的普遍重视。3D打印产品通常具有精度高、重量轻，生产成本低，更换便利等优势。试飞中心在3D打印领域主动出击，首次在AG600飞机和我国大型客机C919飞机缩比模型上应用了3D打印产品。包括机翼天线罩、螺旋桨整流罩、起落架、操纵舵面、翼尖小翼等部件，极大地缩短了研制周期，降低了制造成本，必将促进未来3D打印技术在缩比模型飞行试验中的广泛应用。

未来随着数字化技术和工程技术的深度融合，在整个航空设备研发过程中将大量使用缩比模型验证来简化、减少和辅助常规的物理试验，使得整个飞机产品验证过程向研发早期转移，以促进技术创新、缩减研制周期和降低试飞成本。模型飞行技术也必然将发展为一门综合性、多学科的试飞技术，航空工业试飞中心将继续在这一领域对标世界一流，走在国内专业领域排头，为筑航空强国梦贡献力量。