首架F-35A正在進行燃油實驗
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進行地面振動試驗

　　首架F-35聯(lián)合攻擊機(JSF)2006年2月從洛克希德·馬丁公司德克薩斯州沃思堡的總裝線上下線，是F-35系統(tǒng)研制與驗證階段(SDD)將制造的22架飛機的首架飛機。該機為常規(guī)起飛與著陸型F-35A，正式名稱為2AA-0001，簡稱為AA-1。該機的主要目的是為后續(xù)F-35A JSF的發(fā)展鋪路。

　　首架F-35計劃2006年秋實現(xiàn)首飛。在進行首次飛行試驗前，該機還必須通過一系列嚴格的地面試驗，以證明分別在各實驗室經(jīng)過檢測的部件能在組成一架飛機后按設計要求使用。沃思堡的洛克希德·馬丁F-35綜合試驗隊副總裁Doug Pearson說，地面試驗對于飛行試驗的成功非常關鍵，一個全面的地面試驗項目將為首次飛行打下堅實的基礎。

　　AA-1飛機離開總裝線抵達起機線后地面試驗項目就開始了。該機將在那里進行飛機和子系統(tǒng)測試以及飛行準備就緒鑒定試驗。各種試驗按邏輯順序安排，并為進行結果分析留出了時間。沃思堡的JSF綜合試驗隊領導John Korstian稱，許多地面鑒定試驗如結構和機上子系統(tǒng)試驗需要整架飛機參與，因此同時進行多項試驗比較困難。各種試驗的記錄結果將為飛行準備就緒活動提供支持。

　　1、燃油系統(tǒng)試驗

　　F-35燃油系統(tǒng)試驗將檢查飛機油箱和空中加油系統(tǒng)的使用情況。該試驗歷時14天，在一處特別為F-35設計的燃油試驗設施上進行。試驗時飛機的3個機輪分別停放在實驗室地面上的3個大金屬板上。每個金屬板都帶有一個標尺，并連接到一個獨立的液壓起重機。這3個獨立的升降點升起或下降可模擬飛機在各種飛行姿態(tài)時的情況。試驗過程中飛機首次注入了燃油。

　　試驗對燃油系統(tǒng)的所有功能都進行了檢查，這些功能包括：燃油傳輸、空中加油以及地面加油和放油。燃油在系統(tǒng)中傳輸時，實驗室工程師確定飛機機翼和機身油箱中能容納多少可用和不可用的燃油，以及飛機處在不同俯仰角姿態(tài)時的總重量和重心位置。測量結果與座艙油量表讀數(shù)進行比對。燃油試驗只測量內(nèi)部燃油，因為AA-1飛機在飛行試驗項目中將不攜帶外部油箱。

　　每架F-35在首飛前準備試驗中都將進行燃油系統(tǒng)測試。因為AA-1是系統(tǒng)研制與驗證階段將飛行的首架飛機，其燃油系統(tǒng)將開展更廣泛的試驗。AA-1地面試驗還包括對關鍵性能特性的更詳細驗證，如

發(fā)動機供油速率、燃油傳輸速率以及加油和放油速率。該機還進行了從油箱抽油讓燃油通過一系列檢查過濾器和將油箱殘留物沖刷出去的外物殘留清潔與檢查。以后的每架F-35都要開展這一油箱清潔和檢查過程。(圖 1)

　　2、結構耦合試驗

　　結構耦合是指飛行控制系統(tǒng)與飛機結構動力學和氣動特性的相互作用，該試驗將驗證F-35飛控系統(tǒng)不會與飛機結構振動模態(tài)產(chǎn)生相互作用。結構耦合現(xiàn)象是由飛控系統(tǒng)中傳遞信號的傳感器引起，將造成控制面產(chǎn)生危險的和潛在破壞性頻率的振動。該試驗也需要約14天時間，試驗在起機線的一個試驗站上進行。

　　沃思堡JSF綜合試驗隊的副主管Tom Phillips說："簡單來說，這一試驗主要是觀察飛行控制系統(tǒng)對飛機運動做出怎樣的反應。我們用飛機自己的控制面作動系統(tǒng)使飛機產(chǎn)生運動。例如當開始擺動尾翼時，飛控系統(tǒng)探測到了這些運動。某些運動或這些運動綜合起來可能得到增強，達到使飛機發(fā)生跳動的程度。然后我們在飛控系統(tǒng)中加入濾波器，以減弱結構模態(tài)對飛控傳感器能感受到的運動的不穩(wěn)定影響。"

　　結構耦合試驗必須在飛機結構盡可能完整的狀態(tài)下進行。外部緊固件、面板、艙門甚至是飛行員的重量必須計入，以保證有真實的質(zhì)量分布和重心位置。飛機用自身的起落架支撐停在地面，飛控操縱面通過外部手段用不同頻率和振幅激勵。飛控傳感器的輸出信號與輸入信號進行對比，然后與預測結果進行比較。

　　3、地面振動試驗

　　地面振動試驗將鑒定機體抵御顫振的能力。顫振是一種能造成飛機突然、破壞性振動的不穩(wěn)定性運動。飛機的顫振特性在研制過程早期利用飛機計算機模型建立。這些軟件預測結果隨后經(jīng)過縮比模型風洞試驗的檢驗。飛機地面振動試驗將對風洞試驗數(shù)據(jù)做進一步驗證。地面振動試驗需要大約25天時間，也是在起機線的一個試驗站上進行。除了AA-1，JSF每種型別的試驗飛機都將開展地面振動試驗，以驗證其抵御顫振的性能。

　　Phillips說"飛機機體就像個音叉，在某些頻率會產(chǎn)生共振。而這些共振可能是破壞性的，我們需要確保飛機在飛行中不會有共振模態(tài)。我們測試了飛機所有結構的共振模態(tài)，包括機翼、尾翼和機身。我們采用一些設計方法讓飛機不要有這一模態(tài)。地面振動試驗將驗證這些設計。"

　　機械振動器將產(chǎn)生振動運動。AA-1試驗計劃需要6個振動器，每個振動器連接到飛機的不同位置，包括機身、機翼、尾翼和飛機尾部。試驗過程中飛機被吊起。約有300個加速度計用于測量飛機對誘導振動的反應。試驗中發(fā)動機緩慢旋轉(zhuǎn)以保護軸承，因為如果其保持在一個位置將受振動力而變形。試驗測量了飛機加滿油、不加油和顫振比較敏感的航程中間時期載油量的飛機參數(shù)。試驗中飛控操縱面也進行了激勵。(圖 2)

　　4、綜合電源包試車

　　F-35綜合電源包包括輔助動力裝置、緊急動力裝置和環(huán)控系統(tǒng)，試驗將測試其在發(fā)動機不運轉(zhuǎn)的地面維修情況下為飛機提供電力和冷卻的能力。在首次發(fā)動機起動前試飛員從座艙開啟電源包。該試驗在起機線的試驗站上進行，歷時6天時間，將對所有工作模式進行評估。

　　5、發(fā)動機試車

　　發(fā)動機初始試車將評估起動系統(tǒng)、功率狀態(tài)達最大加力的發(fā)動機工作情況、推進系統(tǒng)與所有飛機子系統(tǒng)的集成、飛機使用內(nèi)部電源和液壓動力的總體工作情況以及熱管理系統(tǒng)的使用。發(fā)動機推力大于慢車狀態(tài)時飛機必須固定在地面上，因為發(fā)動機產(chǎn)生的巨大推力將超過機輪剎車產(chǎn)生的致動力。一個鎖定件把飛機系留鉤與試車臺上的金屬拴固定在一起。發(fā)動機試驗采用了一個移動任務控制設備，通過飛機的遙測數(shù)據(jù)對發(fā)動機和飛機系統(tǒng)工作進行監(jiān)控。試驗過程中有超過500個測量數(shù)據(jù)從飛機測試系統(tǒng)中繼傳輸?shù)皆撘苿釉O備上。

　　截至目前普·惠公司的9臺F135地面試驗發(fā)動機已累計完成超過4500試驗小時，包括F-35A常規(guī)起飛與著陸型(CTOL)、F-35C艦載型(CV)的發(fā)動機以及F-35B短距起飛垂直著陸型(STOVL)發(fā)動機與其軸驅(qū)動升力風扇推進系統(tǒng)的試驗。首臺飛行試驗F135發(fā)動機于2005年12月交付洛·馬沃思堡，并于2006年1月在AA-1成功通過了安裝測試。

　　6、驗證載荷和飛行載荷校準試驗

　　驗證載荷試驗是將不同已知載荷加載到機體上，以驗證飛機結構能否承受這些壓力。該試驗將驗證飛機整體強度達到其設計限制載荷的100%，或達到飛機在飛行中可能受到的最大載荷。飛行載荷校準試驗與驗證試驗一起進行。該試驗將校準飛機結構中嵌入的應變儀。在進行這些試驗前，飛機機體只通過了結構分析檢查，允許飛行到其設計限制載荷的40%。驗證載荷和飛行載荷校準試驗約需60天時間，試驗在沃思堡的結構實驗室中進行。

　　Korstian解釋說，該試驗之所以稱為驗證載荷試驗，是因為AA-1的結構與后續(xù)飛機不同，不需進行全尺寸靜力試驗。而后續(xù)F-35為減輕飛機總重機體結構已經(jīng)過了優(yōu)化。AA-1加載到100%的設計限制載荷將使其在飛行試驗時能飛行到其設計限制載荷的80%。80%的設計限制載荷足以讓AA-1完成其所有飛行試驗目標。

　　F-35項目將有6架全尺寸試驗飛機在該實驗室進行驗證載荷試驗。F-35飛行載荷校準和驗證試驗主管Keith Carlson稱，F(xiàn)-35每種型別都將有全尺寸靜力和耐久試驗飛機。這些不飛行的飛機將試驗150%的設計限制載荷，從而使后續(xù)的F-35研制飛機能飛行到100%的設計載荷。

　　7、電磁干擾飛行安全性試驗

　　電磁干擾飛行安全性(EMI SOF)試驗是一項時間相對較短的鑒定試驗，其間將對機上各種電子系統(tǒng)間的電磁干擾進行評估。飛機某一系統(tǒng)的電磁信號可能對其他系統(tǒng)的使用造成無法預料的影響。一個極端例子是來自UHF/VHF無線電臺的干擾將使飛控系統(tǒng)產(chǎn)生非指令運動。此項試驗約需要4天時間，試驗在起機線的試車站上進行。在SDD階段每架試驗飛機都將開展EMI SOF試驗。但生產(chǎn)型機將不必重復此項試驗。

　　EMI SOF試驗將評估的電子系統(tǒng)包括飛行試驗測試和遙感系統(tǒng)、無線電臺、導航設備、飛控系統(tǒng)、環(huán)控系統(tǒng)以及發(fā)動機控制系統(tǒng)。試驗將采用一個復雜的試驗矩陣，以評估各系統(tǒng)的電磁兼容性、確定電磁干擾影響。飛機飛行前將評估所有干擾并消除這些干擾。此項試驗安排在地面試驗的最后進行，以避免因軟件升級而重復進行試驗。

　　8、滑跑試驗

　　首架F-35飛機的滑跑試驗將以緩慢的行走開始，以約110節(jié)(56.6米/秒)速度的快速滑行結束。第一項停機坪試驗將是飛機首次以自有動力產(chǎn)生移動。該項以行走速度進行的試驗將檢查飛機的轉(zhuǎn)向和剎車裝置。在停機坪試驗后，飛機將滑行到沃思堡海軍航空站聯(lián)合后備基地的跑道上，計劃進行速度為30節(jié)(15.4米/秒)、65節(jié)(33.4米/秒)、85節(jié)(43.7米/秒)和110節(jié)(56.6米/秒)的跑道滑行試驗。

　　滑跑試驗內(nèi)容包括對稱和差動剎車、使用和不使用前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的操縱、剎車防滑系統(tǒng)使用、尾鉤使用以及高速時的最大對稱剎車等。

　　9、飛行許可和飛行授權

　　滑跑試驗后飛機已準備進行首次飛行。飛行許可將批準飛機在特定飛機和軟件構型下的某一包線內(nèi)飛行。F-35聯(lián)合項目辦公室將基于分析、鑒定試驗、實驗室試驗和飛機地面試驗包括滑跑試驗的結果發(fā)放該飛行許可。該許可是一份正式簽署的文件，將在滑跑試驗成功結束后給予。

　　然后洛克希德·馬丁F-35總工程師將向JSF項目辦公室報告飛行準備就緒。試驗小組隨后將獲得JSF項目執(zhí)行官海軍少將Steven L. Enewold的一份最后許可信。Pearson說："該信是對我們的正式批復，表明他已經(jīng)審查了專家提交的所有數(shù)據(jù)，他們一致同意首架F-35準備好可以飛行。在我們收到該回信不久將開展F-35的首次飛行。"(作者： 中國航空工業(yè)發(fā)展研究中心航空技術所 吳蔚)(責編 洪山)