2014年3月19日，是許多人生命中平凡的一天，但對于ARJ21-700飛機的研制團隊來說，這一天足以讓其銘記一生。
在哈爾濱太平國際機場的跑道上，紅色涂裝的104架機將從這里出發(fā)，遠赴加拿大萬里尋冰，完成其四年未能終結(jié)的自然結(jié)冰試驗。
清晨5點，黎明破曉，淡青色的天空還鑲著幾顆稀落的殘星。3名機務(wù)人員早早來到停機坪，對飛機進行最后的檢查。與普通民航航班的機務(wù)不同，作為ARJ21飛機的“保健醫(yī)生”，他們將隨機飛行，并全程負責(zé)飛機的“體檢”和維護工作。
駕駛艙內(nèi)，飛行員趙鵬和趙生正在對照飛行員檢查單進行起飛前的最后準備。在此之前，這對組合已駕駛ARJ21完成了失速試飛、最小離地速度試飛等多項高風(fēng)險試飛科目，但這一天也許是他們做飛行員以來，航前準備最細致的一次。畢竟如此遠距離的轉(zhuǎn)場，不僅是對飛機性能的全方位檢查，也是對飛行員綜合素質(zhì)的考驗。
上午8點，塔臺下達放飛指令，ARJ21飛機騰空而起，搭載著幾代航空人夢想的新支線飛機將從這里走出國門，創(chuàng)造歷史。
尋冰，為何舍近求遠？
許多人也許會覺得奇怪，中國960萬平方公里的國土，難道就沒有符合自然結(jié)冰試驗條件的地方嗎？中國商飛為何要不遠萬里，遠赴加拿大完成試驗？這個試驗究竟有多重要？
從美國聯(lián)邦航空局（FAA）最新的統(tǒng)計資料中也許能夠一窺究竟。每年全球約有30起因結(jié)冰引發(fā)的安全事故，其中1991年12月27日，斯德哥爾摩一架麥道81飛機在剛起飛后不久，兩臺發(fā)動機因吸入了從機翼上脫落的冰塊而停車，飛機緊急迫降，在機場外著陸，機體斷為三截；1994年10月31日，西蒙斯航空公司一架從印第安納波里斯飛往芝加哥的航班，由于在利于積冰的氣象條件下飛行了30分鐘，突然失速并從大約10000英尺的高度墜落，機上68人全部罹難；2002年12月21日，臺灣復(fù)興航空編號為GE791的ATR72-200飛機由于機翼嚴重結(jié)冰而失速墜海。有鑒于此，結(jié)冰問題一直是飛機制造商和適航當(dāng)局最為關(guān)注的安全問題之一。
目前，中國民航局CCAR25部明確規(guī)定，民用運輸機必須在極其苛刻的特殊氣象條件下進行自然結(jié)冰的試驗試飛。其目的在于檢測飛機的機翼、風(fēng)擋、發(fā)動機短艙等部位的防冰與除冰功能是否能夠保證飛機的活動面在嚴酷的自然條件下能正常工作。
為了滿足適航當(dāng)局的要求，ARJ21-700飛機從2010年開始了自然結(jié)冰試驗的征程。項目研制團隊曾4次奔赴新疆地窩堡機場，卻僅在2012年3月19日抓住了一次符合條款規(guī)定的氣候要求，完成了部分自然結(jié)冰條件下的機翼防冰、風(fēng)擋防冰、短艙防冰相關(guān)的試飛內(nèi)容。那么，為何這項國外申請人和局方用20-40個飛行小時即可完成的試飛科目，到我們這就成了取證路上的攔路虎呢？
一組數(shù)據(jù)也許能從側(cè)面反映CCAR25部附錄C對民用運輸機實施自然結(jié)冰試飛的云層狀態(tài)、大氣環(huán)境溫度、云層微物理參數(shù)的嚴苛要求：連續(xù)最大結(jié)冰試驗時液態(tài)水含量在0-0.8g/m?，水滴直徑在15-40微米；間斷最大結(jié)冰試驗時液態(tài)水含量在0-3.0g/ m?,水滴直徑在15-50微米。但對于新疆這么一個氣候干燥的地區(qū)來說，無論從水滴直徑還是液態(tài)水含量考慮，顯然不是一個最佳的試驗地點。但是中國商飛在向國家氣象局、總參氣象所咨詢后，得出的結(jié)論是，綜合氣候、機場條件、空域管理等多個因素后，除了新疆之外，中國境內(nèi)再也找不到更適合的地方了。
另一組數(shù)據(jù)，能夠反映出自然結(jié)冰試驗對于空域的要求。在進行操穩(wěn)試驗時，要求飛機機翼未防護表面在結(jié)成2-3英寸厚度的冰型后，進行45分鐘的不間斷飛行。且不論新疆的氣候條件能否讓飛機結(jié)出滿足適航要求的冰型，僅45分鐘的帶冰飛行就需要至少十幾萬平方公里的空域。但由于我國空域管理十分嚴格，ARJ21在試飛過程中必須嚴格按照事先申請的航線和空域進行飛行，即使在飛行過程中，發(fā)現(xiàn)滿足試驗條件的云層，如果不在規(guī)定的空域范圍，也只能“望云心嘆”，這也造成了“飛機等云”的被動局面。為了改變“守株待兔”的試驗?zāi)Ｊ剑?013年中國商飛聯(lián)合中航工業(yè)試飛院，協(xié)調(diào)多方力量，在新疆申請了16.5萬平方公里的試飛空域，并在烏魯木齊、克拉瑪依、福海三地設(shè)立監(jiān)測點，實現(xiàn)三地聯(lián)合追云試飛，這已是當(dāng)今自然結(jié)冰領(lǐng)域最為先進的試驗方法了。然而可惜的是，ARJ21依舊未能遇到滿足試驗條件的天氣。
面對飛機取證交付時間的日益臨近，“走出國門做試驗”的念頭在項目團隊領(lǐng)導(dǎo)的腦中浮現(xiàn)。而事實上，這個想法早在2年前就已經(jīng)有了雛形。據(jù)ARJ21項目總指揮羅榮懷介紹，利用全球資源進行飛行試驗在民航業(yè)并不是一件新鮮事。以空客為例，A320的高寒試驗是在俄羅斯完成的，大側(cè)風(fēng)試驗則在冰島完成。因此在國內(nèi)捕捉天氣無望的情況下，2012年，ARJ21項目的總設(shè)計師陳勇和首席試飛員趙鵬就曾先后赴北美和歐洲進行考察，最終選定北美地區(qū)的一個很重要原因是，F(xiàn)AR25部中對于自然結(jié)冰氣候條件的判據(jù)是根據(jù)北美五大湖地區(qū)的氣候條件制定的，而中國民航局CCAR25部在很大程度上是FAR25部的翻版。因此如果能夠到該地區(qū)進行試驗，尋找適合的天氣自然不在話下，但真正的難點在于中國商飛將如何像行業(yè)巨頭那樣動用全國乃至全球資源完成這次試驗。
迎著暴風(fēng)雪前行
幸運的是，中國商飛公司的這個想法很快得到了國家部委的首肯。國務(wù)院、外交部、工信部、民航局都給予了項目組大力支持，同時作為主制造商的中國商飛公司和此次試飛任務(wù)承擔(dān)單位的中航工業(yè)試飛院也做了大量細致的技術(shù)準備工作。三個月的時間，完成了飛機調(diào)機方案、試飛組織方案、應(yīng)急排故預(yù)案、備件保障和當(dāng)?shù)厝霂旆桨傅葦?shù)百份文件，為ARJ21第一次走出國門做足了功課。
3月15日，104架機從閻良起飛，3月19日，飛機從哈爾濱出境，飛赴底特律河畔的溫莎機場。盡管在出發(fā)前，機組已經(jīng)了解到這個季節(jié)俄羅斯境內(nèi)經(jīng)常會有暴風(fēng)雪的天氣，但飛機在白令海峽西側(cè)所遭遇的惡劣氣候條件依然出乎了所有人的意料，飛機不得不在原地等待了7天。在天氣稍微轉(zhuǎn)好之后，飛機再次出發(fā)，并在俄羅斯遠東的阿納德爾附近經(jīng)受了大風(fēng)、低溫、暴風(fēng)雪、越洋等多種考驗。
據(jù)擔(dān)任此次試飛轉(zhuǎn)場任務(wù)的飛行員趙鵬回憶，飛機在阿納德爾機場著陸和起飛的時候，跑道寬度的三分之一、長度的四分之一完全被積雪覆蓋，飛機幾乎是在雪堆上滑行著去加油的。當(dāng)飛機完成加油起飛時，暴風(fēng)雪再次襲來，并且強風(fēng)將地面的雪卷起來，空中的能見度很低，并伴有風(fēng)切變。然而即便在如此復(fù)雜、惡劣的氣象條件下，飛機依然經(jīng)受住了考驗，并表現(xiàn)出了良好的性能。
穿越白令海峽，進入美國阿拉斯加之后，北美的空中管制員對飛機表現(xiàn)出了極大的興趣。從安克雷奇到喬治皇子城，從克利夫蘭管區(qū)到芝加哥管區(qū)，幾乎每改換一個頻率，每換一個扇區(qū)，空中管制員都會問同一個問題：“你們的飛機是什么型號？”這時我們的飛行員會驕傲地回答他們，“這是中國自主研發(fā)的國產(chǎn)支線噴氣客機：ARJ21�！倍械目罩泄苤茊T還會進一步問道，ARJ21是什么寓意？我們的飛行員則會向他們解釋：A代表Advanced，RJ是Regional Jet的縮寫，ARJ21寓意這是一款21世紀先進噴氣支線客機。如果遇上愛聊天的管制員，他們還會對飛機評價一番：“你們的飛機與波音737-800的飛行精度、巡航速度與高度幾乎相同�！�
一路上這種友好的空中對話，反映出了國際社會對于中國民機產(chǎn)業(yè)的關(guān)注。在一些拐點相對較多的航線上，友善的空中管制員會讓ARJ21優(yōu)先直飛，這也在一定程度上加快了飛機轉(zhuǎn)場的速度。
3月28日，在經(jīng)歷了9天的長途飛行（停飛等待7天），加拿大時間上午10時02分（北京時間23時02分），ARJ21-700飛機平穩(wěn)降落在加拿大溫莎機場。在3天的飛行中，ARJ21飛遍了世界領(lǐng)土面積排名前四位的國家，中國人自主研發(fā)的飛機第一次翱翔在了世界發(fā)達國家的領(lǐng)空！
溫莎機場的“A380”
溫莎機場位于加拿大南部的安大略省，其東面不遠處的魁北克省是世界知名飛機制造商龐巴迪公司的總部所在地。與北美眾多的通用飛機機場一樣，溫莎機場盡管面積不大，但每天迎來送往的小型通用飛機依然絡(luò)繹不絕。紅色涂裝的104架機剛剛落地，就被當(dāng)?shù)氐牡厍诜⻊?wù)人員戲稱為“溫莎機場的A380”。
在短暫的調(diào)整和適應(yīng)性飛行后，4月1日，104架機正式開始了北美自然結(jié)冰局方審定試飛。
為了確保試驗順利展開，中國商飛公司選擇了曾經(jīng)為巴航工業(yè)ERJ170/190、龐巴迪CRJ700/1000北美試飛提供氣象支持的NTI公司作為此次試驗的合作伙伴。后者在試驗中，為ARJ21提供了結(jié)冰氣象保障、飛行保障以及與塔臺的機上無線電通訊聯(lián)絡(luò)和空域的機上申請服務(wù)。
在第一天的航前準備會上，NTI公司氣象專家的專業(yè)化服務(wù)給局方試飛員趙志強留下了深刻的印象。
“在國內(nèi)進行試驗時，由于我國民機事業(yè)起步較晚，可供自然結(jié)冰試飛參考使用的氣象資料幾乎沒有。每次航前會上氣象預(yù)報只能告訴機組大約在哪里會有結(jié)冰云，但水滴直徑、過冷水含量等對試驗成敗起關(guān)鍵作用的數(shù)據(jù)幾乎沒有。而此次在加拿大，NTI公司的氣象專家，不僅能夠詳細地預(yù)報結(jié)冰氣象出現(xiàn)的時間、位置和高度，還能給出水汽含量、結(jié)冰云移動軌跡等關(guān)鍵參數(shù)，甚至還能根據(jù)經(jīng)驗詳細指導(dǎo)飛行員具體的飛行路徑，并提前準備遇上惡劣天氣時的逃離路徑。這為機組有的放矢地進行追云飛行提供了有力保障�！�
然而，驚喜遠不止這些。在討論備降機場時，NTI公司負責(zé)申請空域的工作人員，一股腦地為機組列出了附近50多個可供選擇的備降機場，并表示如有需要可在飛機上隨時與空管申請備降。
此外，作為本次試驗的本場，為了保障ARJ21停場安全，溫莎機場還專門為其“量身訂制”了系留樁，并允許項目組在機場安裝攝像頭。種種這些專業(yè)化的服務(wù)，都是保障日后飛機順利完成試驗不可或缺的環(huán)節(jié)。
尋冰容易，留冰難
在烏魯木齊進行的多次自然結(jié)冰試驗，盡管由于天氣原因未能完成所有試飛科目，但是在這個過程中建立起了一支自然結(jié)冰試飛隊伍，并在一次次挫敗中磨練了隊伍的試飛組織與管理能力。
在此基礎(chǔ)上，借助五大湖地區(qū)得天獨厚的氣候條件，ARJ21新支線飛機自然結(jié)冰系統(tǒng)試飛科目進展順利，幾乎每天都有捷報傳來：
4月1日，成功申請美國航線，并完成首次自然結(jié)冰試驗跨境飛行；
4月4日，完成慢車狀態(tài)風(fēng)扇冰積聚、單發(fā)引氣構(gòu)型防冰系統(tǒng)試飛、結(jié)冰條件下的RAT釋放等關(guān)鍵科目；4月5日，“巧遇”間斷最大結(jié)冰氣象，這是幾乎在國內(nèi)不可能遇到的天氣。局方試飛團隊抓住難得的機遇，完成了層云間斷最大結(jié)冰試飛。在這一天，機組經(jīng)過2個架次，近6個小時的追云飛行，完成了應(yīng)急供電、失速保護、失速告警等多個科目的試飛。
至此，ARJ21新支線飛機通過7個架次的飛行，完成了所有11項系統(tǒng)試飛科目。
然而，項目團隊還沒來得及慶祝，就從局方獲得了一個令大家頗為沮喪的消息。由于在進行操穩(wěn)試驗時，冰型未達到CCAR25部的要求，所有操穩(wěn)試驗點都要全部重飛。
這就給試飛團隊帶來了一個新的問題。如果說前期系統(tǒng)試驗成敗的關(guān)鍵在于如何找到符合條款規(guī)定的氣候的話，那么操穩(wěn)試驗的關(guān)鍵就在于如何讓飛機盡可能久的保持冰型。因為，前者要驗證的是飛機的防冰和除冰能力，后者則是要驗證飛機一旦結(jié)冰后是否能夠安全運營。
目前，根據(jù)條款規(guī)定，飛機要在機翼未防護表面的結(jié)冰厚度達到2～3英寸的前提下，完成一系列操穩(wěn)動作。為了達到這個要求，局方試飛員不斷在云端進行各種嘗試，但效果卻不盡如人意。往往是好不容易結(jié)到3英寸，剛剛脫離云層準備做動作時，或者試驗進行到一半時，冰就脫落了。盡管后來通過與NTI氣象專家的溝通，了解到不被眾人所了解的逆溫層是造成冰脫落的主要原因之一，并在后續(xù)的試飛中避開了有逆溫層的區(qū)域，但是脫冰的現(xiàn)象依舊一直持續(xù)到4月8日上午，操穩(wěn)試驗依舊沒有實質(zhì)性的進展。
最后5分鐘的嘗試
據(jù)趙志強回憶，4月8日上午，和往常一樣，6點航前準備會準時開始。在會上，NTI的氣象專家表示，當(dāng)天的氣候條件不太理想，飛機完成試驗的概率不超過30%。但即便只有1%的希望，大家仍然不愿意放棄。在完成了航線規(guī)劃和備降機場選擇之后，8點試飛團隊準備登機開始新一輪的追云逐冰。
9時40分，ARJ21從溫莎機場起飛，沿既定路線進入結(jié)冰云層，然而與之前的預(yù)測一樣，盡管完成了兩次有效結(jié)冰，但在進行操穩(wěn)機動試飛前冰就脫落了。無奈，在經(jīng)歷2小時33分的飛行后，尋冰無果的機組只能按原定計劃降落在圣休伯特機場。
飛機落地后，機組在與氣象專家溝通后了解到，下午該機場附近可能會出現(xiàn)滿足試驗條件的氣候，在經(jīng)過短暫休整之后，14：27飛機再次起飛，直奔既定云區(qū)。
到了結(jié)冰區(qū)域后機組發(fā)現(xiàn)，氣象條件依然不是十分理想，結(jié)冰的厚度最大不超過1.8英寸，始終達不到條例要求的2英寸，同時還伴有脫冰現(xiàn)象。而此時，機組已經(jīng)在空中飛行了近2個半小時，與溫莎本場的距離也已達到600海里�？紤]到飛機上的油量已經(jīng)不太充裕，再加上返回溫莎機場的路上只有一個備降機場可供使用，似乎這次試驗又要無疾而終了。
而此時局方試飛員趙志強的腦中卻在精確計算著飛機剩余的油量。憑借2年來對飛機性能的不斷熟悉，他預(yù)計在滿足安全返回本場的前提下，還有約2分鐘的油量可以再做一次嘗試。如果依然找不到，機組就立即提升飛機的巡航高度，返回溫莎機場。
作出決定后，機組旋即進入云區(qū)，也許是天道酬勤，剛進云區(qū)后不久，飛行員就發(fā)現(xiàn)在風(fēng)擋的未保護區(qū)域迅速出現(xiàn)了冰點。趙志強立刻讓隨機的試飛工程師對云區(qū)的氣候參數(shù)進行監(jiān)測，不到1分鐘，試飛工程師興奮地回復(fù)道：“氣候條件非常好，完全符合規(guī)章的要求�！�
機組立即申請在原地盤旋，并提前申請了4000到5000英尺高度的機動空間。1分鐘后，加拿大空管就給予了肯定的回復(fù)。
在試飛工程師實時監(jiān)測確定冰型滿足條件的前提下，趙志強一氣呵成地完成了包括未放起落架構(gòu)型下的爬坡度盤旋、大坡度轉(zhuǎn)彎盤旋、光潔條件下的失速特性飛行和帶起落架條件下的大幅度盤旋在內(nèi)的多項高風(fēng)險操穩(wěn)試飛科目。隨著時間的推移，試飛員有條不紊地完成了所有適航條款規(guī)定的自然結(jié)冰條件下的操穩(wěn)試飛。但此時，他根本顧不上高興，因為飛機剩余的油量已經(jīng)十分有限了。
在與空管確定后，飛機迅速爬升至28000英尺的高度返回，但此時機組發(fā)現(xiàn)，由于氣溫過低，之前所結(jié)的冰遲遲沒有脫落，而帶冰飛行大大增加了飛機的油耗。為了盡快脫冰，機組嘗試提高飛行速度，希望借助氣動增溫來加速脫冰，但效果依然不明顯。此時，負責(zé)飛行安全的申請方試飛員趙生建議，按照目前的情況，如不出現(xiàn)意外，飛機在落地時的剩余油量將在2噸左右，符合安全標(biāo)準。因此機組放棄了繼續(xù)脫冰的嘗試，嘗試帶冰飛行。
在臨近溫莎機場，飛機下降飛行高度時，飛行員發(fā)現(xiàn)開始陸續(xù)有冰開始脫落。此時，飛行員懸著的心再次被提起，他們立即開始關(guān)注發(fā)動機的相關(guān)參數(shù)和飛機上的攝像設(shè)備，以確保第一時間了解這些脫落的冰是否被吸入發(fā)動機。令人欣慰的是，整個脫冰過程，ARJ21發(fā)動機狀態(tài)平穩(wěn)，沒有出現(xiàn)任何超出飛行員意料之外的情況。
18:28，在連續(xù)飛行4小時零1分后，ARJ21安全降落溫莎機場，飛機剩余油量1.6噸。這一刻，困擾著項目團隊4年的自然結(jié)冰試驗所有局方審定試飛項目在這一刻，圓滿完成。
ARJ21一小步，民機產(chǎn)業(yè)一大步
“四年追云逐雪事，一朝夢圓報國家”是ARJ21項目總指揮羅榮懷在完成此次試驗后的感慨。對于ARJ21項目本身來說，北美之行攻克了取證路上的攔路虎，對于中國民機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展來說，此次走出國門完成試驗，則為后續(xù)機型完成特殊氣象試飛任務(wù)開辟了新的道路。同時，此次環(huán)球飛行，ARJ21也向世界證明了其安全性、可靠性。
試驗的順利完成一方面標(biāo)志著新支線飛機具備了在極端惡劣天氣條件下安全運營的能力，另一方面也標(biāo)志著申請人和局方完全掌握了自然結(jié)冰試飛領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)，其中包括試飛組織、準備、實施、決策、數(shù)據(jù)分析以及對條款符合性的判斷。
同時局方試飛員在試驗中所積累的經(jīng)驗，還能為航線飛行員提供相關(guān)領(lǐng)域的培訓(xùn)，如告知飛行員什么樣的氣候容易結(jié)冰，應(yīng)該避免，以及萬一結(jié)冰之后，如何快速脫冰等。這些培訓(xùn)對民航安全運營具有指導(dǎo)意義。
此外，此次參與北美自然結(jié)冰試驗的技術(shù)團隊中的很多都是年輕人，以試飛工程師團隊為例，很多都是年輕的80后。這些在項目中成長起來的年輕人，讓世界看到了中國民機產(chǎn)業(yè)發(fā)展的蓬勃朝氣。
