[如花绽放]中国军用飞机的研制全过程

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　　中国航空工业经历半个世纪的不断努力和发展，航空科研的方法和手段也在经验积累中逐步提高和完善。
　　中国军用飞机研制过程主要分为五个主要阶段，包括论证阶段、方案设计阶段、工程研制阶段、设计定型阶段和试生产(生产定型)阶段。
　　
　　论证阶段
　　
　　论证阶段是航空科研系统根据部队提出的技术要求和型号需要，或科研系统根据部队潜在的需要进行主动研究后，针对特定的产品进行技术战术要求和可行性的论证研究。该阶段主要是按航空兵部队的目标任务和使用要求，根据预期的作战任务需要和可能的对抗目标性能，由航空兵部队专门机构提出对新型作战飞机的初步需求。论证阶段的使用要求包括飞机的技术战术指标、武器和雷达等机载系统的功能和性能，以及飞机的维护保障与寿命等因素，并且按照GJB(国军标)的相关标准将这些技术要求具体化和标准化。
　　论证阶段不但需要对项目的技术战术标准和投资额度进行分析，还需要考虑到科研周期和国外装备发展趋势的影响，通过对技术、时间和资源的综合评价，根据理论计算、风洞试验等手段对不同方案进行选择和取舍，通过优化组合选择最优的方案。论证阶段的重点是确定飞机整体研制的条件和飞机的性能标准，概括性的确定项目需要的投资规模、时间和相关研制项目的类型。科研单位根据本身技术力量与使用单位进行指标要求协调，明确哪些指标可以实现，哪些需要调整才能实现，哪些暂时还不具备实现的条件，哪些指标有预期实现的可能。经过论证阶段确定后的科研方案上报主管和使用部门，由上级单位组织方案论证会或采取投标竞争等方式，最终确定技术方案的标准和需要保证的技术参数和性能标准。
　　
　　方案设计阶段
　　
　　论证阶段确定的只是飞机项目概括性的总体方案要求，得到认可后就将进入到方案设计阶段。方案设计是对飞机的气动布局、性能指标、动力装置、结构工艺和雷达火控等进行论证，依据不同专业科研系统的反馈意见和数据标准，确定飞机科研项目的总体设计规范、新材料和新工艺的项目和类型，排列出飞机研制所需要的成品科研和基础试验的项目与周期。
　　设计单位在对方案进行具体设计和试验，并确定飞机气动布局和结构设计标准后，依据设计结果和机载设备、成品的构成与配套方式，制造／改造项目专用的飞行模拟试验设备，并且按照设计图纸制造直观的电子模型和全比例金属样机。金属样机的制造过程是对设计效果的初期检验，同时也可以根据对样机的装配和检验修正设计上的不足，并且根据具体的技术要求进行补充修改和再设计。金属样机在外形和大部分结构上与实机已经比较接近，但最终设计仍然可能有较大的调整，如歼-10的金属样机与最后设计就存在比较明显的差异。
　　
　　工程研制阶段
　　
　　工程研制阶段是按照图纸设计、基础试验和样机制造的成果，对方案进行完善后进入详细设计、制造和工艺装备的过程。按照设计图纸准备生产用的工装、夹具和样板，发出设计图后按要求的数量和标准制造出可飞行的原型机。
　　工程研制阶段是将经过验证的设计转换成实践检验产品的阶段。该阶段需要制造多架结构和技术状态相同的原型机，其中包括静力试验机。静力试验机要在原型机首飞前完成静强度试验，证明飞机结构设计标准达到技术要求后再进行首飞。原型机普遍是按照先易后难的设定方案和系统的方式推动，原型机需要按照试验需要分为几个阶段，验证气动、结构及飞行控制的效果。工厂研制阶段成果的代表就是原型机首飞。
　　原型机的结构设计、机载设备与最终设计要求存在差异，比如为测试设备提供的必须空间；平衡缺装机载成品需要的配重，以及为基础研究需要而对机上成品和材料进行的代用。原型机的机体内部结构与正式机型也会存在一定的差异，比如内部舱体的布景和重量分配的标准，电传操纵系统为飞行安全需要调整的重心位置，以及飞机可动部分在结构和材料上采取的代用措施。国内外全新研制的飞机，首飞原型机不会安装正式产品需要的全部设备和成品。这样除了为加装的测试设备留出空间，也可以降低因成品可靠性导致的不必要的排故影响。原型机在技术上是处于金属，电子样机、模拟台和生产型之间的过程，这个过程主要是为了降低新机研制中可能存在的技术风险，通过将系统简化到最少程度来提高整体的技术成熟度，并根据试验的过程和样机的应用逐步提高飞机的技术完善程度。
　　首飞原型机上之所以不采用设计要求的全状态标准，主要是因为其最首要的是测试飞机的气动、结构、操纵和动力，只有在这些方面的可靠性和成熟性达到标准后，才能够有效地开展其它成品和设备的相关试验工作。首飞原型机在气动和结构上已经达到设计的基本要求，但首飞后还需要通过飞行检验来暴露设计和结构上存在的缺陷，根据试飞结果对飞机动力、系统、结构和操纵等方面进行调整。通过调整过程中的试飞，修正理论设计阶段存在的偏差后，原型机就达到了可以交付试飞的技术状态。调整试飞时为补偿设备缺装造成的飞机质量分布上的变化，普遍利用铅配重替代机载设备保持飞机质量分配和安定性的标准。采用铅配重替代设备能节约80％的机上空间，当调整试飞完成后的原型机交付试飞单位后，试飞单位再根据需要在机上剩余空间安装必要的测试设备。
　　原型机可以降低技术风险，同时因为国内机载设备研制周期普遍比机体要长，因此先上原型机就可以尽量争取缩短整体研制时间，也可避免因为新设备可靠性不高的排故需要影响基础试飞的进度。原型机在需要的时候不但可以补充全状态飞机的试验科目，还可以作为单项技术或新技术运用的载机平台。
　　原型机在试飞过程中更重视对飞机基本性能和科目的试验，主要试验飞机的飞行性能、操稳性能、控制面的工作和结构。国内用原型机改造的试验机承担着重要的飞行技术验证任务，比如在歼-7基础上开发的歼-7低信号试验机、歼-7FS气动和结构试验机、歼-8空中加油试验机和歼-8ACT主动控制试验机等，以及用战斗机平台发展的电子设备和发动机试验机等验证平台。这些先进技术验证平台的发展为原型机的应用提供了扩展空间，可更有效的利用已经在科研上投入的成本和基础设施。
　　
　　设计定型阶段
　　
　　设计定型阶段的定型机与正式装备的飞机已经没有大的差异，试飞工作主要是对与作战有关的成品性能和技术指标进行检验，这个试飞阶段称为鉴定试飞或者是定型试飞。定型试飞主要是全面的验证产品是否达到设计标准的要求，样机将按照试飞大纲的指标和规划的试验步骤，按照标准分阶段验证飞机、发动机、机载成品和电子设备和性能，评价飞机气动、动力和机载设备的配套性和兼容性，并且通过战术和 武器试验来评估飞机作战能力的标准，并将试验飞行取得的数据与计划书和技术指标规划进行比对。
　　定型试飞阶段已不需要在机上安装大量测试设备，飞机将按照设计要求安装全部的机载设备和系统，飞机的结构和成品类型也完全符合装备标准，与正式产品完全一致。因此将这样技术标准的试验机称为――全状态。
　　全状态样机的技术标准主要针对飞机本身的技术特征，并不意味着飞机上装备的成品或其它设备的标准，比如早期国内航空电子设备发展速度比机体要慢，就经常出现全状态飞机缺装重要成品的问题。这时，全状态飞机缺装成品时往往需要对鉴定标准进行调整，比如用现有的成品雷达或发动机替代计划中的先进产品，目的是首先完成设计指标鉴定试飞的过程，然后再通过对专项成品装机的补充试验保证飞机设计要求的全面性。
　　全状态飞机的鉴定试飞是设计定型阶段的代表性标志，这个状态的飞机意味着型号结构和气动设计已经满足要求，全状态样机也是为生产型飞机的生产进行基础性准备工作。全状态样机在完成基本科目试验后如果没有出现大的问题，那么飞机的设计就可以进入技术冻结的状态，飞机的设计图纸、工装、型架的设计和成品选择方案将会确认，不出现新的需要则冻结后的技术状态不再会发生大的变化。
　　全状态样机的试验工作不仅仅是对飞机本身的技术和战术性能进行试验，同时也将根据使用保障的需要调整飞机随机系统的设计，完善配套的地面维护保障、测试系统和随机工具的适用性，并根据飞机试验中的初步经验给出故障间隔和备件储备的基本数据。
　　全状态样机接续原型机，一般是全新生产的机型。如果飞机本身已经是比较成熟的技术平台，在项目过程中完全可以跳过原型机阶段，直接发展全状态样机。直接发展全状态军用飞机主要用于现役飞机的改进型，空中加油、电子对抗和预警等大型特种飞机因为使用成熟平台，因此在样机标准上往往也是直接进入全状态标准。特种飞机原型机的技术标准主要根据飞机达到的技术状态，飞机上安装的成品和设备是依赖机体平台的标准而存在，判断全状态与否需要看飞机平台自身的设计要求而不是机上装的设备。
　　全状态样机在完成试飞规划中的科目试飞和试验项目后，试飞，试验结果和数据符合项目任务书的指标要求，飞机没有大的遗留问题时就可以提出设计定型的审核要求。
　　
　　试生产阶段
　　
　　全状态样机在完成试验项目后就进入小批量试生产阶段，原型机和全状态样机由试飞单位使用和掌握，小批量试生产飞机将交付最终用户使用。使用用户将根据需求标准对试生产型进行全面的考核鉴定，鉴定试飞除检验生产型能否达到试飞中取得的指标外，还需要根据飞机性能研究战术方式和作战方案，以及编制飞行训练与作战的相关标准与手册。试生产型主要为用户提供熟悉飞机和培训维护保障体系的条件，部队也可以根据使用中存在的问题向科研系统提供反馈意见，由科研单位进行补充修改。
　　小批生产型的验证试飞是部队按使用标准对飞机进行最后检验的步骤，通过检验可以弥补科研系统和使用单位在设计上存在的偏差，纠正早期设计和试验上存在的不合理和不方便的地方，为完善飞机性能和后续的改进改型提供技术和实践上的依据。小批量生产中的检验和促进效果非常明显，根据葛文墉同志《飞行札记》一书中关于歼-8试用过程的回忆文章记载：歼-8提高滚转性能、低空大表速稳定性的改进依据都是由使用单位反馈，航炮射击吞烟试验也是在小批交付后由部队飞行员进行。国内曾经出现过因设计单位缺乏使用经验导致的问题，如某机先进雷达武器系统已经通过定型试飞的标准，但在部队试用中却无法满足实际战术使用要求，依据理论的操作方式在实际使用上无法满足战术指标的要求。
　　试生产阶段的飞机在使用部门实践验证过程中暴露出问题后，设计和生产单位在解决问题并完成技术调整后，完成生产准备和生产工艺的技术冻结，完善飞机和机载设备与成品的生产线建设，完成飞机部件和整体的结构寿命试验工作，建立可以保证飞机批量稳定生产和装备的生产体系，该机型就可以向上级提出进行生产定型的鉴定审核要求。
　　
　　验证机是提高研制效率的有效手段
　　
　　验证机是国外已经普遍应用的高效率飞机研制方式，“阵风”A、EAP、X-35都是比较著名的验证机，这些验证机的终端产品就是“阵风”、EF2000和F-35。国外技术验证机的发展类似国内原形机阶段，都是以验证气动和结构作为主要目标，用较低的投资对项目的基础工作进行早期检验和研究。验证机的试验结果可以直接促进原型机的发展，即使项目不成功也可以通过投资较少的验证机取得经验。验证机作为技术探索项目，其投入比正式项目要少的多，而且也不会占用正式项目研制的时间和资源，是目前先进作战飞机研制过程中经济和技术效率比较突出的方式。
　　验证机的验证目标是无论是气动和控制还是单项先进技术，都可以尽可能多的选择现有的成品和设备，不需要为新机研制成品，可以节约很大部分科研经费和时间。验证机的强度和寿命只需要满足技术验证阶段的基本需要，这样不但可以采用低成本的材料和常规的加工工艺，也可以广泛使用替代的材料、成品和动力装置，在结构设计理论计算结果可靠时甚至不用制造静力试验机。
　　国外验证机在研制中对性能和成品只有个大致的规划，这样就可以让设计师有更大的自由度，飞机的结构设计和成品的选择也可以借用现役飞机的部件，很多验证机的成品甚至结构都是成熟部件的组合，如F-117的验证机上应用了F-16、F／A-18和A-7等机型的成品，X-31高机动验证机结构上甚至应用了50年代F-86战斗机的设计，先进的外壳下包裹的却是合理拼凑出来的低成本方案。在理论储备较好时，技术验证机的研制和生产成本很低，国外技术验证机的机体生产成本并不比同规格实用机高，气动或单项技术验证机的投入只占型号研制的很小部分，但通过验证机却可以获得型号实践积累的80％以上的技术成效。“阵风”A、EAP这些先进战斗机的验证机也都采用了成熟的动力系统，飞机的结构和材料也应用了成熟的低成本技术来实现。验证机整体投入规模并不大，但在科研成果的经济和技术价值上却有无可估量的意义，其提供技术基础对缩短科研时间和降低风险的效果，对高投入的现代战斗机研制更有无可取代的价值。
　　中国航空工业近20年来通过内部发展和外部引进的综合手段，使技术水平得到了提高，国外先进技术的参考和借鉴也获得了后发的优势。随着西方发达国家和俄罗斯在冷战后装备发展的放缓，中国在航空技术装备和成品技术标准上已经大幅度缩小了差距，部分成品 和尖端技术已经达到了世界较先进的水平，但需要看到很多国内项目的进步都是模仿国外先进产品的成果。航空技术上想青出于蓝必须有深厚的基础技术积累，单纯的模仿和学习可能在表面上表现很好，但在技术水平和发展潜力上显然无法和原开发国相抗衡。验证机到原型机的过程虽然类似国内原型机到全状态的过程，但因为国内原型机也是在方案规划下设计的产品，因此原型机和全状态的不同阶段有着相同的气动和结构要求，同样需要按照成品和性能指标要求确定整体设计的标准，因此也就无法取得降低成本和提高科研效果的收益，原有科研过程在技术更新速度迅速提高的今天已经不能满足实际的需要。
　　加强低成本的先进技术验证机的系统开发和试验工作，是建立中国自己的先进航空技术科研体系的有效措施，不但能够促进相关装备型号的发展和装备技术的进步，更能够通过对基础科研的探索提高航空发展潜力和技术人员的灵活性。
　　
　　定型验收各阶段的要求
　　
　　中国军用飞机定型包括设计定型和生产定型两个阶段，这两个定型过程的对应阶段并没有一个标准的点来判断，有的型号在没有设计定型前就已经开始小批生产装备，而有的机型则到接近装备才达到生产定型的标准，所以在描述定型标准时主要按照理论上的阶段目标。
　　设计定型是当飞机完成规划的飞行试验工作后，由设计，生产单位和军代表提请国家定型审核单位对项目进行验收。设计定型需要科研单位提供项目设计过程的简要说明；飞机完成技术战术指标试验的结果和达到的标准；遗留的问题和解决的措施；提请设计定型需要的相关文件。审核独门根据申请材料的内容和飞机试验过程与结果，在飞机整个系统达到(或调整达到)设计指标要求，项目没有重大遗留问题，遗留问题有切实可行的解决措施的情况下。按照项目目标的实现程度选择批准定型或要求科研系统补充试验工作。
　　生产定型是当飞机完成小批量生产和装备使用检验后，根据飞机生产线的建设和遗留问题的解决情况，由科研系统报批后由定型审核单位进行确定。
　　生产定型必须保证飞机的生产性、维护性、保障设备和随机工具的完整：生产企业的生产线可以满足需要的产量和品质要求；生产周期和成品供应条件能够满足规定的批生产标准：飞机的成品、备件、工具和相关技术文件完整：设计定型时的遗留问题都已经全部(或基本)得到解决。经过设计定型阶段的飞机只是证明了产品设计的成功，生产定型的飞机才是真正具备稳定的生产供应能力，成为配套完整、生产稳定、保障可靠的实用型作战装备，整个飞机研制项目生产定型后才算是取得了最终意义上的成功。
　　
　　【编后语】本文简单地描述了现代军用飞机研制上的常规步骤，这些过程的描述可以让读者对飞机研制有个基础的认识。随着现代飞机设计技术的发展。电子样机和模拟试验手段的应用已经开始改变传统的飞机设计过程，未来先进战斗机的发展也将会出现新的变化和进步，中国航空工业也会随着技术的进步在飞机科研上取得更大的成功。
　　【编辑/秦蓁】
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