1、赵京洲:让团队信赖的带路人 王思磊 赵京洲C919大型客机副总设计师 下载原图 1983年毕业于西北工业大学, 就职于中国航空研究院第六三研究所, 历任见 习技术员、助工、工程师、高工、专业组长、操纵液压系统设计研究室副主任等 职务。 此后先后担任中航第一飞机研究院上海分院机械系统研究室副主任、 主任, 飞控液压设计研究所副所长, 上海飞机设计研究所飞控系统设计研究室主任等 职务。2009 年7月起, 任C919 大型客机副总设计师。 提到C919 飞机型号副总设计师赵京洲, 大家的评价高度一致:“我们的赵总是 一个非常厉害的人!”这里的“厉害”可不是说他对人“严厉”, 而是作为 C919飞机
2、机械系统的负责人, 他无论是处理技术难题, 还是提出思路规划, 往 往都让人心悦诚服。 就是认准了干飞机 赵京洲出生在陕西富平, 离阎良航空城很近, 这使得他从小就对飞机有了一定 的认识。 赵京洲的叔叔当时在西飞工作, 参与过波音项目, 常常说起身边那些航 空人的故事。常年耳濡目染, 让赵京洲觉得干飞机是一件很了不起的事儿。 1979年参加高考, 赵京洲将西北工业大学自动控制系飞行控制 (飞机) 专业作 为报考的第一志愿, 并以优异的成绩如愿录取。 “我当时目标非常明确, 就是毕 业后要从事航空方面的工作。 我填报的专业还有一个导弹方向的, 我特意选择了 飞机, 就是认准了要干飞机。”赵京洲说
3、。 1983年大学毕业后, 赵京洲进入中国航空研究院 603所工作。在这里, 他一干 就是10 年, 在这期间积累的飞控系统相关经验, 为他今后的工作打下了坚实的 基础。 上世纪90年代初, 国内航空研究所普遍型号项目不多, 有的单位甚至做起了民 品, 603 所试验室的任务安排也一度空闲了。为了保证自己的专业知识不落伍, 闲不下来的赵京洲报考了西北工业大学的研究生。“实际上, 我研究生毕业后, 国内航空业还是不太景气, 很多以前的同事都辞职下海了, 我也不知道这样的 状态会持续多久。”赵京洲说, “但即便这样, 我也没有要离开航空领域的念头, 既然认准了干飞机, 那就继续干下去!” 研制先进
4、飞控系统 飞控系统是一架飞机机载系统中最为复杂的系统之一, 直接影响飞机的飞行安 全和飞行品质。 举个简单的例子, 飞行员操纵驾驶杆, 通过舵面实现对飞机运动 的控制, 这一系列动作的完成靠的就是飞控系统的运行。 如果飞行员操纵驾驶杆, 无法感知飞机的姿态变化或者飞机姿态变化与预期不符, 飞机就会在空中产生 颠簸, 对飞行安全和飞行品质产生不利影响。 “军机和民机在飞控系统上存在很大的差异, 军机讲究的是作战性能, 在飞行 过程中会有大幅度机动, 而民机讲究的是飞行的稳定性和乘客的舒适感, 因此 可以说民机的飞控系统就是要保证飞机的操作性、 稳定性和舒适性。 ”赵京洲说。 面对两者的差异, 从
5、军机转到民机的赵京洲, 最先做的就是深入学习国际适航 条款, 研究世界最先进的飞控系统, 并将其应用于中国的大飞机。 现代民机广泛使用的是电传飞控系统, 通过将操纵指令转换为电信号进行舵面 控制, 以此提高飞行品质。电传飞控系统技术含量高, 研制起来也格外复杂。此 外, 电传飞控系统既涉及与飞机本体 (总体、结构、强度) 的高度综合, 又几乎 与全机所有的机载系统相互交联, 而由于飞机顶层需求及各系统供应商不同, 各飞机型号交联系统的实际情况也差别较大。 因此, 即使都是采用电传飞控系统, 每个型号飞控系统的综合设计与集成验证方案都需要针对飞机的具体情况进行 量身定制。 “ARP 4754A民
6、用飞机与系统研制指南提供了一种有效开展系统综合、验证 的工作思路。 设计之初, 赵总就带领我们对其进行深入解读, 琢磨出一套适用于 C919飞机飞控系统的集成和验证流程。”中国商飞上海飞机设计研究院飞控部 部长王兴波说, “在此过程中, 对技术细节要求极高的赵总, 要求我们逐一为 每条设计需求量身定制合适的验证方法。 这些方法既要符合适航要求, 又要与国 内外供应商衔接, 达到国际先进水平。” 机上地面闭环试验 为C919量身定制飞控系统验证方法, 其中比较典型的就包括C919机上地面闭环 试验。 机上地面闭环试验, 就是通过将飞机动力学模型与飞机舵面、 传感器等构成闭环 控制链路, 在地面上
7、模拟飞机飞行状态, 检验系统与飞机的控制响应, 让飞机 在地面上“飞”起来。 相对于以往的开环试验, 闭环试验可以更充分地验证系统 与飞机集成的完整性。 飞控系统动态特性检查是机上地面闭环试验最重要的试验项目之一。 以俯仰增稳 控制为例, 飞控系统中引入了飞机俯仰角速率, 驱动升降舵运动改善飞机阻尼 与稳定性。 从飞机传感器输出角速率信号到升降舵响应指令运动, 需经过飞控计 算机、作动器控制电子等多个设备, 任何环节出现问题都会导致飞机控制失稳。 那么, 如何串联飞机操纵面、 飞机传感器与飞机动力学模型, 包括如何使飞机正 确响应舵面运动位置, 如何使飞机传感器正确响应飞机运动姿态, 都是实施
8、机 上地面闭环试验的关键。 基于铁鸟试验的经验与成果, 综合考虑首飞控制律设计架构与飞机试验条件、 系 统机上交联特点, 赵京洲带领团队制定了一套首飞阶段主飞控系统机上地面闭 环试验方案, 即利用加装在飞机升降舵、 方向舵上的舵面传感器, 将舵面运动位 置实时输入飞机模型, 让飞机响应舵面位置运动起来, 同时通过将飞机惯导等 拆装在运动转台上, 转台根据飞机模型实时解算姿态运动, 从而激励惯导输出 与飞机运动一致的姿态信号。 最后, 飞控计算机通过接收惯导传感器信号反馈控 制舵面运动, 试验中对系统施加合适的激励, 对信息链路里的重要信号进行测 试监控。每一项试验都制定了详细的试验程序文件。
9、正是这些精细化的验证流程与方法, 使得系统的各项功能性能在首飞前得到了 充分验证, 保证了 C919飞机的成功首飞。 引领试验平台建设 C919飞机铁鸟试验台全称为飞控液压系统综合试验台, 主要用于C919飞机的飞 控、液压、起落架及部分交联系统的试验验证工作。 据中国商飞上海飞机设计研究院铁鸟联合攻关队队长廖军辉介绍, “C919 飞机 铁鸟台的研制工作是与 C919的设计工作同步进行的, 而这也给我们出了道难题 铁鸟试验台与C919飞机是11的比例, 飞机结构发图还没完成, 如何设计 铁鸟的骨架?试验台的需求大部分由设计专业提出, 各系统设计还没有冻结, 如 何满足今后的试验要求?” 为解
10、决这一难题, 赵京洲在试验台研制初期就提出一个重要思路:将设计团队与 试验团队进行融合, 设计人员也参与到铁鸟台的建设中。 对于结构设计没有冻结的难题, 试验团队提出“模块化”的研制方式, 也就是 将整个铁鸟“切”成若干块, 飞机机体结构设计完成一块, 铁鸟骨架就设计生 产一块, 每一部分的安装还要进行强度计算。 这样一来, 既可以将更改成本降到 最低, 又可以预防后期的强度问题。 “自2013年C919铁鸟试验台投入使用以来, 基本没有发现结构强度方面的问题, 这就要归功于设计团队与试验团队在研制过程中的紧密联合。”廖军辉说。 除了铁鸟试验台, 用于飞控系统设计和飞行员在环试验的还有 C91
11、9 飞机工程模 拟器。相比于ARJ21 飞机固定基座的工程模拟器, C919采用了六自由度全动工 程模拟器, 能够逼真地仿真飞机的瞬时过载动感、 一定范围内的姿态角变化动感 和部分抖动冲击信号, 为飞行员提供了更加真实的操纵感受, 有利于设计人员 根据自身体验和飞行员的意见优化系统参数设计。 在工程模拟器建设之初, 赵京洲就带领团队成员进行前期摸索:主要承担哪些试 验?主要具备哪些功能?需要哪些设备?要达到什么样的试验状态就这样, 一 个问题一个问题地解决, 一步步地论证, 最终形成了工程模拟器建设的总体技 术方案。 “在此过程中, 赵总一再要求我们吃透技术, 即便是由供应商提供的设 备, 也要明确需求, 掌握主动权。”上海飞机设计研究院 C919飞机工程模拟器 室主任徐奎说。 目前, C919 飞机工程模拟器已投入试验使用 5年多, 42名飞行员参与了 1800 余小时的飞行员在环试验, 完成248个试验科目, 3700余个飞行试验状态点。 在C919 首飞成功后, 首飞机组评价说:C919 飞机操纵性、稳定性良好, 整个飞 行过程与在工程模拟器上训练的类似, 飞行感觉与在工程模拟器上训练时一致。
