试验科学是驱动创新的原动力

——从飞行试验看试验科学的发展和作用

作者：刘选民

2013年02月04日  来源：科技日报 

　　进入二十一世纪，中国改革开放的成果异彩纷呈，社会进步日新月异，经济总量连年攀升，中国的科技水平、工业化水平迅速成长、不断赶超，今天我们已能与欧美等发达国家站在同一舞台、以同样的感受领略这个时代发展的喜悦和困惑，今天我们也比任何时候都更渴望实现民族复兴的崇高理想和中华崛起的伟大抱负。呼唤民族自强、自主创新，已然成为当下中国人从心底发出的最强音，党的十八大更是把创新驱动发展作为一项战略任务和政治要求放在了国家发展全局版图的重要地位。

　　创新源于试验

　　创新的驱动力何在？站在历史发展的潮头，纵观近代科学技术发展的路径和脉络，从十八世纪瓦特发明蒸汽机到十九世纪爱迪生建立“发明工厂”，再到二十世纪美国耗资四十二亿美元的原子能研究曼哈顿计划，走在创新道路上的先驱们不断用事实告诉我们：创新源于试验。然而，今天我们所提到的试验已与以往的试验不可同日而语。以飞机为例，过去我国航空发展主要走的是一条引进、测绘、仿制和改型的创新驱动路线，只要飞机的性能没有问题，那么我们便不会去质疑试验结果的科学性，更不会去深究我们使用的试验手段是否合理，试验方法是否还有改进空间，试验的理念、内容还能不能有所完善，因为我们试验的前提是建立在飞机是仿制出来的，我们只是将别人走过的路重复再现而已，从某种意义上来说，我们所做的试验是为了验证而不是创新。今天不同，我国已成功实现了二代机向三代机的跨越，正在努力实现从航空大国向航空强国的转型，技术封锁的加剧使得我们“无师可从”“无本可鉴”，要摆脱困窘就必须自力更生、立足自主创新，试验理论需要开拓，试验技术需要突破，试验方法需要升级，试验手段需要提升，现在一架新机的诞生无不伴随着试验而成长，这些试验包括林林总总的地面试验和空中试验，包括总体的风洞试验、静力试验和飞行试验，包括装机成品和系统的原理试验、样品试验和装机试验，包括各种材料的理化试验、元器件老化和筛选试验等等，如此复杂多样的试验内容加之相伴而生的试验理论、试验手段、试验方法、试验工艺，就构成了驱动中国航空创新发展的试验科学体系。

　　试验科学何以成为驱动创新的原动力？作为试验科学的一个重要分支，中国飞行试验研究院（简称试飞院）用其五十多年的奋斗历程向世人诠释了试验科学之于创新的意义。

　　飞行试验在航空产品研发中的作用不可替代

　　所谓飞行试验，是在真实大气条件下对飞行器、航空动力装置、机载设备和系统进行的各种试验。就航空装备研制而言，这些试验是按照试飞大纲对航空产品的性能、操纵性、强度、颤振、航空电子、机载武器、环控救生等数十项系统所进行地飞行考核，在考核中发现问题、研究问题、攻克问题、不断改进，最后使其成为性能优越、战技优良、用户喜欢的产品的过程，是一场航空产品从“丑小鸭”到“白天鹅”的华丽蜕变；就航空技术研究而言，这些试验使用科学的方法、程序和原则去揭示试验对象的特性和应用过程。

　　从概念到应用，飞行试验贯穿于航空技术和航空产品发展的始终，在此过程中，不管是技术还是产品的新概念探索、演示验证、研制装机、应用使用，飞行试验都发挥着试验科学不可替代的作用。

　　在概念阶段要进行研究和探索性试飞。众所周知，美国许多重大的航空新技术几乎无一不是经过飞行试验研究和试飞验证而取得的。从1947年的X-1突破音障到1951年的X-5变后掠翼飞行，从1960年的X-18倾斜翼到1984年的X-29前掠翼飞机，从1990年的X-31大迎角机动到2000年的X-32飞控技术研究，从2003年的X-37无人作战试验机到今天的探索新飞行方式的X-51高超声速研究机、探索新一代军用机标准的YF-12/XB-70/NF-104，至今这种探索性研究和试飞还在继续。

　　我国的飞行试验情况也是如此，例如：试飞院通过变稳飞机研究飞行品质特别是人机闭环特性，利用综合空中飞行模拟试验机研究电传飞机进场着陆控制律、研究无人机控制技术，利用歼八试验机研究发动机的电调控制技术，利用歼教七研究三角翼飞机的失速/尾旋特性，利用雷达电子试验机研究新型雷达的空中工作性能和软件参数调试等，通过这样的试验，突破和发展了我国大量航空应用技术，而且使得这些技术在飞行试验中认识不断深化、技术不断成熟。

　　在演示验证阶段要进行样机功能和性能摸底试飞。为了更好地发挥飞行试验的支撑和引领作用，试飞院自主研制了多种专用试验设备及试验机以适应飞行力学、航空动力、航空电子、航空测试以及救生系统等试飞研究的需要。比如：在上世纪自建天线试验场开始了我国机载产品、飞机的雷电电击试验；研制了我国第一架空中弹射救生技术试验机，先后开展了三十余项弹射救生系统的实况试验；研制了发动机飞行试验台，先后承担了十多种航空发动机及导弹用发动机的试飞验证和专题研究；另外还研制了我国首架微重力试验机，加装了燃油补偿系统和密封电瓶系统，进行了燃/滑油试车台原理性试验、发动机失重状态模拟试车，以及燃、滑油补偿系统发动机联合试车等，在此基础上，通过失重摸索和训练，实现抛物线飞行一千余次，达到了试验目标，超过当时美国同类试验机的失重记录，为中国航天事业的发展做出了有益探索。

　　为了提高过硬的试飞本领，试飞院还自主研发了我国两代变稳机，借助该机全面掌握了电传飞机的飞行品质试飞技术，特别是高阶系统的等效系统拟配技术、时间延迟准则、杆力灵敏度和操纵协调准则、飞机稳定裕度判据、横向跟踪准则、人机闭环准则和驾驶员诱发振荡等试飞技术，解决了我国三代战斗机试飞的大量技术问题。除此之外，为了掌握民机试飞关键技术，我国借助于已有资源开展预先研究，突破了最小离地速度、中断起飞、最大能量刹车、带冰型飞机性能试飞和自然结冰、决策速度、最小操纵速度、高平尾失速特性、高速特性、结冰特性、配平特性等高难风险科目的试飞技术和方法，为后续新支线客机的适航试飞储备了技术力量。

　　在产品研制阶段要进行整机性能试验和装机适应性试验。一型新机、一种新型机载设备，如果不通过飞行试验，即使它的理论计算再精确，地面试验再充分，都只能是地面上的飞机模型而不是蓝天上的飞行器，只有将其放到真实大气中通过一系列的飞行试验和严格考核，才能把模型推向产品和应用，才能最终将研制的飞机和设备推向市场；同时，飞行试验也是发现和解决新机在设计、生产和制造中各种问题并使之得到改进和提高的重要环节。这就是飞行试验的作用，这就是试验科学的魅力。红专502是我国自行研制的第一个机种，上世纪六十年代初正式在试飞院揭开“通天”考验的序幕。试飞中发现飞机右偏、发动机汽缸头温度过低、滑油性能差、左右油箱耗油不均等四大问题，经过多次性能试验和“空中启动”试验，找到了飞机设计存在的缺陷，经设计改进后得到了解决，整机顺利完成鉴定。五十多年来，我国先后完成了自研的多种飞机、发动机、机载设备的国家级鉴定试飞和适航审定试飞任务，从初教六的首战告捷到歼七、歼八系列的“三机定型”，从歼十飞机的横空出世到新支线的华丽首飞，我国依靠飞行试验解决了新机研制中大量的设计和工艺问题，确保了我国一批批新机型号的设计定型、合格审定和批量投产，展示了试验科学的亮丽风采。

　　在应用使用阶段要进行任务试飞、合成演练试飞等。飞机是空中任务的执行者又是复杂的操纵体，要在各种情况下完成任务拦截或任务攻击，如何灵活使用，如何占据有利位置对飞机使用者来说非常重要，这需要不断的练习和熟悉，需要进行多种假想情况的模拟和试验。飞机在现代战争体系中又是一个网点，除了网点内机群与机群之间、机群内飞机与飞机之间的编队、攻击等协同外，还要和网点外的其它作战资源进行调度和协同，这使得投入任务之前的训练和试验显得异常复杂和多样。

　　试验科学的新使命

　　中国航空最近五十年的发展史，是一个不断挑战自我、不断摸索、彰显试验科学魅力的历史，是一部从跟踪仿制走向自主创新的励志史。二十一世纪的竞争是以知识经济为中心，以创新能力为基础，以全球为竞技场的竞争。知识经济时代需要人们不断地阐明未被前人所认识的问题，不断地提出创造性解决问题的办法，不断地进行知识创新、技术创新、产品创新和服务创新。创新是民族进步的灵魂，是国家兴旺发达的不竭动力。建设创新型国家，真正实现创新驱动发展，迫切需要进一步加快国家创新体系建设，要围绕战略性新兴产业需求部署创新链，大力推进基础前沿研究，加强先导领域布局，在物质科学、生命科学、信息科学、地球科学等可能出现革命性突破的前沿方向力争在科学原理层面取得原创性突破，在关系未来长远发展的信息技术、生物技术、能源技术等关键领域力争在应用研究层面取得重大变革性创新，在关系国家安全和利益的空天、海洋、网络等战略必争领域力争在尖端技术层面取得先导性成果。很显然，建设以基础前沿研究为先导、以战略产业为核心突破的国家创新体系已成为我们迎接知识经济挑战的必然选择，是新世纪竞争的制高点，是我国实现经济增长方式和经济运行体制两个根本性转变的必然途径，也是贯彻“科学技术是第一生产力”战略的重大举措。试验科学已在我国航空等工程实践中大放异彩、屡建奇功，它在科学概念和技术应用之间架起了一座桥梁，它使科学技术得以快速转化为生产力，它符合现代科技发展的客观规律和应用规律，我们有理由坚信它也将在我国自主创新的舞台上放射出更加夺目的光彩!

　　（作者单位：中国飞行试验研究院）