新造的飞机第一次飞上天,必然存在较高的风险。早期试飞事故非常频繁,据美国统计,20世纪60年代以前,试飞中的事故率非常高,几乎平均每周都有一位试飞员牺牲。随着科学技术的不断发展和地面试验设施以及试飞支持设施的不断完善,试飞中的事故率大大降低。对于一架新机首飞,放飞前首当其冲的是进行试飞风险评估。风险评估的三要素是:
(1)可能导致事故的因素是什么?
(2)由于该事件发生造成损害程度有多大?
(3)引起该事件发生的概率有多大?
可接受判据如下:
(1)1~3 不可接受,高风险,强行控制;
(2)4~9 不希望,中等风险,严格控制;
(3)9~16 可控的接受,低风险,一般控制;
(4)大于16 正常使用下,无风险,可接受。
导致事故的因素来自许多方面,试飞总师要组织各方专家进行评估。首先是对被试飞对象的评估,如飞机平台、相关系统和产品在预定飞行条件下可能发生的问题,问题发生的概率有多大,问题发生的后果有多严重。这些是试飞部门要求产品研制部门应该提供的信息。试飞工程师应该消化和理解这些信息,并纳入试飞安全管理计划之中。除此之外,试飞工程师应对试飞技术、飞机改装、试飞设施与飞机交联、飞机维护和试飞员操纵等环节中可能出现问题的环节进行评估,同样应按照可能性和后果进行评估。
风险等级应由专家评估,报安全管理部门审核批准。某试飞项目的风险等级确定后就应该按照不同的风险等级进行风险控制。风险控制主要是两方面内容:一是按风险等级制定应急处置措施,二是按风险等级进行管理。风险等级越高,批准放飞的权威级别越高,比如,一级风险科目放飞往往批准权限是安全委员会的主任,必要时要召开专门的放飞评审会。
风险评估和风险控制措施只是让试飞工作者明确了试飞安全工作的重点,但不是试飞安全工作的全部。所谓“试飞无小事”是指试飞安全寓于飞机研制、试飞改装,飞行维护、试飞执行的全程工作中。经验表明,许多重大事故并不都是来源设计缺陷、制造质量和试飞技术,所谓“阴沟里翻船”的事屡见不鲜,这就要求试飞工作者在任何一个工作环节都要把“安全第一”的思想落实到实践中去,落实到管理和技术工作中。
在民机领域,飞机制造商对待每个新机型的首飞都非常谨慎,宁愿一再延迟首飞时间也不贸然进行,因为一旦失败将大大影响该款飞机的销售前景。因此在民用客机领域鲜有发生首飞失败的案例。在军用飞机和超音速飞机等高科技机型研制领域失败的情况较为常见。其中就有X-43A高超音速飞机和米格-15战斗机,就让我们来扒一扒这些首飞失败的飞机吧。
1.X-43A高超音速飞机
X-43A是美国国家航空航天局(NASA)旗下德莱顿飞行研究中心(Dryden Flight Research Center)所开发的由火箭驱动的高超音速(Hypersonic)飞行实验机,也是迄今为止人类所造出使用外进气动力的飞行器中,速度最快的纪录保持者。后续版本为X-43B、X-43C和X-43D。这种代号为X-43A的新型无人机机身长3.65米,体重1.2吨,样子像一个漂亮的冲浪版的X-43的高达研制耗资2.3亿美元。飞机的设计最高时速将达到音速的10倍,也就是10马赫!
2001年6月2日,美国宇航局试飞了一种世界上飞得最快的飞机。可惜在首次试飞中,由于助推器“飞马”火箭要穿越音障的瞬间发生预期外的共振问题,导致火箭失控偏离了预计的飞行路线,为了安全考量,测试单位启动机身上的自爆装置主动摧毁了X-43A,而没有达到预期的成果。这台X-43A升空几分钟就掉进太平洋和鱼虾做伴了。不过美国有关方面并不打算就此放弃,表示会继续这一新型无人机的试验。X-43A因而有望成为第一个以高超音速的速度飞行的作战飞机.
2004年11月,X-43A再次试飞。一架经过改装的B-52B重型轰炸机机翼下挂着一架X-43A飞机和一枚“飞马”助推火箭从加州的爱德华兹空军基地起飞。很快,B-52B上升至1.2万米高空。这时,和X-43A捆绑在一起的“飞马”火箭点火,它们脱离B-52B轰炸机,由飞马火箭把X-43A推到大约2.9万米的高空。接下来,X-43A脱离飞马火箭,自身发动机点火,开始以1万千米时速独立飞行。约10秒后,飞机燃料耗尽,飞机继续滑行了6分钟经过1368千米的距离坠入太平洋。被落海时的撞击力彻底摧毁。
这是个历史性的时刻。这项纪录事后也获得吉尼斯世界记录的认证,认证书上说明X-43A在持续了11秒的飞行中到达6.8316马赫的速度,是当时世界上最快的进气(Air Breathing)飞机。
2. 米格-15战斗机
米格-15是20世纪40年代末期苏联米高扬设计局研制的第一代高亚音速喷气式战斗机,各机型总产量超过18,000架,曾装备苏联、波兰、捷克斯洛伐克、中国、保加利亚、埃及、阿尔及利亚等38个国家,是苏联制造数量最多的一型喷气式战斗机。
在20世纪50年代初的朝鲜战争中,米格-15战斗机首次大规模投入空战,显示了优异的飞行和作战性能。米格-15初期发展并不顺利,受限于发动机技术始终无法试飞,直至英国工党政府同意出售英国制的涡轮喷气发动机之后,研发才有了转机。英国人的第一次“慷慨大方”促使了米格-15的诞生。苏联设法从英国进口了25台先进的“尼恩(Nene)”和“德文特”涡轮喷气发动机。1947年6月,米高扬设计局使用一台“德文特”发动机制成了第一架米格-15原型机。苏联的克利莫夫发动机中心很快仿制出推力更大的“尼恩Nene”发动机,定名为RD-45型发动机,为米格-15的批量生产创造了条件。1948年底,米格-15开始大量装备苏联空军,最初集中部署在莫斯科周围,并迅速成为苏军的主力歼击机,主要用来对付美军的轰炸机。
安装了新发动机的伊-310(米格-15的初始研发代号)战斗机,1947年6月首次试飞。但因为第一架样机制造粗糙、存在隐患,首飞着陆时机毁人亡。第二架样机通过重新设计改进,于1947 年 12 月 30 日在试飞员尤加诺夫的手里首飞成功,试飞中没有发现重大问题。1948 年 3 月,克里姆林宫决定将伊-310 命名为米格-15 投产,命令在 5 月 10 日前交付空军开始作战试飞。这个时限根本完不成,第一架米格-15 到 5 月 27 日才交付空军。空军只发现了一些小问题,比如尾喷管太长,建议截短 0.3 米,减少喷气损失,这形成了米格-15 独特的垂尾后半“悬空”的样子。保持垂尾位置是为了保持气动控制力矩。在原型试飞后整整一年的 1948 年 12 月 30 日,生产型米格-15 首飞,1949 年 1 月就交付新组建的国土防空军(PVO)使用。
虽然米格-15战斗机首飞失败,但在朝鲜战争中一炮打响,可能是苏联历史上最重要的战斗机了。尽管苏联战斗机在二战中取得了不俗的战绩,但在西方眼里,苏联依然只是一个二流国家,至少在先进的航空领域里无法和高贵的西方相提并论。米格-15 在鸭绿江上空使美国空军在横扫欧洲后第一次遇到真正的挑战,使西方第一次认识到苏联作为一个超级大国的地位。从此,米格从二战前夕的一个小字辈一跃成为苏联的战斗机之王,米格的名字和最先进的苏联战斗机连在了一起。