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        最復(fù)雜的飛機如何最安全?

        2014-04-29 00:00:00杰夫·懷斯
        海外文摘 2014年4期

        帕特里克·杜·切是空客公司最資深的飛行測試工程師。每個月里總有那么幾天,走進辦公室后,帕特里克要脫下西裝領(lǐng)帶,穿上一套防火內(nèi)衣,再套上一身明黃色的飛行制服和一雙結(jié)實的黑色靴子。然后,他走出辦公室,走上法國南部圖盧茲機場的停機坪。在眾多剛噴過漆的A320機群中,有一架A350-XWB非常顯眼,它是這類飛機中的第一架。飛機機身光滑,除了機身兩側(cè)帶有的字母和機尾的空客標識外,幾乎是全白色的,它的官方稱謂是MSN001。2013年5月,空客公司舉辦了一個只有員工參加的儀式,組裝線上負責最后工序的工人終于完成了自己的工作,正式將首架A350-XWB交付給飛行測試部,或者用杜·切的話說就是,“他們把它交給了我?!?/p>

        作為飛行工程師和測試部負責人,杜·切說自己并不愛冒險,但他必須選擇最有挑戰(zhàn)性的項目進行測試,比如測試飛機各項性能的極限。在那些極限狀態(tài)下,任何一個小的漏洞都有可能造成機毀人亡。自去年6月以來,杜·切和他的同事們要么以最大的設(shè)計時速來駕駛A350;要么在空中嘗試航空動力失速狀態(tài);要么以最慢的速度起飛,以至于機尾都拖地了。

        每次試飛,機組由2名飛行員和3名工程師組成,機艙中安裝了一批電腦,數(shù)據(jù)通過眾多感應(yīng)裝置不斷匯集進入電腦,工程師的任務(wù)就是監(jiān)測那些數(shù)據(jù)。杜·切的工作臺位于駕駛室右側(cè)副駕的后面。所有座位上都有降落傘。一旦發(fā)生狀況,機組成員將立刻來到前行李艙上部,拉動一個扳手,引發(fā)局部爆炸,機身右側(cè)會出現(xiàn)一個大洞,他們就可以從這里跳下飛機。不過,這只是理論。試飛員師弗蘭克·查普曼說:“如果飛機真的驟降失去控制,你還可能逃生嗎?”他聳了聳肩。

        空客公司必須向自己、監(jiān)管當局和它的客戶證明,A350機型不但性能良好,而且還達到了精益求精的地步。從設(shè)計到制造,空客公司在A350上整整花了8年(制造完成后,空客還將用一年半的時間對飛機進行全方位測試,確保萬無一失)。A350是第一架由輕量材質(zhì)建造的噴氣式客機,由數(shù)百萬個零部件組成,并受數(shù)百萬條計算機編碼支配。

        一架現(xiàn)代的民用客機是一套半自動的體系。飛機上的電子神經(jīng)系統(tǒng)持續(xù)監(jiān)測內(nèi)、外部數(shù)以千計的參數(shù),自動與全球?qū)Ш骄W(wǎng)絡(luò)和維修網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系,并判斷機師是否安全飛行。當機師拉操縱桿時,并不真的在拉位于機尾的提升器,而是在向飛機的電腦發(fā)出請求,電腦然后決定在多大程度上移動方向舵和其他控制界面。如果機師試圖以危險的方式駕駛飛機,比如進行航空動力失速,電腦是不會允許這樣的操作的。A350機型的系統(tǒng)集成負責人馬克·卡森說:“和30年前相比,現(xiàn)代飛機的操控已經(jīng)達到相當智能的水平,就像傻瓜相機一樣?!?/p>

        對現(xiàn)代飛機的制造者來說,最大的挑戰(zhàn)是,在一個如此復(fù)雜的體系里,有太多的漏洞可以存在。比如,駕駛室內(nèi)一處報警燈開始閃爍,它可能是在提示機師,引擎出了問題,但也有可能是預(yù)警系統(tǒng)本身出了毛病,發(fā)出錯誤的信號。它會導(dǎo)致飛行偏離航線或延誤,代價是極其高昂的。

        為了找出飛機可能存在的瑕疵,空客公司的技術(shù)人員不得不依賴復(fù)雜的電腦系統(tǒng)??蛇@些系統(tǒng)本身就可能招致問題。比如被稱為“空中客車”的A380巨型客機就完全是在電腦上被設(shè)計出來的??稍贏380的設(shè)計過程中,人們沒有留意到,空客在德國和法國的工作人員使用的設(shè)計軟件版本不一樣。當設(shè)計全部完成,組裝工人開始安裝成捆的電線時,發(fā)現(xiàn)德國技術(shù)人員計算出的需要布滿機身的電線數(shù)量,與用法國技術(shù)人員設(shè)計的機身根本不匹配。結(jié)果,數(shù)英里長的電線都白裝了,不得不全部扯下來,重新再來。

        開發(fā)A380的慘痛經(jīng)歷,使空客沒有動力從頭再開發(fā)一種全新機型。2004年,波音公司宣布開發(fā)“夢想飛機”(Dreamliner)的計劃后,空客不得不做出應(yīng)對。“夢想飛機”可搭載230至330名乘客,它將是空客A330型雙過道客機的直接威脅,后者于1992年首航,問世后非常成功??湛妥畛醯南敕ǎ翘嵘鼳330機翼的航空動力,提高它引擎的效能。改裝后的A330于2004年面世,但并未吸引多少客戶,人們對于性能略有提升的A330并不感冒。市場告訴空客的設(shè)計師們,這不是客戶想要的,客戶要一種全新的設(shè)計!

        這一次,空客沒有采用謹慎、漸進的升級換代,而是設(shè)計了一系列超效能飛機,從276個座位的,到369個座位的,僅開發(fā)成本就超過了100億美元。

        為了避免錯誤計算A380電線長度這樣的失誤再次出現(xiàn),空客在全球所有分公司都采用了標準化的設(shè)計軟件。不僅如此,空客還開發(fā)出一套用于設(shè)計飛機的單一電子系統(tǒng),被稱為“電子模擬”(DMU),每位設(shè)計師都可以隨時隨地使用它,任何一位設(shè)計師對飛機做出的一丁點兒改動,其他所有人都可以立刻看到。

        所有的飛機在早期設(shè)計階段都充滿了不確定性。飛機材質(zhì)足夠輕、足夠結(jié)實嗎?零部件的性能能達到設(shè)計者所希望的嗎?飛機的各個部件之間有沒有沖突?真的飛上天后,它的表現(xiàn)和模擬飛行預(yù)測的究竟會不會一致?

        為了制造飛機,空客采用了一種叫“測量金字塔”的流程,以便系統(tǒng)地、一點一點地排查一切漏洞?!敖鹱炙钡牡撞看碓O(shè)計階段,這個階段一切都是未知。接下來是測試原材料,然后是零部件,再然后是每個系統(tǒng)的測試,最后是整架飛機。有了這一番嚴格檢測,再復(fù)雜的機器也能被完全掌控。

        但在實際操作中,這意味著要進行各種虛擬測試,無法進行虛擬測試的飛機主體結(jié)構(gòu)則必須制造出試驗品。比如,在圖盧茲制造機身筒,在威爾士布勞頓制造機翼翼盒示范器,在英格蘭菲爾頓搭建起落裝置試驗臺,在漢堡搭建模擬客艙。

        其實,飛機大量的制造工作不是由空客,而是由它無數(shù)的供應(yīng)商完成的。與其說空客公司是一家飛機制造商,不如說它是一個飛機組裝者:空客只是建立飛機的一套整體方案,然后把設(shè)計和零部件生產(chǎn)統(tǒng)統(tǒng)外包,最后再將各個部件組裝起來。在長達8年的設(shè)計過程中,有7000名工程師參與了A350的設(shè)計與制造,但其中至少有一半根本不是空客的員工。

        接近這座測試“金字塔”頂端的,是一種用飛機骨架進行的真實條件下的模擬試驗,它被稱為“鐵鳥”?!拌F鳥”被置于一座腳手架的下方,它包括一架真實飛機的所有內(nèi)部零件,連同電子和液壓系統(tǒng)在內(nèi),它與一個飛行模擬器相連?!拌F鳥”可以準確地模擬出飛機在飛行過程中,各條管道和電線內(nèi)部是如何運行的。使用“鐵鳥”的目的不只是讓所有系統(tǒng)真正在一起工作磨合,更能讓制造者們觀察到,當某單個零件壞了、使用過度或被不當操作時,整架飛機是如何反應(yīng)的。畢竟,那才是真實世界里所要發(fā)生的。正如杜·切所說的:“每一架飛在天上的飛機內(nèi)部,都正在出著這樣那樣的問題?!?/p>

        讓我們回到空客在圖盧茲的飛機制造廠,一架與實物大小一樣的機身停在那里。它的一側(cè)機翼被纜繩不斷向上拉伸,一座液壓夯錘把機尾也壓向某一側(cè)。這樣“折磨”機身的目的是使飛機像它需要的那樣結(jié)實。A350靜態(tài)測試項目的負責人彼得·伯施解釋說:“我們不想飛機身上有一丁點兒沒有用處的重量?!?/p>

        在德國漢堡和埃爾丁的測試廠里,A350機身的許多部分被反復(fù)擺弄到變形為止,來測試機身能承受多大程度的金屬疲勞性損害,就像來回折曲別針看它多久會斷開一樣。要知道,這樣的損毀曾導(dǎo)致了上世紀50年代三架哈維蘭彗星型客機在飛行中解體的悲劇。同樣的問題也給A380飛機帶來過很大麻煩。2011年和2012年,在這種超大客機的機翼上發(fā)現(xiàn)裂縫,使得歐洲主管當局下令所有A380全部停飛進行細致檢查。為了使上述狀況發(fā)生在A350機型上的可能性降到最低,埃爾丁測試廠讓機身的多個部分經(jīng)歷了超過8萬次起飛和著陸的反復(fù)模擬測試。

        從某種意義上講,真正的測試要到A350機型獲得認證后才開始。服役的頭兩年,也是一架飛機問題暴露的時候。這是簡單的算術(shù)。一旦該機型以機隊的形式投入運行,機隊這個整體將累積飛行小時,這個速度將比最激進的測試計劃還要快幾百倍。真正的飛行將積累很多經(jīng)驗,并發(fā)現(xiàn)飛機制造者無法發(fā)現(xiàn)的問題。這段較早的時期在新機型建立聲譽上至關(guān)重要。

        相反的,一旦發(fā)生過問題,即使彌補后再次證明了飛機的可靠性,也不會令客戶接踵而至。當A380的種種問題解決后,它經(jīng)歷了罕見的無問題飛行階段。可空客卻發(fā)現(xiàn),它的買家比想像中少得多,至今還沒有為公司盈利。

        空客的高層表示,A350機型將是一次更安全的賭博??湛皖A(yù)期,在未來20年,各航空公司會大量采購擁有250至350個座位的大型客機,其訂單將接近7000份。以當前的價格計算,這將是價值2萬億美元的生意。

        目前,A350表現(xiàn)良好。截至2013年底,空客已收到來自37個客戶的817份訂單。與此同時,波音公司推出777X機型卻不是一個全新的設(shè)計,而是以20世紀90年代的一架老飛機為藍本,配上新的機翼和引擎。空客方面樂觀地表示,這條路他們早就走過了,根本行不通??蛻粢碌臋C型,不會要改良的。

        杜·切辦公室對面是一座L型的飛機庫,在這個100英尺高的空間里停著一副飛機骨架,機尾對著大門。它是測試飛機中的最后一架,它剛剛裝上機翼,還在等待安裝引擎。飛機中段兩側(cè)搭著黃色腳手架,工人們有的在場地上走來走去,有的在腳手架內(nèi)爬上爬下。

        所有測試結(jié)束后,空客將在這里建造飛機。隨著這個流程越來越接近“金字塔”的各個層級,材料被做成裝置,裝置被連接入子系統(tǒng),子系統(tǒng)被包裝為系統(tǒng)。有的零件在自己運轉(zhuǎn)時一切正常,但當被組裝到一起運轉(zhuǎn)時,也許就會產(chǎn)生問題。在整個過程中,其目的是盡早消除這些缺陷,以便在最后階段出現(xiàn)的是最高級別的問題。

        站在“金字塔”頂峰的“最終集成者”,用杜·切的話說,就是一架真正的飛機。當真正的機翼和機身升至高空時,總會有意想不到的情況發(fā)生。例如,在早前的試飛計劃中,坐在A350中部的工程師在某次飛行階段,聽見嗡嗡的響聲,多方尋找原因未果。最后,一名工程師建議,機翼上的密封條應(yīng)當換成更結(jié)實的材質(zhì)。果然,噪音消失了。

        MSN001和它較新的姊妹機MSN003,已經(jīng)完成大約1000小時試飛,整個測試飛行的計劃是2500小時。在未來4個月內(nèi),會再有3架飛機加入測試機隊,測試內(nèi)容將擴大到機艙娛樂系統(tǒng)、航空電子設(shè)備,以及在極端溫度下飛機的性能。

        雖然試飛中那些最高風險的項目,大部分在飛行的最初幾個月已經(jīng)完成了,但有一個重要的測試必須要等待天氣,因為老天變幻莫測。所以,在這個初春晴朗的日子,杜·切看著窗外湛藍的天空嘆了口氣。廣闊的高壓氣旋掛在歐洲上空,阻止了杜·切試飛需要的雷雨天氣。他的目的是飛到暴風雨的邊緣,讓機翼和機身表面結(jié)冰,在機身重量增加和航空效能喪失的情況下,觀察飛機的反應(yīng)。這個測試非常符合杜·切個人對“有意思”一詞的定義。

        他說:“這么做是要使飛機處于非常不適的境地,你極有可能毀掉這架飛機,因為在那里雷擊會很多很多?!钡拧で杏悬c迫不及待地想飛到那里去。

        [譯自美國《彭博商業(yè)周刊》]

        空客采用了“金字塔”式的飛機制造流程。“金字塔”的底部代表設(shè)計階段,各個層級分別是材料被做成裝置,裝置被連接入子系統(tǒng),子系統(tǒng)被包裝為系統(tǒng)。站在“金字塔”頂峰的就是一架完整的飛機。

        飛機制造完成后,試飛員和工程師要在試飛中不斷測試飛機各項性能的極限。在那些極限狀態(tài)下,任何一個小的漏洞都有可能造成機毀人亡。

        空客資深飛行測試工程師杜·切說:“每一架飛在天上的飛機內(nèi)部,都正在出著這樣那樣的問題?!?/p>

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