0 引言

民用飞机需在运行温度包线范围内安全运行，以满足市场的使用需求，大多数民用飞机温度包线覆盖高寒环境。高寒环境对于民用飞机的液体相关系统（如燃油、液压、水/废水系统）、机械传动与密封相关系统（如舱门、起落架缓冲支柱）、低温敏感电子电气设备（如显示屏、蓄电池）的功能及性能影响较大^[1-3]。根据CCAR 25.1309、CCAR25.1527适航条款及加拿大交通部相关咨询通告AC 500-006^[4-5]，民用飞机需开展高寒专项试验，以验证整机及相关系统在高寒环境下能够安全运行。

1 试验地点及窗口期选取

1.1 国内机场情况

国内气温较低机场主要包括:海拉尔东山机场、五大连池德都机场、满洲里西郊机场，实地调研并收集机场气象报文发现，各机场高寒时间段主要集中在每年12月至次年2月，以海拉尔东山机场低温条件最优，高寒窗口期为12月下旬至次年1月份，其中以1月份低温条件最佳。ARJ21-700飞机^[6]在海拉尔东山机场进行全机高寒试飞。表1给出了海拉尔东山机场2013年~2017年高寒窗口期（12月下旬至1月）低温日统计，数据表明高寒窗口期内≤-35℃气象的年均日数为11天，≤-40℃气象的年均日数为3.4天。

1.2 国外机场情况

根据调研分析，适合民用飞机高寒专项试飞的国外机场主要包括:加拿大伊魁特机场、美国费尔班克斯机场、俄罗斯雅库茨克机场。根据掌握的气象资料，俄罗斯雅库茨克机场高寒气象最优，最佳试验窗口期为12月至次年1月; 加拿大伊魁特机场次之，与国内机场气象对比可知，低温条件不及国内海拉尔东山机场; 美国费尔班克斯机场高寒气象条件较差。三个机场高寒试飞相关信息见表2。

1.3 气候实验室情况

国际大型客机主制造商通常会在特殊气象试飞前期开展气候实验室试验，为设计优化和构型更改提供更充足的时间，有效缩短试飞取证周期^[7]。国内外先进气候实验室可以满足全尺寸飞机气候环境适应性试验的考核验证需要，具备模拟高温、低温、太阳辐射、温度/湿度、淋雨、降雪、冻雨、结冰和低速吹风等典型气候环境的能力，如美国的麦金利气候实验室^[8]，实验室温度范围约为-54℃~74℃^[9]，覆盖常用民用飞机地面温度包线，满足民用飞机高寒专项试验环境要求。A350XWB、波音787飞机均已在美国麦金利气候实验室开展高寒气候试验，其试验过程、试验数据已获得FAA和EASA认可，如图1所示。

1.4 试验地点选取

民用飞机高寒专项试验通常包含地面试验和飞行试验，主要考验飞机整机及各系统的低温特性。由于通常需要在低于-35℃的环境下开展，飞机本身能否正常使用、维护及试验用工装工具能否正常使用都存在一定的风险。根据型号研制经验，为降低风险的发生，确保试验顺畅进行，在进行试验前充分准备的基础上，前往高寒环境进行实地摸底及研发试验是必不可少的。考虑到试验成本，全机高寒试飞架次很少，大量科目均结合在一个架次开展。考虑到试飞机状态的不成熟以及备件等配套设施的便捷性，第一次前往高寒环境进行试验试飞尽量选择在国内地点进行。若国内机场实际低温条件无法满足温度包线的验证要求，可考虑在飞机已经过国内高寒机场相关验证的情况下再前往国外低温条件更好的机场拓展包线。考虑到国内高寒环境最适宜的海拉尔东山机场高寒窗口期年均日数不足以支持飞机进行摸底调试、地面研发试验、地面符合性试验、符合性试飞一整套高寒专项试验工作，试验地点的选取方案通常有以下两个:

1）分两年前往海拉尔东山机场;

2）先后前往气候实验室和海拉尔东山机场。

1.5 试验窗口期选取

针对试验地点方案一:分两年前往海拉尔东山机场，根据海拉尔东山机场历年低温时间分布，高寒试验窗口期为每年的12月至次年的1月。

针对试验地点方案二:先后前往气候实验室和海拉尔东山机场，高寒试验窗口期建议为:当年的12月至次年的1月前往海拉尔东山机场，在此之前完成气候实验室试验任务。

2 试验测量方法

2.1 温度测量

高寒专项试验有效开展的前提是环境温度满足试验要求，因此环境温度测量至关重要。

在气候实验室开展高寒专项试验地面部分试验，需保证实验室飞机停机区域的一定范围内温度的空间均匀性和时间均匀性^[10]，相应的需在飞机周围布置若干温度传感器进行实时温度测量。气候实验室内通常可以考虑在机头、机尾、机翼外侧、发动机进气口附近、机身附近布置温度测点，如图2所示。实际试验过程中，根据各试验科目的需要选取相应测点的测量数据。

飞机在海拉尔东山机场需进行冷浸透及试飞工作，冷浸透在停机坪实施，试飞起飞在滑行道实施，两项工作所处位置较远，会造成环境温度的不一致，因此需准备两组环境温度测量设备。根据就近原则，需在停机坪附近放置便携式气象站测量冷浸透期间环境温度，并使用跑道起飞端附近机场跑道基准自动站测量起飞前环境温度。

2.2 机上数据读取

全机高寒试飞中包含一部分冷浸透前后的机上数据读取要求，均可在驾驶舱内完成，如冷浸透前后读取液压系统油量、轮胎压力等。机上数据读取较为简单，无需工具，只需记录，但需提前上机进行摸底试验，了解数据在驾驶舱各显示屏的位置，确保试验过程中数据读取连贯有效。

2.3 系统参数测量

高寒专项试验中包含许多冷浸透前后的系统参数测量要求，覆盖全机各个区域，如舱门开关力测量、起落架缓冲支柱高度测量等。这些参数的测量需要用到工装工具。试验前需确保工装工具可在高寒环境下正常使用，并在有效期内。

3 试验现场实施方法

3.1 气候实验室试验现场实施

气候实验室试验分为冷浸透前检查、冷浸透期间检查、冷浸透后检查三部分。

冷浸透前检查模拟航线飞机航后检查完成后的状态，用于记录飞机相关参数，为冷浸透后检查内容提供对比分析依据。冷浸透前检查项目主要包括:舱门开关力检查、客舱氧气瓶泄漏检查、机上数据读取等试验内容，需要约一个半小时时间，其中舱门开关力检查需要约一个小时时间。考虑到低温环境对于人员健康的影响，需安排至少2组人员（科目负责人、机务工程师）进行轮换，每组人员在实验室内一次性停留不超过30 min，出实验室后需至少休息20 min。试验前，需确保进场人员防寒衣物到位，并携带铅笔进行数据记录（签字笔、圆珠笔的笔油在低温环境下无法使用），进入实验室后，严禁皮肤接触低温机体表面，防止冻伤。在符合性试验期间，需在试验前与局方代表确认其目击试验内容，并确保试验数据记录过程中局方代表进行目击确认。

冷浸透期间模拟航线飞机在高寒机场停机坪过夜的状态，过程中科目团队无需进入实验室内，需在监控室内定期确认温度数据，确保数据满足试验要求。

冷浸透后试验现场实施内容与冷浸透前基本相同。

3.2 海拉尔东山机场试验现场实施

海拉尔东山机场试验分为冷浸透前检查、冷浸透期间检查、冷浸透后检查、航前检查、飞行检查、航后检查六部分。

海拉尔东山机场最低温度往往出现在清晨7点~8点，考虑到飞机在起飞前需进行约3 h的航前检查（包含飞机上电前的暖机程序），冷浸透时间定在当日18点至次日4点。因此，冷浸透前检查需在当日18点前完成。若当日有一架次飞行，则冷浸透前检查结合航后检查一并开展; 若当日无飞行，则冷浸透前检查自约16点开展。具体试验内容与气候实验室冷浸透前后试验内容基本相同。由于飞机位于停机坪，舱门开关操作需要依靠电动升降车或登机梯进行。由于蓄电池在低温条件下电压衰减较快，在试验前需确保电动升降车电量足以满足试验需求。其余工装工具与气候实验室冷浸透前后检查相同。需要注意的是，由于试验在民用机场停机坪开展，试验人员往返停机坪及试验过程中需要严格遵守机场相关规定。在符合性试验期间，需在试验前与局方代表确认其目击试验内容，并确保试验数据记录过程中局方代表进行目击确认。

由于外场试验冷浸透期间无温度要求，科目团队无需对期间温度进行监控确认，只需确保温度测量设备正常工作即可。

冷浸透约于次日4点结束，科目团队需于3点进行试验前准备工作。准备工作大致包括:进入机场前安检，进入准备室进行工装工具准备等。冷浸透后试验现场实施内容与冷浸透前基本相同，额外内容是，根据AMM手册要求，环境温度低于一定温度时（通常是-15℃），需对飞机EE舱进行加热，以确保飞机上电30 min内EE舱内温度高于-15℃。因此，科目团队需在进场后通过加热机给EE舱加热，并在飞机上电后持续观察EE舱内温度传感器数据，确保满足手册要求。

根据高寒专项试验科目要求，科目团队航前需记录滑行道上是否存在飞机泄漏的液体，由于科目团队无法单独进入滑行道，需在试验前通过试飞实施单位场务人员与机场场务人员协调，在试验过程中由机场场务人员驾驶专用车辆带领科目团队人员前往滑行道进行检查。

飞行期间，科目团队需同局方代表一同在监控大厅针对试验内容和飞行状态进行监控。航后试验现场实施内容与冷浸透前后基本相同。

4 结论

本文对民用飞机高寒专项试验实施方法进行了研究，结论如下:

1）民用飞机首次开展高寒专项试验的地点应尽量选择在国内，可考虑分两年前往海拉尔东山机场（每年的12月至次年的1月），或先后前往气候实验室和海拉尔东山机场（当年的12月至次年的1月前往海拉尔东山机场，在此之前完成气候实验室试验任务）。

2）专项试验涉及到的测量内容主要包括试验环境温度的测量、机上数据的读取、系统参数的测量，需针对试验场地和寒冷环境在试验前做好充足的准备。

3）专项试验现场实施过程中，需充分考虑试验人员的健康安全、试验设备的耐寒性。

4）民用飞机在海拉尔东山机场冷浸透时间建议为当日18点至次日4点，并据此开展相应的冷浸透前后试验工作。

参考文献