万里寻冰

　　2014年3月19日，是许多人生命中平凡的一天，但对于ARJ21-700飞机的研制团队来说，这一天足以让其铭记一生。

　　在哈尔滨太平国际机场的跑道上，红色涂装的104架机将从这里出发，远赴加拿大万里寻冰，完成其四年未能终结的自然结冰试验。

　　清晨5点，黎明破晓，淡青色的天空还镶着几颗稀落的残星。3名机务人员早早来到停机坪，对飞机进行最后的检查。与普通民航航班的机务不同，作为ARJ21飞机的“保健医生”，他们将随机飞行，并全程负责飞机的“体检”和维护工作。

　　驾驶舱内，飞行员赵鹏和赵生正在对照飞行员检查单进行起飞前的最后准备。在此之前，这对组合已驾驶ARJ21完成了失速试飞、最小离地速度试飞等多项高风险试飞科目，但这一天也许是他们做飞行员以来，航前准备最细致的一次。毕竟如此远距离的转场，不仅是对飞机性能的全方位检查，也是对飞行员综合素质的考验。

　　上午8点，塔台下达放飞指令，ARJ21飞机腾空而起，搭载着几代航空人梦想的新支线飞机将从这里走出国门，创造历史。

　　寻冰，为何舍近求远？

　　许多人也许会觉得奇怪，中国960万平方公里的国土，难道就没有符合自然结冰试验条件的地方吗？中国商飞为何要不远万里，远赴加拿大完成试验？这个试验究竟有多重要？

　　从美国联邦航空局（FAA）最新的统计资料中也许能够一窥究竟。每年全球约有30起因结冰引发的安全事故，其中1991年12月27日，斯德哥尔摩一架麦道81飞机在刚起飞后不久，两台发动机因吸入了从机翼上脱落的冰块而停车，飞机紧急迫降，在机场外着陆，机体断为三截；1994年10月31日，西蒙斯航空公司一架从印第安纳波里斯飞往芝加哥的航班，由于在利于积冰的气象条件下飞行了30分钟，突然失速并从大约10000英尺的高度坠落，机上68人全部罹难；2002年12月21日，台湾复兴航空编号为GE791的ATR72-200飞机由于机翼严重结冰而失速坠海。有鉴于此，结冰问题一直是飞机制造商和适航当局最为关注的安全问题之一。

　　目前，中国民航局CCAR25部明确规定，民用运输机必须在极其苛刻的特殊气象条件下进行自然结冰的试验试飞。其目的在于检测飞机的机翼、风挡、发动机短舱等部位的防冰与除冰功能是否能够保证飞机的活动面在严酷的自然条件下能正常工作。

　　为了满足适航当局的要求，ARJ21-700飞机从2010年开始了自然结冰试验的征程。项目研制团队曾4次奔赴新疆地窝堡机场，却仅在2012年3月19日抓住了一次符合条款规定的气候要求，完成了部分自然结冰条件下的机翼防冰、风挡防冰、短舱防冰相关的试飞内容。那么，为何这项国外申请人和局方用20-40个飞行小时即可完成的试飞科目，到我们这就成了取证路上的拦路虎呢？

　　一组数据也许能从侧面反映CCAR25部附录C对民用运输机实施自然结冰试飞的云层状态、大气环境温度、云层微物理参数的严苛要求：连续最大结冰试验时液态水含量在0-0.8g/m?，水滴直径在15-40微米；间断最大结冰试验时液态水含量在0-3.0g/ m?,水滴直径在15-50微米。但对于新疆这么一个气候干燥的地区来说，无论从水滴直径还是液态水含量考虑，显然不是一个最佳的试验地点。但是中国商飞在向国家气象局、总参气象所咨询后，得出的结论是，综合气候、机场条件、空域管理等多个因素后，除了新疆之外，中国境内再也找不到更适合的地方了。

　　另一组数据，能够反映出自然结冰试验对于空域的要求。在进行操稳试验时，要求飞机机翼未防护表面在结成2-3英寸厚度的冰型后，进行45分钟的不间断飞行。且不论新疆的气候条件能否让飞机结出满足适航要求的冰型，仅45分钟的带冰飞行就需要至少十几万平方公里的空域。但由于我国空域管理十分严格，ARJ21在试飞过程中必须严格按照事先申请的航线和空域进行飞行，即使在飞行过程中，发现满足试验条件的云层，如果不在规定的空域范围，也只能“望云心叹”，这也造成了“飞机等云”的被动局面。为了改变“守株待兔”的试验模式，2013年中国商飞联合中航工业试飞院，协调多方力量，在新疆申请了16.5万平方公里的试飞空域，并在乌鲁木齐、克拉玛依、福海三地设立监测点，实现三地联合追云试飞，这已是当今自然结冰领域最为先进的试验方法了。然而可惜的是，ARJ21依旧未能遇到满足试验条件的天气。

　　面对飞机取证交付时间的日益临近，“走出国门做试验”的念头在项目团队领导的脑中浮现。而事实上，这个想法早在2年前就已经有了雏形。据ARJ21项目总指挥罗荣怀介绍，利用全球资源进行飞行试验在民航业并不是一件新鲜事。以空客为例，A320的高寒试验是在俄罗斯完成的，大侧风试验则在冰岛完成。因此在国内捕捉天气无望的情况下，2012年，ARJ21项目的总设计师陈勇和首席试飞员赵鹏就曾先后赴北美和欧洲进行考察，最终选定北美地区的一个很重要原因是，FAR25部中对于自然结冰气候条件的判据是根据北美五大湖地区的气候条件制定的，而中国民航局CCAR25部在很大程度上是FAR25部的翻版。因此如果能够到该地区进行试验，寻找适合的天气自然不在话下，但真正的难点在于中国商飞将如何像行业巨头那样动用全国乃至全球资源完成这次试验。

　　迎着暴风雪前行

　　幸运的是，中国商飞公司的这个想法很快得到了国家部委的首肯。国务院、外交部、工信部、民航局都给予了项目组大力支持，同时作为主制造商的中国商飞公司和此次试飞任务承担单位的中航工业试飞院也做了大量细致的技术准备工作。三个月的时间，完成了飞机调机方案、试飞组织方案、应急排故预案、备件保障和当地入库方案等数百份文件，为ARJ21第一次走出国门做足了功课。

　　3月15日，104架机从阎良起飞，3月19日，飞机从哈尔滨出境，飞赴底特律河畔的温莎机场。尽管在出发前，机组已经了解到这个季节俄罗斯境内经常会有暴风雪的天气，但飞机在白令海峡西侧所遭遇的恶劣气候条件依然出乎了所有人的意料，飞机不得不在原地等待了7天。在天气稍微转好之后，飞机再次出发，并在俄罗斯远东的阿纳德尔附近经受了大风、低温、暴风雪、越洋等多种考验。

　　据担任此次试飞转场任务的飞行员赵鹏回忆，飞机在阿纳德尔机场着陆和起飞的时候，跑道宽度的三分之一、长度的四分之一完全被积雪覆盖，飞机几乎是在雪堆上滑行着去加油的。当飞机完成加油起飞时，暴风雪再次袭来，并且强风将地面的雪卷起来，空中的能见度很低，并伴有风切变。然而即便在如此复杂、恶劣的气象条件下，飞机依然经受住了考验，并表现出了良好的性能。

　　穿越白令海峡，进入美国阿拉斯加之后，北美的空中管制员对飞机表现出了极大的兴趣。从安克雷奇到乔治皇子城，从克利夫兰管区到芝加哥管区，几乎每改换一个频率，每换一个扇区，空中管制员都会问同一个问题：“你们的飞机是什么型号？”这时我们的飞行员会骄傲地回答他们，“这是中国自主研发的国产支线喷气客机：ARJ21。”而有的空中管制员还会进一步问道，ARJ21是什么寓意？我们的飞行员则会向他们解释：A代表Advanced，RJ是Regional Jet的缩写，ARJ21寓意这是一款21世纪先进喷气支线客机。如果遇上爱聊天的管制员，他们还会对飞机评价一番：“你们的飞机与波音737-800的飞行精度、巡航速度与高度几乎相同。”

　　一路上这种友好的空中对话，反映出了国际社会对于中国民机产业的关注。在一些拐点相对较多的航线上，友善的空中管制员会让ARJ21优先直飞，这也在一定程度上加快了飞机转场的速度。

　　3月28日，在经历了9天的长途飞行（停飞等待7天），加拿大时间上午10时02分（北京时间23时02分），ARJ21-700飞机平稳降落在加拿大温莎机场。在3天的飞行中，ARJ21飞遍了世界领土面积排名前四位的国家，中国人自主研发的飞机第一次翱翔在了世界发达国家的领空！

　　温莎机场的“A380”

　　温莎机场位于加拿大南部的安大略省，其东面不远处的魁北克省是世界知名飞机制造商庞巴迪公司的总部所在地。与北美众多的通用飞机机场一样，温莎机场尽管面积不大，但每天迎来送往的小型通用飞机依然络绎不绝。红色涂装的104架机刚刚落地，就被当地的地勤服务人员戏称为“温莎机场的A380”。

　　在短暂的调整和适应性飞行后，4月1日，104架机正式开始了北美自然结冰局方审定试飞。

　　为了确保试验顺利展开，中国商飞公司选择了曾经为巴航工业ERJ170/190、庞巴迪CRJ700/1000北美试飞提供气象支持的NTI公司作为此次试验的合作伙伴。后者在试验中，为ARJ21提供了结冰气象保障、飞行保障以及与塔台的机上无线电通讯联络和空域的机上申请服务。

　　在第一天的航前准备会上，NTI公司气象专家的专业化服务给局方试飞员赵志强留下了深刻的印象。

　　“在国内进行试验时，由于我国民机事业起步较晚，可供自然结冰试飞参考使用的气象资料几乎没有。每次航前会上气象预报只能告诉机组大约在哪里会有结冰云，但水滴直径、过冷水含量等对试验成败起关键作用的数据几乎没有。而此次在加拿大，NTI公司的气象专家，不仅能够详细地预报结冰气象出现的时间、位置和高度，还能给出水汽含量、结冰云移动轨迹等关键参数，甚至还能根据经验详细指导飞行员具体的飞行路径，并提前准备遇上恶劣天气时的逃离路径。这为机组有的放矢地进行追云飞行提供了有力保障。”

　　然而，惊喜远不止这些。在讨论备降机场时，NTI公司负责申请空域的工作人员，一股脑地为机组列出了附近50多个可供选择的备降机场，并表示如有需要可在飞机上随时与空管申请备降。

　　此外，作为本次试验的本场，为了保障ARJ21停场安全，温莎机场还专门为其“量身订制”了系留桩，并允许项目组在机场安装摄像头。种种这些专业化的服务，都是保障日后飞机顺利完成试验不可或缺的环节。

　　寻冰容易，留冰难

　　在乌鲁木齐进行的多次自然结冰试验，尽管由于天气原因未能完成所有试飞科目，但是在这个过程中建立起了一支自然结冰试飞队伍，并在一次次挫败中磨练了队伍的试飞组织与管理能力。

　　在此基础上，借助五大湖地区得天独厚的气候条件，ARJ21新支线飞机自然结冰系统试飞科目进展顺利，几乎每天都有捷报传来：

　　4月1日，成功申请美国航线，并完成首次自然结冰试验跨境飞行；

　　4月4日，完成慢车状态风扇冰积聚、单发引气构型防冰系统试飞、结冰条件下的RAT释放等关键科目；4月5日，“巧遇”间断最大结冰气象，这是几乎在国内不可能遇到的天气。局方试飞团队抓住难得的机遇，完成了层云间断最大结冰试飞。在这一天，机组经过2个架次，近6个小时的追云飞行，完成了应急供电、失速保护、失速告警等多个科目的试飞。

　　至此，ARJ21新支线飞机通过7个架次的飞行，完成了所有11项系统试飞科目。

　　然而，项目团队还没来得及庆祝，就从局方获得了一个令大家颇为沮丧的消息。由于在进行操稳试验时，冰型未达到CCAR25部的要求，所有操稳试验点都要全部重飞。

　　这就给试飞团队带来了一个新的问题。如果说前期系统试验成败的关键在于如何找到符合条款规定的气候的话，那么操稳试验的关键就在于如何让飞机尽可能久的保持冰型。因为，前者要验证的是飞机的防冰和除冰能力，后者则是要验证飞机一旦结冰后是否能够安全运营。

　　目前，根据条款规定，飞机要在机翼未防护表面的结冰厚度达到2～3英寸的前提下，完成一系列操稳动作。为了达到这个要求，局方试飞员不断在云端进行各种尝试，但效果却不尽如人意。往往是好不容易结到3英寸，刚刚脱离云层准备做动作时，或者试验进行到一半时，冰就脱落了。尽管后来通过与NTI气象专家的沟通，了解到不被众人所了解的逆温层是造成冰脱落的主要原因之一，并在后续的试飞中避开了有逆温层的区域，但是脱冰的现象依旧一直持续到4月8日上午，操稳试验依旧没有实质性的进展。

　　最后5分钟的尝试

　　据赵志强回忆，4月8日上午，和往常一样，6点航前准备会准时开始。在会上，NTI的气象专家表示，当天的气候条件不太理想，飞机完成试验的概率不超过30%。但即便只有1%的希望，大家仍然不愿意放弃。在完成了航线规划和备降机场选择之后，8点试飞团队准备登机开始新一轮的追云逐冰。

　　9时40分，ARJ21从温莎机场起飞，沿既定路线进入结冰云层，然而与之前的预测一样，尽管完成了两次有效结冰，但在进行操稳机动试飞前冰就脱落了。无奈，在经历2小时33分的飞行后，寻冰无果的机组只能按原定计划降落在圣休伯特机场。

　　飞机落地后，机组在与气象专家沟通后了解到，下午该机场附近可能会出现满足试验条件的气候，在经过短暂休整之后，14：27飞机再次起飞，直奔既定云区。

　　到了结冰区域后机组发现，气象条件依然不是十分理想，结冰的厚度最大不超过1.8英寸，始终达不到条例要求的2英寸，同时还伴有脱冰现象。而此时，机组已经在空中飞行了近2个半小时，与温莎本场的距离也已达到600海里。考虑到飞机上的油量已经不太充裕，再加上返回温莎机场的路上只有一个备降机场可供使用，似乎这次试验又要无疾而终了。

　　而此时局方试飞员赵志强的脑中却在精确计算着飞机剩余的油量。凭借2年来对飞机性能的不断熟悉，他预计在满足安全返回本场的前提下，还有约2分钟的油量可以再做一次尝试。如果依然找不到，机组就立即提升飞机的巡航高度，返回温莎机场。

　　作出决定后，机组旋即进入云区，也许是天道酬勤，刚进云区后不久，飞行员就发现在风挡的未保护区域迅速出现了冰点。赵志强立刻让随机的试飞工程师对云区的气候参数进行监测，不到1分钟，试飞工程师兴奋地回复道：“气候条件非常好，完全符合规章的要求。”

　　机组立即申请在原地盘旋，并提前申请了4000到5000英尺高度的机动空间。1分钟后，加拿大空管就给予了肯定的回复。

　　在试飞工程师实时监测确定冰型满足条件的前提下，赵志强一气呵成地完成了包括未放起落架构型下的爬坡度盘旋、大坡度转弯盘旋、光洁条件下的失速特性飞行和带起落架条件下的大幅度盘旋在内的多项高风险操稳试飞科目。随着时间的推移，试飞员有条不紊地完成了所有适航条款规定的自然结冰条件下的操稳试飞。但此时，他根本顾不上高兴，因为飞机剩余的油量已经十分有限了。

　　在与空管确定后，飞机迅速爬升至28000英尺的高度返回，但此时机组发现，由于气温过低，之前所结的冰迟迟没有脱落，而带冰飞行大大增加了飞机的油耗。为了尽快脱冰，机组尝试提高飞行速度，希望借助气动增温来加速脱冰，但效果依然不明显。此时，负责飞行安全的申请方试飞员赵生建议，按照目前的情况，如不出现意外，飞机在落地时的剩余油量将在2吨左右，符合安全标准。因此机组放弃了继续脱冰的尝试，尝试带冰飞行。

　　在临近温莎机场，飞机下降飞行高度时，飞行员发现开始陆续有冰开始脱落。此时，飞行员悬着的心再次被提起，他们立即开始关注发动机的相关参数和飞机上的摄像设备，以确保第一时间了解这些脱落的冰是否被吸入发动机。令人欣慰的是，整个脱冰过程，ARJ21发动机状态平稳，没有出现任何超出飞行员意料之外的情况。

　　18:28，在连续飞行4小时零1分后，ARJ21安全降落温莎机场，飞机剩余油量1.6吨。这一刻，困扰着项目团队4年的自然结冰试验所有局方审定试飞项目在这一刻，圆满完成。

　　ARJ21一小步，民机产业一大步

　　“四年追云逐雪事，一朝梦圆报国家”是ARJ21项目总指挥罗荣怀在完成此次试验后的感慨。对于ARJ21项目本身来说，北美之行攻克了取证路上的拦路虎，对于中国民机产业的发展来说，此次走出国门完成试验，则为后续机型完成特殊气象试飞任务开辟了新的道路。同时，此次环球飞行，ARJ21也向世界证明了其安全性、可靠性。

　　试验的顺利完成一方面标志着新支线飞机具备了在极端恶劣天气条件下安全运营的能力，另一方面也标志着申请人和局方完全掌握了自然结冰试飞领域的相关技术，其中包括试飞组织、准备、实施、决策、数据分析以及对条款符合性的判断。

　　同时局方试飞员在试验中所积累的经验，还能为航线飞行员提供相关领域的培训，如告知飞行员什么样的气候容易结冰，应该避免，以及万一结冰之后，如何快速脱冰等。这些培训对民航安全运营具有指导意义。

　　此外，此次参与北美自然结冰试验的技术团队中的很多都是年轻人，以试飞工程师团队为例，很多都是年轻的80后。这些在项目中成长起来的年轻人，让世界看到了中国民机产业发展的蓬勃朝气。