“你看现在大街上小孩子慢慢的升高,招飞的学员也是又高又壮,我们教练机的座舱空间、座椅也是与时俱进,根据飞行员身材体格进行着调整。”
这是L15“猎鹰”高级教练机总设计师张弘日前在接受《中国航空报》记者正常采访时讲述的小故事。寥寥数语,是“猎鹰”过去20年发展的生动注脚,讲透了高级教练机自主研发、跻身世界一流的底气,也浓缩了高级教练机赋能下,我国空军飞行员培养体系正在发生的巨变。
2006年3月13日,L15“猎鹰”一飞冲天。二十载春秋,这是“猎鹰”振翅、能力持续突破的二十年。二十年来,我国空军战斗机性能不断的提高,在不断推高教练机的能力上限。新一代战斗机上所具备的很多新能力要在高级教练机上实现,以便让学员得到相应的训练。航空工业洪都飞机设计所101部高级主任设计师曹毅就此举了个形象的例子:原来高等数学是大一时来学,现在高一就要学高数了,那么作为“教书先生”的教练机也要与时俱进,不断突破上限。所以,L15外形虽未大变,但“内核”始终紧跟我国战斗机性能提升做着相应的升级迭代,力求“能够把飞行员飞战斗机所需具备的能力在教练机上全部给练出来”。
这种“内核”的升级迭代,不仅是为了追赶战斗机的性能,更是为了与飞行学员们“双向奔赴”。作为飞行训练的核心教学平台,L15在与“又高又壮”的飞行学员一同成长中一路变得更强。在曹毅眼中,L15的“内核”提升就离不开飞行学员的实际的需求倒逼。如今的学员,早已从单纯的“开飞机”向潜心“开好飞机”转变,在实战化训练中磨砺战斗技能,一切为了打赢。随着他们训练时长、训练难度逐渐上升,他们对一款“好”教练机的要求也慢慢变得高。
在不断收到一线的反馈和优化提升建议中,L15在软件系统等方面的“内核”升级频率慢慢的变快,在持续迭代中不断能力进阶。通过软件的升级使得这款高级教练机的操作习惯、操纵特性与战斗机愈发贴近,模拟也慢慢变得逼线愈发全能,从近距离格斗到超视距空战,再到对地攻击,实现了一机多型系列化发展。
这样的全能表现,背后是L15“小机体大能量”的硬核设计,而这份设计的实现,是闯过了一系列突出难点。因成本考量,教练机机体不能造得太大,但“性能全面”意味着要把大量设备装进极其有限的空间,同时还兼顾相应的航程航时,要保证诸多核心性能指标的实现,所以L15的机体使用高密度布局,机体内部的布置与管路通路设计成为一大难关,也是高级教练机设计之路上必须迈过的一大技术门槛。
如果说“小机体大能量”是设计上的挑战,那么“用得起、用得久”则是另一道必须算好的经济账。面对这道始终贯穿L15设计和制造的经济账,研发团队将1万飞行小时、30年常规使用的寿命定为设计目标,力求实现L15较低的全寿命周期使用成本,同时在设计上追求高可靠性、高效费比。
但这背后又藏着设计矛盾:想要机体更耐用、寿命更加长,就要强化机体强度设计,这会让机体结构重量占比增加,进而影响机动性能、航程与有效载荷等。L15的设计之路,就是迎着这样一个个矛盾,在反复打磨中求得设计上的最优解。同时,为了进一步摊平研制和制造成本,研发团队还尽量选用国内成熟的货架产品,让每一分投入都发挥最大价值。
在突破性能关、算好“经济账”的同时,L15的设计始终把飞行安全放在首位,做到让学员飞得安全、飞得放心。L15的飞行性能和操纵特性已高度接近战斗机,但尚在飞行学习阶段的学员往往无法始终准确地保持在性能边界飞行,在复杂条件下还容易因精神紧张,增加超出飞行安全边界的概率。因此,L15从软硬件功能上双管齐下,打造了完善的飞行安全边界保护机制,从根源上规避危险状态。这也是高级教练机与战斗机在设计维度上的差异,教练机必须为教学留有足够的安全边界。
曹毅指出,在L15上这种安全边界的打造有着实打实的硬支撑。硬件层面,其大边条翼身融合气动布局,带来了更大的升力系数、超大迎角飞行能力与大过载高机动性能,为飞行训练留出了足够大的安全余量,满足了飞行学员经验不足情况下的安全训练要求。软件层面,全数字式电传飞控系统会将飞行状态限制在安全范围内,“即便学员不慎飞出边界,飞机也不会瞬间掉高度,不会发生危险”。曹毅强调,作为飞控系统“内核”的控制率,从首飞到现在一直都在升级,成为飞行安全性始终如一的坚实保障。
在坚实的安全基础上,L15更是一座智能化的“空中课堂”,它的设计核心始终围绕教学,在设计上藏着诸多贴合教学任务的巧思。比如,为了精准把控教学效果,L15设置了多个摄像头,全程记录飞行学员在座舱内的生理心理表现细节,方便飞行教员直观分析、调整教育学生的方式,引导学员养成正确的飞行习惯。学员的所有操作,如对座舱开关按钮的操作、开关量变化等一一记录在飞行参数中,结合音频、舱内的通话记录等,在飞行完成后可通过飞行讲评系统开展分析、讲评。从起飞前任务规划中的飞行动作、飞行科目,到飞行中的实际表现,是不是满足标准、是否达到训练效果,都能通过数据清晰呈现。而随时代进步,大数据、AI工具也被引入其中,让教学分析与讲评更精准、高效。
如今,我国空军飞行员的训练体制正转向两机两级体系,这在某种程度上预示着新型高教机要担负起从中级到高级科目训练,以及一部分作战入门阶段的训练任务。为了适配不同学习阶段的学员,做到全面友好兼容,“猎鹰”的座舱人机界面采用分级呈现设计。通过软件权限配置,针对飞行员不同的训练阶段,呈现不同的画面感知能力、开放不同的飞行权限。学员的学飞之路,如同解锁游戏关卡,需要他们逐步掌握相关传感器、武器的使用方法,摸索相应的空战战术与技巧,才能解锁更高的权限,满足下一阶段更实战化训练任务的要求。
这样的分级呈现,让学员的成长更稳健顺畅,学飞训战之路上一步一个台阶地往上走,步步扎实、层层进阶,从易到难,直至解锁他的专业模式、大师模式——比如,在飞行中,后舱飞行教员的依托L15故障设置功能来按需设置虚拟故障现场,锻炼学员应急反应的心理能力和处置故障的技术能力;通过嵌入式训练系统,以机载计算机仿真实现虚拟目标、虚拟雷达、虚拟武器、虚拟电子战等功能,可开展雷达、电子战和武器操控训练、实战对抗等高阶的实战化训练。
“制造工艺要能保障把设计的意图实现,要把L15制造出来,要达到性能指标,还要在大批量生产中做到更低的成本。”这句话道出了制造的核心。唯有制造工艺跟得上设计的脚步,才能让L15的各项性能指标实打实地落地。
而这场跨越的起点,就是以一枪一铆来筑牢制造根基的。L15研制初期试飞中暴漏出的制造问题——飞机一落地,当时的试飞员李存宝就指出,有些蒙皮的铆钉出现了松动,这一消息引起了洪都公司领导层的格外的重视。时任洪都公司副总经理、总工程师的张弘立即组织设计、工艺、生产、质量检验等部门召开专题会议,从各自业务角度对此现象做深入分析,研究制定详细解决办法。一场由一颗颗铆钉引发的制造能力升级战就这样在当时的洪都公司打响了。“枪枪都是机动性,颗颗关乎长寿命”就是张弘在当时的情况下提出的。
张弘在回忆中道出了问题症结:飞机上有些位置的铆钉因承受不住气动涡流的强力冲击而松动,究其根本是制造上出了问题,过去制造K8基础教练机的制造工艺,已不足以满足L15这种需要持续大过载、高机动飞行的要求。“洪都的制造能力,必须来一场脱胎换骨的跨越,不脱胎换骨,就没有今天的洪都。”张弘总结道。二十年来,这种脱胎换骨持续在进行,数字化质造、表面上的质量突破、导管线缆整治、脉动生产线、精益单元塑造……
可以说,L15的二十年成长,从来都不只是“内核”的持续迭代,更是洪都公司制造能力的脱胎换骨。如今,看着“猎鹰”从初试锋芒到跻身世界一流,张弘底气十足地说:“高级教练机,我们已干成了世界水平。”这底气既在于L15的设计达到了世界一流水准,也是洪都公司的制造能力已全面升级。
回望二十年来洪都公司制造能力的巨变,作为洪都公司副总工艺师吴振勇的思考早已向前一步——聚焦打造与设计研发同频的敏捷快速生产能力。他说,过去我们研制飞机是30年一代,现在是10年一代,这种快速研制就要求我们制造方面要“跟得进”,要具备同样敏捷的快速生产能力。而这份能力的打造,靠的是制造工艺方法的持续优化迭代,是生产产线的精益改进,也在于整个制造团队的不断总结经验,主动拥抱先进新技术,持续保持着“头脑风暴”状态和创新思维。
从2006年首飞时的初试锋芒,到如今的一机多型、跻身世界一流水平。L15的二十年,是我国高级教练机自主研发、成为巨人、发育型谱的二十年,也是航空工业洪都——教练机领域的国家队,践行“世界一流”誓言、由单装向体系迈进的二十年。
阿联酋空军“骑士”飞行表演队驾驶L15教练机进行飞行表演。(图源:阿联酋空军“骑士”飞行表演队官方社交媒体)
“做世界一流的教练机体系供应商”这句话早已深植每一位洪都人的心底,成为一生坚守的誓言。张弘坦言:“二十年来,我们能做成这件事,很骄傲,也很光荣。”简单几个字,道尽了中国航空人的初心与坚守,也藏着属于他们埋头深耕领域的别样荣光。


