从跨国“寻冰”到国内“破冰”

2022年2月17日，国产大型客机自然结冰适航审定试飞在陕西阎良取得关键性突破，影响国产大型客机适航审定的“重量级拦路虎”——自然结冰试飞“冰消瓦解”。

自然结冰试飞一直以来都是飞机取证中至关重要的环节，用以验证在结冰气象条件下飞机仍具备安全飞行和运营的能力。飞机结冰，即飞机在结冰气象条件下飞行时，大气中的过冷水滴撞击到飞机表面并累积成冰的一种现象。飞机结冰被认为是诱发飞行失控的三大因素之一。美国联邦航空管理局（FAA）的统计数据显示，每年大约有8起因结冰导致的飞行事故。因此，国际上任何一部适航法规，都不可能忽视结冰对飞行安全带来的影响。国产大型客机要想在国际上拿到适航证，就必须完成自然结冰的试飞科目。

在国产大型客机自然结冰试飞中，任务牵总单位——中国飞行试验研究院（简称“试飞院”）首次在国内大范围开展了基于结冰预测模型算法验证的结冰资源实测飞行；首次在国内完整、有效地完成了中国民用航空规章CCAR25部附录C要求的自然结冰试飞；首次完成了美国联邦航空条例FAR25-121修正案要求的自然结冰试飞验证条款。此前，在全球范围内只有空客350和俄罗斯MC21完成了该项验证。

北美寻“冰”

试飞，是“飞行试验”的简称，指在真实大气条件下，对飞机、发动机及机载设备进行探索研究、验证和鉴定的系统工程。在很大程度上，试飞成功与否，决定着新飞机项目的成败。

中国飞行试验研究院作为“试飞国家队”，为了啃下自然结冰试飞这块硬骨头，多年来一直在锲而不舍地探索。1986年、1997年和2018年，试飞院在新疆先后组织了多次自然结冰试飞。

然而，ARJ21-700飞机的自然结冰试飞可谓命运多舛。2002年立项的ARJ21-700飞机，是21世纪我国立项的第一个民用飞机项目，被看作国产大飞机的影子工程。同时，ARJ21-700飞机也是我国首次与美国双边适航谈判的项目，完全参照美国飞机安全和技术标准进行试飞。

2010年3月起，ARJ21拉开了自然结冰试验的序幕。2011年至2014年，试飞院与中国商飞公司在新疆地区组织实施了ARJ21-700飞机自然结冰试飞，始终未能完全捕捉到理想结冰气象，仅在2012年3月19日取得一次有效数据。2014年3月，ARJ21-700飞机不得不远赴北美五大湖地区进行此项试验。在国外专家团队的指导下，困扰ARJ21适航取证长达4年之久的自然结冰试飞，连去带回仅用了1个多月就顺利结束。

ARJ21-700飞机的首席试飞员赵鹏至今对这次跨国寻“冰”之旅记忆犹新，尤其是指导他们追云逐冰的国外气象专家，能准确判断飞机飞进哪块云里能结冰，“好像是可以呼风唤雨的魔术师。”

“自然结冰试飞，属于航空学与气象学的交叉学科，气象需要寻冰，航空技术需要‘破冰’。”国产大型客机试飞副总师丁军亮说，自然结冰试飞的困难主要体现在两方面，一是科目本身风险很高，二是结冰气象环境难以捕捉。

结冰天气条件主要由结冰云层范围、液态水含量、过冷水滴平均有效直径和空气温度等参数确定。按照中国民用航空规章CCAR25部和美国联邦航空条例FAR25部的规定，商用飞机进行自然结冰试验的气象条件必须满足：连续最大结冰试验时液态水含量在每立方米0-0.8克，水滴直径在15-40微米；间断最大结冰试验时液态水含量在每立方米0-3.0克，水滴直径在15-50微米。尤其后者更属于极其罕见的极端气象条件。

北美五大湖区地理位置特殊，并拥有丰富的水体，有利于结冰气象的产生，被称为“天然的结冰超市”。美国联邦航空条例FAR25部的自然结冰适航条款，就是由美国专家基于北美五大湖区的气象数据而研究制定的。

国内探“冰”