飛機氣候環境適應性試驗（簡稱“飛機氣候試驗”），是指在室內模擬或外場自然氣候環境（包括高溫、低溫、濕熱、淋雨、降霧、降雪、凍雨/積冰和太陽輻照等）條件下，讓飛機經受氣候環境應力的作用，從而獲取飛機耐氣候環境極限能力信息，并根據研制要求、失效判據及試驗數據對其氣候環境適應性進行綜合評價，確定其氣候環境適應性能力滿足要求的程度。

圖1 S-92直升機旋翼冰防護系統適航性驗證試驗。

（S-92A實驗室結冰試驗 ， S-92A外場結冰試驗，S-92A飛行結冰試驗）

飛機氣候試驗是通過試驗來確認飛機氣候環境適應性是否滿足要求的一種評價方法，它是飛機質量驗收的基礎。飛機氣候試驗并不包含飛機結構腐蝕和老化等長期效應的環境適應性試驗，屬于非破壞試驗，試驗完成后，飛機可正常使用。飛機氣候試驗分為實驗室模擬氣候試驗、外場自然氣候試驗和使用環境氣候試驗。

與外場自然氣候試驗相比，實驗室氣候試驗不受季節、地區和時間的限制，周期短而且成本低，容易得到可重復的試驗結果，所以飛機氣候試驗大多數在實驗室中進行。當飛機機體過大而沒有實驗室可以容下時，只能在外場自然氣候中進行試驗。另外，受氣候實驗室的尺寸限制，難以在室內開展飛機處于運動狀態下的氣候試驗，例如，飛機不能在實驗室中滑行，不能再現飛機在冰霧情況下滑行、起飛等試驗。因此，飛機的實驗室氣候試驗和外場自然氣候試驗是相輔相成，互為補充的。

飛機氣候實驗室

實驗室是開展飛機氣候試驗的有力工具，是綜合運用制冷、加熱、空調、控制、計量等技術模擬極端氣候條件的載體，目前正常運營的氣候實驗室有美國麥金利氣候實驗室、英國飛機氣候實驗室、瑞典飛機氣候實驗室和韓國飛機氣候實驗室等。

美國麥金利氣候實驗室

麥金利氣候實驗室始建于1947年，位于佛羅里達州格林空軍基地，后經過多次改造，可容納美國最大的C-5“銀河”軍用運輸機（圖2），是世界上現有規模最大的氣候實驗室。麥金利氣候實驗室有8個大型實驗室，包括主環境室（71m×62m×21m）、發動機環境模擬室、沙塵模擬室、鹽霧實驗室、高度模擬室、雷電實驗室、沙漠氣候實驗室和海洋氣候實驗室，能對全機進行高溫、低溫、濕熱、淋雨、降雪、凍雨、地面降霧、吹雨、吹雪、吹風、日照、旋風結冰、雷電等氣候試驗，目前已進行了400余架各類飛機，70多個導彈系統，2600多種軍事裝備的氣候試驗。

圖2 美國麥金利氣候實驗室。  

英國飛機氣候實驗室

英國飛機氣候實驗室位于博納科姆鎮，由低溫實驗室（18.5m×16 m×4.5m）和高溫實驗室（30m×30 m×5.5m）組成（圖3）。主要用于飛機及其他武器裝備的氣候試驗，試驗時發動機可運轉，具備空氣補償和廢氣排放能力，可對飛機進行高低溫、濕熱、沙漠等極端氣候條件測試。

圖3 英國飛機氣候實驗室。

瑞典飛機氣候實驗室

瑞典飛機氣候實驗室位于瑞典基律納，是僅有的位于北極圈內的氣候實驗室。該實驗室是美國波音公司、美國航空航天局（NASA）、歐洲空客公司、歐洲航空安全局（EASA）等的極寒定點測試場所。實驗室具備進行飛機全機低溫、高溫試驗的能力，實驗室內溫度可在-50～45℃調節。試驗對象包括各類民航客機、運輸機、戰斗機、直升機等，開展過美國ER-2、F-15、C-130、波音737、M-55、歐洲A400M等飛機的極寒氣候試驗。

圖4 瑞典飛機氣候實驗室

韓國飛機氣候實驗室

韓國飛機氣候實驗室建成于2008年，位于瑞山，內部尺寸42m×32m×15m（圖5）。具備對中小型飛機進行高溫、低溫、降雨、太陽輻照、凍雨、濕熱等環境試驗的能力，主要用于韓國KF-X隱身戰斗機、武裝直升機、中高空無人機和中程反坦克制導導彈等武器系統氣候試驗。

圖5 韓國飛機氣候實驗室。

實驗室飛機氣候試驗

實驗室飛機氣候試驗通常在極端氣候條件飛行試驗之前進行，以提前暴露飛機氣候環境適應性設計與工藝缺陷，并對設計與工藝的改進進行驗證，保障飛行試驗安全。2003年9月，F/A-22“猛禽”在麥金利氣候實驗室開展了為期3個月的氣候試驗（圖6），包括高寒、太陽輻照、淋雨、降雪、吹風、降霧和濕熱試驗，另外還有極端氣候條件下的保障與維修測試。在麥金利氣候實驗室工作了近30年的實驗室主管Wayne Drake說：“我們試驗了F/A-22可以想象到的每一種作戰條件。在這里用3個月時間得到的數據，在沒有這個設施的情況下要花幾年的時間才能得到，并且費用要高得多。我們現在知道F/A-22能夠在哪些氣候條件下工作。”

波音787“夢想飛機”在麥金利氣候實驗室進行了兩周的極端溫度測試（圖7）。目的是保證飛機系統在可能遇到的所有溫度環境下均能正常運行。之前波音787對于低溫測試地點存在爭議，項目的延遲錯過了冬季去加拿大北極地區進行試驗的時機，最終波音公司宣布787將前往麥金利氣候實驗室進行測試，因為實驗室不僅可以開展低溫測試，還能模擬夏天烈日炎炎的環境。

飛機氣候試驗標準

目前，發達國家幾乎都有自己的環境試驗標準，但這些標準的試驗等級和試驗方法并不統一。隨著現代科學技術的高度發展，世界各國之間設備的標準化和通用化，要求采用統一的環境試驗標準。當前在國際上有較強影響力的環境試驗標準有美國軍標MIL-STD-810《環境工程考慮與實驗室試驗》、英國國防部標準DEF-STAN 00-35《防務裝備環境手冊》、北大西洋公約組織標準NATO STANG 4370《應用環境條件與試驗發行》、俄羅斯標準гост20.57-406-89《質量檢驗綜合系統、電子技術產品、量子電子產品和電氣產品試驗方法》和гост16962.1/16962.2《電氣產品對外界氣候作用/機械作用因素性試驗方法》。我國也以MIL-STD-810F標準為藍本，制定了GJB4239《裝備環境工程通用要求》和GJB150A《軍用裝備實驗室環境試驗方法》。目前有關環境試驗方法的標準通常只用于部件或設備的試驗，不包括飛機機體結構和動力裝置的試驗，還沒有用于實驗室飛機氣候試驗的標準或規范。

圖6 F/A-22“猛禽”降雪試驗。 

美國空軍飛機的氣候試驗以空軍系統和裝備全天候驗證程序AFR80-31和AFR80-31的補充材料為主要依據。在這個文件中規定空軍裝備必須具備在各種氣候條件下運行的能力，規定在設計、開發和試驗中必須考慮自然環境的影響，并且要求采購的系統和設備必須在很寬的自然條件范圍內可運行、維修、貯存、包裝和運輸。在此驗證程序中還列出了5類全天候試驗及其他項目，其中包括設計準則，全天候試驗策略、責任分配和特殊的試驗支撐程序，該文件是美國進行軍用飛機氣候試驗的指令性文件。

飛機氣候試驗的發展建議

氣候環境適應性是飛機的一項重要質量特性，飛機氣候試驗是驗證飛機氣候環境適應性的有效手段，飛機氣候實驗室是開展飛機氣候試驗的有力工具。飛機氣候試驗在國外已經進行了60余年，形成了較為完善的專業體系和實驗能力。我國的飛機氣候試驗技術發展現狀不容樂觀，主要體現在以下幾方面。

圖7 波音787“夢想飛機”氣候試驗。

一是專業基礎極其薄弱。長期以來，國內飛機型號的研制模式決定了專業技術人員聚焦于傳統專業的關鍵技術與瓶頸技術的研究，對飛機氣候試驗技術的關注度較低，重視度不夠，對其重要性認識不足，科研經費投入很少，導致其專業基礎極其薄弱。

二是試驗能力尚屬空白。飛機氣候實驗室是飛機氣候試驗技術專業發展的前提條件，是實現飛機服役極地氣候模擬的關鍵系統，其設計、建設和運營均具有系統復雜度高和技術難度大等特點，目前國內飛機氣候試驗能力尚屬空白。

三是型號研制需求緊迫。近年來，我國航空工業迎來了型號研制的高峰期，一大批軍民用飛機型號進入研制的關鍵階段，這些型號能否滿足氣候適應性設計要求，將對飛機研制計劃、未來戰斗力和經濟性產生極其重要的影響。

綜上所述，基于國內目前專業發展現狀和飛機型號研制需求，對飛機氣候試驗的未來發展提出以下建議。

系統規劃，構建體系

鑒于國內目前氣候試驗技術與試驗能力的發展現狀和型號研制的緊迫需求，國家應高度重視，在專業研究機構的技術支撐下，由國家相關部門組織國內強度專業研究所和相關研究機構，認真研究國內外專業發展現狀和未來發展趨勢，結合目前與未來新機研制的技術需求，系統研究我國飛機氣候適應性專業發展綱要，制訂專業未來發展規劃，穩步構建未來專業發展的技術體系。

深入研究，突破關鍵

基于專業發展規劃，梳理目前需要突破的一批關鍵技術，如飛機氣候適應性設計技術、飛機氣候試驗規劃與剪裁技術、飛機氣候試驗設計與實施技術、飛機氣候適應性評估技術等，在“十三五”期間應予以重點支持，深入研究，實現突破。同時，對國內外關于氣候試驗標準與試驗管理程序進行深入研究，通過消化、吸收和再創新，編制適應我國國情的飛機氣候試驗技術標準與試驗管理程序。

加大投入，形成能力

氣候實驗室系統技術難度大、復雜程度高、資金投入大，是研究氣候適應性專業技術必須具備的關鍵試驗能力，是集溫度控制、氣流組織、隔熱保溫、環境實現、系統總控于一體的建筑、設備和系統高度耦合的復雜試驗平臺，其試驗對象是全狀態飛機，在試驗的各個狀態和系統需要單獨、全部或組合工作，這包括發動機系統。建議國家應在未來10年內，系統規劃，穩步實施，加大試驗能力建設的投入力度，盡快建成體系完整、技術先進的氣候實驗室，支撐專業體系件建設，支撐型號研制，提升飛機品質，以保障飛機氣候適應性和戰斗力。  

(王彬文，中國飛機強度研究所)