日前，民用飞机模拟飞行国家重点实验室通过科技部组织的验收评审，意味着我国第一家,也是目前唯一一家国家级民机研发重点实验室正式建成。这将为我国开展民用飞机应用基础研究、关键技术和共性技术研究提供强大的能力平台和技术支撑。
“民用飞机模拟飞行国家重点实验室自2009年向科技部提出申请，到2012年正式揭牌，再到日前通过验收评审，历时整整5年。5年来，实验室以支持我国民机装备制造业自主创新发展，突破国外核心技术封锁，保障和推进我国民机产业持续健康发展为己任，以C919大型客机项目研制为依托，开展了大量卓有成效的应用基础技术研究。我们希望以这个重点实验室为平台，突破一批关键技术，探索一批前沿课题，积累一批高端人才，为提升我国民机产业技术创新能力提供载体和平台。”一位来自科技部的评审组成员说。
明确四大研究方向
“国家重点实验室作为国家科技创新体系的重要组成部分，是国家组织高水平基础研究和应用基础研究、聚集和培养优秀科学家、开展高层次学术交流的重要基地。而企业国家重点实验室相比高校和科研院所的国家重点实验室，着眼于开展行业内应用基础研究，是发展共性关键技术、增强技术辐射能力、推动产学研相结合的重要平台。” 民用飞机模拟飞行国家重点实验室主任、中国商飞上飞院副院长韩克岑说。
实际上，中国商飞公司自成立之初，就意识到开展基础研究、提升我国民用飞机研制技术能力的重要性，由此萌生了向科技部提出依托上飞院建立民机行业国家重点实验室的想法。
环顾国内民机行业，尚没有一家国家级的重点实验室，作为国家大型飞机重大专项中大型客机的研制主体，如何在研制大型客机的过程中，突破制约我国民机产业发展的技术瓶颈，探索适应我国民机产业发展的共性技术，是中国商飞公司理应承担的社会责任。但是民机产业涉及流体力学、固体力学、计算数学、热物理、化学、信息科学、环境科学等诸多学科，应如何准确定位重点实验室的研究方向？
“重点实验室要在技术研究上有所突破，必须选取研究重点，明确研究方向，在某些点上做深做透，尤其在开始时，切忌做广做泛。经过一段时间的思索，我们决定先选取铁鸟和航电两个点，一来这两个是所有飞机研制过程中都要开展的工作，二来我们在ARJ21项目上已经积累了一定的经验，具备进一步深入研究的基础。” 韩克岑介绍说
铁鸟是进行飞机各系统联试试验的平台，航电作为飞机的“神经中枢”，承担着飞机各系统数据的处理、信号传输等重要功能。将这两个点进行延伸拓展，上飞院逐步明确了自动飞行模拟与适航验证、机载软件综合测试与适航验证、系统设计、综合与适航验证这几个研究方向。
此外，飞机的飞行品质和操稳特性是其是否具有市场竞争力的重要因素，而C919的人机闭环系统仿真试验是上飞院自主设计研发的。因此，这也成为重要的研究方向之一。
围绕上述四大研究方向，重点实验室先后搭建了工程模拟器研究平台、自动飞行控制系统仿真与试验平台、民用飞机机载软件开发-仿真-验证平台、铁鸟综合试验平台、航电系统综合验证平台、EWIS电网络系统综合测试平台六大实验平台，目前基本具备了飞机级、系统级综合试验的条件和能力，能够开展基于场景的多系统综合模拟飞行实验基础技术研究，支持航空电子、供配电、机械、机载软件等多系统集成研发试验和适航验证，有力提升了C919大型客机和我国民机产业发展的核心能力。
课题研究也是探索前沿科技、提高技术创新能力的重要手段。截至目前，重点实验室围绕四大研究方向，已承接了《民用飞机先进飞行操控设计理念与设计方法研究》、《民用飞机飞行控制系统安全性综合设计和评估技术基础研究》等12项国家及上海市科技计划项目，其中包括4项国家“973”计划课题；发表83篇论文，申请48项专利，获得8项省部级及以上科技成果。同时，以课题研究为载体，引进符合研究方向的高层次人才6人、博士后8人，为我国民机产业发展凝聚了一支技术水平高、工程经验丰富的学术人才队伍。
打造六大研究平台
工欲善其事，必先利其器。在民用飞机领域开展先进技术研究，必须首先具备先进的技术研究平台。
为此，重点实验室根据技术研究的需要，先后打造了航电系统综合验证平台、铁鸟综合试验平台等六大实验平台。这六大实验平台既是大型客机项目进行试验验证工作的重要手段，也是重点实验室开展民机应用基础技术研究的重要平台。
航电系统被誉为飞机的“大脑”，承担飞机各系统数据处理、信号传输、信号功能逻辑转换等重要功能，飞行员通过它与飞机“对话”，把指令发给机械系统、飞控系统、动力装置系统等各个系统，从而完成飞行任务。“大脑”是否发达，对飞机性能的影响可想而知。因此，重点实验室专门成立了航电综合试验室，利用航电系统综合验证平台，在完成C919项目的航电系统需求确认和功能验证任务的同时，开展民用飞机航电系统基础技术研究工作。
C919大型客机采用国际领先的航电系统，其核心——IMA，即航电核心处理系统，使用的是目前最先进的网络化数据处理技术。IMA由两台核心计算机负责处理全机各系统的数据，承担全机信息交换中心的职能。遍布全机的16个RDIU（远程数据接口装置）和4台远程交换机为全机各系统数据传输、交换提供了通路，形成强大的数据传输网络。
这种网络化数据处理方式相较之前一对一数据传输处理方式而言是个巨大变革，不仅数据传输处理效率提高了，而且全机电缆也大大减少，有利于减轻飞机重量。比如，飞行速度、高度这些数据，以前要由大气数据计算机分别传输给显示、发动机、环控等系统，现在只需“把工作都交给网络”。
系统更先进了，带来的技术难点也不少。比如ARINC664网络验证技术，就是航电系统亟待突破的关键技术之一。
简单来说，ARINC664网络验证是一种航空总线通信协议，它最大的好处就是带宽高。以前的429总线带宽约100Kb/s，而ARINC664带宽达到100Mb/s，足足高了一千倍。这意味着原来通过若干根线缆传输的信号，现在可以经由一根线缆传输。
但ARINC664网络验证技术从逻辑上提高了设计难度，对设计单位提出很高的设计集成能力要求。设计单位首先要提前统计各系统对信号的需求，然后进行综合设计分析，制订合理使用网络资源的优化路径配置方案，并对每个设计优化方案进行试验验证，以确保达到每个系统对信号的要求。
以ARINC664总线为数据主干道的航电核心处理系统，是新世纪随着信息技术的发展而产生的、应用在飞机航电系统中的先进信息处理系统。目前，国际上只有波音787、空客A380等较新机型才采用了这种技术。重点实验室开展相关技术的研发和综合测试工作，为提升我国民用飞机航电系统先进性贡献了重要力量。
如果说航电系统是飞机的“大脑”，那么飞控系统可以说是飞机的“四肢”，飞行员通过飞控系统操纵飞机，实现上升、下降、转弯等飞行动作。
飞控系统的试验验证工作大多依靠铁鸟综合试验平台进行。铁鸟试验台全称为飞控液压系统综合试验台，它是民用飞机进行系统综合、优化设计、适航取证、交付运营和持续适航工作的重要平台。重点实验室希望通过C919大型客机项目的铁鸟试验，积累民用飞机研制通用的技术规范，为日后新型飞机的研发提供参考。目前，通过铁鸟试验台开展的飞控地面综合试验已制定规范手册6份，并发表相关论文33篇。
开展共性技术研究
依托大型客机项目开展民机共性技术研究是实验室建设的初衷和目标。5年来，实验室开展了哪些共性技术研究呢？控制律设计和自动飞行是其中的两个突出例子。
现代先进民用飞机几乎全都采用电传飞行控制系统，控制律设计则是电传飞行控制系统的核心关键技术，发达国家历来严格限制该技术的出口与转让。由于国内之前研发的民用飞机都没有采用过闭环控制律的电传操纵系统，所以相应领域的研究几乎为零。
开展控制律攻关首先要有先进的试验设备。为此，实验室引进了六自由度全动工程模拟器，它提供六个维度的舱体运动，能够更加真实地反映试飞员操纵飞机产生的过载，有利于经验丰富的试飞员对比同类型飞机的感受，体察控制律设计是否合适、参数是否合理。
同时，全动工程模拟器具备先进的视景显示系统，为试飞员提供真实的模拟飞行场景，诸如着陆时模拟机场大小、跑道颜色、视线角度等，使其更加逼真，为试飞员对控制律提出更加科学的修改意见提供支持。
目前，控制律设计已经突破直接控制律和首飞控制律设计两大难关，正常控制律也通过初步设计评审，技术攻关工作稳步推进。
自动飞行也是实验室致力突破的关键技术瓶颈之一。自动飞行一般用于能见度较低、飞行员目视不足以满足安全需要的情况，系统能够根据仪表信号，自动完成航迹和速度控制，减轻飞行员负担。有报告显示，在天气不好的情况下，由于飞行员操纵失误引发的事故占全部飞行事故的60%以上，因此飞机的自动飞行系统直接影响着飞机的安全性能。
C919大型客机的设计方案中，要求其自动飞行性能达到在CAT IIIa 类气象条件下故障-安全的自动着陆能力，这意味着飞机在能见度150英尺左右、决断高度50英尺左右，仍具备自动安全着陆的能力。这个标准相对国际同类飞机而言较高，比如波音787和空客A320都只是要求在CAT II类气象条件下具备自动安全着陆能力。
自动飞行的难点在于梳理飞控系统内部及飞控系统与其他系统之间的逻辑关系。举个简单的例子，假设飞机在高空遇到诸如鸟撞这样的意外情况，如果意外导致飞机机舱失压，那么座舱压力传感器感知失压后，会激活座舱失压应对处理逻辑。首先，机舱内的氧气面罩会落下，保持氧气供给；接着，为了避免与同向航线上的飞机相撞，飞机会左转/右转90度后，下降高度至正常气压处，一般在一万英尺左右，然后再就近着陆。这个看似简单的过程其实涉及航电、飞控、环控氧气、推进系统等多个系统的逻辑关系，在设计时要考虑各系统需求，理清各系统之间的逻辑关系。
为了开展自动飞行研究，实验室进行了《飞控系统先进设计理念》课题研究，建立系统工程模型，梳理了各系统之间的复杂逻辑关系，使各系统不产生逻辑冲突或不一致，从而保证设计的完备性和可用性。目前，该课题的研究成果已成功运用到C919大型客机的设计研发工作当中。
“依托企业建设国家重点实验室是落实科技规划纲要，推动技术创新的重要举措。企业的创新能力对引领企业发展乃至行业发展至关重要，国际上著名的企业都有自己的实验室或研究机构，以此进行持续创新。我们要借鉴院校国家重点实验室的发展经验，以改革为动力，创新机制，整合资源，推动企业国家重点实验室的发展。” 全国政协副主席、科技部部长万钢对企业国家重点实验室寄予厚望。
民用飞机模拟飞行国家重点实验室将以中国商飞上飞院为依托，面向全球，汇聚英才，打造国内一流飞行模拟技术研究队伍，构建适应未来发展的技术创新体系，建设满足多功能、多任务需求的模拟飞行综合实验基地，逐步建成具有国际竞争力的民用飞机模拟飞行研究中心，为不断提升我国民机产业研制核心能力和技术创新能力贡献力量。
