ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСЛЕДСТВИЙ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ОТКАЗОВ СИСТЕМ ДЛЯ САМОЛЕТА
Исходными данными для проведения расчетов или моделирования самолета при тех или иных отказах являются основные характеристики самолета и ФО систем, которые следует рассматривать как возмущающие внешние воздействия на самолет на различных этапах полета. Внешние условия для каждого конкретного случая выбираются с учетом ожидаемых условий эксплуатации. В некоторых случаях предполагается, что экипаж совершает необходимые парирующие действия с определенным запаздыванием, обусловленным необходимостью затраты времени на восприятие информации об отказе и на принятие соответствующего решения. Навигационные параметры самолета могут характеризовать его место в пространстве (как материальной точки), параметры его положения относительно выбранной системы координат, изменение траектории движения самолета, изменение характеристик движения и возникновение соответствующих перегрузок, изменение условий жизнеобеспечения экипажа и пассажиров на различных этапах полета. Краткие характеристики этапов полета:
1. Разбег. Характеризуется достижением скорости отрыва. В процессе разбега характерной является также скорость, после достижения которой можно производить взлет, если даже откажет один двигатель (продолжительность — 5… 18 с).
2. Взлет. Характеризуется достижением высоты выхода на режим установившегося набора высоты (продолжительность — около 130 с).
3. Набор высоты. Характеризуется достижением высоты заданного эшелона (продолжительность около 30 мин).
4. Маршрутный полет. Характеризуется полетом на заданном эшелоне по заданному маршруту (продолжительность определяется дальностью и скоростью полета).
5. Снижение. Характеризуется изменением траектории движения самолета от высоты маршрутного полета до высоты круга для захода на посадку. Возможно применение гасителей подъемной силы для обеспечения крутой траектории снижения (продолжительность снижения около 15 мин, но может увеличиваться по указаниям наземных служб).
6. Полет по кругу, в процессе которого выпускаются шасси, посадочная механизация, проводится подготовка к планированию по посадочной глиссаде (продолжительность около 5 мин).
7. Полет по глиссаде продолжительностью около 2 мин.
8. Выравнивание самолета и касание ВПП (продолжительность около Юс).
9. Пробег продолжительностью около 20 с.
10. Руление.
Для каждого этапа рассматриваются все изменения параметров, вызываемые отказами, которые при соответствующих внешних условиях в полете могут привести к особым случаям. Все изменения параметров самолета могут быть определены соответствующими расчетами, моделированием, а также при проведении наземных (стендовых) и летных испытаний. Математическое и полунатурное моделирования позволяют значительно сократить трудоемкость указанных работ, а в некоторых случаях — и объем стендовых и летных испытаний.
Анализ ФО по системам и анализ взаимного влияния ФО содержат предварительную оценку по степени опасности. Для подтверждения или уточнения этой оценки, а также отработки действий экипажа по парированию отказа необходимо провести исследование последствий ФО в полном диапазоне ожидаемых условий эксплуатации. Исследование последствий ФО осуществляется с помощью расчетных работ, моделирования, стендовых и летных испытаний. Для проведения и организации работ по исследованию последствий ФО формируется перечень ФО для оценки их последствий. Задачей составления перечня является определение для каждого ФО:
• характеристик самолета и его систем, подлежащих оценке для определения последствий с последующей классификацией их по степени опасности;
• параметров атмосферных и эксплуатационных условий, изменение которых в пределах диапазона ожидаемых условий эксплуатации значительно влияет на значения определенных характеристик;
• методов исследования последствий ФО;
° возможности комплексирования (объединения) работ по определению последствий ФО.
Целью составления перечня является обеспечение необходимой полноты и достоверности работ по определению соответствия самолета требованиям по отказобезопасности при максимально возможном сокращении сроков и объемов стендовых и летных испытаний. Перечень служит основой составления программ стендовых и летных испытаний для определения последствий отказов.
В соответствии с требованиями по отказобезопасности рассматриваются следующие группы параметров ожидаемых условий эксплуатации:
• параметры состояния и факторы воздействия на самолет внешней среды;
• эксплуатационные факторы;
• параметры (режимы) полета.
Если возникновение тех или иных ожидаемых условий носит вероятностный характер, то из рассмотрения могут быть исключены параметры ожидаемых условий эксплуатации, для которых совместная вероятность возникновения отказа и соответствующего значения параметра Q0TK • б0УЭ < ИГ9.
Для исследования последствий ФО могут быть использованы различные методы, которые условно объединены в следующие группы:
»расчетные методы и моделирование;
• испытания на натурных стендах функциональных систем самолета;
• испытания на пилотажном стенде;
• летные испытания.
Исходя из задачи максимально возможного сокращения объемов и сроков проведения летных испытаний за счет полного использования других возможных методов, рекомендуется руководствоваться следующим. Расчеты и моделирование необходимо выполнять для всех ФО, кроме признанных практически невероятными. Испытания на натурных стендах функциональных систем необходимо проводить для всех ФО, при возникновении которых могут изменяться параметры функциональных систем. Результаты оценки последствий ФО расчетными методами и при испытаниях на натурных стендах являются достаточными для окончательного подтверждения степени опасности ФО, не приводящих к возникновению особой ситуации, а также для тех ФО, для которых не требуются отработка действий экипажа и оценка степени опасности экипажем. Испытания на пилотажном стенде необходимо выполнять для тех ФО, последствия которых по результатам предшествующей оценки другими методами признаны как усложнение условий полета, сложная ситуация или аварийная ситуация и для которых характерно изменение характеристик устойчивости и управляемости, летных и взлетно-посадочных характеристик.
Результаты испытаний на пилотажном стенде являются достаточными для окончательной оценки степени опасности, если они имеют необходимую степень достоверности и степень опасности соответствует усложнению условий полета или аварийной ситуации. Нецелесообразность исследования на пилотажном стенде ФО, которые по результатам предшествующих работ признаны не создающими особую ситуацию,
обусловлена тем, что при этом все функции системы, а также характеристики устойчивости и управляемости не несут ущерба.
Исследование последствий ФО в летных испытаниях необходимо ( проводить окончательно по результатам оценки другими методами. Исходя из требований норм летной годности в летные испытания выносятся:
• ФО, признанные по результатам предшествующих работ приводящими к сложной ситуации;
• отдельные ФО, приводящие к аварийной ситуации, если летная проверка и отработка рекомендаций руководства по летной эксплуатации не связаны с повреждением самолета или особо высокой степенью риска;
• некоторые ФО, признанные по результатам предшествующих исследований, как приводящие к усложнению условий полета, если изменение характеристик устойчивости и управляемости летных и взлетно-посадочных характеристик или характеристик функциональных систем приводят к особенностям в пилотировании самолета, оценка влияния которых на последствия ФО требует натурного эксперимента.
В случаях, когда летные испытания заведомо нецелесообразны или имитация отказа в полете связана со значительными техническими трудностями, степень опасности сложной ситуации и указания по действиям экипажа могут быть подтверждены окончательно результата- мирасчетов, моделирования и стендовых испытаний, а также результатами анализа опыта эксплуатации самолетов-аналогов.
Перечень ФО для оценки последствий является основой для составления "отказной" программы стендовых и летных испытаний. Используя данные анализа ФО по их причинам, выбираются те агрегаты, отказы которых можно воспроизвести на стендах или на самолете в условиях полета. Для уменьшения объема стендовых и летных испытаний необходимо проводить их комплексирование. В программах стендовых и летных испытаний необходимо предусматривать оценку предварительных действий экипажа с учетом возможных временных задержек по парированию тех или иных отказов.
Все результаты, получаемые при стендовых и летных испытаниях, пересчитываются на весь диапазон ожидаемых условий эксплуатации. Результаты испытаний оформляются соответствующими актами и отчетами и направляются в экспертную группу для классификации степени опасности ситуации, вызываемой ФО.
При исследовании последствий ФО при стендовых и летных испытаниях с созданием условий, имитирующих внезапность возникновения отказа для летчика, выполняющего определенный режим полета, время запаздывания до начала использования средств парирования
отказа (за исключением применения основных аэродинамических рулей при полете в режиме штурвального управления) не должно быть меньше 3 с для этапов полета по маршруту и 1 с для этапов взлета, захода на посадку, посадки и ухода на второй круг, отсчитываемых от момента обнаружения отказа. При имитации отказов в режиме штурвального управления основные аэродинамические рули применяются сразу после обнаружения отклонений параметров движения от заданных. В связи с особенностями динамики движения и пилотирования самолета при отказах систем автоматического управления время запаздывания начала действий экипажа при исследовании отказов этих систем целесообразно принимать равным: 5 с — при Н > 300 м; 3 с — при 300 м > Н > 60 м; 1 с — при Н < 60 м.
Если невозможна имитация внезапности возникновения отказа при летных и стендовых испытаниях, а также при исследовании последствий ФО математическим моделированием на ЭВМ, время запаздывания начала использования средств парирования отказа, отсчитываемое от момента срабатывания сигнализации или такого изменения характеристик движения самолета, которое принимается достаточным для распознавания нарушения нормальной работы системы, не должно приниматься менее 5 с для этапов полета по маршруту и 3 с для взлета, захода на посадку, посадки и ухода на второй круг.
Интервалы времени между последовательными действиями экипажа по использованию различных средств парирования отказа должны быть не менее 1 с. Интервалы времени между последовательными действиями экипажа, выполняемыми по команде командира воздушного судна, должны быть дополнительно увеличены не менее, чем на 1 с.
Оценка последствий ФО должна быть дана как для процесса его парирования, так и для завершения полета с рассматриваемым ФО. Имитация ФО при испытаниях должна проводиться непосредственным изменением характеристик исследуемой системы, вводимым либо с помощью специального пульта имитации отказов, либо с использованием штатного оборудования самолета. При этом член экипажа, обнаруживающий и парирующий отказ согласно руководству по летной эксплуатации, для зачетности оценки последствий отказа не должен быть информирован о введении отказа. Вся информация об отказе поступает в виде изменения поведения самолета, перемещения органов управления, срабатывания штатных средств сигнализации или показаний соответствующих приборов. Для обеспечения безопасности таких испытаний другой член экипажа (пилот) должен быть полностью информирован о моменте и условиях начала имитации отказа. По результатам испытаний оформляется летная оценка действий экипажа, в которой должны быть отражены:
• проявления отказа с позиции экипажа, возможность распознавания отказа;
• эффективность средств и методов парирования отказа;
• изменения в загрузке и распределении обязанностей членов экипажа в результате отказа;
• рекомендации по коррекции и дополнению разделов "Руководства по летной эксплуатации", содержащих указания по действиям экипажа при возникновении соответствующих отказов.
Такую информацию можно рекомендовать оформлять в виде стандартной анкеты, которую экипаж заполняет после проведения испытаний.