ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
§ 4.1. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ СОЗДАНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНОГО
АППАРАТА
С появлением новых задач, которые должны решать с помощью ЛА, а также в результате роста технических возможностей промышленности возникает необходимость создания принципиально новых или модернизации старых образцов летательных аппаратов. В связи с возможностью относительно быстрой реализации достижений научно-технической революции существенно возрастают требования, предъявляемые к ЛА рассматриваемого класса, а это в свою очередь приводит к моральному старению образцов еще до наступления их физического износа. Кроме того, при проектировании ЛА учитывают возможность их быстрого морального старения, поэтому ресурс вновь создаваемых образцов обычно не превышает существенно период морального старения, составляющий примерно десять лет [46].
Таким образом, для каждого типа ЛА раз в десять лет возникает необходимость в разработке нового образца. Однако его создание и использование связано с заменой большого количества оборудования, сооружений, средств управления й других элементов, составляющих вместе со всеми ЛА данного типа сложную систему. В составе такой системы летательные аппараты могут быть даже не самой сложной и дорогостоящей частью.
Переход к принципиально новой конструкции ЛА связан с изменением всей структуры системы, а также технологии ее эксплуатации, что требует больших затрат средств и времени. Поэтому при ■ создании системы, способной выполнять новые задачи, стремятся. модернизировать основную часть системы — летательный аппарат при сохранении, по возможности, без изменений вспомогательного оборудования, сооружений и технологии эксплуатации. Такой подход позволяет в короткие сроки при сравнительно малых затратах создавать системы с Л А, способными решать более сложные задачи.
ЛА-обычно модернизируют через несколько лет, причем вновь разрабатываемый, так называемый базовый образец должен обеспечивать возможность проведения двух-трех модернизаций.
Процесс создания нового образца техники обычно включает в себя следующие этапы [23]: разработку технического задания; оформление технических предложений; эскизное проектирование; техническое проектирование.
Такое деление процесса в основном учитывает специфику производства изделий крупными сериями. При сложившейся практике разработки сложных летательных аппаратов, выпускаемых мелкими партиями, главными являются не только вопросы производства, но и опытной отработки первых образцов, а также введение в эксплуатацию всей системы. В связи с этим несколько изменяется содержание, а следовательно, и названия этапов создания ЛА [46, 51].
Так, принято различать периоды разработки, производства и эксплуатации системы летательных аппаратов. Первые два периода часто объединяют понятием «создание системы ЛА». Процесс разработки состоит из ряда этапов: тактико-технического задания (ТТЗ); эскизного проектирования; наземной и летной отработки.
Иногда первые два этапа называют периодом проектирования образца, а последние два—-опытной отработкой.
Совместные исследования и проработки заказывающих и проектирующих организаций позволяют определить круг задач и способы их решения системами, включающими летательные аппараты определенного типа. Анализ принципов и условий использования ЛА позволяет определить требования к характеристикам образца, а также их примерное необходимое количество.
На этой основе предполагаемая головная организация (как правило, фирма, разрабатывающая ЛА и всю систему в целом) проводит проектные разработки, оформляемые в виде аванпроекта или технических предложений. Обычно, если позволяют возможности, аванпроекты выполняются двумя-тремя организациями на конкурсных началах. После рассмотрения и экспертизы аванпроектов окончательно утверждают ТТЗ или тактико-технические требования (ТТТ), назначают головную и смежные организации, отвечающие за создание нового или модернизируемого образца (системы) в требуемые сроки при определенных затратах средств и времени.
Систему Л А, как и всякую сложную систему, можно представить рядом иерархических уровней (рис. 4.1). К первому уровню относят саму систему в целом или один комплекс системы, включающий следующие составные части (входящие в состав второго уровня): один или группу летательных аппаратов; комплекты наземного оборудования и вспомогательных технических систем; сооружения и средства управления, необходимые для обслуживания, подготовки и проведения пусков ЛА. Как правило, при создании системы сначала отрабатывают один опытный комплекс, который кроме перечисленных выше составных частей включает системы телеметрических и внешнетраекторных измерений, необходимые для проведения летных испытаний.
На третье»1 ■ чты, представляющие спс і мпискса. Основ-
ные элементы могут проектировать и отрабатывать специализированные фирмы. Так, летательный аппарат обычно разбивйют на следующие основные элементы: корпус, двигательные установки, систему управления, полезную нагрузку.
К четвертому уровню относят составляющие элементы, т. е. агрегаты, узлы, приборы, стойки и т. п., формирующие основные элементы. Наконец, на пятом уровне располагают комплектующие элементы, т. е. детали и мелкие сборки, входящие в составляющие элементы.
На этапе эскизного проектирования головная проектная организация на основе аванпроекта и ТТЗ разрабатывает для смежных
фирм технические задания (ТЗ) на составные части системы и основные элементы Л А. В соответствии с ТЗ проводят анализ и выбор конструктивных схем, необходимые проектные расчеты. Решения обосновывают в ходе моделирования рабочих процессов узлов, агрегатов и систем в лабораторных условиях, а также с использованием математического моделирования на ЭВМ. Одновременно подготавливают документацию на производство макетов ЛА и опытных образцов двигателей, системы управления, отсеков (ступеней). На этом заканчивается собственно проектирование, т. е. выполнение в основном расчетных работ. Таким образом, этап эскизного проектирования завершается подготовкой первых опытных образцов составных частей комплекса для наземной отработки.
Всю систему опытной отработки строят на последовательных испытаниях изделий все более высоких иерархических уровней. Так, после успешной отработки комплектующих и составляющих элементов (например, клапанов двигателей, приборов системы управления, конструкций отсеков) переходят к испытаниям основных элементов (двигателей, системы управления, корпуса ступени). На завершающих этапах испытывают целиком летательный аппарат и опытный комплекс.
В ходе опытной отработки ЛА осуществляют большое количество испытаний, отличающихся задачами, объектами и условиями (режимами) проведения. Наземная отработка состоит из наземных автономных испытаний (НАИ) основных элементов на специальных стендах, наземных комплексных испытаний (НКИ) летательного аппарата и наземных полигонных испытаний комплекса. Лет-
Ю8
ная отработка ЛА, как правило, включает два этапа: летно-конструкторские испытания (ЛКИ) и зачетные летные испытания.
В процессе опытной отработки изготовление образцов основных элементов ЛА, предназначенных для испытаний, ведут по документации, разработанной в эскизном проекте. На основании информации, получаемой в ходе испытаний, конструкцию ЛА совершенствуют, что находит отражение и в рабочих чертежах опытных образцов. После окончания ЛКИ по существу завершается корректировка эскизного проекта. Однако-для сокращения сроков создания нового образца уже в ходе ЛКИ идет подготовка технической документации на серийное производстве?" (технического проекта) всех составных частей комплекса. Одновременно завершают — отработку эксплуатационной документации, разворачивают строительство сооружений, необходимых для развертывания системы, проводят подготовку специалистов-эксплуатацио^ников.
Результаты зачетных летных испытаний вместе с данными, полученными в ходе ЛКИ, позволяют решить вопрос о пригодности вновь созданного комплекса для использования по назначению. Комиссия, проводящая летные испытания, определяет перечень замечаний, после устранения которых можно отработанную систему передать для серийного производства.
После завершения летной отработки, как правило, в течение срока, согласованного заказывающими и проектирующими организациями, опытный комплекс эксплуатируют. Недостатки, вскрываемые в этот период, устраняют за счет проведения доработок конструкции и документации на серийное производство, а также внесения изменений в технологию эксплуатации. Решение о проведении доработок введенных в эксплуатацию комплексов принимают с учетом целесообразности и возможности выполнения таких работ.
Серийное производство ЛА обычно организуют на заводах, имеющих значительно большие мощности, чем опытное производство. Для отладки технологического процесса на серийном заводе назначают выпуск установочной партии изделий, качество которых тщательно контролируют. После успешных летных испытаний образцов, отобранных из установочных партий, окончательно отрабатывают технологию производства и методы контроля серийной продукции, включающие обычно и летные испытания изделий от каждой партии летательных аппаратов.
Серийно выпускаемую продукцию вводят в эксплуатацию по специальным планам, учитывающим необходимость расширения создаваемой системы, а также возможности промышленности по ее производству.
В процессе эксплуатации системы можно осуществлять доработку конструкции и технологию использования комплексов, а также проводить плановые и внеплановые регламентные работы, направленные на поддержание или улучшение характеристик изделий. В этих г чптационниками
участвуют представители проектных организаций и заводов-изгото- вителей продукции.
Рассмотренные выше этапы создания системы ЛА, с точки зрения затрат средств и времени, далеко не равноценны. Так, если все расходы, связанные с выполнением программы по созданию и эксплуатации в течение 5-М О лет системы ЛА принять за 100%, то на разработку ТТЗ и эскизное проектирование расходуют не свыше нескольких процентов средств, на наземную и летную отработку — до 10-f-35% и на эксплуатацию— 10-^20% [46, 51]. Для некоторых программ, связанных с созданием нескольких уникальных комплексов, длительная эксплуатация которых не предусмотрена, расходы на опытную отработку составляют до 90% [16, 64, 65]. Соответственно и длительность опытной отработки ЛА существенно превышает продолжительность этапа проектирования.
В методах создания новых образцов сложных летательных аппаратов явно наметились две тенденции. Углубленное исследование физической сущности процессов, происходящих при работе ЛА, быстрый рост возможностей моделирования и вычисления характеристик этих процессов на ЭЦВМ, разработка и использование стохастических методов описания основных физических явлений — все это способствует улучшению качества проектирования и, сле-> довательно, сокращению объемов опытной отработки.
Однако практика показывает, что с увеличением сложности образца или системы неуклонно растет доля расходов средств и время на их опытную отработку, что заставляет более подробно анализировать процесс опытной отработки, искать его аналитические или логические модели, определять возможности управления процессом и на этой основе оптимизировать его ход.