ЗАДАЧИ И СОДЕРЖАНИЕ НАЗЕМНОЙ ОТРАБОТКИ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

Наземная отработка включает в себя: наземные авто­номные испытания (НАИ) основных элементов; наземные ком­плексные испытания (НКЦ) летательного аппарата или групп ос­новных элементов; наземные полигонные испытания комплекса.

Основная задача НАИ — качественная проверка работоспособ­ности и оценка надежности основных агрегатов и систем летатель­ного аппарата. Успешное завершение НАИ позволяет считать си­стемы подготовленными к комплексным испытаниям в составе ЛА или его ступени. Автономным испытаниям подвергаются двигатели, системы управления, конструкции отсеков, системы питания топли­вом летательных аппаратов с ЖРД, системы разделения блоков и т. д. Испытания проводят на натурных опытных образцах, при этом условия их работы в составе ЛА моделируются не полностью. Для проведения испытаний оборудуют специальные лаборатории и стенды, представляющие собой иногда уникальные дорогостоящие сооружения. В связи с этим НАИ и НКИ, для проведения которых также строят специальные стенды, часто называют стендовыми ис­пытаниями.

Автономные испытания обычно разделяют на конструкторско- доводочные (КДИ) и зачетные. В ходе КДИ проводят доработку конструкции агрегата или системы. Вскрывая и устраняя причины отказов или неисправностей изделия, добиваются его стабильной работоспособности за счет изменений конструкции или технологии изготовления. В этот период, как правило, используют нештатные опытные натурные образцы (например, двигатели с повышенным запасом прочности конструкции или ресурсом работы, системы управления с заимствованными или приспособленными приборами в т. д.).

После завершения отработки изделия принимают решение о про­ведении серии зачетных испытаний, которые носят приемо-сдаточ­ный характер. В процессе этих испытаний, как правило, изменения в конструкцию и технологию не вносят и »е испытания допускают только штатные изделия.

Автономные испытания ЖРД проводят в несколько этапов. Сна­чала выполняют холодные проливки двигателя водой, при которых проверяют гидравлические сопротивления трактов. Затем отраба­тывают систему газогенерации (горячие приливки). При этом ре­альные компоненты топлива подают во все агрегаты и трубопро­воды двигателя, кроме камер сгорания, которые заменяют эквива­лентными гидравлическими сопротивлениями. В процессе огневых испытаний двигатель работает полностью, однако режимы могут быть различными. Так, часто отдельно отрабатывают включение и выключение двигателя, действие в течение заданного времени, работу до отказа, дросселирование и форсирование. Важное место при отработке ЖРД занимают вопросы обеспечения устойчивости работы при различных режимах запуска и полета ЛА.

В ходе испытаний замеряют: температуру, давление, расходы компонентов, частоту и амплитуду колебаний в камерах сгорания, газогенераторах, основных трубопроводах и другие параметры. Определяют также и развиваемую в условиях стенда тягу двигате­ля. Огневые стенды для испытаний ЖРД оборудуют проводными телеметрическими системами, обеспечивающими запись измеряе­мых параметров, телевизионными установками, позволяющими сле­дить за ходом испытаний. Стенды имеют системы заправки, слива и подачи компонентов топлива, нейтрализации, пожаротушения, вен­тиляции и т. д.

Стендовую отработку натурных РДТТ начинают с проверки прочности заряда и конструкции. Для этого проводят опрессовку двигателя давлением, близким к рабочему. При успешных резуль­татах переходят к огневым испытаниям. >

Твердотопливные двигатели обычно рассчитаны на однократное включение и достаточно устойчиво работают до полного выгорания топлива. Поэтому основной режим испытания — запуск и работа до отказа или полного сгорания заряда. Для двигателей верхних ступеней гючения. В хо —

де испытаний измеряют давление и температуру в камере сгора­ния, нагрев стенок корпуса, частоту и амплитуду колебаний конст­рукции, тягу двигателя и другие параметры.

При огневых испытаниях РДТТ большой объем информации можно получить в случае осмотра корпуса после проведения за­пуска. В ходе осмотра обычно фиксируют прогары теплозащитного покрытия, разрушения вкладышей критического сечения сопла, на­рушения герметичности корпуса и т. д. Проводят тщательное взве­шивание двигателя до заполнения топливом, перед запуском и пос­ле испытания, что позволяет определить вес сгоревшего топлива и теплозащитного покрытия. Огневые стенды для испытаний РДТТ имеют системы телеметрии, вентиляции, пожаротушения, телевизи­онные камеры, а также другое необходимое оборудование и аппа­ратуру.

На этапе наземной отработки конструкцию ЛА испытывают в специальных лабораториях на действие статических и динамиче­ских нагрузок. В процессе проектирования проводят большой объем моделирования работы элементов корпуса в различных условиях, что позволяет выбрать схемы нагружения и определить характери­стики конструкции. Однако только стендовые испытания натурных отсеков, а иногда и всего корпуса ЛА позволяют обеспечить его высокую надежность.

Задача статических испытаний — определение напря­женно-деформированного состояния, жесткости конструкции, а так­же ее несущей способности по различным предельным, состояниям. Для определения напряженно-деформированного состояния конст­рукции проводят измерение ее деформаций, линейных и угловых перемещений при постепенном нагружении до расчетных значений. В зависимости от типа установки и объекта испытаний нагружение можно производить непрерывно или ступенчато.

Для определения несущей способности конструкции проводят нагружение до разрушения с фиксацией разрушающих нагрузок. Конструкцию, как правило, фотографируют до и после разрушения.

Остановимся на некоторых особенностях испытаний основных отсеков корпуса ЛА. Клепаные конструкции хвостовых, переходных и приборных отсеков летательного аппарата нагружают сжимаю­щей осевой силой и изгибающим моментом. Топливные отсеки ис­пытывают на действие внутреннего давления, осевой и перерезы­вающей силы, а также изгибающего момента. Корпус и днища РДТТ, сопловые блоки двигателей и трубопроводы для подачи ком­понентов топлива нагружают внутренним давлением.

Устойчивость топливных, хвостовых и приборных отсеков прове­ряют нагружением равномерно распределенным внешним давле­нием. Если критическое внешнее давление не превышает одной’ атмосферы, то нагрузку можно имитировать вакуумированием внутренних полостей. При испытания^ топливных отсеков, корпусов РДТТ и -трубопроводов внутреннее нагружение создают подачей воды под определенным давлением. Если топливные отсеки имеют большую длину, то такие испытания можно проводить по отдель — 1П2

ным секциям. Это позволяет точнее имитировать действие инерци­онного гидростатического давления при больших перегрузках в по­лете. Секции герметизируют технологическими днищами. Осевые нагрузки создают прессами с помощью гидравлических силовозбу — дителей и прикладывают через соседние отсеки или приспособле­ния, имитирующие жесткость этих отсеков.

При пуске и в полете корпус ЛА испытывает воздействие высо­ких температур, поэтому при статических йспытаниях часто созда­ют равномерный или направленный прогрев конструкции. Такие испытания характерны для определения несущей способности топ­ливных баков, хвостовых и приборных отсеков.

Динамические испытания проводят для того, чтобы определить частоты и формы собственных колебаний, коэффициен­ты демпфирования, а также проверить вибропрочность конструк­ции. Для проведения испытаний изготавливают специальные маке­ты корпуса ЛА или его отсеков. Эксперименты проводят на спе­циальных динамических стендах — сложных и дорогостоящих со­оружениях.

Частоты и формы собственных колебаний изделия чаще всего vопределяют резонансным методом на вибростендах или с помощью мощных вибраторов, крепящихся на корпусе. Размещенные на кон­струкции вибродатчики позволяют измерить параметры процесса колебаний, установить природу возникновения резонансов. Как пра­вило, незначительные доработки конструкции (увеличение жестко­сти, изменение формы некоторых элементов) позволяют существен­но повысить вибронадежность изделия. Например, увеличение же­сткости платы, на которой в приборном отсеке размещают гироскопические приборы, может заметно улучшить условия рабо­ты системы управления и повысить точность доставки полезной нагрузки.

Для определения вибронадежности ЛА при транспортировке мо­гут быть использованы специальные стенды, имитирующие подпры­гивание, галопирование, виляние, боковую качку. Однако более полно это отрабатывают в ходе натурных транспортировочных ис­пытаний.

Наземные автономные испытания системы управления полетом обычно проводят на специальных стендах, позволяющих имитиро­вать работу ЛА при пуске и в полете. Часто такие условия полета имитируют с помощью ЭЦВМ или АВМ. При испытаниях, как пра­вило, используют натурные опытные образцы основных приборов системы управления, приспособленные к условиям стенда. После завершения КДИ, в ходе которых уточняют характеристики и до­рабатывают схемы основных приборов и подсистем, проводят не­сколько ресурсных (до отказа) испытаний штатных комплектов бортовой аппаратуры. Эти испытаний зачетные и служат для оцен­ки надежности системы управления.

Наземные комплексные испытания летательного аппарата про­водят с целью всесторонней проверки совместного действия авто­номно отр ‘ ІЗКИХ к лет­ным. НКИ позволяют наиболее полно подготовить новый образец к самому ответственному, сложному и дорогостоящему этапу опыт­ной отработки-—летным испытаниям.

Программа НКИ во многом определяется назначением летатель­ного аппарата. Для рассматриваемого класса ЛА основным содер­жанием таких испытаний является проверка надежности совмест­ной работы двигателей, системы управления и конструкции’ ЛА. Как правило, для испытаний используют ступени изделия.

В ходе испытания организуют работу двигателей, системы уп­равления, систем питания топливом, органов управления в течение времени, близкого к продолжительности полета. Испытания прово­дят на огневом стенде, позволяющем включать двигательную уста­новку. При этом проверяют работу системы управления с элемен­тами автоматики двигателя при его запуске и выключении, точность действия систем СОБ и РКС, а также работу органов управления по заданной программе. На стенде можно смоделировать условия работы двигателя на большой высоте при низком атмосферном давлении, запуск двигателя при отсутствии перегрузок и т. п. В хо­де испытаний измеряют те параметры, которые обычно контроли­руют при огневых испытаниях двигателей и автономных систем. Кроме того, фиксируют прохождение — команд от системы управле­ния, моменты срабатывания элементов автоматики, угловые пере­мещения и скорости поворота органов управления, показания дат­чиков СОБ, РКС, температуры и давления в топливных баках, де­формации конструкций, частоты и амплитуды колебаний элементов основных отсеков и т. д.

В ряде случаев не представляется возможным или целесообраз­ным проводить НКИ с запуском двигателей. При этом основное внимание уделяют проверке совместной работы системы управле­ния с органами управления (проверка устойчивости полета), систе­мами СОБ, РКС, автоматикой двигателей. Возмущения, которые могут воздействовать на эти системы в полете, моделируют на стен­де с помощью специальных приспособлений (например, постанов­кой вибраторов), а также аналоговыми и цифровыми Вычислитель­ными машинами.

После завершения НКИ первые опытные образцы ЛА и других составных частей комплекса поступают на полигон, где проводят наземную полигонную отработку комплекса. В подготовленных сооружениях, практически впервые в процессе создания, стыкуют и совместно дорабатывают ЛА, заправочное, проверочно-пусковое, подъемно-транспортное и другое вспомогательное оборудование, спроектированное разными фирмами.

Процесс наземной полигонной отработки заключается в выпол­нении нескольких циклов подготовки ЛА к пуску и имитации пуска, в ходе этого устраняют вскрывающиеся просчеты и неисправности. Попутно корректируют эксплуатационную документацию и конт­ролируют разработанные ранее графики подготовки изделия к пуску. Заканчивают испытания заправкой изделия и подготовкой комплекса к первому пуску.

По согласованию заказывающих и проектирующих организаций могут быть организованы транспортировочные испытания ЛА. За­дача таких испытаний — проверка вибронадежности летательного аппарата и наиболее полная отработка транспортных средств. Обычно транспортировочные испытания проводят на железных, шоссейных и грунтовых дорогах. Режимы и длительность испыта­ний определяют предполагаемыми условиями эксплуатации ЛА (например, доставка по железной дороге с завода-изготовителя на базу, перевозка в специальных транспортных средствах от базы до стартовой позиции по шоссейным и грунтовым дорогам или дви­жение в процесе эксплуатации между группой стартовых позиций).

В ходе испытаний производят замеры деформаций, перемеще­ний, частот и амплитуд колебаний элементов конструкции ЛА и транспортных средств. После завершения испытаний некоторые изделия отправляют на завод-изготовитель ддя разборки и полной дефектации, а одно-два направляют на полигон и запускают для проверки надежности в реальных условиях.

Во время проведения летной отработки или после ее заверше­ния, когда организуют опытную эксплуатацию комплекса, могут проводить его наземные полигонные испытания для проверки воз­можных сроков хранения, а также испытания при предельных ме­теорологических условиях (так называемые климатические испы­тания) .

Задача испытаний возможных сроков хранения — оценка на­дежности ЛА и всего комплекса в течение полного, гарантирован­ного заводом-изготовителем срока его экспулатации. Проведение таких испытаний позволяет вскрыть ряд недостатков в конструкци­ях и режимах эксплуатации, устранение которых дает возможность повысить надежность всей системы ЛА.

Задача испытаний при предельных метеорологических услови­ях— отработка режимов эксплуатации комплекса при низких и вы­соких температурах, повышенной влажности воздуха, сильном приземном ветре, грозе, а также оценка надежности ЛА в этих ус­ловиях. Климатические испытания заключаются в проведении при указанных выше условиях нескольких циклов подготовки ЛА к пуску и его запуске.

Пуски изделий, прошедших транспортировочные и климатиче­ские испытания, а также проверку длительным хранением, осуще­ствляют в ходе летной отработки.