Задачи и содержание наземной отработки ЛА

Как указывалось выше, наземная отработка включает в себя: назем­ные автономные испытания (НАИ) основных элементов; наземные комплексные испытания (НКИ) летательного аппарата или групп основных элементов; наземные полигонные испытания комплекса (НПИ).

Основная задача НАИ — качественная проверка работоспособно­сти и оценка надежности основных агрегатов и систем ЛА. 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 жидкостными ракетными двигателями (ЖРД), системы разделения ступеней и т. д. Испытания проводят на натурных опытных образцах, при этом условия их работы в составе ЛА моделируются неполнос­тью. 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, 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 изменения 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 и т. д.).

После завершения отработки изделия принимают решение о про­ведении серии зачетных испытаний, которые носят приемосдаточ­ный характер. В процессе этих испытаний, как правило, изменения в конструкцию и технологию не вносятся и на испытания допускают­ся только штатные изделия.

На этапе наземной отработки конструкция ЛА испытывается 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 ракетного 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 ракетного двигателя на твердом топливе (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 испытаниях 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 отдельным 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 силовозбудителей 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 испытаниях 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 выполняют на специальных динами­ческих стендах — сложных и дорогостоящих сооружениях.

Частоты и формы собственных колебаний изделия чаще всего определяют резонансным методом на вибростендах или с помощью мощных вибраторов, крепящихся на корпусе. Размещенные на кон­струкции вибропреобразователи 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 полезного груза.

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

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

Наземные комплексные испытания ЛА выполняются с целью всесторонней проверки совместного действия автономно отработан­ных агрегатов и систем в условиях, близких к летным. Эти испыта­ния позволяют наиболее полно подготовить новый образец к самому ответственному, сложному и дорогостоящему этапу эксперименталь­ной отработки — летным испытаниям.

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

В ходе испытания организуют работу двигателей, системы уп­равления, систем питания топливом, органов управления в течение времени, близкого к продолжительности полета. Испытания прово­дятся на огневом стенде, позволяющем включать двигательную уста­новку. При этом проверяется работа системы управления с элемен­тами автоматики двигателя при его запуске и выключении, точность действия систем опорожнения баков (СОБ) и регулирования кажу­щейся скорости (РКС), а также работа 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 уделяется проверке совместной работы системы управления с органами управления (проверка устойчивости полета), 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 проводится наземная полигонная отработка 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 ракетного ЛА к пуску и имитации пуска, в ходе этого устраняются вскрывающиеся просчеты и неисп­равности. Попутно корректируют эксплуатационную документацию и контролируют разработанные ранее графики подготовки изделия к пус­ку. Заканчиваются 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 ЛА 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 процесс эксплуатации между группой стартовых позиций).

В ходе испытаний измеряются деформации, перемещения, час­тоты и амплитуды колебаний элементов конструкции ЛА и транспор­тных средств. После завершения испытаний некоторые изделия от­правляют на завод-изготовитель для 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 организуется опытная эксплуатация комплекса, могут проводиться его наземные полигонные испытания с целью определе­ния возможных сроков эксплуатации и хранения (долговечности и сохраняемости), а также испытания при предельных метеорологи­ческих условиях (так называемые климатические испытания).

Цель испытаний на долговечность — оценка надежности ЛА и всего комплекса в течение полного, гарантированного заводом-изго — товителем срока его эксплуатации. Проведение таких испытаний по­зволяет вскрыть ряд недостатков в конструкциях и режимах эксплуа­тации, устранение которых обеспечивает повышение надежности всей системы ЛА.

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