ОПТИМАЛЬНОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ОТРАБОТКИ ЛА
3.1. Современный подход к организации комплексных программ испытаний ЛА
Итак, системы авиационной и ракетно-космической техники в процессе разработки проходят от простейших контрольных испытаний до наиболее сложных — стендовых и, наконец, летных. Все эти испытания, проводящиеся на различных уровнях конструктивной сборки, взаимосвязаны, так как направлены на достижение единой цели — обеспечению требуемых характеристик проектируемого изделия. Поэтому планирование испытаний должно быть комплексным, т. е. охватывать цикл испытаний, проводящихся на всех этапах разработки систем. Определение объема и содержания отдельных частных видов испытаний необходимо производить исходя из условия, что весь процесс отработки в целом будет обладать оптимальными свойствами, т. е. обеспечивать экспериментальную отработку изделия с наилучшим качеством при минимальных затратах средств и времени.
В результате комплексного планирования представляется возможным рационально разбить общую программу испытаний на частные программы, определить цели и объем частных испытаний, установить критерии их законченности и готовности изделия для перехода к высшим уровням испытаний. Эта задача трудная, поскольку процесс испытаний систем авиационной и ракетно-космической техники является сложным комплексным процессом, объединяющим большое число разнородных испытаний. При этом цели испытаний, проходящих на различных этапах разработки системы, бывают часто различны, а собираемая информация разнородна.
Перечисленные особенности процесса испытаний являются характерными для категории сложных технических систем и предопределяют использование для комплексного планирования процесса испытаний системотехнического подхода. Наиболее рациональными методами при этом представляются методы анализа проблемы сложности, развитые в общей теории систем и базирующиеся на иерархическом подходе. Использование последнего целесообразно потому, что он является наиболее естественным, отображающим объективное свойство иерархической упорядоченности сложных систем, т. е. возможности разделения сложной системы на ряд подсистем, блоков, элементов.
Так как процесс испытаний органически связан с процессом разработки, то естественно принять для него ту же декомпозицию, что и для самого объекта. В этом случае комплексная программа испытаний объекта иерархически разделяется на частные программы испытаний соответственно подсистем, блоков, элементов.
В практике проектирования авиационных и ракетно-космических систем можно вьщелить следующие специфические задачи различных уровней структурной иерархии испытаний:
• для комплексной системы — оценивание взаимодействия подсистем, влияние их характеристик на характеристики изделия, влияние установки и состыковки оборудования, проверка выполнения логических задач;
• для подсистемы — оценивание взаимодействия блоков и совершенства конструкции, проверка дополнительного оборудования;
• для блоков — оценивание взаимодействия элементов и выявление отказов, вызванных особенностями конструкции блоков;
• для элементов — оценивание влияния факторов внешних условий, средних значений и дисперсии параметров, а также ошибки эксперимента; установление допустимых пределов физических параметров.
Основное преимущество испытаний на низших уровнях иерархии, т. е. в составе подсистем, блоков и элементов, — это простота обнаружения дефекта, обусловленная возможностью использования различных методов активного эксперимента, позволяющих наиболее быстро и точно определять интересующие нас характеристики. Кроме того, имеется возможность более глубокой проверки не только на действие отдельных факторов, но также в случае их определенной последовательности и взаимодействия. Это является важным обстоятельством для гарантии качества функционирования и надежности.
Испытательное оборудование и измерительная аппаратура, используемые при проверках на низших уровнях, обычно наиболее простые и дешевые. Однако для гарантии качества и надежности всей системы таких испытаний недостаточно, так как они не позволяют оценить взаимодействие и влияние отдельных составляющих на качество функционирования системы в целом. Отсюда вытекает необходимость проведения испытаний на уровне изделия. Недостатком таких испытаний является сложность, а в ряде случаев и невозможность определения места отказа и проверки качества функционирования системы при совместном действии различных факторов.
Большая сложность систем, характерная для высших уровней иерархии испытаний, препятствует постановке активного эксперимента. На этих уровнях иерархии основным видом эксперимента является пассивный, при котором характеристики системы оцениваются по ее реакции на реальные воздействия.
При проведении такого эксперимента возникает ряд трудностей, связанных с необходимостью согласования методов получения и обработки информации и уменьшения искажений, вызванных нарушением условий оптимальности проведения эксперимента.
При разработке комплексной программы испытаний должна быть учтена специфика каждого их уровня и проведено рациональное распределение общего объема испытаний между различными уровнями.
В настоящее время комплексные программы испытаний ЛА направлены на увеличение объема наземных и сокращение летных испытаний. Это требует повышения достоверности информации о характеристиках изделия, получаемой на различных уровнях иерархии наземных испытаний, проводящихся в имитируемых условиях реальной эксплуатации.
Повышение технических требований к объектам усложняет составление эффективной комплексной программы испытаний, поскольку трудно проверить все возможные комбинации логических состояний, большое количество схем и ситуаций в условиях, близких к реальным. Поэтому в настоящее время принято считать, что наибольшую эффективность испытаний может обеспечить программа, предусматривающая проверку важнейших характеристик изделия при крайних пределах внешних нагрузок на самых низких уровнях иерархии испытаний. Подобная программа испытаний была принята и реализована при разработке космического корабля «Apollo» и показала хорошие результаты.
Как установлено, расходы на проведение одной доработки на стадиях проектирования, наземной отработки и летных испытаний можно приблизительно характеризовать соотношением 1:10:100. Это также подтверждает целесообразность иерархического построения программ испытаний и особо тщательной отработки на ее низших уровнях. Такой подход целесообразен не только технически, но и экономически, так как стоимость обнаружения дефекта на более высоких уровнях иерархии испытаний возрастает приблизительно по экспоненте.