ЛЕТНЫЕ ИСПЫТАНИЯ АВИАЦИОННОЙ И РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ

8.1. Летные испытания изделий авиационной техники

8.1.1. Краткий исторический обзор развития методов летных испытаний самолетов

Как самостоятельное направление мировой авиационной науки тео­рия летных испытаний самолетов возникла в конце 20-х годов. К этому времени в Советском Союзе и за рубежом в летно-испытатель­ную и летно-исследовательскую работы включаются большие группы авиационных специалистов, как теоретиков, так и практиков.

В 30-х годах в ЦАГИ[1] широко используется физический натур­ный эксперимент, изучаются в полете особенности динамики само­лета, основные виды маневров, условия нагружения конструкции в полете, разрабатываются методы определения поляры самолета и ко­личественной оценки его устойчивости, управляемости и маневрен­ности, а также методы определения взлетно-посадочных характерис­тик, начинаются работы по изучению штопора и флаттера самолета. Создаются первые оригинальные методы приведения летных характе­ристик самолета к стандартным атмосферным условиям. Все более расширяется фронт летно-исследовательских работ, совершенствуются методы летных испытаний самолетов.

В 40—50-е годы начинают особенно интенсивно разрабатываться методы летных исследований неустановившихся форм движения са­молетов, проводятся прочностные и аэродинамические исследова­ния. Совершенствуются методы приведения летных характеристик самолета к стандартным и расчетным условиям полета, а также мето­дика определения количественных характеристик устойчивости, уп­равляемости и маневренности самолетов и их летно-технических ха­рактеристик.

На 40-е годы приходятся и первые попытки полета на скоростях, близких к скорости звука, работы по созданию отечественных реак­тивных самолетов. Первый советский ракетоплан РП-318-1 конструк­ции С. П. Королева с жидкостным ракетным двигателем РДА-1-150 был поднят в воздух 26 февраля 1940 г. летчиком-испытателем В. П. Фе­доровым. 15 мая 1942 г. летчик-испытатель Г. Я. Бахчиванджи совер­шил первый полет на истребителе БИ-1 конструкции В. Ф. Болхови­тинова с жидкостным ракетным двигателем Д-1А-1100.

Первые натурные данные об особенностях полета с околозвуко­вой скоростью в условиях, когда отрицательное влияние сжимаемо­сти воздуха резко возрастает, были получены в начале 1943 г. в процессе полетов самолета БИ-1. Было установлено, что в около­звуковом диапазоне скоростей при появлении на крыле и оперении зон сверхзвукового течения воздушного потока возможны чрезвы­чайно сильные изменения устойчивости и управляемости самолета. Зарубежный опыт кратковременной эксплуатации самолетов Ме-262 (1943—1945 гг.) и ряд тяжелых происшествий на самолетах Ме-262 и «Сандерболт», связанных с самопроизвольным затягиванием их в пи­кирование, не давали оснований для оптимизма. Различные нару­шения устойчивости и управляемости и прежде всего затягивание в пикирование, казалось, стали непреодолимым барьером на пути ос­воения мировой авиацией около — и сверхзвуковых скоростей. Поэто­му в первые послевоенные годы усилия советских ученых и конструк­торов были направлены в первую очередь на изыскание более совершенных аэродинамических форм скоростного самолета.

Первые обнадеживающие результаты были получены в ходе про­водившихся под руководством профессоров И. В. Остославского и Н. С. Строева летных исследований на крылатых моделях и экспери­ментальном самолете Ла-160 — первом отечественном реактивном самолете со стреловидным крылом (конструкция С. А. Лавочкина, 1946). Проведенные исследования показали, что стреловидная фор­ма крыла и оперения существенно смягчает наблюдающиеся в около­звуковом диапазоне чисел М опасные явления в устойчивости и уп­равляемости самолетов.

В 1947—1949 гг. происходит бурное развитие отечественной ре­активной авиации и массовое освоение ее летным составом. Советс­кие конструкторы, используя опыт, полученный в ходе летных ис­следований, создают совершенные по своим аэродинамическим формам и летным данным самолеты со стреловидными крылом и опе­рением. Появляются серийные реактивные самолеты конструкции А. С. Яковлева, А. И. Микояна, С. А. Лавочкина, А. Н. Туполева, оснащенные отечественными турбореактивными двигателями.

Решающий штурм «звукового барьера» развернулся в 1949 г. Осе­нью 1949 г. впервые в отечественной практике на серийном самолете МиГ-15, в режиме пологого пикирования с полной тягой двигателя летчики-испытатели С. Н. Анохин и А. М. Тютерев в двух последова­тельных полетах превысили скорость звука и достигли числа М= 1,01.

Первая половина 50-х годов ознаменовалась глубоким вторжени­ем авиации в область сверхзвуковых скоростей, определением прак­тически всех основных количественных характеристик новых реак­тивных самолетов. Фундаментальные исследования этих лет позволили выявить и изучить все известные в настоящее время характерные осо­бенности поведения скоростных самолетов при около — и сверхзвуко­вых скоростях, на больших высотах и при воздействии на конструк­цию ЛА больших аэродинамических нагрузок. Были открыты новые явления, ранее неизвестные в отечественной и зарубежной летной практике. В последующие годы этот опыт помог успешно преодо­леть основные трудности, стоявшие на пути массового освоения лет­ным составом военно-воздушных сил и аэрофлота современных вы­сокоскоростных самолетов.

Серьезные работы по изучению особенностей полета с около — и сверхзвуковой скоростью на больших высотах и по обобщению опыта этих полетов, а также по совершенствованию методики летных испы­таний и экспериментальной базы проводились в этот период и за ру­бежом, в частности в США, Англии и Франции.

Творческий труд научных работников, конструкторских коллек­тивов, летчиков-испытателей, инженеров и техников сыграл реша­ющую роль в успешном освоении летным составом, притом в корот­кие сроки, поступившей на вооружение в 50-е годы мощной сверхзвуковой техники, что обеспечило советской авиации одно из ведущих мест в мире.

В 50—60-е годы в практику летных испытаний широко внедряют­ся методы получения всех основных характеристик самолета из запи­сей неустановившегося движения, а также новые, более совершен­ные виды измерений и обработки материалов летного эксперимента. Широко практикуется создание специализированных летающих лабо­раторий и экспериментальных самолетов, а также математическое, полунатурное и натурное моделирование. Начинают разрабатываться методы летных испытаний авиационных комплексов и авиационных систем. В практику летных испытаний внедряются специализиро­ванные системы автоматизированной обработки материалов экспе­римента, позволившие не только ускорить сам процесс получения необходимой информации, но и использовать различные математи­ческие методы, которые ранее не находили достаточного примене­ния из-за их сложности. Интенсивно развиваются методы упреждаю­щего и оперативного моделирования на ЭВМ и специализированных летающих лабораториях, а также оперативного управления ходом лет­ного эксперимента. Совершенствуются формы организации, техни­ка проведения эксперимента, оборудование (в том числе и контрольно­измерительная аппаратура), методы получения уже в ходе самого эк­сперимента (т. е. в реальном масштабе времени) всех необходимых для оценки самолета характеристик.

Значительна роль летного эксперимента в разработке и совершен­ствовании объективных методов оценки характеристик самолетов и авиационных комплексов. Натурный эксперимент все еще остается наиболее надежным путем получения достоверной информации о ре­альных возможностях скоростного самолета, его динамических свой­ствах, управляемости и пилотажных качествах и тем более о эффек­тивности авиационного комплекса в целом.

Испытаниям опытных изделий нередко предшествуют широкие летные исследования на специализированных летающих лаборатори­ях и самолетах-аналогах, а также на динамически подобных свободно летающих крупномасштабных моделях. Прочный фундамент совре­менной методологии летных испытаний ЛА заложен отечественными учеными. Особенно значителен вклад В. С. Ведрова, И. В. Остослав- ского, М. А. Тайца.

Летные испытания, играющие весьма важную роль в отечествен­ной практике для оценки основных характеристик ЛА и их соответ­ствия требованиям наземных испытаний и исследований, как прави­ло, за рубежом имеют значительно меньшее значение. Действительно, осуществление на практике принципа «испытывай все перед поле­том» дает возможность до 80% характеристик получить на земле. Сто­имость 1 ч летных испытаний почти в 100 раз выше 1 ч наземных, поэтому покупатели, вложив немалые акцепты, ждут скорого полу­чения самолетов,.чтобы начать прибыльную эксплуатацию. Воисти­ну «время — деньги».

В этих условиях период летных испытаний рассматривается не как созидательный, познавательный этап, а лишь как контрольный зачетный, открывающий путь для получения дивидендов авиакомпа­ниями и фирмами-производителями. В этом видят основной смысл летных испытаний, поэтому их стремятся провести как можно быст­рее, максимально комплексно, сосредоточившись лишь на тех ви­дах, которые с достаточной уверенностью нельзя смоделировать в наземных условиях.

Считая летные испытания большей частью потерянным време­нем, фирмы все же признают их важным моментом подтверждения в реальных условиях высоких характеристик ЛА, осуществляя второй основополагающий принцип —■ «летай перед тем как продавать». Как правило, результаты летных испытаний дают лишь 5—7% разброса по сравнению с наземными испытаниями и расчетными данными.

Основные особенности проведения летных испытаний, напри­мер в США, состоят в следующем:

• главный упор делается на крайние режимы по безопасности и надежности для максимального «открытия» областей безопас­ной эксплуатации и подтверждения расчетных данных (в пер­вую очередь большие углы, флаттер, посадка на больших уг­лах, обледенение и др.);

• по требованиям федеральных авиационных властей (FAA) и по­купателей проводится демонстрация фактических запасов по на­дежности, прочности и безопасности (экстренное торможение на взлете, покидание пассажирами аварийного самолета и др.) в сравнении с расчетными нормами;

• наземные демонстрации эксплуатационной технологичности про­водятся с хронометражем операций;

• резко сокращено время летных испытаний (до 9—11 месяцев) с одновременным повышением их качества.

Сокращение времени летных испытаний осуществляется за счет:

• проведения основного объема испытаний (80 %) в наземных условиях, максимально приближенных к эксплуатационным;

• организации, планирования и управления летными испытания­ми как части комплексной программы производства самолетов;

• одновременного использования нескольких самолетов (до 5) с четким разделением целей и объемов испытаний;

• использования нескольких аэродромов с различными климати­ческими условиями (при интенсивном налете каждого самолета 35—40 летных часов в месяц);

• интенсивного (с циклом 3—4 месяца) подключения к испыта­ниям серийных самолетов;

• комплексирования, насыщенности и целенаправленности про­грамм летных испытаний, обеспечивающих их эффективность и качество;

• четкой методологической направленности программ и подчи­ненности задачам сертификации по нормам FAA (30 %), т. е. из 1500 полетов примерно 300 являются зачетными для под­тверждения требований по нормам FAA;

• установки мощного автоматизированного экспериментального оборудования на борту самолета для получения информацион­ного массива данных и обработки в реальном масштабе време­ни;

• сопровождающего моделирования полета на земле в реальном масштабе времени;

• широкой автоматизации регистрации и обработки данных как на земле, так и в полете, позволяющей получить через 3 ч пос­ле полета полную информацию о результатах, а также исполь­зования быстродействующих ЭВМ и дисплейных станций в ре­жиме диалога «борт—земля»;

• умелого использования сопутствующих факторов (подключение к наземным испытаниям летчиков-испытателейна ранней ста­дии, благоприятные климатические условия, высокоавтомати­зированная система управления воздушным движением и др.).