Методическая подготовка летных испытаний

Методическая подготовка летных испытаний авиационного комплек­са и современного опытного самолета многопланова. Она обычно включает следующие виды работ:

• поисковые расчетно-теоретические исследования с использова­нием современной вычислительной техники;

• упреждающий лабораторный и летный эксперименты на моде­лях самолета и макетах отдельных его систем, эксперименты с наиболее важными реальными системами, установками и эле­ментами бортового оборудования и наземного обеспечения по­летов;

• разработку информационно-измерительной системы (ИИС) и уточнение состава бортового и наземного экспериментального оборудования для испытываемого изделия, обеспечивающих получение в необходимом объеме всей потребной информации;

• методическую отработку процедуры наземной подготовки опыт­ного изделия, бортовых и наземных систем к первому вылету самолета и к последующим испытательным полетам;

• методическую отработку процедуры наземной подготовки эки­пажа к первому вылету и летным испытаниям ЛА;

• разработку программы летных испытаний опытного изделия и оперативного плана организации работ с завершением их в за­данные календарные сроки.

При выполнении этих работ должны быть учтены следующие со­ставляющие наземной подготовки современного самолета и авиаци­онного комплекса к летным испытаниям:

1) объем технической документации, требующий для детального ознакомления с нею значительного времени;

2) число участвующих в испытаниях специалистов различного профиля;

3) объем наземных работ и летного эксперимента;

4) стоимость опытного изделия и оборудования и относительно малый его ресурс, материальные затраты на один час испытательно­го полета (стоимость ЛА, стоимость и быстрая амортизация опытных систем, число участвующих в испытаниях высококвалифицирован­ных специалистов и т. д.);

5) число подлежащих регистрации параметров (до 103 и более). В сочетании с высокой стоимостью одного часа испытательного по­лета последнее обязывает тщательно планировать эксперимент, жест­ко регламентировать минимальный объем потребной информации, четко управлять летным экспериментом, по возможности комплек — сировать полетные задания, автоматизировать процесс обработки эк­спериментального материала, а в перспективе и летный эксперимент;

6) широкое применение для проведения поисковых теоретических исследований и оперативного моделирования в ходе летного экспери­мента современных ЭВМ, в том числе и для оперативного просмотра возможных альтернативных решений и поиска как оптимального, так и наиболее рациональных резервных вариантов;

7) необходимость определения количественных характеристик пре­имущественно из записей неустановившегося движения ЛА или быс­тро протекающих переходных процессов.

Анализ проведенных расчетов и экспериментов. Итогом расчетно­теоретических исследований и экспериментов при подготовке летных испытаний опытного изделия является предварительная оценка ожи­даемых характеристик самолета (авиационного комплекса) в целом и получение исходных данных для разработки программы летных испы­таний опытного изделия и поиска путей ее оптимизации.

Упреждающий лабораторный и летный эксперименты всегда пред­шествуют испытаниям опытного изделия. Они проводятся в аэроди­намических трубах и на свободно летающих моделях самолета, на макетах и специальных установках, на пилотажных стендах с экипа­жем, на летающих лабораториях и в отдельных случаях даже на ана­логе опытного ЛА.

Своевременное завершение в полном объеме этих работ является важной предпосылкой для быстрого и качественного выполнения в дальнейшем программы летных испытаний опытного самолета. Осо­бенно важно при этом своевременно:

1) изучить представленную конструктором техническую докумен­тацию для выявления характерных особенностей опытного изделия, ознакомления с установленными конструкторским бюро на время его испытаний летно-эксплуатационными ограничениями, с указания­ми по проведению наземной и летной эксплуатации ЛА и его систем, с инструкцией летчику и экипажу по действиям в особых случаях по­лета;

2) изучить на моделях и моделирующих установках (математичес­ких и физических моделях, пилотажных стендах и летающих лабора­ториях) особенности динамики, управляемости, специфику край­них расчетных и критических режимов нового опытного изделия;

3) отработать на стендах и летающих лабораториях все жизненно важные системы ЛА, а также включаемые в систему управления ав­томатические устройства;

4) подготовить и установить на самолет информационно-измери­тельную систему и необходимое экспериментальное оборудование;

5) выполнить на самолете до начала его полигонных испытаний комплекс контрольных измерений и калибровок, предусматриваемых программой наземной подготовки к первому вылету;

6) отработать на соответствующем пилотажном стенде (тренаже­ре) приемы управления самолетом и его системами, а на опытном изделии всем членам экипажа детально ознакомиться со своими ра­бочими местами.

Завершающим этапом этой фазы наземных подготовительных ра­бот является составление таблицы подлежащих оценке характеристик опытного изделия и установление очередности их определения.

Определение состава экспериментального оборудования. Главным элементом экспериментального оборудования опытного изделия обыч­но является его ИИС, объединяющая контрольно-измерительную бортовую и наземную аппаратуру, автоматические средства сбора информации, ее переработки и представления результатов проведен­ного исследования. Она может также включать в себя систему управ­ления летным экспериментом, с помощью которой обеспечиваются как текущий контроль качества пилотирования и выдерживания лет­чиком заданных условий выполнения эксперимента и оперативное изменение при необходимости самого задания, так и более высокий уровень безопасности проведения испытательного полета.

В состав экспериментального внештатного оборудования само­лета в зависимости от характера и целей испытаний могут быть вклю­чены:

• специальные бортовые указатели, позволяющие летчику непо­средственно контролировать изменение параметров, определя­ющих заданные условия проведения летного эксперимента;

• специальная сигнализация (световая, звуковая, тактильная) для своевременного предупреждения летчика о том, что величина контролируемого параметра движения ЛА приближается к пре­дельно допустимому значению;

• аппаратура для киносъемки спектров (картины) обтекания час­тей самолета воздушным потоком, показаний приборов, реги­страции действий летчика или просматриваемого экипажем воз­душного пространства и т. п.;

• аппаратура для измерения упругих деформаций элементов кон­струкции самолета;

• автоматы безопасности (ограничители предельных режимов по­лета) — специальные устройства, активно предотвращающие непреднамеренное превышение летчиком установленных огра­ничений;

• специальные устройства для принудительного вывода самолета из критического режима (противоштопорные и тормозные па­рашюты, противоштопорные ракеты и т. п.).

Определение условий проведения летного эксперимента. В ходе методической подготовки летных испытаний опытного изделия уточ­няются условия их проведения и процедура организации работ. При этом обычно руководствуются результатами расчетно-теоретических и лабораторных исследований, выполненных на этапе подготовки изделия к летным испытаниям.

Важными условиями, неуклонное соблюдение которых в сово­купности может заметно повысить качество испытаний новых скоро­стных самолетов и уровень безопасности проведения на них летного эксперимента, являются:

• своевременное завершение в требуемом объеме всех обязатель­ных программ наземных испытаний самолета и исследований;

• своевременное определение потребного для испытаний в задан­ные сроки числа опытных экземпляров самолета, ритмичный ввод их в работу и обеспечение высокой интенсивности поле­тов;

• унификация методов подготовки, контроля, проведения лет­ного эксперимента и обработки экспериментального материа­ла. Четкое определение круга решаемых задач для каждого из проходящих испытания экземпляров самолета, очередности про­ведения планируемых экспериментов и допустимых отклонений параметров движения от номинальных значений, а также фор­мы представления результатов проведенных испытаний;

• своевременная и тщательная отработка программ наземных и летных испытаний ЛА и соответствующей документации, а также алгоритмов и программ получения экспресс-информации и пол­ной обработки экспериментального материала;

• тщательный подбор летного экипажа, который должен обла­дать высоким уровнем технической, летной и методической подготовки, а также опытом работы во взаимодействии с соот­ветствующими наземными службами;

• высокий уровень профессиональной и методической подготов­ки всех участвующих в испытаниях специалистов наземных служб;

• активное управление ходом летного эксперимента с использо­ванием для этого совершенных специализированных ЭВМ;

• организация и четкое планирование всех работ, связанных с подготовкой и проведением летных испытаний самолета, а так­же с обработкой экспериментального материала;

• эффективное и широкое использование совершенных ИИС, обеспечивающих получение всей необходимой информации в ходе самого эксперимента в реальном масштабе времени и со­ответствующем графическом оформлении.

К важным условиям повышения эффективности и качества каж­дого испытательного полета, кроме того, относятся:

• оперативное моделирование для своевременного и четкого оп­ределения условий проведения каждого сложного эксперимен­та и допустимых по соображениям безопасности и качества его выполнения отклонений от полетного задания, просмотра воз­можных альтернативных решений и выбора наиболее приемле­мого;

• своевременная и тщательная проработка на земле полетного за­дания с обязательным анализом результатов ранее проведенно­го эксперимента и с «проигрыванием» возможных критических ситуаций в планируемом полете;

• соблюдение принципа постепенности перехода от простого эк­сперимента к сложному и особенно тщательная подготовка к экспериментам, проводящимся вблизи предполагаемых эксп­луатационных границ, в области около — и сверхзвуковых ско­ростей ЛА, достаточно больших положительных углов атаки, околонулевых и отрицательных углов атаки, а также в тех слу­чаях, когда впервые достигается та или иная скорость, высота полета, число М, угол атаки или перегрузка.

В целях повышения ритмичности работы и максимального со­кращения сроков испытаний полеты проводятся одновременно на нескольких экземплярах ЛА. В США число одновременно участвую­щих в испытаниях самолетов гражданского и военного назначения в настоящее время колеблется соответственно в пределах 3—5 и 8—12. Ритмичность поступления их на летные испытания в среднем равна одному-двум месяцам. Для увеличения объема информации, полу­чаемой в каждом испытательном полете, на этих самолетах, кроме того, нередко осуществляется дозаправка топливом в воздухе. Начи­нается она обычно с четвертого-пятого испытательного полета. Ши­роко применяется также управление летным экспериментом.

Разработка программы летных испытаний опытного самолета. Структурно программы летных испытаний опытных самолетов обыч­но подразделяются на следующие пять иерархических уровней:

1. Типовая программа испытаний самолетов данного класса. Она является основой для разработки общей программы испытаний опыт­ного самолета.

2. Общая программа испытаний опытного самолета, которой руководствуются (после ее утверждения) при составлении отдельных рабочих программ для каждого из летающих экземпляров опытного самолета.

3. Рабочая программа испытаний отдельного экземпляра опыт­ного самолета и его функциональных систем. Ею руководствуются (после утверждения) при подготовке программ каждого испытатель­ного полета (полетных заданий).

4. Специальная комплексная программа целевых испытаний опыт­ного самолета, выходящая за рамки рабочих программ и включаю­щая в себя программы доводочных, контрольных, ресурсных, кли­матических и других видов испытаний. Ею руководствуются (после утверждения) при подготовке соответствующих заданий на каждый испытательный полет.

5. Программа испытательного полета (полетное задание, запи­сываемое в полетный лист), которая жестко регламентирует для лет — чика-испытателя условия и методы проведения каждого из заданных экспериментов.

При разработке общей программы испытаний опытного самолета в центре внимания должны находиться следующие вопросы:

• поиск и выявление всех индивидуальных особенностей нового ЛА, его силовой установки, бортовых систем, оборудования, а также целевого применения, не отраженных в типовой про­грамме для их соответствующего учета при подготовке общей и рабочих программ испытаний опытного самолета;

• поиск наиболее эффективных методов проведения летного экс­перимента, связанного с установлением соответствия характе­ристик ЛА техническому заданию и действующим нормам и определением крайних (допустимых по условиям безопасности полета) пределов изменения наиболее важных параметров его движения;

• установление наиболее рациональной последовательности вы­полнения испытательных полетов по программе;

• определение потребного числа экземпляров опытного ЛА и числа полетов на каждом из них;

• выработка мероприятий по предотвращению непроизвольного выхода ЛА за устанавливаемые ограничения как в ходе испыта­ний, так и при последующей эксплуатации, а также указаний по выводу его из возможных критических ситуаций;

• максимальное сокращение времени, необходимого для выпол­нения общей программы испытаний опытного ЛА в требуемом объеме.

Программа летных испытаний является основным рабочим и юри­дическим документом, регламентирующим процедуру и объем про­водимых на ЛА экспериментов. Она в краткой и ясной форме опре­деляет цели, объем, условия и методы проведения испытаний ЛА как в процессе наземной подготовки испытаний и первого вылета, так и в ходе летных испытаний этого изделия. Что касается структу­ры программы, то она обычно включает следующие разделы:

1) цели испытаний (исследований);

2) краткие сведения о самолете и его особенностях;

3) методика проведения испытаний;

4) состав экспериментального оборудования;

5) объем и характер наземных работ (экспериментов);

6) объем и характер летного эксперимента (с указанием задавае­мых контрольных маневров и условий проведения экспериментов: опорных высот, скоростей ЛА, чисел М, перегрузок, центровок и конфигураций ЛА, а также режимов работы силовой установки и по­требного числа испытательных полетов и затрат полетного времени);

7) летные ограничения (с указанием как основных ограничений при выполнении испытательных полетов — максимально допустимых величин индикаторной скорости ЛА и числа М, углов атаки и сколь­жения, перегрузок, так и предельно допустимых погодных условий — горизонтальной видимости, высоты облачности и ее плотности, силы бокового ветра и ветра при взлете и посадке ЛА, состояния взлетно — посадочной полосы).

К программе обычно прикладывают также указания экипажу о дей­ствиях в особых случаях полета (при возможных отказах силовой уста­новки, отдельных систем, элементов автоматики, указателей, проти — вообледенительной системы и т. п.), а также при появлении тех или иных (ожидаемых) особенностей в динамике и управляемости ЛА.

Одновременно с программой летных испытаний ЛА разрабатыва­ются рабочий (оперативный) план и график испытаний, которые регламентируют порядок, сроки и фронт наземных и летных экспе­риментов и распределение их между отдельными экземплярами опыт­ного изделия для своевременного и качественного выполнения об­щей программы испытаний в планируемые сроки.

Программу заводских испытаний опытного изделия составляет ведущий инженер совместно с ведущим летчиком-испытателем и спе­циалистами испытательной бригады и согласовывает с заказчиком.

Подготовка алгоритмов обработки материалов летного экспери­мента. В соответствии с составленным перечнем сертифицируемых характеристик самолета и его функциональных систем разрабатывают­ся алгоритмы обработки экспериментального материала и уточняются задания на подготовку программ автоматизированной обработки.

При разработке алгоритмов обработки следует исходить из того, что характерной чертой летных испытаний опытного самолета явля­ется исследовательское творческое начало. Оно обусловливается необ­ходимостью производить комплексно сравнительную оценку реаль­ного объекта с его расчетной моделью, изучать и объяснять обнару­живаемые в ходе экспериментов непредусмотренные проектом осо­бенности и явления, доводить характеристики реального объекта и его систем до проектных и при этом выявлять и оценивать предельные возможности испытываемого объекта. Поэтому программа летных экспериментов и алгоритмы обработки полетных записей должны быть достаточно гибкими, чтобы при необходимости можно было в ходе испытаний корректировать и даже изменять порядок опытов, алго­ритмы и программы обработки экспериментального материала, объем и характер вводимой и выводимой информации.

Кроме того, структура разрабатываемых алгоритмов должна быть достаточно простой, позволяющей сравнительно быстро перераба­тывать всю полетную информацию на находящихся в эксплуатации специализированных ЭВМ, а часть ее обрабатывать в темпе самого эксперимента (т. е. в реальном масштабе времени). Разрабатываемые алгоритмы должны при этом обеспечивать непосредственное опреде­ление в ходе автоматизированной обработки полетной информации всех сертифицируемых характеристик испытываемого самолета, си­ловой установки, бортовых систем и оборудования с требуемой точ­ностью.

Подготовка программ автоматизированной обработки материа­лов летного эксперимента. Программы автоматизированной обработки экспериментального материала разрабатываются в строгом соответ­ствии с заданием, в котором должны быть указаны: принятые алго­ритмы обработки; тип используемой измерительной аппаратуры; под­лежащие обработке участки записи регистраторов; особенности самой обработки лент магнитных накопителей (необходимость сглаживания, прореживания); условия проведения обработки и синхронизации по времени; форма представления результатов обработки и расчетов.

К заданию на разработку программ прикладываются также: все необходимые для их составления исходные данные об испытываемом самолете (его масса, координаты центра масс при различных запасах топлива на борту, моменты инерции, основные геометрические па­раметры ЛА, предельные и предполагаемые изменения параметров движения ЛА, данные об аэродинамических и волновых поправках приемника воздушного давления и т. п.), его силовой установке, си­стеме управления (кинематические характеристики, характеристики загрузочных и триммирующих устройств, жесткостные и частотные характеристики системы, передаточные числа автоматов стабилиза­ции и законы их регулирования и т. п.) и о всех других проходящих испытания системах ЛА; о составе, характеристиках и размещении на самолете измерительной аппаратуры (схема ее размещения и коорди­наты датчиков перегрузки относительно центра масс самолета, крос — сировочная таблица распределения параметров по каналам регистра­торов, градуировочные характеристики датчиков и согласующих устройств и т. п.) и другие данные (например, перечень программ обработки материала, рекомендуемые масштабы для отображения на дисплее результатов обработки и построения графиков, порядок раз­мещения на графиках параметров и т. п.).

Задание на автоматизированную обработку полетных записей кон­трольно-измерительной аппаратуры обычно содержит:

1) перечень параметров, подлежащих первоочередной обработке и экспресс-анализу. Этот перечень должен обеспечивать: оператив­ный контроль качества работы летчика и системы измерений; прове­дение оперативного анализа замеченных летчиком особенностей по­ведения ЛА и в связи с этим — своевременное уточнение плана очередного испытательного полета; выявление на полетных записях всех характерных отрезков времени, для которых необходимо будет произвести обработку в полном объеме с большим числом парамет­ров и определение величины самой исследуемой характеристики ЛА или его систем;

2) перечень параметров, подлежащих оперативной (ускоренной, так называемой первичной) обработке, более информативный, чем предыдущий. Этот перечень должен обеспечивать проведение углуб­ленного анализа и расчетов с целью получения количественных дан­ных для оценки степени зачетности выполненного полета, при необ­ходимости — корректировку плана очередного задания, а также отбор материалов для выполнения дальнейших расчетов и проведения так называемой вторичной обработки;

3) перечень параметров, подлежащих полной (вторичной) обра­ботке в установленные (в ходе первичной обработки) отрезки време­ни. Этот перечень должен обеспечивать расчет сертифицируемой ха­рактеристики испытываемого ЛА или его исследуемой системы и представление ее в канонической форме (в виде соответствующих гра­фиков или таблиц);

4) шифр программ, по которым должна производиться обработ­ка экспериментального материала;

5) указания о форме представления результатов обработки, мас­штабах и порядке расположения материала на графиках или в табли­цах.