Организация и планирование летных испытаний опытного самолета
Типовая интегральная структура летных испытаний современного опытного самолета. Правильная организация летных испытаний предполагает выработку рациональной организационной структуры и эффективной системы управления, способных во взаимодействии наилучшим образом, т. е. в планируемые сроки и с высоким качеством, решить все поставленные перед ними здцачи. В состав такой организационной структуры входят: комплексная испытательная бригада специалистов различного профиля, приданная ей группа планирования и контроля, службы эксплуатации, управления экспериментом и обработки полетной информации, наземные и летающие лаборатории, стенды, оптические и радиотехнические наземные средства, а также соответствующая производственная база. Все это в совокупности повседневно обеспечивает нормальный ход испытаний опытного самолета.
Типовая интегральная структура летных испытаний современного опытного самолета обычно включает следующие элементы:
• опытное изделие (несколько экземпляров опытного самолета);
• летающие лаборатории и специализированные самолеты, обеспечивающие испытательные полеты опытного изделия (сопро — вождение, зондирование атмосферы, калибровка приемника воздушного давления, ретрансляция, киносъемка, оптимизация характеристик испытываемого ДА и др.);
• наземную испытательную базу (аэродром, ангары, лаборатории, производственные подразделения, технические средства подготовки самолета к испытательному полету, зоны полетов, испытательные трассы, средства управления экспериментом, воздушным движением и др.);
• измерительно-информационную систему, которая охватывает:
а) контрольно-измерительную аппаратуру на опытных изделиях и на самолетах, обеспечивающих программу испытаний;
б) средства сбора, обработки информации и представления ее в соответствующем виде; в) подсистему управления летным экспериментом;
• программу испытаний опытного изделия;
• методику проведения испытаний опытного изделия, обеспечивающую решение всех задач, поставленных программой летных испытаний;
• средства электронного, физического и полунатурного моделирования, необходимые для планирования экспериментов, оперативного анализа результатов проведенных опытов, повышения безопасности испытательных полетов и получения всех необходимых по ходу испытаний опытного изделия данных;
• летный экипаж опытного изделия и экипажи самолетов, обеспечивающих программу испытаний;
• испытательную бригаду специалистов, непосредственно проводящих испытания опытного изделия, а также технический персонал наземных служб, обеспечивающих программу испытаний;
• службу управления и планирования испытаний, обеспечивающую своевременное поступление на аэродром в установленные сроки и подготовку к испытаниям каждого из запланированных экземпляров опытного изделия, а также ритмичную и согласованную работу специалистов на всех летающих экземплярах опытного изделия в соответствии с программой летных испытаний.
Функции управления и планирования летных испытаний опытного самолета. В общем процессе испытаний опытного изделия система управления должна обеспечивать четкую координацию работ и взаимодействие между всеми участвующими в них группами специалистов, служб и звеньев рассмотренной выше организационной структуры (т. е. между специалистами испытательной бригады, летными экипажами, специалистами и техническим персоналом наземных служб подготовки и обслуживания испытательных полетов и техническим персоналом, выполняющим на опытных самолетах производственные доработки) для наиболее успешного и быстрого решения основной задачи. Такое управление называют обычно целевым.
Главными функциями целевого управления являются планирование испытаний, их технико-экономическое обеспечение, организация, координация работ и контроль за ходом испытаний опытного изделия.
Одной из центральных функций системы управления испытаниями опытного самолета является их технико-экономическое обеспечение. Последнее предполагает:
• создание и подготовку соответствующих лабораторий и стендовой базы для проведения опережающих и сопутствующих исследований в интересах создаваемого ЛА (такие исследования проводятся согласно перспективному плану научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ);
• создание и подготовку соответствующих лабораторной, стендовой и полигонной баз для испытаний самого опытного изделия и его функциональных систем;
• создание и подготовку запланированного числа экземпляров опытного самолета, а также определенного резерва двигателей, элементов функциональных систем и бортового оборудования;
• подготовку (создание) соответствующей метрологической базы;
• соответствующее методическое обеспечение испытаний;
• привлечение к испытаниям больших групп специалистов;
• материально-техническое обеспечение всех работ, проводимых в интересах создаваемого ЛА и связанных с постройкой запланированного числа опытных самолетов, их испытаниями и доводкой.
Планирование испытаний уже с этапа прогнозирования облика и характеристик ЛА предполагает четкое определение их главных целей с учетом действующих норм и назначения ЛА. Только после этого следует приступать к разработке комплексного плана проведения работ, планов технико-экономического обеспечения и финансирования испытаний опытного изделий.
Перспективный комплексный план испытаний опытного самолета должен предопределить необходимый объем опережающих и сопутствующих научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, а также объем наземных и летных работ, связанных с доводкой, испытаниями и сертификацией как основных функциональных систем и оборудования, так и опытного изделия в целом. Обычно в ходе перспективного планирования используют имеющиеся статистические данные по наземным и летным испытаниям прототипа данного самолета. Это повышает достоверность разрабатываемого плана.
Оперативные планы испытаний составляются на основе разработанного перспективного плана после его утверждения. В них конкретизируются виды работ на всех этапах подготовки и летных испытаний опытного самолета, уточняются их трудоемкость, последовательность и условия выполнения, а также распределение работ между отдельными экземплярами самолета.
Основные этапы летных испытаний опытного самолета и их задачи. Испытания опытных самолетов (авиационных комплексов АК) обычно проводятся в три этапа, которые в зависимости от ставящихся перед ними задач получили следующие наименования:
1. Этап заводских (предварительных) испытаний.
2. Этап государственных (приемочных) испытаний.
3. Этап эксплуатационных испытаний.
Заводские испытания являются начальным (предварительным) этапом такой работы, которая проводится под руководством конструктора ЛА и включает в себя:
• различные виды наземных испытаний — лабораторных (в том числе и на летающих лабораториях), стендовых, ресурсных, полигонных;
• математическое и полунатурное моделирование;
• летные испытания самого опытного самолета.
Основные задачи заводских испытаний:
1. Доводка опытного образца до состояния, обеспечивающего безопасность выполнения на нем полетов по программе летных испытаний и нормальную работу всех его функциональных систем и оборудования в расчетных условиях применения ЛА.
2. Определение и всесторонняя оценка наиболее важных технических и летно-тактических характеристик нового ЛА, а также характеристик его систем и оборудования для установления степени их соответствия техническому проекту и действующим нормам.
3. Летная проверка опытного образца в условиях установленных ограничений и оценка условий полета в случаях раздельных отказов как двигателя, так и всех жизненно важных систем ЛА.
4. Предварительная оценка надежности и эксплуатационного совершенства нового ЛА (АК).
В ходе заводских испытаний проверяются и отрабатываются также средства наземного обслуживания ЛА, контрольно-проверочная аппаратура и уточняется возможность обеспечения базирования ЛА во всех заданных техническим заданием (ТЗ) условиях. Кроме того, отрабатываются и проверяются алгоритмы и программы обработки экспериментального материала, а также соответствие конструкторской и эксплуатационной документации требованиям действующих стандартов, комплексно оценивается готовность нового ЛА (АК) и комплектующих его изделий для передачи на государственные испытания, уточняются временные рекомендации и инструкции по эксплуатации ЛА на период испытаний.
По результатам заводских испытаний принимают решение о возможности передачи опытного изделия на государственные испытания.
Вторым важнейшим этапом летных испытаний опытного самолета (АК), по результатам которого принимают решение о запуске его в серийное производство, являются государственные (приемочные) испытания. Их проводят представители заказчика после успешного завершения этапа заводских испытаний и устранения конструктором выявленных дефектов ЛА. В ходе государственных испытаний в состав испытательной бригады могут привлекаться и представители промышленности.
Основные задачи государственных (приемочных) испытаний:
1. Установление соответствия тактико-технических данных, основных летно-тактических, боевых и эксплуатационных характеристик опытного изделия техническому заданию.
2. Определение и регламентация условий, обеспечивающих безопасность полетов.
3. Определение пригодности нового ЛА и всех комплектующих его изделий для запуска в серийное производство и массовой эксплуатации.
К моменту окончания государственных испытаний должны быть завершены все виды специальных испытаний по обеспечению безопасности полетов, в том числе изучены возможные критические режимы ЛА, критические явления, связанные с отказами отдельных бортовых систем, определены характеристики прерванных и продолженных взлетов, оценены запасы устойчивости работы силовой установки в различных эксплуатационных условиях применения ЛА, оценены условия аварийного покидания ЛА, определена возможность эксплуатации ЛА на грунтовых аэродромах (если она предусматривается), а также проведены стендовые огневые испытания системы пожаротушения.
По итогам государственных испытаний составляют акт, содержащий оценку достоинств и недостатков нового ЛА. Заключение о пригодности для массовой эксплуатации дают с учетом результатов всех испытаний и исследований, проведенных к моменту окончания государственных испытаний.
Завершающим этапом летных испытаний опытного самолета (АК) являются эксплуатационные испытания. Их проводят представители заказчика с целью изучения наиболее характерных особенностей летной и наземной эксплуатации ЛА, его силовой установки, бортовых и наземных систем и оборудования, оценки их эксплуатационного совершенства и надежности, выявления условий, обеспечивающих высокую эксплуатационную эффективность ЛА (АК), регулярность и экономичность полетов, оценки физиолого-гигиенических условий жизнедеятельности экипажа и пассажиров. Оценивается также пригодность вспомогательного оборудования и технических средств, уточняются регламенты технического обслуживания ЛА (АК), руководства по летной эксплуатации и технике пилотирования, эксплуатационно-техническая документация, а также трудоемкость обслуживания нового изделия, потребные для этого численность и квалификация инженерно-технического персонала. Кроме того, отрабатываются методика обучения летных экипажей и наземного инженерно-технического персонала, обеспечивающая быстрое освоение нового ЛА. По фактическим результатам испытаний уточняют реальные эксплуатационные нормы расхода топлива, масел, смазочных материалов, специальных жидкостей и газов, запасных материалов.
Эксплуатационные испытания проводят на нескольких экземплярах опытной серии после успешного завершения этапа государственных испытаний.
Виды специальных испытаний опытного самолета. К специальным видам летных испытаний опытного самолета (АК) обычно относят все выходящие за рамки общей программы работ (общей программы испытаний) испытательные полеты, выполняемые с целью:
• оценки ЛА после произведенных на нем конструктивных доработок для устранения обнаруженного критического явления в динамике и управляемости или дефекта в работе его систем или оборудования;
• уточнения допустимого в эксплуатации (по условиям безопасности и ресурса) уровня статических и динамических нагрузок на конструкцию ЛА и уровня вибраций (прочностные испытания);
• установления допустимых сроков непрерывной эксплуатации ЛА, его функциональных систем и оборудования, а также предельных сроков эксплуатации ЛА (ресурсные испытания);
• оценки возможности и особенностей эксплуатации ЛА на грунтовых аэродромах, заснеженных или залитых водой полосах (если таковая предусматривается);
• оценки поведения ЛА при возникновении различных критических ситуаций, связанных с вероятными отказами отдельных бортовых систем (особые случаи полета);
• изучения возможности и особенностей эксплуатации ЛА при очень низких или очень высоких температурах воздуха, повышенной влажности и т. п. (климатические испытания);
• изучения тех или иных критических режимов ЛА (при значениях параметров его движения, превышающих предельно допустимые по безопасности полета);
• оценки поведения самолета и условий его пилотирования в условиях обледенения крыла или оперения;
• оценки поведения ЛА при вероятных отказах элементов силовой установки в различных условиях полета (в том числе определения характеристик прерванных и продолженных взлетов);
• оценки устойчивости работы силовой установки и ее систем в различных условиях полета и применения ЛА;
• оценки условий аварийного покидания ЛА;
• оценки характеристик ЛА после его модификации;
• установления соответствия характеристик серийного образца испытанного ЛА его опытному эталону и постоянного поддерживания их на требуемом уровне (контрольные испытания).
Все подобные вицы испытаний проводятся по специальным программам. Подробный перечень вопросов, решаемых в ходе таких испытаний, обычно регламентируется соответствующими соглашениями между конструктором опытного изделия и заказчиком.
К наиболее характерным видам специальных испытаний серийных образцов относятся: испытания доработанных или модифицированных образцов; ресурсные; прочностные; климатические; изучение особенностей поведения ЛА и оценка его устойчивости и управляемости на больших углах атаки, при сваливании и в режиме штопора; изучение особенностей поведения ЛА и условий его пилотирования в особых случаях полета; контрольные испытания.
Самолеты головной серии подвергаются контрольным испытаниям с целью:
• общей оценки проведенных после завершения государственных испытаний (и других видов испытаний) конструктивных изменений и доработок, а также эксплуатационного совершенства серийного образца ЛА;
• проверки соответствия тактико-технических данных и летнотехнических характеристик серийного ЛА техническим условиям, прилагаемым к договору на поставку заказчику;
• утверждения эталонного образца для серийного производства.
В ходе контрольных испытаний получают также материалы для
отработки инструкции экипажу, эксплуатационной документации и оценки средств наземного обслуживания ЛА.
Последующие контрольно-серийные испытания проводят периодически через определенные интервалы времени (по согласованию с конструктором ЛА) с целью:
• текущего контроля качества серийного производства;.
• подтверждения требуемого соответствия выпускаемых промышленностью серийных ЛА и комплектующих изделий установленному образцу (договору на поставку);
• оценки вносимых конструктором дополнительных изменений в конструкцию ЛА или комплектующие изделия;
• установления эталона для текущего серийного производства.
Принцип определения потребного числа испытательных полетов и
экземпляров опытного самолета. При расчете потребного для выполнения общей программы испытаний опытного самолета числа полетов должны учитываться:
• проектные данные испытываемого ЛА;
• специфика его целевого применения;
• резерв времени на эксперимент в каждом испытательном полете (по запасу топлива, допустимому времена непрерывной работы двигателя на форсированном режиме и времени непрерывной работы бортовой измерительной аппаратуры) при заданной программе проведения самого эксперимента;
• необходимость обеспечения в каждом испытательном полете высокого качества эксперимента и требуемого уровня безопасности;
• общий планируемый объем экспериментов по программе испытаний опытного изделия.
На основании этих данных уточняют рациональные методы и процедуру проведения экспериментов (диапазоны и опорные значения высот, чисел М, скоростных напоров или индикаторных скоростей ЛА, углов атаки и скольжения, угловых скоростей и перегрузок, режимы работы силовой установки, конфигурацию и загрузку ЛА). Затем, зная средние затраты времени на выполнение каждого из запланированных экспериментов, общее планируемое число опытов, порядок их проведения и время экспериментирования в каждом полете, рассчитывают среднее число полетов, которые необходимо выполнить по программе летных испытаний.
К рассчитанному подобным образом потребному числу испытательных полетов обычно прибавляют резервные в объеме, не превышающем 15—20% общего числа целевых полетов, которые требуется выполнить для определения всех сертифицируемых характеристик самолета, его силовой установки, бортовых систем и оборудования.
При установлении потребного числа экземпляров опытного самолета обычно принимают в расчет следующее:
1) время, в течение которого надо полностью завершить общую программу испытаний ЛА и обязательные виды испытаний по специальным программам;
2) общее число планируемых по этим программам испытательных полетов (включая и резервные);
3) ожидаемую среднюю частоту выполнения полетов в течение месяца для каждого проходящего испытание экземпляра ЛА;
4) возможность эффективно использовать в ходе испытаний систему управления летным экспериментом и заправку топливом в воздухе;
5) ожидаемую частоту поступления на аэродром подготовленных к летным испытаниям второго, третьего и последующих экземпляров опытного самолета;
6) размеры финансирования данной программы.