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.