Задачи и организация экспериментальной отработки ЛА

1.2.1. Этапы создания ЛА

С появлением новых задач, которые должны решаться с помощью ЛА, а также ростом технических возможностей промышленности воз­никает необходимость в создании принципиально новых или модер­низации старых образцов летательных аппаратов. В связи с возмож­ностью относительно быстрой реализации достижений научно-технической революции существенно возрастают требования, предъявляемые к ЛА рассматриваемого класса, а это в свою очередь приводит к моральному старению образцов еще до наступления их физического износа. В связи с этим, при проектировании ЛА ре­сурс вновь создаваемых образцов обычно не превышает существенно период морального старения, составляющий примерно десять лет.

Таким образом, раз в десять лет приходится разрабатывать новый образец каждого типа ЛА. Однако его создание и использование свя­зано с заменой большого количества оборудования, сооружений, средств управления и других элементов, составляющих вместе со все­ми ЛА данного типа сложную систему. В такой системе летательные аппараты могут быть даже не самой сложной и дорогостоящей частью.

Поэтому при создании системы, способной выполнять новые задачи, стремятся модернизировать ее основную часть — летатель­ный аппарат, сохраняя, по возможности, без изменений вспомога­тельное оборудование, сооружения и технологию эксплуатации. Та­кой подход позволяет в короткие сроки при сравнительно малых затратах создавать системы с ЛА, способные решать более сложные задачи.

Модернизация ЛА обычно производится через несколько лет, причем для вновь разрабатываемого (базового) образца должна пре­дусматриваться возможность проведения двух-трех модернизаций.

Процесс создания нового образца техники состоит из следующих этапов: разработки технического задания; оформления технических пред­ложений; эскизного проектирования; технического проектирования. Та­кое деление процесса в основном учитывает специфику производства изделий крупными сериями. При сложившейся практике разработки сложных ЛА, выпускаемых мелкими партиями, главными являются не только вопросы производства, но и опытной отработки первых образцов, а также введение в эксплуатацию всей системы. В связи с этим содержание, а следовательно, и названия этапов создания ЛА несколько изменяются.

Так, принято различать периоды разработки, производства и эксплуатации системы ЛА. Первые два периода часто объединяют понятием «создание системы ЛА». Процесс разработки состоит из ряда этапов: тактико-технического задания (ТТЗ); эскизного и техни­ческого проектирования; наземной и летной отработки. Иногда пер­вые два этапа называют периодом проектирования образца, а после­дние два — экспериментальной отработкой.

Совместные исследования и проработки заказывающих и проек­тирующих организаций позволяют определить круг задач и способы их решения системами, включающими ЛА определенного типа. Ана­лиз принципов и условий использования ЛА позволяет определить требования к характеристикам образца, а также их примерное необ­ходимое количество.

На этой основе предполагаемая головная организация (как пра­вило, фирма, разрабатывающая ЛА и всю систему в целом) прово­дит проектные разработки, оформляемые в виде аванпроекта или тех­нических предложений. Обычно, если позволяют возможности, аванпроекты выполняются двумя-тремя организациями на конкурс­ных началах. После рассмотрения и экспертизы аванпроектов окон­чательно утверждается ТТЗ или тактико-технические требования (ТГТ), назначаются головная и смежные организации, отвечающие за со­здание нового или модернизируемого образца (системы) в требуемые сроки при определенных затратах средств и времени.

Систему ЛА, как и всякую сложную систему, можно представить рядом иерархических уровней. В качестве примера рассмотрим струк­туру системы ракетных ЛА (рис. 1.1). К первому уровню относят саму систему в целом или один комплекс системы, включающий сле­дующие составные части (входящие в состав второго уровня): один или группу летательных аппаратов; комплекты наземного оборудова­ния и вспомогательных технических систем; сооружения и средства управления, необходимые для обслуживания, подготовки и проведе­ния пусков ЛА. Как правило, при создании системы сначала отраба­тывают один опытный комплекс, который, кроме перечисленных выше составных частей, содержит системы телеметрических и внеш — нетраекторных измерений, необходимые для проведения летных ис­пытаний.

На третьем уровне располагаются основные элементы, представ­ляющие системы и агрегаты составных частей комплекса. Основные элементы могут проектировать и отрабатывать специализированные фирмы. Так, ракетный летательный аппарат обычно разбивают на следующие основные элементы: корпус, двигательные установки, систему управления, полезный груз. К четвертому уровню относят составляющие элементы, т. е. агрегаты, узлы, приборы, стойки и

т. п., формирующие основные элементы. Наконец пятый уровень — это комплектующие элементы, т. е. детали и мелкие сборки, входя­щие в составляющие элементы.

На этапе эскизного проектирования головная проектная органи­зация на основе аванпроекта и ТТЗ разрабатывает для смежных фирм технические задания на составные части системы и основные эле­менты ЛА. В соответствии с ТЗ проводятся анализ и выбор конст­руктивных схем, необходимые проектные расчеты. Решения обосно­вываются в ходе имитации рабочих процессов узлов, агрегатов и систем в лабораторных условиях, а также математического моделирования на ЭВМ. Одновременно подготавливается документация на произ­водство макетов ЛА и опытных образцов двигателей, на системы уп­равления, отсеки (ступени). На этом заканчивается собственно про­ектирование, т. е. выполнение в основном расчетных работ. Таким образом, этап эскизного проектирования завершается подготовкой первых опытных образцов составных частей комплекса для наземной отработки.

Вся система экспериментальной отработки строится на последо­вательных испытаниях изделий все более высоких иерархических уров­ней. Так, после успешной отработки комплектующих и составляю­щих элементов (например, клапанов двигателей, приборов системы управления, конструкций отсеков) переходят к испытаниям основ­ных элементов (двигателей, системы управления, корпуса ступени). На завершающих этапах испытывают целиком ЛА и опытный комп­лекс.

В ходе экспериментальной отработки ЛА осуществляется боль­шое количество испытаний, отличающихся задачами, объектами и условиями (режимами) проведения. Наземная отработка состоит из наземных автономных испытаний (НАИ) основных элементов на спе­циальных стендах, наземных комплексных испытаний (НКИ) летатель­ного аппарата и наземных полигонных испытаний (НПИ) комплекса. Летная отработка ЛА, как правило, включает два этапа: летно-кон­структорские испытания (ЛКИ) и зачетные летные испытания (ЗЛИ).

В процессе экспериментальной отработки изготовление образ­цов основных элементов ЛА, предназначенных для испытаний, вы­полняют по документации, разработанной в эскизном проекте. На основании информации, получаемой в ходе испытаний, конструк­цию ЛА совершенствуют, что находит отражение и в рабочих черте­жах опытных образцов. После окончания ЛКИ, по существу, завер­шается корректировка эскизного проекта. Однако для сокращения сроков создания нового образца уже в ходе ЛКИ готовится техничес­кая документация на серийное производство (технического проекта) всех составных частей комплекса. Одновременно завершается отра­ботка эксплуатационной документации, разворачивается строитель­ство сооружений, необходимых для функционирования системы, проводится подготовка специалистов-эксплуатационщиков.

Результаты ЗЛИ вместе с данными, полученными в ходе ЛКИ, позволяют решить вопрос о пригодности вновь созданного комплекса для использования по назначению. Комиссия, проводящая летные испытания, определяет перечень замечаний, после устранения кото­рых отработанная система передается в серийное производство.

По завершении летной отработки, как правило, в течение сро­ка, согласованного заказывающими и проектирующими организаци­ями, опытный комплекс находится в эксплуатации. Недостатки, вскрываемые в этот период, устраняются за счет проведения дорабо­ток конструкции и документации на серийное производство, а также внесения изменений в технологию эксплуатации. Решение о прове­дении доработок введенных в эксплуатацию комплексов принимают с учетом целесообразности и возможности выполнения таких работ.

Серийное производство ЛА обычно организуется на заводах, имеющих значительно большие мощности, чем опытное производ­ство. Для отладки технологического процесса на серийном заводе назначается выпуск установочной партии изделий, качество которых тщательно контролируют. После успешных летных испытаний образ­цов, отобранных из установочных партий, окончательно отрабатыва­ют технологию производства И методы контроля серийной продук­ции, включающие обычно и летные испытания изделий от каждой партии ЛА.

Серийно выпускаемая продукция вводится в эксплуатацию по специальным планам, учитывающим необходимость расширения со­здаваемой системы, а также возможности промышленности по ее производству.

В процессе эксплуатации системы возможна доработка конст­рукции и технологии использования комплексов, а также проведе­ние плановых и внеплановых регламентных работ, направленных на поддержание или улучшение характеристик изделий. В этих работах наряду со специалистами по эксплуатации участвуют представители проектных организаций и заводов-изготовителей продукции.

Рассмотренные выше этапы создания системы ЛА с точки зре­ния затрат средств и времени далеко не равноценны. Так, если рас­смотреть расходы, связанные с выполнением программы по созда­нию и эксплуатации (в течение 5—10 лет) системы ЛА, то на разработку ТТЗ и эскизное проектирование расходуется не свыше не­скольких процентов средств, на наземную и летную отработку — до 20—40% и на эксплуатацию — 10—20%. Для некоторых программ, связанных с созданием нескольких уникальных комплексов, длитель­ная эксплуатация которых не предусмотрена, расходы на экспери­ментальную отработку составляют до 90%. Соответственно и дли­тельность экспериментальной отработки ЛА существенно превышает продолжительность этапа проектирования.

В методах создания новых образцов сложных ЛА явно наметилась следующая тенденция. Углубленное исследование физической сущ­ности процессов, происходящих при работе ЛА, быстрый рост воз­можностей моделирования и вычисления характеристик этих процес­сов на ЭВМ, разработка и использование стохастических методов описания основных физических явлений — все это способствует улуч­шению качества проектирования и, следовательно, сокращению объе­мов экспериментальной отработки.

Однако практика показывает, что с увеличением сложности об­разца или системы неуклонно растет доля расходов средств и время на их экспериментальную отработку, что заставляет более подробно анализировать процесс экспериментальной отработки, искать его аналитические или логические модели, определять возможности уп­равления процессом и на этой основе оптимизировать его ход.

Рассмотрим задачи и содержание экспериментальной (наземной и летной) отработки на примере ЛА ракетного типа.