Основные принципы построения систем контроля и испытаний ЛА

Общей целью испытаний и контроля является обеспечение высокой (заданной) надежности летательного аппарата, т. е. его способности выполнить в полном объеме заданные функции в течение определен­ного времени как в наземных условиях (имеющих место при транс­портировке, подготовке, запуске и т. д.), так и в условиях полета.

Контроль и испытания проводятся на всех этапах создания аппа­рата. Неограниченное увеличение числа контрольно-испытательных работ не обеспечивает роста надежности. Во-первых, контроль и ис­пытания, кроме увеличения стоимости аппарата, сами могут вносить дополнительные дефекты и повреждения в конструкцию. Во-вторых, при контроле и испытаниях вырабатывается ресурс работы отдельных элементов, узлов, аппаратуры, агрегатов, что иногда заставляет вы­полнять некоторые виды испытаний на моделях и макетах, не под­вергая этим испытаниям летные образцы аппаратов. Вследствие этого вся совокупность контроля и испытаний аппарата требует оптимиза­ции, определения оптимального сочетания видов испытаний, их объе­ма, количества и места в ходе технологических процессов, исходя из необходимости обеспечения требуемой надежности, стоимости и дли­тельности цикла изготовления и других факторов. Таким образом, контрольные и испытательные работы при создании ЛА составляют

взаимосвязанную в своих частях единую систему, требующую опти­мизации по ряду параметров.

Система контроля и испытаний ЛА строится согласно определен­ным принципам, учитывающим специфику их конструкции, усло­вия эксплуатации, условия производства, стоимость и т. д. Сформу­лируем основные из них.

1. Испытания должны обеспечивать достоверную информацию и выпуск аппарата с требуемой надежностью.

2. Все испытания должны проводиться на объектах, изготовлен­ных по принятым для данного аппарата технологиям и операциям контроля, применяемым и для летных образцов.

3. Контроль и испытания должны быть построены таким обра­зом, чтобы имеющиеся дефекты выявились на более ранних этапах изготовления, на более низких уровнях сборки, т. е. операции конт­роля и испытаний целесообразно проводить по времени как можно ближе к тем сборочным операциям, при которых возможно возник­новение ожидаемых дефектов.

4. Программа должна содержать испытания на все виды нагру­зок, которым аппарат подвергается при наземной подготовке и в по­лете. Ряд воздействующих факторов создается имитацией (например, вакуум, радиационное воздействие, невесомость и т. д.). Испытания могут проводиться при воздействии как одного, так и комбинации нескольких факторов (например, сочетание вакуума, теплового воз­действия, излучений и т. д.). Последовательность приложения вне­шних воздействий при испытаниях должна соответствовать последо­вательности их приложения при функционировании летного изделия на земле и в полете.

5. В тех случаях, когда испытания связаны с выработкой ресур­са или опасностью повреждения испытуемого объекта, параллельно с летными по той же технологии изготовляются специальные образ­цы для испытаний. Подобным испытаниям подвергаются как мини­мум два объекта: один — предельно максимальным, разрушающим нагрузкам с целью определения запаса по данному типу нагрузки (на­пример, запаса прочности), а второй — при почти эксплуатацион­ных нагрузках в длительном режиме (до разрушения) для определе­ния запаса по ресурсу. Такая методика обеспечивает при наименьших затратах наибольшую вероятность выпуска изделия с определенными запасами по ресурсу и прочности.

6. Все летные и испытательные образцы аппаратов проходят кон­трольно-технологические испытания по программе, составленной для летных образцов, после чего испытательные образцы испытываются на предельные нагрузки.

7. Уровень испытательных нагрузок (температур, числа термо­циклов, вибраций, давлений и др.) должен обеспечивать необходи­мый запас по данному типу воздействия, но не слишком превышать реальные условия. Отказы при неоправданно жестких, завышенных условиях испытаний могут привести к ненужным переделкам конст­рукции, ее утяжелению, к необходимости повторных более широких испытаний и в конечном счете к неоправданной потере времени и средств.

8. Хотя принципиально время испытаний должно быть равным длительности подготовки на земле и работы аппарата в полете, во многих случаях оно отличается в ту либо другую сторону. В некото­рых случаях длительность испытаний принимают равной длительнос­ти одного цикла работы аппарата на земле и двух циклов работы его в полете. При испытаниях аппаратов, рассчитанных на очень длитель­ный срок существования, длительность их, как правило, меньше цикла работы аппарата. Если к длительности испытаний модельных (испытательных) образцов не предъявляются строгие требования, то длительность испытаний штатных образцов строго регламентирована и должна быть минимальной.

9. Испытания на надежность должны проводиться при предель­ных нагрузках на испытательные образцы, что позволяет определить предельные возможности конструкции по различным воздействую­щим факторам. Оценка готовности (годности) аппарата к полету определяется при специальных приемочных испытаниях с нагрузка­ми, равными эксплуатационным либо немного превышающими их. Таким образом, в основе системы испытаний лежит принцип анало­гии летных образцов с модельными, который обеспечивается одина­ковостью не только конструкции, но и технологии изготовления и контрольно-технологических испытаний. Поэтому если после оди­наковых условий изготовления и приемочных испытаний модельные образцы в результате усиленных испытаний на надежность покажут положительные результаты, то эти результаты переносятся и на лет­ные образцы, которые испытаний на надежность не прошли.

10. Испытания на комплексное воздействие факторов эксплуата­ции должны проводиться на возможно более высоком уровне сбор­ки, желательно на полностью собранном ЛА. К этому времени в результате предыдущих контроля и испытаний дефектные элементы уже выявлены и заменены годными и при испытаниях на комплекс­ное воздействие выявляются дефекты, появляющиеся в результате взаимного влияния отдельных элементов друг на друга. Такие испы­тания обязательно включаются в программу приемочных испытаний летных образцов.

11. Испытания, особенно пилотируемых ЛА, должны проводиться при всех возможных режимах работы.

12. Результаты предыдущих испытаний должны использоваться или учитываться при проведении испытаний на более высоком уров­не, т. е. не должно быть дублирования.

13. Испытания на функционирование и целостность коммуника­ций бортовой аппаратуры и автоматики проводят по принципу после­довательно нарастающих повторных испытаний. Это позволяет наи­более быстро выявить дефектные элементы (или группы элементов) и сократить цикл и стоимость испытаний, а также уменьшить число переборок аппарата и количество отказов и дефектов при более слож­ных испытаниях собранного аппарата.

14. При выявлении дефектов все они должны анализироваться, устраняться (исправлением дефекта или заменой элемента), а объект испытаний должен пройти после этого повторные испытания в уста­новленном объеме. Повторные испытания по полной программе про­водятся также при внесении принципиальных изменений в конструк­цию, технологию или оборудование.

15. Испытания в необходимых случаях должны дополняться рас­четами, что часто, не снижая надежности аппарата, приводит к зна­чительному сокращению объема испытаний. Например, при про­верке надежности посадочных агрегатов для посадки на другие планеты может возникнуть огромное число вариантов посадки (по сочетанию скорости посадки, высоты, угловой скорости, числа точек сопри­косновения, положения центра тяжести по отношению к точке каса­ния и т. д.). Все эти варианты могут быть проиграны на ЭВМ (машин­ный эксперимент), но наиболее тяжелые или сомнительные должны быть проверены испытаниями натурных образцов.

16. Основными критериями эффективности контроля и испыта­ний являются надежность ЛА, стоимость и длительность цикла испы­таний, которые и должны учитываться в первую очередь при состав­лении программы испытаний и ее оптимизации.

17. Все наземные испытания должны быть закончены, а резуль­таты обработаны и обобщены до проведения летных.

18. Для достижения высокой эффективности контроля и испыта­ний необходимо обеспечить подробную и детальную разработку мето­дики всех испытаний, тщательную по установленной форме регист­рацию результатов, своевременный анализ и обобщение результатов испытаний, подготовку всех испытателей на высоком уровне и стро­гое соблюдение регламента и методики испытаний.

Следует отметить, что в настоящее время нет единой общепри­нятой системы контроля и испытаний ЛА, а существует большое раз­нообразие систем, зависящих от особенностей и назначения данной конструкции ЛА (или группы ЛА), условий производства, имеющихся традиций, уровня отработанности технологических процессов и т. д. Более того, пока нет даже единой терминологии для отдельных эта­пов и видов контроля и испытаний. Это приводит к необходимости отработки самих систем контроля и испытаний в каждом конкретном случае, проверки их эффективности и достоверности, т. е. к выпол­нению различного рода оценок надежности, калибровок, сравнения с элементарными испытаниями, тарировок непосредственно перед испытаниями, а также других работ, часто включаемых в методику проведения испытаний. Результатом этого являются удорожание ис­пытаний, различная степень надежности и достоверности испыта­ний, увеличение длительности испытаний и т. д. Создание единой унифицированной (базовой) системы испытаний космических и дру­гих ЛА — в настоящее время актуальная и важная задача. Системы испытаний конкретных аппаратов должны строиться на основе по­добной базовой с сохранением общей методологии, принципов, тех­нологии испытаний, методики обработки результатов и т. д. и отли­чаться лишь включением или исключением каких-то конкретных видов испытаний и контроля или режимами проведения отдельных испыта­ний, вытекающих из специфики данного ЛА.