Виды испытаний воздушных судов
Обновлено: 26.04.2024
Определение и общие сведения об испытаниях. Виды испытаний. Место испытаний в процессе разработки и изготовления ЛА. Испытательные организации и подразделения. Специалисты. Документы, регламентирующие летно-испытательную работу. Организация и проведение ЛИ.
Определение и общие сведения об испытаниях. Виды испытаний. Место испытаний в процессе разработки и изготовления ЛА.
Испытания — один из способов определения характеристик ЛА, проверки правильности и эффективности конструкторских решений, доказательства выполнения заданных требований и требований норм годности.
Испытания могут быть модельные и реального объекта, натурные (в реальных условиях) и стендовые.
В данном курсе идет речь об испытаниях реального объекта, прежде всего о натурных (наземных и летных испытаниях, в курсе сертификации они соответствуют методам определения соответствия 5 и 6), а также стендовых испытаниях (метод 4).
Значимость натурных испытаний реального объекта в том, что они дают самые достоверные результаты. Причина этому понятна.
Стендовые испытания могут быть дороже и сложнее натурных, их проводят в случаях повышенной опасности натурных испытаний (прочностные испытания, испытания нового двигателя, испытания э/с на аварийные режимы). Часто их сочетают.
Испытания подразделяются на:
А) для опытных ЛА (по ГОСТ РВ 15.210-2001):
Предварительные (старые названия: заводские, летно-конструкторские, конструкторские) — они проводятся разработчиком с целью проверки правильности и эффективности конструкторских решений, определения основных летных и эксплуатационных характеристик и соответствия этих характеристик заданным требованиям и нормам годности.
Государственные (для военных) или сертификационные (для гражданских)— проводятся заказчиком (ВВС) для военных или гос. сертифицирующим органом для гражданских ЛА. Имеют целью подтверждение соответствия характеристик ЛА требованиям технического задания и норм годности (ОТТ ВВС или АП). Для гражданских самолетов, особенно для маленьких (АП-23) част случай отсутствия ТЗ, тогда проверяются только требования АП. Могут проводиться и часто проводятся совместно с разработчиком. При этом ЛА испытывается вместе с необходимым снаряжением, наземным оборудованием, эксплуатационной документацией (в отличии от предв.исп.).
Б) для серийных ЛА (по ГОСТ РВ 15.307-2002):
Квалификационные (контрольные) — проводятся изготовителем с участием разработчика и заказчика на первых серийных изделиях с целью оценки готовности завода-изготовителя к производству, соответствия характеристик серийных самолетов опытным, проверки устранения замечаний, выявленных при госиспытаниях. Фактически, представляют из себя сокращенные госиспытания.
Контрольныеиспытания могут проводиться и в процессе серийного производства.
Для гражданских самолетов этот вид испытаний нехарактерен.
Предъявительские и приемосдаточные — выполняются на каждом выпущенном образце с целью определения его соответствия требованиям ТУ. Выполняются на серийном заводе: предъ. — заводом, п/с — представительством заказчика (независимой инспекцией для гражд.)
Периодические — выполняются с определенной периодичностью по времени или по кол-ву изделий с целью контроля стабильности качества продукции (более углубленного соответствия требованиям ТУ). Выполняются на серийном заводе представительством заказчика (независимой инспекцией для гражд.) с участием завода.
В) для серийных и модифицируемых ЛА (по ГОСТ РВ 15.307-2002)
Типовые — выполняются для оценки эффективности предлагающихся изменений и целесообразности внесения их в конструкцию. Проводит завод-изготовитель с участием ПЗ, при необходимости с участием разработчика, институтов заказчика и других организаций.
Для гражданских — доп. серт. исп.(вместо заказчика — независимая инспекция).
Специальные — все испытания, проводимые с целью уточнения характеристик или расширения области эксплуатации серийных самолетов, проверки ресурса серийного ЛА, его систем и агрегатов (ресурсные испытания), проверки возможных вариантов модификации или модернизации, для научных исследований. Выполняются разработчиком (м.б. изготовителем или совместно).
Спец. исп. при модификации или модернизации часто объединяют с типовыми.
Отдельно стоит выделить эксплуатационные испытания.
В некоторой степени они являются продолжением госиспытаний, а именно в той, в каковой эксплуатационные и экономические требования представлены в ТЗ (в нормах годности эксплуатационные требования выражены расплывчато, а экономические отсутствуют). Но в них участвуют серийные самолеты, и они проводятся не испытательной, а эксплуатирующей организацией (строевой частью или авиакомпанией) с соответствующим штатом и уровнем подготовки специалистов (обычно используется организация с хорошим уровнем и ей оказывается всяческая помощь). Цель — определение эксплуатационной технологичности ЛА и наземного оборудования, экономических показателей эксплуатации.
Испытательные организации и подразделения. Специалисты.
В промышленности: ЛИИ им.Громова.
В ГА: ГосНИИ ГА (и ГосНИИ АН).
Подразделения на предприятиях промышленности (ЛИП): ЛИиДБ, ЛИБ, ЛИЦ, ЛИК — у разработчика, ЛИС — у изготовителя.
На заводах-изготовителях: ПЗ (НИ).
Все специалисты ЛИП должны быть обучены и аттестованы.
Наиболее важных специалистов точки зрения непосредственного проведения испытательных работ готовит ШЛИ. Их две: военная и гражданская.
- ведущих инженеров по ЛИ,
- ведущих инженеров по специальностям (сейчас практически нет),
- ведущих инженеров по эксплуатации.
ШЛИ также проводит курсы повышения квалификации для начальников ЛИП и их заместителей по летной работе.
Документы, регламентирующие летно-испытательную работу.
А) Правовые документы (показать перечень и зачитать основные документы).
Упомянуть про виды авиации.
Б) Методические документы, которые говорят, что и как нужно делать в ЛИ.
Что проверять и в каких условиях, говорится в ТЗ и нормах годности (ОТТ ВВС, АП).
Как проверять, говорится в РИАТах, МОСах к АП, рекомендательных циркулярах МАК.
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;
Как самостоятельное направление мировой авиационной науки теория летных испытаний самолетов возникла в конце 20-х годов. К этому времени в Советском Союзе и за рубежом в летно-испытательную и летно-исследовательскую работы включаются большие группы авиационных специалистов, как теоретиков, так и практиков.
В 30-х годах в ЦАГИ[1] широко используется физический натурный эксперимент, изучаются в полете особенности динамики самолета, основные виды маневров, условия нагружения конструкции в полете, разрабатываются методы определения поляры самолета и количественной оценки его устойчивости, управляемости и маневренности, а также методы определения взлетно-посадочных характеристик, начинаются работы по изучению штопора и флаттера самолета. Создаются первые оригинальные методы приведения летных характеристик самолета к стандартным атмосферным условиям. Все более расширяется фронт летно-исследовательских работ, совершенствуются методы летных испытаний самолетов.
В 40—50-е годы начинают особенно интенсивно разрабатываться методы летных исследований неустановившихся форм движения самолетов, проводятся прочностные и аэродинамические исследования. Совершенствуются методы приведения летных характеристик самолета к стандартным и расчетным условиям полета, а также методика определения количественных характеристик устойчивости, управляемости и маневренности самолетов и их летно-технических характеристик.
Первые натурные данные об особенностях полета с околозвуковой скоростью в условиях, когда отрицательное влияние сжимаемости воздуха резко возрастает, были получены в начале 1943 г. в процессе полетов самолета БИ-1. Было установлено, что в околозвуковом диапазоне скоростей при появлении на крыле и оперении зон сверхзвукового течения воздушного потока возможны чрезвычайно сильные изменения устойчивости и управляемости самолета. Зарубежный опыт кратковременной эксплуатации самолетов Ме-262 (1943—1945 гг.) и ряд тяжелых происшествий на самолетах Ме-262 и «Сандерболт», связанных с самопроизвольным затягиванием их в пикирование, не давали оснований для оптимизма. Различные нарушения устойчивости и управляемости и прежде всего затягивание в пикирование, казалось, стали непреодолимым барьером на пути освоения мировой авиацией около — и сверхзвуковых скоростей. Поэтому в первые послевоенные годы усилия советских ученых и конструкторов были направлены в первую очередь на изыскание более совершенных аэродинамических форм скоростного самолета.
Первые обнадеживающие результаты были получены в ходе проводившихся под руководством профессоров И. В. Остославского и Н. С. Строева летных исследований на крылатых моделях и экспериментальном самолете Ла-160 — первом отечественном реактивном самолете со стреловидным крылом (конструкция С. А. Лавочкина, 1946). Проведенные исследования показали, что стреловидная форма крыла и оперения существенно смягчает наблюдающиеся в околозвуковом диапазоне чисел М опасные явления в устойчивости и управляемости самолетов.
В 1947—1949 гг. происходит бурное развитие отечественной реактивной авиации и массовое освоение ее летным составом. Советские конструкторы, используя опыт, полученный в ходе летных исследований, создают совершенные по своим аэродинамическим формам и летным данным самолеты со стреловидными крылом и оперением. Появляются серийные реактивные самолеты конструкции А. С. Яковлева, А. И. Микояна, С. А. Лавочкина, А. Н. Туполева, оснащенные отечественными турбореактивными двигателями.
Решающий штурм «звукового барьера» развернулся в 1949 г. Осенью 1949 г. впервые в отечественной практике на серийном самолете МиГ-15, в режиме пологого пикирования с полной тягой двигателя летчики-испытатели С. Н. Анохин и А. М. Тютерев в двух последовательных полетах превысили скорость звука и достигли числа М= 1,01.
Первая половина 50-х годов ознаменовалась глубоким вторжением авиации в область сверхзвуковых скоростей, определением практически всех основных количественных характеристик новых реактивных самолетов. Фундаментальные исследования этих лет позволили выявить и изучить все известные в настоящее время характерные особенности поведения скоростных самолетов при около — и сверхзвуковых скоростях, на больших высотах и при воздействии на конструкцию ЛА больших аэродинамических нагрузок. Были открыты новые явления, ранее неизвестные в отечественной и зарубежной летной практике. В последующие годы этот опыт помог успешно преодолеть основные трудности, стоявшие на пути массового освоения летным составом военно-воздушных сил и аэрофлота современных высокоскоростных самолетов.
Серьезные работы по изучению особенностей полета с около — и сверхзвуковой скоростью на больших высотах и по обобщению опыта этих полетов, а также по совершенствованию методики летных испытаний и экспериментальной базы проводились в этот период и за рубежом, в частности в США, Англии и Франции.
Творческий труд научных работников, конструкторских коллективов, летчиков-испытателей, инженеров и техников сыграл решающую роль в успешном освоении летным составом, притом в короткие сроки, поступившей на вооружение в 50-е годы мощной сверхзвуковой техники, что обеспечило советской авиации одно из ведущих мест в мире.
В 50—60-е годы в практику летных испытаний широко внедряются методы получения всех основных характеристик самолета из записей неустановившегося движения, а также новые, более совершенные виды измерений и обработки материалов летного эксперимента. Широко практикуется создание специализированных летающих лабораторий и экспериментальных самолетов, а также математическое, полунатурное и натурное моделирование. Начинают разрабатываться методы летных испытаний авиационных комплексов и авиационных систем. В практику летных испытаний внедряются специализированные системы автоматизированной обработки материалов эксперимента, позволившие не только ускорить сам процесс получения необходимой информации, но и использовать различные математические методы, которые ранее не находили достаточного применения из-за их сложности. Интенсивно развиваются методы упреждающего и оперативного моделирования на ЭВМ и специализированных летающих лабораториях, а также оперативного управления ходом летного эксперимента. Совершенствуются формы организации, техника проведения эксперимента, оборудование (в том числе и контрольноизмерительная аппаратура), методы получения уже в ходе самого эксперимента (т. е. в реальном масштабе времени) всех необходимых для оценки самолета характеристик.
Значительна роль летного эксперимента в разработке и совершенствовании объективных методов оценки характеристик самолетов и авиационных комплексов. Натурный эксперимент все еще остается наиболее надежным путем получения достоверной информации о реальных возможностях скоростного самолета, его динамических свойствах, управляемости и пилотажных качествах и тем более о эффективности авиационного комплекса в целом.
Испытаниям опытных изделий нередко предшествуют широкие летные исследования на специализированных летающих лабораториях и самолетах-аналогах, а также на динамически подобных свободно летающих крупномасштабных моделях. Прочный фундамент современной методологии летных испытаний ЛА заложен отечественными учеными. Особенно значителен вклад В. С. Ведрова, И. В. Остослав- ского, М. А. Тайца.
Летные испытания, играющие весьма важную роль в отечественной практике для оценки основных характеристик ЛА и их соответствия требованиям наземных испытаний и исследований, как правило, за рубежом имеют значительно меньшее значение. Действительно, осуществление на практике принципа «испытывай все перед полетом» дает возможность до 80% характеристик получить на земле. Стоимость 1 ч летных испытаний почти в 100 раз выше 1 ч наземных, поэтому покупатели, вложив немалые акцепты, ждут скорого получения самолетов,.чтобы начать прибыльную эксплуатацию. Воистину «время — деньги».
В этих условиях период летных испытаний рассматривается не как созидательный, познавательный этап, а лишь как контрольный зачетный, открывающий путь для получения дивидендов авиакомпаниями и фирмами-производителями. В этом видят основной смысл летных испытаний, поэтому их стремятся провести как можно быстрее, максимально комплексно, сосредоточившись лишь на тех видах, которые с достаточной уверенностью нельзя смоделировать в наземных условиях.
Считая летные испытания большей частью потерянным временем, фирмы все же признают их важным моментом подтверждения в реальных условиях высоких характеристик ЛА, осуществляя второй основополагающий принцип —■ «летай перед тем как продавать». Как правило, результаты летных испытаний дают лишь 5—7% разброса по сравнению с наземными испытаниями и расчетными данными.
Основные особенности проведения летных испытаний, например в США, состоят в следующем:
• главный упор делается на крайние режимы по безопасности и надежности для максимального «открытия» областей безопасной эксплуатации и подтверждения расчетных данных (в первую очередь большие углы, флаттер, посадка на больших углах, обледенение и др.);
• по требованиям федеральных авиационных властей (FAA) и покупателей проводится демонстрация фактических запасов по надежности, прочности и безопасности (экстренное торможение на взлете, покидание пассажирами аварийного самолета и др.) в сравнении с расчетными нормами;
• наземные демонстрации эксплуатационной технологичности проводятся с хронометражем операций;
• резко сокращено время летных испытаний (до 9—11 месяцев) с одновременным повышением их качества.
Сокращение времени летных испытаний осуществляется за счет:
• проведения основного объема испытаний (80 %) в наземных условиях, максимально приближенных к эксплуатационным;
• организации, планирования и управления летными испытаниями как части комплексной программы производства самолетов;
• одновременного использования нескольких самолетов (до 5) с четким разделением целей и объемов испытаний;
• использования нескольких аэродромов с различными климатическими условиями (при интенсивном налете каждого самолета 35—40 летных часов в месяц);
• интенсивного (с циклом 3—4 месяца) подключения к испытаниям серийных самолетов;
• комплексирования, насыщенности и целенаправленности программ летных испытаний, обеспечивающих их эффективность и качество;
• четкой методологической направленности программ и подчиненности задачам сертификации по нормам FAA (30 %), т. е. из 1500 полетов примерно 300 являются зачетными для подтверждения требований по нормам FAA;
• установки мощного автоматизированного экспериментального оборудования на борту самолета для получения информационного массива данных и обработки в реальном масштабе времени;
• сопровождающего моделирования полета на земле в реальном масштабе времени;
• широкой автоматизации регистрации и обработки данных как на земле, так и в полете, позволяющей получить через 3 ч после полета полную информацию о результатах, а также использования быстродействующих ЭВМ и дисплейных станций в режиме диалога «борт—земля»;
• умелого использования сопутствующих факторов (подключение к наземным испытаниям летчиков-испытателейна ранней стадии, благоприятные климатические условия, высокоавтоматизированная система управления воздушным движением и др.).
Испытания являются обязательным элементом процесса создания любого ответственного узла, агрегата, конструкции и в целого изделия, будь то воздушное судно, его двигатель, крыло и т.п. На каждом этапе создания проходят испытания, каждое из которых имеет свои цели и особенности.
Специфика каждого испытания нашла свое отражение в его формализованном наименовании. В данной статье будут перечислены все основные виды формализованных испытаний для науки в целом. В отдельных отраслях науки и техники есть свои специфические испытания, обусловленные как раз спецификой отрасли.
Основным регламентирующим документом в России и ряде стран ближнего зарубежья является ГОСТ 16504-81 Межгосударственный стандарт. Система государственных испытаний продукции. Испытания и контроль качества продукции. Основные термины и определения.
Итак, испытания - что это, какие основные понятия включает, какие виды испытаний бывают.
Испытание - это экспериментальное определение (оценивание и контроль) количественных и (или) качественных характеристик свойств объекта испытаний как результата воздействия на него, при его функционировании, при моделировании объекта и (или) воздействий. Главным документом при испытаниях является программа испытаний - это конституция для сотрудника, задействованного в испытаниях.
Программа испытаний - это организационно-методический документ, обязательный к выполнению, устанавливающий объект и цели испытаний, виды, последовательность и объем проводимых экспериментов, порядок, условия, место и сроки проведения испытаний, обеспечение и отчетность по ним, а также ответственность за обеспечение и проведение испытаний. На основании программы испытаний составляется методика испытаний. Методика испытаний проходит аттестацию на предмет определения обеспечиваемых методикой значений показателей точности, достоверности и (или) воспроизводимости результатов испытаний и их соответствия заданным требованиям. Иными словами, проверка, чтобы линейкой не измеряли массу.
Методика испытаний - это организационно-методический документ, обязательный к выполнению, включающий метод испытаний, средства и условия испытаний, отбор проб, алгоритмы выполнения операций по определению одной или нескольких взаимосвязанных характеристик свойств объекта, формы представления данных и оценивания точности, достоверности результатов, требования техники безопасности и охраны окружающей среды.
Испытания проходят на испытательном оборудовании. Оно может быть абсолютно разным, решать разные задачи, обеспечивать исследование только одной определенной характеристики или обеспечить возможность проведения комплексных испытаний, может быть миниатюрным или размером с целый квартал или полигон.
Испытательное оборудование - это средство испытаний, представляющее собой техническое устройство для воспроизведения условий испытаний - совокупности воздействующих факторов и (или) режимов функционирования объекта при испытаниях.
Итак, приступим к разбору видов испытаний. Выделять виды испытаний возможно по нескольким классифицирующим признакам.
ВИДЫ ИСПЫТАНИЙ
По условиям и месту проведения испытания бывают:
- Лабораторные
- Стендовые
- Полигонные
- Натурные
- Испытания с использованием моделей
- Эксплуатационные
По виду воздействия испытания выделяют:
- Механические
- Климатические
- Термические
- Радиационные
- Электрические
- Электромагнитные
- Магнитные
- Химические
- Биологические
По назначению испытания бывают:
- Исследовательские
- Контрольные
- Сравнительные
- Определительные
По уровню проведения испытания выделяют:
- Государственные
- Межведомственные
- Ведомственные
По этапу разработки продукции испытания бывают:
- Доводочные
- Предварительные
- Приемочные
По испытаниям готовой продукции испытания разделяют на:
- Квалификационные
- Предъявительские
- Приемо-сдаточные
- Периодические
- Инспекционные
- Типовые
- Аттестационные
- Сертификационные
По продолжительности испытаний:
- Нормальные
- Ускоренные
- Сокращенные
По результату воздействия испытания делят на:
- Неразрушающие
- Разрушающие
- Испытания на стойкость
- Испытания на прочность
- Испытания на устойчивость
По определяемым характеристикам испытания бывают:
- Функциональные
- Испытания на надежность
- Испытания на безопасность
- Испытания на транспортабельность
- Граничные испытания
- Технологические испытания
Конкретные испытания могут объединять в себе несколько из признаков классификации. Например, государственные аттестационные стендовые испытания на надежность.
Ряд испытаний нуждается в расшифровке.
Так, например, термин "стендовые испытания". Понятие "испытательный стенд" в различных отраслях трактуется пo paзному. Так, например, в технике вибрационных испытаний под вибрационным стендом понимается вибрирующий стол, на который устанавливается испытуемое изделие, а весь комплекс средств управления и измерения вместе со столом называют вибрационной установкой.
Стенд для испытания двигателя, наоборот, включает в себя весь комплекс средств, необходимых для проведения этих испытаний. Имеются большие разноречия в толковании этого термина и в зарубежной терминологии. Поскольку термин "испытательное оборудование" как средство испытаний для воспроизведения условий испытаний полностью охватывает все толкования понятия "испытательный стенд", то, соответственно, распространенный термин "стендовые испытания" определяется как испытания, проводимые на испытательном оборудовании.
"Натурные испытания" же испытания реализуются в случае выполнения трех основных условий.
1. Испытаниям подвергается непосредственно изготовленная продукция (т.е. объект испытаний) без применения моделей изделия или его составных частей.
2. Испытания проводятся в условиях и при воздействиях на продукцию, соответствующих условиям и воздействиям использования по целевому назначению.
3. Определяемые характеристики свойств объекта испытаний измеряются непосредственно и при этом не используются аналитические зависимости, отражающие физическую структуру объекта испытаний и его составных частей. Допускается использование математического аппарата статистической обработки экспериментальных данных.
Понятием "средство испытаний" охватываются любые технические средства, применяемые при испытаниях. Сюда относится, прежде всего, испытательное оборудование, под которым понимаются средства воспроизведения условий испытаний. В средства испытаний включаются средства измерений как встроенные в испытательное оборудование, так и применяемые при испытаниях для измерений тех или иных характеристик объекта или контроля условий испытаний. К средствам испытаний следует относить также вспомогательные технические устройства для крепления объекта испытаний, регистрации и обработки результатов. К средствам испытаний относятся также основные и вспомогательные вещества и материалы (реактивы и т.п.), применяемые при испытаниях.
Сертификаты летной годности и Дополнения к ним выдаются только после подтверждения соответствия изделий стандартным требованиям к летной годности.
Требования Авиационных правил, часть 33, распространяются на газотурбинные и поршневые маршевые двигатели: дозвуковых самолетов и винтокрылых аппаратов транспортной категории; легких самолетов и винтокрылых аппаратов нормальной категории, а также очень легких воздушных судов (ОЛВС) гражданского назначения.
Аналогичные требования, распространяются и на изделия военного и двойного назначения.
Бремя доказывания соответствия изделия действующим нормам лежит на заявителе (чаще всего это сам разработчик изделия).
Для этих целей проводятся различные испытания, в том числе стендовые, лабораторные, сертификационные.
Авиационный двигатель подлежит обязательной сертификации. Получение Сертификата типа двигателя является крайне сложной и дорогой процедурой, цена ошибки на любом из этапов процесса сертификации может обернуться большими материальными потерями.
Испытания авиационных двигателей должны сопровождаться оформлением соответствующих документов и проходить на аттестованном испытательном оборудовании.
В комплект передаваемых на сертификацию документов помимо стандартных разделов (руководство по эксплуатации, крепление, габариты и чертеж, условия взаимодействия и требования к компонентам и многое другое) обязательно включается информация о:
- максимально допустимые нагрузки на узлы соединения двигателя с агрегатами и системами воздушного судна;
- характеристики двигателя: мощность/тяга наилучшего и наихудшего двигателя и информация о способах определения влияния на характеристики двигателя таких факторов, как изменение отборов воздуха, мощности, скорости полета, давления, температуры и влажности окружающей среды;
- график мощности двигателя;
- информация о режимах работы авиационного двигателя при 1) запуске, 2) работе на земле, 3) работе в полете;
- для вертолетных двигателей заявитель должен предоставить данные по параметрам и изменению характеристик двигателя, чтобы дать возможность разработчику воздушного судна разработать методы реализации, располагаемой на воздушном судне мощности при одном неработающем двигателе;
- описание основных и всех резервных режимов работы системы управления двигателя, а также любой дублирующей системы, вместе с соответствующими ограничениями, и ее взаимодействия с системами воздушного судна;
- характеристики применяемых воздушных винтов и соответствующих характеристик двигателя при применении данных воздушных винтов.
Данная информация подтверждается только путем проведения испытаний и почти все полученные данные заносятся в Карту данных Сертификата типа двигателя.
Режимы работы двигателей и вытекающие эксплуатационные ограничения являются ключевой характеристикой авиационного двигателя. Детальная информация о режимах получается путем обработки массива данных, полученных при испытании авиационного двигателя на соответствующем стенде.
Для поршневых авиационных двигателей определяются следующие значения (применяемые датчики):
- мощность или крутящий момент (соответственно датчики крутящего момента);
- частота вращения (тахометры, датчики числа оборотов);
- давление на входе (датчики абсолютного и относительного давления динамические и статические) и продолжительность работы на критической по давлению высоте и на высоте, соответствующей по давлению стандартной атмосфере на уровне моря (система сбора данных должна обеспечивать срабатывание триггеров). Первые три характеристики указываются для каждого из установленной максимальной продолжительной мощности (при работе без наддува или работе на каждом режиме наддува); и установленной взлетной мощности (при работе без наддува или работе на каждом режиме наддува).
- марки топлив;
- марки масла;
- температуры (датчики температуры любого подходящего типа) цилиндров или охлаждающей жидкости;
- температура масла на входе в двигатель;
- температура газа на входе в колесо турбины турбонагнетателя;
- частота вращения колеса турбины турбонагнетателя;
- давление топлива на входе;
- давление масла в главной магистрали;
- крутящий момент привода агрегатов и крутящий момент, обусловленный консольным креплением агрегатов;
- ресурс двигателя в целом и ресурс деталей, узлов и компонентов.
Для газотурбинных авиационных двигателей определяются следующие значения:
- мощность двигателя;
- крутящий момент или тяга двигателя;
- частота вращения;
- температура газа;
- продолжительность непрерывной работы и общая наработка (ресурс). Первые пять характеристик определяются для большого числа режимов работы, обязательными являются 10 режимов, например, для установленной максимальной продолжительной мощности или тяги (форсированной), для установленной 30-минутной мощности при одном неработающем двигателе или для работы при использовании в режиме вспомогательного двигателя.
- марки топлив;
- марки масла;
- марки гидравлических жидкостей;
- температура масла в точке, обозначенной заявителем самостоятельно;
- температура топлива в точке, обозначенной заявителем самостоятельно;
- температура наружных поверхностей двигателя;
- давление топлива на входе;
- давление масла в точке, обозначенной заявителем самостоятельно;
- давление гидравлической жидкости;
- крутящий момент привода агрегатов и крутящий момент, обусловленный консольным креплением агрегатов;
- ресурс двигателя в целом и ресурс деталей, узлов и компонентов;
- степень фильтрации топлива;
- степень фильтрации масла;
- отбор мощности и отбор воздуха;
- характеристика потока воздуха на входе в двигатель;
- характеристика превышения частот вращения валов роторов при переменных процессах, число случаев и продолжительность превышения частот вращения;
- характеристика превышения температуры газа при переменных процессах, число случаев и продолжительность превышения температуры;
- характеристика превышения крутящего момента двигателя при переменных процессах, число случаев превышения и продолжительность превышения крутящего момента;
- характеристика максимального превышению крутящего момента двигателя для турбовинтовых и турбовальных двигателей со свободной турбиной.
При определении характеристик двигателя, эксплуатационных и общих ограничений в расчет должны приниматься точности системы управления и контроля работы двигателя (точность измерительного канала и канала управления).
Заявитель самостоятельно выбирает режимы работы авиационного двигателя по мощности и тяге, заявляемые к сертификации.
Применяемые в двигателе материалы должны иметь прочностные характеристики, определённые на основании достаточного количества испытаний, позволяющего установить статистически обоснованные расчетные значения и максимально обеспечивать коррозионную стойкость двигателя.
Авиационный двигатель должен удовлетворять требованиям по технологичности производства, пожарной безопасности и надежности и безопасности электрических соединений.
Прочность элементов конструкции двигателя во многом определяется применяемыми материалами, при этом должна быть обеспечена безопасность элементов конструкци при разрушении одного из них. Траектория оторвавшихся фрагментов (например, лопасти турбины) не должна повредить корпус авиадвигателя или другие элементы. Более того, разработчик должен на основании испытания предоставить информацию о работе двигателя с дисбалансом и его влиянии на воздушное судно, его системы и конструкцию, поскольку вибрация может быть в этом случае очень значительной при разрушении лопатки. Температурное расширение/сжатие элементов конструкции не должно привести к опасным, связанным с двигателем, последствиям.
Силовой корпус камеры сгорания должен иметь достаточную статическую и циклическую прочность и в пределах ресурса исключать возможность образования трещин. На этапе разработки, помимо теоретических расчетов, применяются исследования с помощью тензорезисторов, в том числе выскотемпературных тензорезисторов. Конструкция ротора двигателя также подвергается исследованиям с применением тензорезисторов и телеметрических систем сбора данных с вращающихся узлов.
Испытания наиболее критически напряженных деталей роторов двигателя является обязательным условием. Испытания проводятся в течение периода продолжительностью 5 минут при ее максимальной эксплуатационной температуре и при наибольшей из перечисленных частот вращения:
- равной 120 % ее максимально допустимой частоты вращения (максимальной частоты вращения, соответствующей установленной 2-минутной и/или установленной 30-секундной мощности при одном неработающем двигателе, если они предусмотрены), если испытания проводятся на специальном стенде и на диске ротора смонтированы либо лопатки, либо эквивалентные по весу грузы;
- равной 115 % ее максимально допустимой частоты вращения (максимальной частоты вращения, соответствующей установленной 2-минутной и/или установленной 30-секундной мощности при одном неработающем двигателе, если они предусмотрены), если испытания проводятся на двигателе;
- равной 115 % ее максимально допустимой частоты вращения (максимальной частоты вращения, соответствующей установленной 2-минутной и/или установленной 30-секундной мощности при одном неработающем двигателе, если они предусмотрены), если испытания проводятся на турбонагнетателе, работающем на горячем газе, который поступает от специальной установки;
- равной 105 % наивысшей частоты вращения, которая возможна в результате отказа наиболее критического узла или системы;
- равной наивысшей частоте вращения, которая может быть достигнута в результате отказа любого узла или системы двигателя.
Помимо этого роторы испытываются при нормальной температуре при частоте вращения равной 120% частоты вращения, при которой в процессе холодной раскрутки в деталях ротора возникают рабочие напряжения, которые эквивалентны напряжениям, возникающим при максимальной эксплуатационной температуре и максимально допустимой частоте вращения.
Для испытаний должен использоваться ротор, который обладает наихудшей комбинацией свойств материалов и допусков на размеры, предусмотренных его типовой конструкцией.
После испытания размеры каждого ротора должны находиться в пределах утвержденных для двигателя допусков в условиях превышения частоты вращения и на деталях ротора не должно быть трещин или деформаций.
После испытания элементов двигателя приступают к испытаниям системы управления двигателем. Система должна поддерживать правильные параметры работы двигателя и правильно реагировать на их изменение с достаточной точностью.
Заявитель должен показать, что выход системы управления из строя не приводит к ситуациям, когда двигатель превышает любое эксплуатационное ограничение, на двигателе возникает помпаж, срыв потока или другие неприемлемые признаки. Испытания системы управления и ПО осуществляют на всех возможных режимах ив отношении всех элементов системы.
Особенностью испытания поршневых авиационных двигателей является необходимость обеспечения возможности ручной прокрутки - вращения коленчатого вала с медленным управляемым движением. Не должно быть возможности повреждения двигателя с помощью привода ручной прокрутки.
Автор статьи
Читайте также:
- Можно ли в арбитражном суде ссылаться на гпк
- Вправе ли конституционный суд рф оценивать конституционность правоприменительной практики
- Основанием для государственной регистрации заключения брака является заявление
- Какими бортами должны расходиться суда на ввп
- Верховный уголовный суд удостоверился что злонамеренная цель сих тайных обществ была