Виды испытаний воздушных судов

Обновлено: 21.07.2024

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.).

Виды испытаний, формальные определения

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:

  1. Лабораторные
  2. Стендовые
  3. Полигонные
  4. Натурные
  5. Испытания с использованием моделей
  6. Эксплуатационные

По виду воздействия испытания выделяют:

  1. Механические
  2. Климатические
  3. Термические
  4. Радиационные
  5. Электрические
  6. Электромагнитные
  7. Магнитные
  8. Химические
  9. Биологические

По назначению испытания бывают:

  1. Исследовательские
  2. Контрольные
  3. Сравнительные
  4. Определительные

По уровню проведения испытания выделяют:

  1. Государственные
  2. Межведомственные
  3. Ведомственные

По этапу разработки продукции испытания бывают:

  1. Доводочные
  2. Предварительные
  3. Приемочные

По испытаниям готовой продукции испытания разделяют на:

  1. Квалификационные
  2. Предъявительские
  3. Приемо-сдаточные
  4. Периодические
  5. Инспекционные
  6. Типовые
  7. Аттестационные
  8. Сертификационные

По продолжительности испытаний:

  1. Нормальные
  2. Ускоренные
  3. Сокращенные

По результату воздействия испытания делят на:

  1. Неразрушающие
  2. Разрушающие
  3. Испытания на стойкость
  4. Испытания на прочность
  5. Испытания на устойчивость

По определяемым характеристикам испытания бывают:

  1. Функциональные
  2. Испытания на надежность
  3. Испытания на безопасность
  4. Испытания на транспортабельность
  5. Граничные испытания
  6. 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.

Испытания для подтверждения соответствия нормам летной годности авиационных двигателей, общие положения

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):

  1. мощность или крутящий момент (соответственно датчики крутящего момента);
  2. частота вращения (тахометры, датчики числа оборотов);
  3. 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).
  4. марки топлив;
  5. марки масла;
  6. температуры (датчики температуры любого подходящего типа) цилиндров или охлаждающей жидкости;
  7. температура масла на входе в двигатель;
  8. температура газа на входе в колесо турбины турбонагнетателя;
  9. частота вращения колеса турбины турбонагнетателя;
  10. давление топлива на входе;
  11. давление масла в главной магистрали;
  12. крутящий момент привода агрегатов и крутящий момент, обусловленный консольным креплением агрегатов;
  13. ресурс двигателя в целом и ресурс деталей, узлов и компонентов.

Для газотурбинных авиационных двигателей определяются следующие значения:

  1. мощность двигателя;
  2. крутящий момент или тяга двигателя;
  3. частота вращения;
  4. температура газа;
  5. 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.
  6. марки топлив;
  7. марки масла;
  8. марки гидравлических жидкостей;
  9. температура масла в точке, обозначенной заявителем самостоятельно;
  10. температура топлива в точке, обозначенной заявителем самостоятельно;
  11. температура наружных поверхностей двигателя;
  12. давление топлива на входе;
  13. давление масла в точке, обозначенной заявителем самостоятельно;
  14. давление гидравлической жидкости;
  15. крутящий момент привода агрегатов и крутящий момент, обусловленный консольным креплением агрегатов;
  16. ресурс двигателя в целом и ресурс деталей, узлов и компонентов;
  17. степень фильтрации топлива;
  18. степень фильтрации масла;
  19. отбор мощности и отбор воздуха;
  20. характеристика потока воздуха на входе в двигатель;
  21. характеристика превышения частот вращения валов роторов при переменных процессах, число случаев и продолжительность превышения частот вращения;
  22. характеристика превышения температуры газа при переменных процессах, число случаев и продолжительность превышения температуры;
  23. характеристика превышения крутящего момента двигателя при переменных процессах, число случаев превышения и продолжительность превышения крутящего момента;
  24. 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.

Стенд для испытания турбовальных двигателей

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.

окно программного обеспечения для проведения испытаний двигателей

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

Куприянов Денис Юрьевич

Куприянов Денис Юрьевич

Юрист частного права

Страница автора

Читайте также: