Летные испытания

Летные испытания — это отрасль авиационной техники , которая разрабатывает специальное оборудование, необходимое для тестирования поведения и систем летательных аппаратов или испытаний атмосферной фазы ракет-носителей и многоразового использования космических кораблей . Приборные системы разрабатываются с использованием запатентованных датчиков и систем сбора данных. Сбор данных осуществляется во время полета самолета или атмосферных испытаний ракет -носителей и многоразового использования космических кораблей . Эти данные проверяются на точность и анализируются для дальнейшего изменения конструкции транспортного средства во время разработки или для проверки конструкции транспортного средства.

На этапе летных испытаний решаются две основные задачи: 1) поиск и устранение конструкции проблем , а затем 2) проверка и документирование возможностей транспортного средства после завершения проектирования транспортного средства или предоставление окончательной спецификации для государственной сертификации или приемки заказчиком. Этап летных испытаний может варьироваться от испытания одной новой системы для существующего транспортного средства до полной разработки и сертификации нового самолета, ракеты-носителя или космического корабля многоразового использования. Поэтому продолжительность конкретной программы летных испытаний может варьироваться от нескольких недель до лет.

Летные испытания самолета

Гражданский самолет

Обычно существует две категории программ летных испытаний — коммерческие и военные. Коммерческие летные испытания проводятся для подтверждения того, что самолет соответствует всем применимым требованиям безопасности и производительности государственного сертифицирующего органа. В США это Федеральное управление гражданской авиации ( FAA ); в Канаде — Transport Canada (TC); в Соединенном Королевстве (Великобритания) – Управление гражданской авиации ; а в Европейском Союзе – Европейское агентство по авиационной безопасности (EASA). Поскольку разработка коммерческих самолетов обычно финансируется производителем самолетов и/или частными инвесторами, сертифицирующее агентство не заинтересовано в коммерческом успехе самолета. Эти гражданские ведомства заботятся о безопасности самолета и о том, чтобы в руководстве пилота по летной эксплуатации точно отражались характеристики самолета. Рынок определит пригодность самолета для эксплуатантов. Обычно орган по гражданской сертификации не участвует в летных испытаниях до тех пор, пока производитель не обнаружит и не устранит какие-либо проблемы при разработке и не будет готов пройти сертификацию.

Военный самолет

Военные программы отличаются от коммерческих тем, что правительство заключает контракт с производителем самолетов на проектирование и строительство самолета, отвечающего конкретным возможностям миссии. Эти требования к характеристикам документально сообщаются производителю в спецификации самолета, а детали программы летных испытаний (среди многих других требований программы) излагаются в задании на работу. В этом случае правительство является заказчиком и напрямую заинтересовано в способности самолета выполнять поставленную задачу. Поскольку правительство финансирует программу, оно с самого начала более активно участвует в проектировании и испытаниях самолетов. Часто военные летчики-испытатели и инженеры включаются в состав группы летных испытаний производителя еще до первого полета. Заключительным этапом летных испытаний военного самолета являются эксплуатационные испытания (ОТ). ОТ проводится только правительственной испытательной группой, которой поручено подтвердить, что самолет пригоден и эффективен для выполнения намеченной задачи. ^{[ нужна ссылка ]}

Летные испытания военных самолетов часто проводятся на военных летно-испытательных полигонах. ВМС США испытывают самолеты на военно-морской авиабазе Патаксент-Ривер , а ВВС США - на базе ВВС Эдвардс . Школа летчиков-испытателей ВВС США и Школа летчиков-испытателей ВМС США — это программы, предназначенные для обучения военного персонала-испытателя. В Великобритании большую часть военных летных испытаний проводят три организации: RAF , BAE Systems и QinetiQ . Для небольших обновлений тестирование может проводиться одной из этих трех организаций изолированно, но основные программы обычно проводятся совместной группой испытаний (JTT), при этом все три организации работают вместе под эгидой объединенной проектной группы (IPT) в воздушном пространстве. . ^{[ нужна ссылка ]}

Летные испытания ракет-носителей и космических кораблей многоразового использования в атмосфере

Тепловизионное изображение летных испытаний первой ступени Falcon 9 с управляемым снижением, начиная с отделения ступеней, на рейсе 13 Falcon 9 , 21 сентября 2014 г. Включает кадры маневрирования первой ступени из шлейфа второй ступени; движение по инерции на высоте около 140 км (87 миль); обратное горение для ограничения перевода на понижение; подготовка к входу в атмосферу; и вход в атмосферу горит на высоте примерно от 70 км (43 миль) до 40 км (25 миль). Не включает ожог при приземлении у поверхности океана, поскольку облака закрывали инфракрасное изображение на малой высоте.

Все ракеты-носители , а также некоторые космические корабли многоразового использования обязательно должны быть спроектированы так, чтобы справляться с аэродинамическими полетными нагрузками при движении в атмосфере.

Многие ракеты-носители проходят летные испытания с гораздо более обширным сбором и анализом данных о ранних орбитальных запусках ракет-носителей конкретной конструкции. Программы испытаний многоразовых космических кораблей или многоразовых ускорителей гораздо более сложны и обычно следуют парадигме полного расширения оболочки традиционных испытаний самолетов. Предыдущие и текущие программы испытаний включают ранние испытания на падение космического корабля «Шаттл» , X-24B , SpaceShipTwo , Dream Chaser , ^[1] Прототипы Falcon 9 , ^[2]^[3] OK-GLI и прототипы космических кораблей SpaceX .

Процессы летных испытаний

Летные испытания — обычно как класс полетов, не приносящих дохода, хотя SpaceX также проводила обширные летные испытания на этапе после миссии возвращающегося полета ракеты-носителя при коммерческих запусках — могут быть подвержены статистически продемонстрированному последнему более высокому риску аварий или серьезные происшествия. Это происходит главным образом из-за неизвестных характеристик управляемости нового самолета или ракеты-носителя и отсутствия установленных эксплуатационных процедур и может усугубляться, если у летного экипажа отсутствует подготовка летчиков-испытателей или опыт. ^[4] По этой причине летные испытания тщательно планируются в три этапа: подготовка; исполнение; анализ и отчетность.

Подготовка

Как для коммерческих, так и для военных самолетов, а также для ракет-носителей подготовка к летным испытаниям начинается задолго до того, как испытательная машина будет готова к полету. Первоначально должно быть определено, что необходимо протестировать, на основании чего инженеры по летным испытаниям готовят план испытаний, который, по сути, представляет собой определенные маневры, которые необходимо выполнить (или системы, которые необходимо отработать). Каждый отдельный тест известен как Тестовая точка. Полная программа сертификационных/квалификационных летных испытаний нового самолета потребует испытаний многих систем самолета и режимов полета; каждый из них обычно документируется в отдельном плане тестирования. В общей сложности программа сертификационных летных испытаний будет состоять примерно из 10 000 контрольных точек. ^{[ нужна ссылка ]}

Документ, используемый для подготовки одного испытательного полета самолета, известен как Тестовая карта. Он будет состоять из описания контрольных точек, которые предстоит пройти. Инженер по летным испытаниям постарается выполнить одинаковые тестовые точки из всех планов испытаний на одних и тех же полетах, если это возможно. Это позволяет получить необходимые данные за минимальное количество летных часов. Программное обеспечение, используемое для управления процессом летных испытаний, известно как программное обеспечение для управления летными испытаниями и помогает инженеру по летным испытаниям при планировании контрольных точек для полета, а также в создании необходимой документации. ^{[ нужна ссылка ]}

После того, как установлены требования к данным летных испытаний, самолет или ракета-носитель оснащается системой сбора данных (DAS) или блоком сбора данных (DAU) и датчиками для записи этих данных для анализа. Типичными параметрами приборов, регистрируемыми во время летных испытаний большого самолета, являются:

Атмосферное (статическое) давление и температура;
Динамическое («общее») давление и температура, измеренные в различных точках фюзеляжа;
Конструктивные нагрузки на крылья и фюзеляж, включая уровни вибрации;
Положение самолета, угол атаки и угол скольжения ;
Ускорения по всем шести степеням свободы , измеренные акселерометрами в разных положениях самолета;
Уровень шума (внутри и снаружи);
Внутренняя температура (в кабине и грузовом отсеке);
Отклонение органов управления самолетом (ручка/штурвал, педаль руля направления и положение дроссельной заслонки);
Параметры работы двигателя (давление и температура на различных ступенях, тяга, скорость сгорания топлива).

Специальные калибровочные инструменты, поведение которых было определено в ходе предыдущих испытаний, могут быть взяты на борт в дополнение к встроенным зондам самолета.

Во время полета эти параметры затем используются для расчета соответствующих параметров летно-технических характеристик самолета, таких как воздушная скорость, высота, вес и положение центра тяжести.

На отдельных этапах летных испытаний, особенно на ранних этапах разработки нового самолета, многие параметры передаются на землю во время полета и контролируются инженерами по летным испытаниям и поддержке испытаний или сохраняются для последующего анализа данных. Это обеспечивает мониторинг безопасности и позволяет проводить анализ получаемых данных как в режиме реального времени, так и с помощью полного моделирования.

Исполнение

Когда самолет или ракета-носитель полностью собрана и оснащена приборами, проводятся многочасовые наземные испытания. Это позволяет изучить множество аспектов: основные принципы работы летательного аппарата, средства управления полетом , характеристики двигателя, оценку устойчивости динамических систем, а также дает первое представление о нагрузках на конструкцию. Затем аппарат может приступить к своему первому полету , что является важной вехой в программе разработки любого самолета или ракеты-носителя.

Программа летных испытаний включает в себя несколько аспектов, среди которых:

Управляемость , оценивающая управляемость самолета и реакцию на действия пилота на всем протяжении полета;
При тестировании характеристик оценивается самолет с учетом его прогнозируемых возможностей, таких как скорость, дальность полета, доступная мощность, сопротивление, характеристики воздушного потока и т. д.;
Аэроупругая/флаттерная устойчивость оценивает динамическую реакцию органов управления и конструкции самолета на аэродинамические (т. е. вызванные воздухом) нагрузки;
Испытания авионики/систем проверяют, что все электронные системы (навигация, связь, радары, датчики и т. д.) работают так, как задумано;
Структурные нагрузки измеряют нагрузки на планер, динамические компоненты и органы управления для проверки структурной целостности во всех режимах полета.

Испытания, специфичные для военных самолетов, включают:

Доставка вооружения, при которой учитывается способность пилота обнаружить цель с помощью бортовых систем и точно доставить боеприпасы в цель;
Оценка отделения боеприпаса при выходе из самолета, чтобы убедиться в отсутствии проблем с безопасностью;
дозаправка в воздухе ;
Измерение радиолокационной/инфракрасной сигнатуры;
Действия авианосца .

Аварийные ситуации рассматриваются как обычная часть всей программы летных испытаний. Примеры: отказ двигателя на различных этапах полета (взлет, крейсерский полет, посадка), отказы систем и ухудшение управления. Общий рабочий диапазон (допустимая полная масса, центры тяжести, высота, максимальная/минимальная скорость полета, маневры и т. д.) устанавливается и проверяется в ходе летных испытаний. Всегда доказывается, что безопасность воздушного судна выходит за пределы, разрешенные для нормальной эксплуатации в Руководстве по летной эксплуатации.

Поскольку основной целью программы летных испытаний является сбор точных инженерных данных, часто по конструкции, которая не полностью проверена, пилотирование самолета для летных испытаний требует высокой степени подготовки и навыков. Таким образом, такие программы обычно выполняются специально обученным летчиком-испытателем , данные собираются инженером -испытателем и часто визуально отображаются летчику-испытателю и/или инженеру-испытателю с использованием приборов для летных испытаний .

Анализ и отчетность

Включает в себя анализ полета для сертификации. Он анализирует внутреннюю и внешнюю часть полета, проверяя все его мельчайшие части. Отчетность включает в себя результаты анализа данных.

Введение Aircraft Performance имеет различные миссии, такие как взлет , набор высоты , круиз , ускорение , замедление , спуск , посадка и другие основные маневры истребителя и т. д.

После летных испытаний самолет должен быть сертифицирован в соответствии с их правилами, такими как , FAA FAR сертификационными требованиями спецификациями (CS) EASA и . и требованиями авиационного персонала Индии

1. Оценка летно-технических характеристик и документация.

Обработка полетных данных включает фильтрацию, коррекцию смещения и разрешение по траектории полета ( траектории ).
Анализ сегментов миссии по данным летных испытаний.
Оценка тяги с использованием Performance Cycle Deck (PCD).
Расчет тяги в полете с использованием In-Flight Thrust Deck (IFTD).
Документирование выполнения полета по стандартным процедурам.
Проверка и обновление модели летно-технических характеристик самолета.

2. Приведение Летно-технических характеристик к стандартным условиям.

Модельная оценка летно-технических характеристик самолетов в условиях международных стандартных атмосферных условий (ISA).
Нестандартные (проверенные) условия изучаются путем индивидуального учета стандартной массы, высоты, скорости и настройки дроссельной заслонки .
Отдельные эффекты добавляются к проверенным (нестандартным) условиям для получения характеристик, соответствующих международным стандартным атмосферным условиям для сертификации .
При взлете и посадке влияние ветра . также учитывается

3. Подготовка и проверка диаграмм производительности для Руководства по эксплуатационным данным (ODM).

Диаграммы характеристик позволяют пилоту прогнозировать характеристики самолета при взлете, наборе высоты, крейсерском полете и посадке. Эти диаграммы, предоставленные производителем, включены в AFM /POH. Информация, предоставленная производителем в этих таблицах, была получена в ходе испытательных полетов, проведенных на новом самолете в нормальных условиях эксплуатации с использованием средних навыков пилотирования, а также с самолетом и двигателем в хорошем рабочем состоянии. Инженеры записывают данные полета и создают диаграммы производительности на основе поведения самолета во время испытательных полетов. Используя эти диаграммы характеристик, пилот может определить длину взлетно-посадочной полосы, необходимую для взлета и посадки, количество топлива, которое будет использовано во время полета, и время, необходимое для прибытия в пункт назначения. Данные графиков не будут точными, если самолет находится в нерабочем состоянии или эксплуатируется в неблагоприятных условиях. Всегда учитывайте необходимость компенсации показателей летно-технических характеристик, если самолет не в рабочем состоянии или навыки пилотирования ниже среднего. Каждый самолет работает по-разному и, следовательно, имеет разные показатели производительности. Рассчитайте характеристики самолета перед каждым полетом, поскольку каждый полет индивидуален.

Каждая карта составлена с учетом определенных условий и содержит примечания по адаптации информации к условиям полета. Важно читать каждый график и понимать, как его использовать. Прочтите инструкции, предоставленные производителем. Объяснение того, как использовать диаграммы, см. в примере, предоставленном производителем для конкретной диаграммы.

Информация, предоставляемая производителями, не стандартизирована. Информация может содержаться в формате таблицы, а другая информация может содержаться в формате графика. Иногда комбинированные графики объединяют два или более графика в одну карту, чтобы компенсировать несколько условий полета. Комбинированные графики позволяют пилоту прогнозировать характеристики самолета с учетом изменений плотности, высоты, веса и ветра на одной карте. Из-за огромного количества информации, которую можно извлечь из диаграмм этого типа, важно очень точно читать диаграмму. Небольшая ошибка в начале может привести к большой ошибке в конце.

Оставшаяся часть этого раздела посвящена информации о характеристиках самолетов в целом и обсуждает, какую информацию содержат карты и как извлечь информацию из карт методами прямого считывания и интерполяции. Каждая карта содержит массу информации, которую следует использовать при планировании полета. Будут обсуждаться примеры форматов таблиц, графиков и комбинированных графиков для всех аспектов полета.

Интерполяция Не всю информацию на графиках легко извлечь. Некоторые карты требуют интерполяции для поиска информации для конкретных условий полета. Интерполирующая информация означает, что, взяв известную информацию, пилот может вычислить промежуточную информацию. Однако пилоты иногда округляют значения в таблицах до более консервативной цифры. Использование значений, отражающих несколько более неблагоприятные условия, дает разумную оценку информации о производительности и небольшой запас прочности. На следующем рисунке показан пример интерполяции информации из диаграммы взлетной дистанции:

Оценка модели для широкого диапазона атмосферных условий, параметров полета и двигателей.
Подготовка и проверка диаграмм и таблиц на основе оценки модели для прогнозирования характеристик самолета.
Это позволит пилоту действовать эффективно и безопасно, а также проводить сравнение характеристик.

Группа летных испытаний

Состав группы летных испытаний будет меняться в зависимости от организации и сложности программы летных испытаний, однако есть некоторые ключевые игроки, которые обычно входят во все организации по летным испытаниям. Руководителем группы летных испытаний обычно является инженер по летным испытаниям (FTE) или, возможно, летчик -испытатель . Другие штатные сотрудники или пилоты также могут быть привлечены. Другими членами команды будут инженер по летно-испытательным приборам, специалисты по контрольно-измерительным системам, отдел технического обслуживания самолетов (механики, электрики, специалисты по авионике и т. д.), инспекторы по качеству/гарантии продукции, персонал наземных вычислений/центров обработки данных, а также логистики. и административная поддержка. Инженеры из различных других дисциплин будут поддерживать тестирование своих конкретных систем и анализировать данные, полученные для их области специализации.

Поскольку многие программы разработки самолетов спонсируются государственными военными службами, в группы летных испытаний часто включаются военные или государственные гражданские пилоты и инженеры. Представители правительства обеспечивают надзор за программой, а также анализируют и утверждают данные. Государственные летчики-испытатели также могут участвовать в реальных испытательных полетах, возможно, даже в первом / первом полете .

См. также

Ссылки

^ «Космический корабль Dream Chaser в Сьерра-Неваде прошел испытания в аэропорту Брумфилд» . dailycamera.com. 29 мая 2012 года. Архивировано из оригинала 31 мая 2012 года . Проверено 29 мая 2012 г.
^ Линдси, Кларк (28 марта 2013 г.). «SpaceX быстро движется к первому этапу обратного полета» . Новые космические часы . Архивировано из оригинала 16 апреля 2013 года . Проверено 29 марта 2013 г.
^ «Прототип многоразовой ракеты почти готов к первому старту» . Космический полет сейчас. 9 июля 2012 года. Архивировано из оригинала 15 июля 2012 года . Проверено 13 июля 2012 г.
^ «Снижение риска нестандартных рейсов» . Архивировано из оригинала 20 мая 2009 года . Проверено 31 января 2011 г.
^ АГАРД-АГ-160-VOL-2, серия летно-испытательных приборов АГАРД. Том 2: Измерения температуры в полете, стр.30

Дальнейшее чтение

Стивен Корда: Введение в аэрокосмическую технику с точки зрения летных испытаний. Вили, 2017 г., ISBN 978-1-118-95336-5 .

Внешние ссылки

[bdc20120529-1] «Космический корабль Dream Chaser в Сьерра-Неваде прошел испытания в аэропорту Брумфилд» . dailycamera.com. 29 мая 2012 года. Архивировано из оригинала 31 мая 2012 года . Проверено 29 мая 2012 г.

[nsw20130328-2] Линдси, Кларк (28 марта 2013 г.). «SpaceX быстро движется к первому этапу обратного полета» . Новые космические часы . Архивировано из оригинала 16 апреля 2013 года . Проверено 29 марта 2013 г.

[sfn20120709-3] «Прототип многоразовой ракеты почти готов к первому старту» . Космический полет сейчас. 9 июля 2012 года. Архивировано из оригинала 15 июля 2012 года . Проверено 13 июля 2012 г.

[4] «Снижение риска нестандартных рейсов» . Архивировано из оригинала 20 мая 2009 года . Проверено 31 января 2011 г.

[5] АГАРД-АГ-160-VOL-2, серия летно-испытательных приборов АГАРД. Том 2: Измерения температуры в полете, стр.30

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]