Летные испытания - Flight test

Летно-испытательный автомобиль Embraer Praetor

Летные испытания является филиалом авиационной техники , которая разрабатывает и данные собирает во время полета на самолете или атмосферных испытаний ракет - носителей и многоразовых космических кораблей , а затем анализирует данные для оценки характеристик целостности и аэродинамического полета транспортного средства для того , чтобы подтвердить дизайн, включая аспекты безопасности.

На этапе летных испытаний решаются две основные задачи: 1) обнаружение и устранение любых конструктивных проблем, а затем 2) проверка и документирование возможностей транспортного средства для государственной сертификации или принятия заказчиком. Этап летных испытаний может варьироваться от испытания отдельной новой системы для существующего транспортного средства до полной разработки и сертификации нового самолета, ракеты-носителя или многоразового космического корабля. Поэтому продолжительность конкретной программы летных испытаний может варьироваться от нескольких недель до многих лет.

Летные испытания самолета

Гражданская авиация

Обычно есть две категории программ летных испытаний - коммерческие и военные. Испытания в коммерческих полетах проводятся для подтверждения того, что самолет соответствует всем применимым требованиям к безопасности и характеристикам государственного сертифицирующего агентства. В США это Федеральное авиационное управление ( FAA ); в Канаде - Transport Canada (TC); в Соединенном Королевстве (UK) - 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 агентства заботятся о безопасности самолета и о том, что руководство по летной эксплуатации точно сообщает характеристики самолета. Рынок определит пригодность самолета для эксплуатантов. Обычно агентство гражданской сертификации не участвует в летных испытаниях до тех пор, пока производитель не обнаружит и не исправит какие-либо проблемы разработки и не будет готов запросить сертификацию.

Военный самолет

Военные программы отличаются от коммерческих тем, что правительство заключает контракты с производителем самолетов на проектирование и строительство самолета, отвечающего требованиям конкретной миссии. Эти требования к характеристикам задокументированы для производителя в спецификации самолета, а подробности программы летных испытаний (среди многих других требований программы) изложены в техническом задании. В этом случае государство 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 объединяются в состав группы летных испытаний производителя еще до первого полета. Заключительный этап летных испытаний военного самолета - это эксплуатационные испытания (OT). OT проводится только правительственной испытательной группой с требованием удостоверить, что самолет пригоден и эффективен для выполнения намеченной миссии.

Летные испытания военных самолетов часто проводятся на военных летно-испытательных полигонах. ВМС США испытывают самолеты на военно-морской авиабазе Патаксент-Ривер и ВВС США на базе ВВС Эдвардс . Школа летчиков-испытателей ВВС США и Школа летчиков-испытателей ВМС США - это программы, предназначенные для обучения военнослужащих-испытателей. В Великобритании большинство военных летных испытаний проводят три организации: RAF , BAE Systems и QinetiQ . Для незначительных обновлений испытания могут 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 единой проектной группы (IPT) в воздушном пространстве. .

Атмосферные летные испытания ракет-носителей и многоразовых космических аппаратов

Тепловизионное изображение летных испытаний с управляемым снижением первой ступени Falcon 9, начиная с отделения ступеней, на Falcon 9 Flight 13 , 21 сентября 2014 года. Включает кадры маневров первой ступени из шлейфа второй ступени; движение по инерции на высоте около 140 км (87 миль); ускорение назад для ограничения перевода вниз; подготовка к повторному ожогу; и возвращение в атмосферу с высоты 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 несколько многоразовых космических аппаратов обязательно должны быть спроектированы с учетом аэродинамических нагрузок полета при движении в атмосфере.

Многие ракеты-носители проходят летные испытания с более обширным сбором и анализом данных при первоначальном орбитальном запуске ракеты-носителя конкретной конструкции. Программы испытаний многоразовых космических аппаратов или многоразовых ускорителей намного сложнее и обычно следуют парадигме полного расширения возможностей традиционных испытаний самолетов. Предыдущие и текущие программы испытаний включают ранние испытания на падение космического челнока , прототипов X-24B , SpaceShipTwo , Dream Chaser , Falcon 9 , OK-GLI и SpaceX Starship .

Процессы летных испытаний

Летные испытания - обычно как класс полетов, не приносящих прибыли, хотя SpaceX также провела обширные летные испытания на этапе после завершения полета возвращающегося ускорителя при коммерческих запусках - могут быть подвержены статистически подтвержденному более высокому риску несчастных случаев или происшествий. серьезные происшествия. Это в основном связано с неизвестными характеристиками управляемости нового самолета или ракеты-носителя и отсутствием установленных правил эксплуатации и может усугубляться, если у пилота-испытателя не хватает подготовки или опыта у летного экипажа. фазы: подготовка; исполнение; и анализ и отчетность.

Подготовка

Датчик статического давления на носовой части прототипа Sukhoi Superjet 100
Летные испытания датчиков давления и резервуаров для воды на прототипе Boeing 747-8I
Установка для измерения статического давления на прототипе Boeing 747-8I ; длинная трубка, свернутая внутри ствола, соединена с зондом, который может быть развернут далеко за хвостовой частью самолета.

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 необходимо определить, что необходимо проверить, 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 Test Point. Полная программа сертификационных / квалификационных летных испытаний нового самолета потребует тестирования многих систем самолета и режимов полета; каждый обычно документируется в отдельном плане тестирования. В целом программа сертификационных летных испытаний будет состоять примерно из 10 000 контрольных точек.

Документ, используемый для подготовки к единовременному испытательному полету самолета, известен как Тестовая карта. Он будет состоять из описания контрольных точек, которые будут выполняться. Инженер-летчик-испытатель попытается выполнить одинаковые контрольные точки из всех планов испытаний на одних и тех же полетах, где это возможно. Это позволяет получить необходимые данные за минимальное количество летных часов. Программное обеспечение, используемое для управления процессом летных испытаний, известно как программное обеспечение управления полетными испытаниями, и помогает инженеру по летным испытаниям планировать точки испытаний, которые будут выполняться, а также создавать необходимую документацию.

После того, как требования к данным летных испытаний установлены, самолет или ракету-носитель оснащают системой сбора данных (DAS) или блоком сбора данных (DAU) и датчиками для записи этих данных для анализа. Типичные параметры контрольно-измерительной аппаратуры, зарегистрированные во время летных испытаний для большого самолета:

  • Атмосферное (статическое) давление и температура;
  • Динамическое («общее») давление и температура, измеренные в различных точках фюзеляжа;
  • Структурные нагрузки на крылья и фюзеляж, включая уровни вибрации;
  • Положение самолета, угол атаки и угол бокового скольжения ;
  • Ускорения по всем шести степеням свободы , измеренные с помощью акселерометров в разных местах самолета;
  • Уровни шума (внутри и снаружи);
  • Внутренняя температура (в кабине и грузовых отсеках);
  • Самолет управляет отклонением (джойстик, педаль руля направления и положение дроссельной заслонки);
  • Рабочие параметры двигателя (давление и температура на разных ступенях, тяга, скорость сжигания топлива).

Специальные калибровочные инструменты, поведение которых было определено в ходе предыдущих испытаний, могут быть доставлены на борт, чтобы дополнить встроенные в самолет датчики.

Затем во время полета эти параметры используются для расчета соответствующих характеристик летательного аппарата, таких как воздушная скорость, высота, вес и положение центра тяжести.

На выбранных 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 технической поддержке или сохраняются для последующего анализа данных. Это обеспечивает мониторинг безопасности и позволяет анализировать собираемые данные как в режиме реального времени, так и в режиме полного моделирования.

Исполнение

Когда самолет или ракета-носитель полностью собраны и оснащены приборами, проводятся многочасовые наземные испытания. Это позволяет исследовать множество аспектов: базовую работу летательного аппарата, средства управления полетом , характеристики двигателя, оценку устойчивости динамических систем и дает первый взгляд на нагрузки на конструкции. После этого аппарат может отправиться в свой первый полет , что является важной вехой в любой программе разработки самолетов или ракет-носителей.

Программа летных испытаний включает несколько аспектов, среди которых:

  • Управленческие качества , оценивающие управляемость самолета и реакцию на действия пилота во всем диапазоне полета;
  • При тестировании характеристик самолет оценивается с точки зрения его прогнозируемых характеристик, таких как скорость, дальность полета, доступная мощность, лобовое сопротивление, характеристики воздушного потока и т. Д.
  • Аэроупругая / флаттерная устойчивость, оценивает динамический отклик органов управления и конструкции самолета на аэродинамические (т. Е. Вызванные воздухом) нагрузки;
  • Тестирование авионики / систем подтверждает, что все электронные системы (навигация, связь, радары, датчики и т. Д.) Работают должным образом;
  • Структурные нагрузки измеряют напряжения на планере, динамических компонентах и ​​элементах управления для проверки структурной целостности во всех режимах полета.

Испытания, характерные для военных самолетов, включают:

  • Доставка оружия, которая проверяет способность пилота захватить цель с помощью бортовых систем и точно доставить боеприпасы к цели;
  • Оценка отделения боеприпаса при выходе из самолета, чтобы убедиться в отсутствии проблем с безопасностью;
  • дозаправка в воздухе ;
  • Измерение радиолокационной / инфракрасной сигнатуры;
  • Авианосные операции.

Аварийные ситуации оцениваются 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, центр тяжести, высота, максимальная / минимальная воздушная скорость, маневры и т. Д.) Устанавливается и проверяется во время летных испытаний. Безопасность воздушного судна всегда подтверждается сверх пределов, разрешенных для нормальных полетов 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. По существу, такие программы обычно выполняются специально обученным пилотом-испытателем , данные собираются инженером-испытателем и часто визуально отображаются пилоту-испытателю и / или инженеру-испытателю с использованием приборов для летных испытаний .

Анализ и отчетность

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

Введение В летно-технические характеристики самолета входят различные задачи, такие как взлет , набор высоты , круиз , ускорение , замедление , снижение , посадка и другие базовые маневры истребителя и т. Д.

После летных испытаний, самолет должен быть сертифицирован в соответствии с их правилами , как FAA «s FAR , EASA » ы сертификации Спецификации (CS) и Индии «s Air персонала по соблюдению и требований.

1. Оценка летных характеристик и документация

  • Обработка полетных данных включает фильтрацию, коррекцию смещения и разрешение по траектории полета ( траектории ).
  • Анализ участков полета по данным летных испытаний.
  • Оценка тяги с использованием Performance Cycle Deck (PCD).
  • Расчет тяги в полете с использованием тяги в полете (IFTD).
  • Документация о летных характеристиках со стандартными процедурами.
  • Проверка и обновление летно-технической модели ВС.

2. Снижение летно-технических характеристик до стандартных условий.

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

Графики характеристик позволяют пилоту прогнозировать взлетные, наборные, крейсерские и посадочные характеристики самолета. Эти графики, предоставленные производителем, включены в AFM / POH. Информация, которую производитель предоставляет на этих диаграммах, была получена в результате 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 характеристик на основе поведения самолета во время тестовых полетов. Используя эти диаграммы характеристик, пилот может определить длину взлетно-посадочной полосы, необходимую для взлета и посадки, количество топлива, которое будет использоваться во время полета, и время, необходимое для прибытия в пункт назначения. Важно помнить, что данные с карт не будут точными, если самолет находится в плохом рабочем состоянии или при эксплуатации в неблагоприятных условиях. Всегда учитывайте необходимость компенсации показателей производительности, если самолет не в хорошем рабочем состоянии или навыки пилотирования ниже среднего. Каждый самолет работает по-разному и, следовательно, имеет разные характеристики. Вычисляйте характеристики самолета перед каждым полетом, так как каждый полет индивидуален.

Каждая карта основана на определенных условиях и содержит примечания о том, как адаптировать информацию к условиям полета. Важно прочитать каждую диаграмму и понять, как ею пользоваться. Прочтите инструкции производителя. Для объяснения того, как использовать диаграммы, обратитесь к примеру, предоставленному производителем для этой конкретной диаграммы.

Информация, предоставляемая производителями, не стандартизирована. Информация может содержаться в формате таблицы, а другая информация может содержаться в формате графика. Иногда комбинированные графики включают два или более графика в одну, чтобы компенсировать несколько условий полета. Комбинированные графики позволяют пилоту прогнозировать летно-технические характеристики самолета с учетом изменений плотности, высоты, веса и ветра на одном графике. Из-за огромного количества информации, которую можно извлечь из этого типа диаграммы, важно быть очень точным при чтении диаграммы. Небольшая ошибка в начале может привести к большой ошибке в конце.

Остальная часть этого раздела охватывает информацию о характеристиках воздушного судна в целом и обсуждает, какую информацию содержат карты и как извлекать информацию из карт с помощью методов прямого считывания и интерполяции. Каждая карта содержит огромное количество информации, которую следует использовать при планировании полета. Будут обсуждены примеры форматов таблиц, графиков и комбинированных графиков для всех аспектов полета.

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

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

Группа летных испытаний

Рабочее место инженера-испытателя на борту прототипа Airbus A380

Состав группы летных испытаний будет варьироваться в зависимости от организации и сложности программы летных испытаний, однако есть некоторые ключевые игроки, которые, как правило, являются частью всех организаций, проводящих летные испытания. Руководителем группы летных испытаний обычно является инженер-летчик-испытатель (FTE) или, возможно, летчик-испытатель . Могут быть задействованы и другие FTE или пилоты. Другими членами группы будут инженер по летным испытаниям по приборам, техники по системам КИПиА, отдел технического обслуживания самолетов (механики, электротехники, специалисты по авионике и т. Д.), Инспекторы по обеспечению качества / продукции, персонал наземных вычислительных центров / центров обработки данных, а также логистика 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 правительственными военными службами, военные или работающие в правительстве гражданские пилоты и инженеры часто включаются в группу летных испытаний. Представители правительства осуществляют надзор за программой, а также рассматривают и утверждают данные. Правительственные летчики-испытатели также могут участвовать в реальных испытательных полетах, возможно, даже в первом / первом полете .

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение

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

внешние ссылки