Летные испытания — это отрасль авиационной техники , которая разрабатывает специализированное оборудование, необходимое для тестирования поведения и систем летательных аппаратов или тестирования атмосферной фазы ракет-носителей и многоразовых космических аппаратов . Системы приборов разрабатываются с использованием фирменных датчиков и систем сбора данных. Данные собираются во время полета самолета или атмосферных испытаний ракет -носителей и многоразовых космических аппаратов . Эти данные проверяются на точность и анализируются для дальнейшего изменения конструкции летательного аппарата во время разработки или для проверки конструкции летательного аппарата.
Фаза летных испытаний решает две основные задачи: 1) поиск и устранение проблем в конструкции , а затем 2) проверка и документирование возможностей транспортного средства после завершения проектирования транспортного средства или для предоставления окончательной спецификации для государственной сертификации или приемки заказчиком. Фаза летных испытаний может варьироваться от испытания одной новой системы для существующего транспортного средства до полной разработки и сертификации нового самолета, ракеты-носителя или многоразового космического корабля. Таким образом, продолжительность конкретной программы летных испытаний может варьироваться от нескольких недель до нескольких лет.
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 агентства. В Соединенных Штатах это Федеральное управление гражданской авиации ( FAA ); в Канаде — Министерство транспорта Канады (TC); в Соединенном Королевстве (UK) Управление гражданской авиации ; и в Европейском союзе — Европейское агентство по безопасности полетов (EASA). Поскольку разработка коммерческих самолетов обычно финансируется производителем самолетов и/или частными инвесторами, сертифицирующее агентство не заинтересовано в коммерческом успехе самолета. Эти гражданские агентства обеспокоены безопасностью самолета и тем, чтобы руководство по летной эксплуатации для пилотов точно сообщало о характеристиках самолета. Рынок определит пригодность самолета для операторов. Обычно гражданское сертифицирующее агентство не участвует в летных испытаниях, пока производитель не обнаружит и не устранит все проблемы разработки и не будет готов запросить сертификацию.
Военные программы отличаются от коммерческих тем, что правительство заключает контракт с производителем самолетов на проектирование и строительство самолета, который будет соответствовать определенным возможностям миссии. Эти требования к производительности документируются производителем в спецификации самолета, а подробности программы летных испытаний (среди многих других требований программы) излагаются в техническом задании. В этом случае правительство является заказчиком и имеет прямую заинтересованность в способности самолета выполнять миссию. Поскольку правительство финансирует программу, оно больше участвует в проектировании и испытаниях самолета с самого начала. Часто военные летчики-испытатели и инженеры интегрируются в состав группы летных испытаний производителя, даже до первого полета. Заключительной фазой летных испытаний военного самолета являются эксплуатационные испытания (OT). OT проводится только правительственной испытательной группой с целью подтверждения того, что самолет пригоден и эффективен для выполнения предполагаемой миссии. [ необходима цитата ]
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 авиабазе Эдвардс . Школа летчиков-испытателей ВВС США и Школа летчиков-испытателей ВМС США — это программы, предназначенные для обучения военных испытателей. В Великобритании большинство военных летных испытаний проводится тремя организациями: Королевскими ВВС , BAE Systems и QinetiQ . Для небольших модернизаций 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 интегрированной проектной группы (IPT) в воздушном пространстве. [ необходима цитата ]
Все ракеты-носители , а также некоторые многоразовые космические аппараты в обязательном порядке должны быть спроектированы с учетом аэродинамических полетных нагрузок при движении в атмосфере.
Многие ракеты-носители проходят летные испытания, при этом сбор и анализ данных о ранних орбитальных запусках конкретной конструкции ракеты-носителя значительно более обширны. Программы испытаний многоразовых космических аппаратов 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 Space Shuttle , X-24B , SpaceShipTwo , Dream Chaser , [1] прототипов Falcon 9 , [2] [3] OK-GLI и прототипов SpaceX Starship .
Летные испытания — как правило, как класс полетов, не приносящих доход, хотя SpaceX также проводила обширные летные испытания на этапе после миссии возвращающегося ускорителя при коммерческих запусках — могут быть подвержены статистически подтвержденному более высокому риску аварий или серьезных инцидентов. Это в основном связано с неизвестностью характеристик управляемости нового самолета или ракеты-носителя и отсутствием установленных рабочих процедур, и может усугубляться, если отсутствует подготовка летчиков-испытателей или опыт летного состава [4] По этой причине летные испытания тщательно планируются в три этапа: подготовка; выполнение; и анализ и отчетность.
Как для коммерческих, так и для военных самолетов, а также для ракет-носителей подготовка к летным испытаниям начинается задолго до того, как испытательный аппарат будет готов к полету. Сначала необходимо определить, что именно 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 проверить). Каждый отдельный тест называется контрольной точкой. Полная программа сертификационных/квалификационных летных испытаний нового самолета потребует испытаний многих систем самолета и режимов полета; каждый из них обычно документируется в отдельном плане испытаний. В целом программа сертификационных летных испытаний будет состоять примерно из 10 000 контрольных точек. [ необходима цитата ]
Документ, используемый для подготовки одного испытательного полета для самолета, называется Тестовой картой. Он будет состоять из описания контрольных точек, которые будут пройдены. Инженер по летным испытаниям попытается пролететь аналогичные контрольные точки из всех планов испытаний в тех же полетах, где это возможно. Это позволяет получить требуемые данные за минимальное количество летных часов. Программное обеспечение, используемое для управления процессом летных испытаний, называется Программным обеспечением для управления летными испытаниями и помогает инженеру по летным испытаниям планировать контрольные точки, которые будут пройдены, а также создавать необходимую документацию. [ необходима цитата ]
После того, как требования к данным летных испытаний установлены, самолет или ракета-носитель оснащаются системой сбора данных (DAS) или блоком сбора данных (DAU) и датчиками для записи этих данных для анализа. Типичные параметры приборов, регистрируемые во время летных испытаний для большого самолета, следующие:
Специальные калибровочные приборы, поведение которых было определено в ходе предыдущих испытаний, могут быть взяты на борт в дополнение к встроенным датчикам самолета.
Во время полета эти параметры затем используются для расчета соответствующих летно-технических характеристик самолета, таких как скорость полета, 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 как анализ в реальном времени, так и полный анализ симуляции получаемых данных.
Когда самолет или ракета-носитель полностью собраны и оснащены приборами, проводятся многие часы наземных испытаний. Это позволяет изучить множество аспектов: базовую работу самолета, управление полетом , работу двигателя, оценку устойчивости динамических систем и дает первый взгляд на структурные нагрузки. Затем аппарат может приступить к своему первому полету , что является важной вехой в любой программе разработки самолета или ракеты-носителя.
Программа летных испытаний включает в себя несколько аспектов, среди которых:
Испытания, специфичные для военных самолетов, включают:
Аварийные ситуации оцениваются как обычная часть всех программ летных испытаний. Примерами являются: отказ двигателя на различных этапах полета (взлет, крейсерский полет, посадка), отказы систем и ухудшение управления. Общий диапазон операций (допустимые общие веса, центры тяжести, высота, макс./мин. скорости полета, маневры и т. д.) устанавливается и проверяется во время летных испытаний. Самолеты всегда демонстрируют безопасность за пределами, разрешенных для обычных операций в Руководстве по летной эксплуатации.
Поскольку основной целью программы летных испытаний является сбор точных инженерных данных, часто по конструкции, которая не полностью проверена, пилотирование летного испытательного самолета требует высокой степени подготовки и мастерства. Таким образом, такие программы обычно проводятся специально обученным летчиком-испытателем , данные собираются инженером по летным испытаниям и часто визуально отображаются летчику-испытателю и/или инженеру по летным испытаниям с помощью приборов летных испытаний .
Включает анализ полета для сертификации. Анализирует внутреннюю и внешнюю часть полета, проверяя все его мельчайшие детали. Отчетность включает в себя результат анализа данных.
Введение Летные характеристики самолета включают в себя различные миссии, такие как взлет , набор высоты , крейсерский полет , ускорение , торможение , снижение , посадка и другие основные маневры истребителя и т. д.
После летных испытаний самолет должен быть сертифицирован в соответствии с такими правилами, как FAR FAA , Certification Specifications (CS) EASA и Требованиями и требованиями к персоналу ВВС Индии .
1. Оценка летных характеристик и документирование
2. Приведение летных характеристик к стандартным условиям
3. Подготовка и проверка диаграмм производительности для руководства по эксплуатационным данным (ODM)
Графики характеристик позволяют пилоту прогнозировать взлетные, подъемные, крейсерские и посадочные характеристики самолета. Эти графики, предоставляемые производителем, включены в AFM /POH. Информация, которую производитель предоставляет на этих графиках, была собрана в ходе испытательных полетов, проведенных на новом самолете в нормальных условиях эксплуатации с использованием средних навыков пилотирования и с самолетом и двигателем в хорошем рабочем состоянии. Инженеры регистрируют данные полета и создают графики характеристик на основе поведения самолета во время испытательных полетов. Используя эти графики характеристик, пилот может определить длину взлетно-посадочной полосы, необходимую для взлета и посадки, количество топлива, которое необходимо использовать во время полета, и время, необходимое для прибытия в пункт назначения. Данные из графиков будут неточными, если самолет не находится в хорошем рабочем состоянии или работает в неблагоприятных условиях. Всегда учитывайте необходимость компенсации показателей характеристик, если самолет не находится в хорошем рабочем состоянии или навыки пилотирования ниже среднего. Каждый самолет ведет себя по-разному и, следовательно, имеет разные показатели характеристик. Рассчитывайте показатели характеристик самолета перед каждым полетом, так как каждый полет отличается.
Каждая диаграмма основана на определенных условиях и содержит примечания о том, как адаптировать информацию к условиям полета. Важно прочитать каждую диаграмму и понять, как ее использовать. Прочтите инструкции, предоставленные производителем. Для объяснения того, как использовать диаграммы, обратитесь к примеру, предоставленному производителем для этой конкретной диаграммы.
Информация, предоставляемая производителями, не стандартизирована. Информация может содержаться в табличном формате, а другая информация может содержаться в графическом формате. Иногда комбинированные графики включают два или более графиков в одну диаграмму, чтобы компенсировать множественные условия полета. Комбинированные графики позволяют пилоту прогнозировать летно-технические характеристики самолета для изменений в плотности, высоте, весе и ветре на одной диаграмме. 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.
Оставшаяся часть этого раздела охватывает информацию о производительности для самолетов в целом и обсуждает, какую информацию содержат диаграммы и как извлекать информацию из диаграмм методами прямого чтения и интерполяции. Каждая диаграмма содержит массу информации, которую следует использовать при планировании полета. Будут рассмотрены примеры форматов таблиц, графиков и комбинированных графиков для всех аспектов полета.
Интерполяция Не вся информация на графиках легко извлекается. Некоторые графики требуют интерполяции для поиска информации для определенных условий полета. Интерполяция информации означает, что, взяв известную информацию, пилот может вычислить промежуточную информацию. Однако иногда пилоты округляют значения на графиках до более консервативных цифр. Использование значений, которые отражают немного более неблагоприятные условия, дает разумную оценку информации о производительности и дает небольшой запас прочности. Следующая иллюстрация является примером интерполяции информации из графика взлетной дистанции:
Состав команды летных испытаний будет меняться в зависимости от организации и сложности программы летных испытаний, однако есть некоторые ключевые игроки, которые, как правило, являются частью всех организаций летных испытаний. Руководителем команды летных испытаний обычно является инженер по летным испытаниям (FTE) или, возможно, летчик-испытатель- экспериментатор . Другие FTE или летчики также могут быть вовлечены. Другими членами команды будут инженер по летным испытаниям, техники по системам приборов, отдел технического обслуживания самолетов (механики, электротехники, техники по авионике и т. д.), инспекторы по качеству/гарантии качества продукции, персонал наземного вычислительного центра/центра обработки данных, а также логистическая и административная поддержка. Инженеры из различных других дисциплин будут поддерживать тестирование своих конкретных систем и анализировать данные, полученные для своей области специализации.
Поскольку многие программы разработки самолетов спонсируются государственными военными службами, военные или работающие на правительство гражданские пилоты и инженеры часто включаются в состав группы летных испытаний. Представители правительства обеспечивают 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 .
