Летные испытания - Flight test

Летно-испытательный автомобиль Embraer Praetor

Летные испытания это филиал авиационная техника который обрабатывает и собирает данные во время полета самолет, или же атмосферный тестирование ракеты-носители и многоразовый космический корабль, а затем анализирует данные для оценки аэродинамических летных характеристик транспортного средства, чтобы подтверждать дизайн, включая аспекты безопасности.

На этапе летных испытаний решаются две основные задачи: 1) поиск и устранение любых неисправностей. дизайн проблемы а потом 2) проверка и документирование возможностей транспортного средства для государственной сертификации или принятия потребителями. 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

Как правило, существуют 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 управление гражданской авиации (FAA ); в Канаде, Транспорт Канады (ТС); в Объединенное королевство (Великобритания), Управление гражданской авиации; И в Европейский Союз, то Европейское агентство 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 операторов. Обычно агентство гражданской сертификации не участвует в летных испытаниях, 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 для выполнения конкретных задач. Эти требования к характеристикам задокументированы для производителя в спецификации воздушного судна, 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 свою миссию. Поскольку правительство финансирует программу, оно с самого начала более активно участвует в проектировании и испытаниях самолетов. Часто военные летчики-испытатели и инженеры входят в состав летной группы изготовителя 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 подходит и эффективен для выполнения намеченной миссии.^{[нужна цитата ]}

Летные испытания военных самолетов часто проводятся на военных летно-испытательных полигонах. ВМС США испытывают самолет на Авиационная база ВМС Патаксент Ривер и ВВС США в База ВВС Эдвардс. В 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: РАФ, 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. .^{[нужна цитата ]}

Атмосферные летные испытания ракет-носителей и многоразовых космических аппаратов

Воспроизвести медиа

Тепловидение летные испытания на управляемом снижении первой ступени Falcon 9 от разделения этапов и далее, на Falcon 9 Flight 13, 21 сентября 2014 г. 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, так как облака закрывали инфракрасное изображение на малой высоте.

Все ракеты-носители, а также несколько многоразовых космических аппаратов обязательно должны быть спроектированы таким образом, чтобы справляться с аэродинамическими полетными нагрузками при движении в атмосфере.

Многие ракеты-носители проходят летные испытания, с более обширным сбором и анализом данных исходный орбитальный запуск конкретной конструкции ракеты-носителя. Испытательные программы многоразовых космических аппаратов или многоразовых ускорителей гораздо сложнее и обычно следуют полному расширение конверта парадигма традиционных испытаний самолетов. Предыдущие и текущие тестовые программы включают ранний падение испытания из Космический шатл, то Х-24Б, SpaceShipTwo, Стремящийся к мечте,^[1] Прототипы Falcon 9,^[2]^[3] OK-GLI, и Прототипы SpaceX Starship.

Процессы летных испытаний

Летные испытания - обычно как класс бесполезных полетов, хотя SpaceX также провела обширные летные испытания послеполетный этап обратного полета на ускорителе при запуске доходов - может подвергаться статистически подтвержденному более высокому риску аварий или серьезных инцидентов. Это в основном связано с неизвестными характеристиками управляемости нового самолета или ракеты-носителя и отсутствием установленных эксплуатационных процедур и может усугубляться, если у пилота-испытателя не хватает подготовки или опыта у летного экипажа.^[4] По этой причине летные испытания тщательно планируются в три этапа: подготовка; исполнение; и анализ и отчетность.

Подготовка

Датчик статического давления на носу Сухой Суперджет 100 прототип

Датчики давления и резервуары с водой для летных испытаний в Боинг 747-8I прототип

Установка датчика статического давления на борту Боинг 747-8I прототип; 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 нужно протестировать, из чего Инженеры по летным испытаниям подготовить 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.^{[нужна цитата ]}

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 при планировании точек испытаний, которые будут выполняться, а также при создании необходимой документации.^{[нужна цитата ]}

После того, как требования к данным летных испытаний установлены, самолет или ракету-носитель оснащают инструментами для записи этих данных для анализа. Типичные параметры приборов, зарегистрированные во время летных испытаний для большого самолета:

Атмосферное (статическое) давление и температура;
Динамическое («общее») давление и температура, измеренная в различных точках фюзеляжа;
Структурные нагрузки в крыльях и фюзеляже, включая уровни вибрации;
Положение самолета, угол атаки, и угол скольжения;
Ускорения во всех шести степени свободы, измеренные акселерометрами в различных положениях самолета;
Уровни шума (внутри и снаружи);
Внутренняя температура (в кабине и грузовых отсеках);
Управление самолетом отклонение (ручка / ярмо, 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 отдельных этапах летных испытаний, особенно на ранних этапах разработки нового самолета, многие параметры изменяются. передан на землю во время полета и под наблюдением летные испытания и инженеры службы поддержки тестирования, или хранится для последующего анализа данных. Это обеспечивает мониторинг безопасности и позволяет анализировать собираемые данные как в реальном 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 несколько аспектов: базовую работу самолета, управление полетом, характеристики двигателя, оценка устойчивости динамических систем и дает первое представление о нагрузках на конструкции. После этого автомобиль может продолжить движение. первый полет, важная веха в любой программе разработки самолетов или ракет-носителей.

Программа летных испытаний включает несколько аспектов, среди которых:

Управляемость качества, который оценивает управляемость самолета и реакцию на действия пилота на всем диапазоне полета;
Тестирование производительности оценивает самолет в отношении его прогнозируемых характеристик, таких как скорость, дальность, 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 органах управления для проверки структурной целостности во всех режимах полета.

Специфические испытания военной авиации включают:

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

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, 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 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 обученными летчик-испытатель, данные собираются инженер-летчик-испытатель, и часто визуально отображается пилоту-испытателю и / или инженеру-испытателю с помощью приборы 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.

ВступлениеAircraft Performance имеет различные задачи, такие как Взлететь, Взбираться, Круиз, Ускорение, Замедление, Спуск, Посадка и другие Основные маневры истребителя, так далее..

После летных испытаний самолет должен быть сертифицирован в соответствии с их правилами, такими как FAA с ДАЛЕКО, EASA Спецификации сертификации (CS) и Индия Соответствие и требования авиационного персонала России.

1. Оценка летных характеристик и документация

Обработка полетных данных включает фильтрацию, коррекцию смещения и разрешение по траектории полета (Траектория ).
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 летных характеристик со стандартными процедурами.
Проверка и обновление летно-технической модели ВС.

2. Снижение летно-технических характеристик до стандартных условий.

Модельная оценка летно-технических характеристик самолета с Международная стандартная атмосфера условия (ISA).
Нестандартные (испытанные) условия изучаются путем включения стандартной массы, высоты, скорости, дроссель настройка индивидуально.
Индивидуальные эффекты добавляются к тестируемым (нестандартным) условиям, чтобы получить производительность при Международная стандартная атмосфера условия для Сертификация.
За Взлететь и Посадка, эффект Ветер тоже считается.

3. Подготовка и проверка графиков производительности для руководства по рабочим данным (ODM)

Диаграммы характеристик позволяют пилоту прогнозировать взлетные, наборные, крейсерские и посадочные характеристики самолета. Эти таблицы, 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 летные данные и создают графики 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, поскольку 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 графиков в одну, чтобы компенсировать несколько условий полета. Комбинированные графики позволяют пилоту прогнозировать летно-технические характеристики самолета для изменений плотности, высоты, веса и ветра на одном графике. Из-за огромного количества информации, которую можно извлечь из этого типа диаграмм, важно быть очень точными 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 большой объем информации, которую следует использовать при планировании полета. Будут обсуждены примеры форматов таблиц, графиков и комбинированных графиков для всех аспектов полета.

ИнтерполяцияНе всю информацию на графиках легко извлечь. Некоторые диаграммы требуют интерполяции для поиска информации 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-летчика на борту Airbus A380 прототип

Состав группы летных испытаний будет варьироваться в зависимости от организации и сложности программы летных испытаний, однако есть некоторые ключевые игроки, которые обычно являются частью всех организаций летных испытаний. Руководителем группы летных испытаний обычно является инженер-летчик-испытатель (FTE) или, возможно, экспериментальный летчик-испытатель. Также могут быть задействованы 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 государственными военными службами, военные или работающие в правительстве гражданские пилоты и инженеры часто включаются в команду летных испытаний. Представители правительства осуществляют надзор за программой, а также рассматривают и утверждают данные. Государственные летчики-испытатели также могут участвовать в реальных испытательных полетах, возможно, даже в первых /первый полет.

Смотрите также

дальнейшее чтение

Стивен Корда: Введение в аэрокосмическую технику с точки зрения летных испытаний. Wiley, 2017, ISBN 978-1-118-95336-5.
Роберт Стенгель: Динамика полета. Издательство Принстонского университета, 2004 г., ISBN 0-691-11407-2.

внешняя ссылка

[bdc20120529-1] «В аэропорту Брумфилд испытан космический корабль Dream Chaser из Сьерра-Невады». dailycamera.com. 29 мая 2012. Архивировано с оригинал 31 мая 2012 г.. Получено 29 мая 2012.

[nsw20130328-2] Линдси, Кларк (28 марта 2013 г.). «SpaceX быстро движется к первой ступени обратного полета». NewSpace Watch. Получено 29 марта 2013.

[sfn20120709-3] «Опытный образец многоразовой ракеты почти готов к первому запуску». Космический полет сейчас. 9 июля 2012 г.. Получено 13 июля 2012.

[4] «Снижение риска для нестандартных рейсов». Получено 31 января 2011.

[1]

[2]

[3]

[4]