Как проверить системы нового самолета без самого самолета
Отработка единой идеологии функционирования всех систем самолета по объему и сложности соизмерима с проектированием его планера. И если для наземных испытаний результатов проектирования планера используется статический экземпляр самолета, то для проверки комплексирования систем самолета создается функциональная модель, так называемая железная птица. Ее официальное название — Стенд гидросистемы и механизмов с полунатурным моделированием комплексной системы управления и системой управления общесамолетным оборудованием.
"Железная птица" отличается высокой степенью подобия настоящему самолету. Кроме реальной кабины пилотов (с системой визуализации, но без системы подвижности, как на полнопилотажных тренажерах FFS) и бортовых вычислителей в ее состав входят и реальные компоненты систем самолета. Например, гидросистема с насосами, трубопроводами и гидроприводами рулевых поверхностей и настоящих стоек шасси. При этом имеются и специальные моторы, имитирующие аэродинамические нагрузки, действующие на рули и стойки шасси (например, при боковом ветре). Все это размещено на металлической раме в близком соответствии с реальным расположением этих агрегатов на планере самолета. Более того, на продвинутых "Железных птицах" имитируется и деформация крыла во время полета, что позволяет испытывать работу механизации крыла в условиях, приближенных к реальным.
"Железная птица" позволяет изучить ситуации, создавать которые в реальном полете либо невозможно, либо крайне нежелательно
Фото: НПК "Иркут"
Очень важно, что "Железная птица" позволяет изучить ситуации, создавать которые в реальном полете либо невозможно, либо крайне нежелательно. Все системы в самолете имеют три уровня резервирования, но было бы слишком опасно испытывать в полете поведение третьего уровня при всевозможных отказах двух первых или, допустим, испытывать взаимодействие отказа одной системы с двойным отказом другой (аналогичным образом режимы сваливания изучаются в аэродинамической трубе, а не в реальном полете).
Создание "Железных птиц" становится еще более актуальным в связи с тем, что все пассажирские самолеты новых поколений оснащаются электродистанционными системами управления — ЭДСУ. Благодаря им связь между органами управления в кабине самолета и его аэродинамическими управляющими поверхностями осуществляется через специальные компьютеры. Они в зависимости от условий полета вычисляют углы отклонения рулей и элеронов, необходимые для получения заданного пилотом результата. То есть пилот воздействует на приводы управляющих поверхностей не напрямую (или через систему усиления), а посредством соответствующего преобразования сигналов от датчиков на органах управления в кабине.
Наличие ЭДСУ упрощает механическую конструкцию самолета, но усложняет алгоритмы управления, поэтому отработка взаимодействия всех систем также проводится на "Железной птице". Испытывается весь диапазон режимов нормальной эксплуатации, а также всевозможные отказы, при этом отрабатывается и взаимодействие с системами индикации и сигнализации.
Зарубежный опыт
Корпорация Boeing приступила к созданию "Железных птиц" — Integration Test Vehicle (ITV) в терминологии Boeing — при разработке своих пассажирских самолетов в 1960-х гг. Отработка взаимодействия систем на комплексном стенде ITV позволяет сократить время разработки нового самолета, к тому же и конструкция "Железной птицы" постоянно совершенствуется, гораздо большая роль отводится компьютерам. Изменилась и структура "Железной птицы". Переход на ЭДСУ позволил сделать ITV более компактным, при этом доступ к компонентам систем значительно упростился. Кроме того, на ITV для Boeing 787 предусмотрены три стенда систем управления, что позволяет проводить три испытания одновременно, тогда как на 777 был только один такой стенд. Благодаря параллельным испытаниям разработчикам удалось уложиться в жесткие сроки создания нового самолета.
По информации компании Boeing, интегрирование и испытание систем на "Железной птице" позволило сэкономить много времени и средств по сравнению с ситуацией, если бы все это приходилось делать во время или после изготовления реального летного прототипа. Кроме того, результаты ряда испытаний был зачтены при сертификации Boeing 787, что позволило сократить программу летных испытаний.
Компания Airbus, которая создает "Железные птицы" с момента разработки своего первого самолета A300B, подошла к разработке комплексного стенда — Aircraft Zero в терминологии Airbus — для новейшего A350XWB особенно тщательно. В ходе работ удалось обнаружить и устранить ряд важных проблем. Например, поначалу створки шасси открывались недостаточно плавно — вопрос был решен путем введения задержки во времени между моментом снятия створок с замков и началом подачи давления в гидросистеме для их открытия.
Электродистанционая система управления на A350 еще более сложная, чем обычно, — это первый в мире коммерческий самолет, закрылки и предкрылки которого постоянно управляются компьютером, что позволяет непрерывно оптимизировать профиль крыла в зависимости от условий полета и экономить топливо. Но взаимодействие элементов ЭДСУ потребовало тщательных испытаний на "Железной птице". Вес Aircraft Zero для A350 составляет 170 т, установка была создана в 2010 г. В "Железной птице" полностью воспроизведены все системы самолета и все подвижные части.
Во многом результатом столь тщательной проработки стало то обстоятельство, что программа создания и ввода A50XWB в коммерческую эксплуатацию была выполнена в заранее намеченные сроки и в ходе летных испытаний не были обнаружены сколько-нибудь заметные проблемы. Правда, Airbus дополнительно потратил в 2013 г. 434 млн евро, чтобы уложиться в эти сроки.
Иногда разработчики ограничиваются созданием не "железной", а "Электронной птицы", на которой используется приближенная к реальности кабина пилотов и настоящие бортовые вычислители, а работа всех остальных агрегатов имитируется компьютерами. Если поставщики систем уверены в их работе и имеют адекватные компьютерные модели, такой стенд позволяет сэкономить заметные средства, однако и степень подобия настоящему самолету у него меньше. Таким путем пошли и при создании российского самолета Sukhoi Superjet 100, однако до сих пор не утихают споры о том, удалось бы его разработчикам при наличии "Железной птицы" обнаружить и устранить проблему с заклиниванием предкрылков еще на этапе наземных испытаний, а не в ходе коммерческой эксплуатации самолета.
"Железная птица" для МС-21
При создании МС-21 для обеспечения процесса отработки, проведения комплексных функциональных испытаний систем самолета, их взаимодействия, подготовки к первому полету, повышения безопасности летных испытаний, а также проведения сертификационных заводских и контрольных испытаний корпорацией "Иркут" было решено создать полнофункциональный стенд "Железная птица". Стенд размещен в ФГУП "ГосНИИ авиационных систем" (ГосНИИАС).
Здесь планируется глубокая интеграция стенда "Железная птица" и комплексного стенда бортового оборудования "Электронная птица", также размещенного в ФГУП "ГосНИИАС". Это позволит создать полнофункциональный аналог самолета МС-21 с возможностью отработки и испытания полного комплекса бортового оборудования и механических систем лайнера.
В настоящее время на стенде идет интенсивная отработка системы уборки и выпуска шасси
Фото: НПК "Иркут"
Полноразмерный стенд самолета МС-21 представляет собой силовой каркас, имитирующий крыло, хвостовое оперение, места подвески опор шасси и пилоны двигателей. На них размещены агрегаты и системы механизации крыла и хвостового оперения, трубопроводы и агрегаты гидросистемы и комплексной системы управления, а также механизмы системы уборки-выпуска шасси, имитаторы реверса маршевой силовой установки. Стойки шасси оснащены системой загрузки, имитирующей аэродинамические и весовые нагрузки. Также предусмотрены имитаторы аэродинамических и весовых нагрузок для рулей высоты и направления, элеронов и элементов механизации крыла (закрылков, предкрылков и интерцепторов).
Комплексная система управления, размещенная на стенде "Железная птица" полностью соответствует той, что установлена на самолете. Для обеспечения управления стендом, записи параметров систем и агрегатов в процессе проведения испытаний разработана распределенная информационно-измерительная система с организацией рабочих мест инженеров-испытателей и рабочих мест пилотов с системой визуализации закабинной обстановки.
Между собой системы и агрегаты соединены трубопроводами, кабелями, имеющими ту же длину, что и на настоящем самолете. Это позволяет сохранить их физические характеристики: падение давления в трубопроводах и собственное сопротивление проводников тока, оценить взаимное влияние цифровых линий связи агрегатов комплексной системы управления.
Стенд "Железная птица" размещен в стендовом зале площадью 1,5 тыс. м2 с соблюдением мер безопасности, связанных с применением в гидравлической системе рабочей жидкости Skydrol LD-4 на основе сложных эфиров фосфорной кислоты.
Силовой каркас стенда разработан и изготовлен в ТАНТК им. Г. М. Бериева в Таганроге (входит в состав ОАК). Все оборудование и агрегаты, составляющие гидравлическую систему и комплексную систему управления, те же, что монтируются на самолеты МС-21 в Иркутске. Сборка стенда и ввод его в эксплуатацию выполнены специалистами инженерного центра корпорации "Иркут" в сотрудничестве с АО "ОКБ Аэрокосмические системы".
В настоящее время на стенде идет интенсивная отработка системы уборки и выпуска шасси, комплексной системы управления, гидросистемы, необходимая для обеспечения первого вылета самолета. Исследуется работа систем на различных режимах полета, проверяется соответствие реальных параметров систем и агрегатов требованиям, заложенным в техническое задание на системы самолета. Оперативно вносятся корректировки в конструкторскую документацию. Нарабатывается минимально необходимый ресурс агрегатов и систем в составе стенда, необходимый для обеспечения безопасности при проведении летных испытаний.
По заказу корпорации "Иркут" в ФГУП "ГосНИИАС" также выполнена работа по прототипированию на специальном стенде человеко-машинного интерфейса кабины экипажа МС-21. Его назначение — проектирование и динамическое тестирование информационно-управляющего поля кабины экипажа до начала изготовления элементов кабины и разработки программного обеспечения системы экранной индикации. Целью этой работы было создание интуитивно понятных процедур управления МС-21.
Стендам предстоит работать 40–50 лет, пока самолеты МС-21, оборудование которых в ГосНИИАС тестируется, будут находиться в эксплуатации. На них будут отрабатываться все дальнейшие модификации самолета.
Полноразмерный стенд самолета МС-21 представляет собой силовой каркас, имитирующий крыло, хвостовое оперение, места подвески опор шасси и пилоны двигателей
Фото: НПК "Иркут"
Фото: НПК "Иркут"
Источник: http://www.ato.ru/content/ispytaniya-zheleznoy-pticy
