Лекция 10. Летные испытания. Испытания силовых установок, систем и оборудования ла.

Для всех систем и оборудования ЛА подход к испытаниям одинаков:

А) Подтвердить, что система выполняет свои функции, и ее параметры соответствуют требованиям технического задания и норм годности во всей области условий эксплуатации самолета или системы (если эта область меньше по какому-либо параметру). ОУЭ характеризуется следующими условиями: высота полета, скорость полета, вертикальная скорость, температура наружного воздуха, перегрузки по всем осям, углы пространственного положения – тангаж и крен, аэродинамические углы – атаки и скольжения, неблагоприятные внешние воздействия – вибрация, излучение и др. электромагнитные воздействия, локальный нагрев, влажность и пр. Если ОУЭ системы меньше ОУЭ самолета, на эксплуатацию системы накладываются ограничения, указываемые в РЛЭ. Если система оказывает существенное влияние на безопасность полета, то ограничения по работе системы накладываются на самолет (его ОУЭ уменьшается).

Б) Подтвердить, что система при своей работе не оказывает неблагоприятного влияния на работу других систем и оборудования самолета (а также отсутствие неблагоприятного влияния других систем на испытываемую).

Особенности испытаний различных систем.

ИСПЫТАНИЯ СИЛОВЫХ УСТАНОВОК.

В состав силовых установок входят двигатели, а также топливная и масляная системы, система охлаждения двигателей, система управления двигателями, система подачи воздуха, противообледенительная система двигателя, противопожарная система двигателя.

При этом двигатели являются готовыми изделиями, они сначала испытываются не на испытываемом самолете, а отдельно, сначала на стенде, затем на ЛЛ.

При испытаниях самолета испытывают обычно не двигатели как таковые, а силовую установку в комплексе. В данном курсе рассматриваются именно эти испытания.

Для оценки работы силовой установки самолета требуется:

• определить параметры и оценить устойчивость работы дви­гателя в полете на установившихся режимах во всей области эксплуатации самолета (выполняется в комплексе со всеми испытаниями), для ГТД особое внимание уделяется определению газодинамической устойчивости (испытания на «помпаж»);

• проверить устойчивость работы двигателя на переходных режимах (приемистость и дросселирование);

• определить пусковые свойства двигателей на земле и в по­лете, область режимов полета, на которых возможен запуск (часто встречаются ограничения по высоте полета и температуре наружного воздуха), особенности запуска двигателей при различных условиях;

• определить основные технические данные двигателя (тягу и удельный расход топлива), заданные техническим заданием, на расчетных ре­жимах полета – определяется в комплексе с ЛТХ самолета;

• проверить вибрационные характеристики двигателей на зем­ле и в полете;

• определить температурные условия работы корпусов и аг­регатов двигателей и отсеков, в которых установлены двигатели;

• проверить выполнение противопожарных требований в отсеках двигателей (вентиляция, дренаж);

• определить эксплуатационные характеристики двигателя.

В рамках специальных программ испытаний проверяется следующие характеристики силовых установок:

• эффективность работы противообледенительной системы двигателей – выполняется в испытаниях на обледенение, если они не предусмотрены, то отдельно);

• устойчивость работы двигателей в полете при стрельбе из бор­тового оружия (пушки, НУРСы, ракеты) – выполняется при испытаниях на боевое применение;

При проведении летных испытаний двигателя на ресурс, кро­ме перечисленных выше работ, требуется:

1) проверить надежность работы двигателя и его агрегатов в течение установленного ресурса;

2) проверить стабильность работы системы регулирования двигателя;

3) произвести разборку, осмотр, дефектацию и микрометрический обмер узлов и деталей двигателя, а также лабораторную проверку его агрегатов.

Для ГТД необходимо проведение испытаний входных устройств двигателей (воздухозаборников). Проверка работы и опреде­ление характеристик входных устройств при их летных испытани­ях должны производиться во всей области эксплуатации самолета. Задачами испытаний являются:

— определение оптимального положения регулируемых элементов и оценка правильности выбора размерностей элементов входного устройства;

— определение потерь тяги в воздухозаборнике;

— определение границ и оценка запасов устойчивой работы входных устройств (определение условий возникновения «помпажа» и «зуда» воздухозаборника;

— оценка влияния воздухозаборника на диапазон устойчивой работы двигателя при их совместной работе на самолете;

— оценка эффективности защиты двигателя от попадания в него посторонних твердых частиц при работе на месте, рулении, взлете и посадке.

ИСПЫТАНИЯ СИСТЕМ СУ (ТОПЛИВНОЙ И МАСЛЯНОЙ).

Целью испытаний топливной и масляной систем является определение соответствия ТЗ и НГ.

Для этого в процессе испытаний топливной системы определяется:

• достаточность подачи топлива в двигатели на всех режимах его работы и при всех условиях полета (в т.ч. на больших высотах и при действии отрицательных перегрузок) при штатной работе топливной системы;

• отсутствие неблагоприятных явлений в топливных трубопроводах (пульсации давления топлива и т.п.);

• полнота и правильность порядка выработки топлива из баков;

• правильность работы топливомерной и расходомерной системы, сигнализации выработки баков;

• определение надежности питания двигателя топливом на различных режимах полета при выключенной систе­ме автоматической выработки топлива, при отказе топлив­ного насоса поршневого двигателя, при использовании системы пе­рекрестного питания, при выключенном топливоподкачивающем насосе;

• невырабатываемый в полете остаток топлива (определяется или подтверждается);

• работа системы аварийного слива топлива (если она имеется);

• работа системы дренажа топлив­ных баков.

При испытаниях маслосистемы определяются:

• надежность питания двигателя маслом на различных режи­мах полета;

• обеспеченность нормального давления масла вплоть до минималь­но допустимого количестве масла в баке;

• параметры работы системы регулирования температуры масла;

• отсутствие выброса масла из бака в полете через дренаж при максимально допустимом количестве масла в баке;

• расход масла;

• достаточность запаса масла для выполнения максимального по продолжительности полета.

ИСПЫТАНИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ.

Проверяется нормальная работа: прежде всего, обеспечение заданных передаточных чисел, а также: отсутствие деформаций, заеданий, касаний с другими элементами конструкции, возникновения кинематических замков, люфтов, вибраций, автоколебаний (все это может возникнуть в полете вследствие деформаций и вибраций самолета).

Проверки выполняются в комплексе с испытаниями на устойчивость, маневренность, прочность ЛТХ, сваливание (т.е. тех, в которых имеет место предельные режимы полета по скорости, высоте, перегрузке, максимальные отклонения органов управления, возможны вибрации и колебания агрегатов самолета).

ИСПЫТАНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПОДСИСТЕМ МЕХАНИЗАЦИИ И АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЦЕССОВ УПРАВЛЕНИЯ (САУ, СОС, АПУС);

В процессе летных испытаний необходимо определить:

— Выполнение соответствующими системами своих функций во всех своих режимах с заданной точностью при всех условиях полета (точность стабилизации высоты, углов, скоростей и т.д.).

— Благоприятное течение переходных процессов при работе систем (выдерживание заданного времени срабатывания, отсутствие недопустимых забросов).

— Отсутствие автоколебаний в системах.

— Возможность пересиливания САУ, СОС и усилия, необходимые для пересиливания.

— Нормальную взаимодействие систем с другими системами: системой управления, навигационной, СВС, гидросистемой.

— Энергопотребление систем.

ВЗЛЕТНО-ПОСАДОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА;

Испытания взлетно-посадочных устройств (шасси, система торможения с антиюзовой автоматикой, механизация крыла, тормозные щитки, тормозной парашют) в оснавном выполняют в комплексе при выполнении взлетов и посадок. В испытаниях проверяют:

- надежность работы устройств,

- колличественные парамеры их работы (углы отклонения механизации, хода штоков гидроцилиндров и амортизаторов),

- время срабатывания,

- отсутствие неблагоприятного влияния на обтекание самолета и работу других систем,

- температуру (тормозов),

- сигнализацию нормальной работы взлетно-посадочных устройств: выпуска/невыпуска и уборки/неуборки шасси и закрылков и и т.д.

В отдельные проверки выделяют испытания на предельных режимах: уборку "плавающей" механизации и тормозных щитков по скоростному напору, взлет и посадка с максимальной путевой скорость, выпуск т/парашюта на максимальной скорости, посадка с большой вертикальной скоростью.

ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ И ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ, СИСТЕМЫ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ (КИСЛОРОДНОЕ, ВЫСОТНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ).

В испытаниях проверяются параметры работы систем при выполнении ими своих функций: давление и температура рабочих жидкостей и газов, величину падения давления и время его восстановления, параметры работы насосов, взаимодействие основных и резервных систем. Испытания выполняются в комплексе с другими проверками.

ИСПЫТАНИЯ СИСТЕМ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА (СКВ).

Функционально СКВ делится на САРД и САРТ.

В соответствие с этим в летных испытаниях проверяют:

- Способность САРД поддерживать заданное давление вплоть до практического потолка или максимальной разрешенной высоты полета в течение всего времени полета, а также изменять давление по заданному закону в соответствие с изменениями высоты полета. Требования: Нкаб не должна превышать 2400м при нормальной работе САРД и 4500м при любом отказе САРД и высоте полета больше 7600м. Проверки выполняются в комплексе в полетах на больших высотах, в полетах на потолок, в полете на дальность. Регистрируют давление («высоту») в кабине, параметры полета, работы СКВ.

- Поддержание допустимого состава воздуха в кабине (как минимум проверяется непревышение ПДК углекислого и угарного газа и отсутствие ядовитых газов, паров масла и топлива, как максимум — полный состав воздуха в кабине). Выполняется как на земле при работе двигателей и систем самолета, так и в полете. С установленной периодичностью берутся пробы воздуха в разных местах кабины и анализируются или сразу, или потом в лаборатории. Возможна также установка в кабине датчиков, непосредственно реагирующих на различные примеси в воздухе.

- Способность САРТ поддерживать заданную температуру воздуха в кабине и изменять ее в соответствие с управляющими воздействиями летчика. В нормативных документах задан допустимый диапазон температуры в пассажирской и пилотской кабинах +20 ÷ +25°С, в грузовой кабине и служебных помещениях +15 ÷ +25°С. Нормируется также неравномерность температурного поля: не более 3° между головой и ногами члена экипажа или пассажира и не более 5° по всей кабине [Рассказать о путанице в нормативных документах]. Выход за границы допустимой температуры в кабине может стать основанием для наложения ограничений на эксплуатацию самолета при высоких или низких температурах наружного воздуха. Летные испытания проводят по следующей методике: выполняют горизонтальный полет в течение 1 часа при соответствующей температуре воздуха (для подтверждения максимально допустимой температуры эксплуатации — при высокой температуре воздуха на малой высоте, при непосредственном солнечном освещении и установке СКВ на максимальное охлаждение, для подтверждения минимальной допустимой температуры эксплуатации — при низкой температуре воздуха на максимальной высоте, при установке СКВ на максимальный нагрев и, желательно, при отсутствии прямого солнечного освещения) при этом контролируется стабильность температуры в кабине. Возможность регулирования температуры проверяют в комплексе в полетах с достаточной продолжительностью нахождения на постоянной высоте. При этом регистрируют температуру воздуха в разных точках кабины (около ног и головы первого и второго пилотов, около ног и головы левого и правого задних пассажиров, в промежуточных точках в зависимости от размеров кабины), температуру наружного воздуха, параметры полета, работы СКВ.

- Скорость движения воздуха в кабине. Она ограничивается величиной 0,3 – 0,5 м/с, замеряется в зоне головы членов экипажа и пассажиров при помощи анемометров или ПВД.

Если у самолета отсутствует САРД и кабина негерметична, то высота его полета ограничивается 3000 м. Остальные параметры проверяются в рамках оценки САРТ, если нет и ее, то в рамках оценки эргономики кабины.

При определении характеристик СКВ обязательна летная оценка.

ИСПЫТАНИЯ ПРОТИВООБЛЕДЕНИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ И ВОЗМОЖНОСТИ ПОЛЕТОВ В УСЛОВИЯХ ОБЛЕДЕНЕНИЯ.

1. Кратко об обледенении.

Как говорилось ранее, обледенением называется процесс образования льда на охлажденных до минусовых температур поверхностях самолета.

Для защиты от обледенения применяются ПОС. Как правило, на самолетах от обледенения защищаются:

• лобовые части несущих поверхностей;

• входные части воздухозаборников силовых установок и других систем, защитные решетки в воздухозаборниках;

• воздушные винты;

• лобовые стекла;

• ПВД, различные датчики и антенные устройства.

В современных ПОС применяются следующие способы:

• механический;

• физико-химический;

• тепловой.

Механический способоснован на механической деформации поверхности, на которой нарастает слой льда. Лед при этом раскалывается, отслаивается и сносится набегающим потоком. Используются для защиты лобовых частей несущих поверхностей. К механическим ПОС относят: пневматические ПОС, в которых для деформации поверхности используется сжатый воздух (поверхность покрыта резиновым протектором); электроимпульсная ПОС, в которых для деформации обшивки используются электромагниты.

Физико-химические способыоснованы на использовании ряда разнообразных веществ в виде жидкостей, которые или понижают температуру замерзания переохлажденных капель воды (спирт, антифриз) или уменьшают силу сцепления льда с обшивки.

Тепловой способоснован на нагревании защищаемой поверхности до температуры таяния льда или испарения пленки воды. Нагрев может производиться горячим воздухом или выхлопными газами (это воздушно-тепловые ПОС), или электрическим током (электротепловые ПОС).

По времени действия выделяют ПОС непрерывного и циклического действия. ПОС непрерывного действия предотвращают образование льда, циклические ПОС допускают образование льда, а затем его удаляют. Циклические ПОС менее энергоемки, но более рискованны, ПОС непрерывного действия обеспечивают лучшую защиту, но требуют больше энергии. Механические ПОС бывают только циклическими, физико-химические и тепловые — как циклическими, так и непрерывного действия.

2. Наземные испытания

Летным испытаниям ПОС обязательно должны предшествовать наземные испытания. Их проводят в аэрохолодильных трубах, на водораспылительных стендах, в климатических камерах. В наземных испытаниях определяется:

- работоспоспособность ПОС: отсутствие отказов, выдерживание заданных параметров работы (по температурам поверхностей, напряжению и току, расходу воздуха, газа или рабочей жидкости, времени цикла и т.п.), способность выполнять целевую функцию — защиту от обледенения, способность систем самолета обеспечивать работу ПОС;

- влияние работы ПОС на системы и оборудование самолета;

- интенсивность нарастания льда, его формы и размеры (при неработающей ПОС и на не оснащенных ПОС самолетах, для определения возможности их полета в условиях обледенения).

3. Летные испытания.

В летных испытаниях можно выделить 4 этапа, они могут накладываться друг на друга.

1этап.Проверка работы ПОС в «сухом» воздухе, т.е. при отсутствии обледенения. Полеты выполняются, в основном, при температурах воздуха, благоприятствующих обледенению, но нужно проверить и весь эксплуатационный диапазон температур воздуха. В полетах проверяется:

- отсутствие отказов ПОС, выдерживание заданных параметров работы, способность систем самолета обеспечивать работу ПОС; влияние работы ПОС на системы и оборудование самолета (как в наземных испытаниях, но без проверки целевой функции);

- влияние работы ПОС на характеристики самолета (ЛТХ, ВПХ, УУ, скорость сваливания, влияние ПОС на характеристики сваливания и штопора оцениваются в испытаниях на сваливание и штопор).

2 этап.Проверка работы ПОС в условиях искусственного обледенения. Эти полеты выполняются при температурах воздуха, благоприятствующих обледенению. Заданная водность (в соответствии с нормами) создается распылительными установками, которые могут устанавливаться на сам самолет (если надо проверить ПОС на небольшом участке или одного агрегата) или на специальном самолете (при проверке ПОС всего самолета. Для отработки ПОС отдельных агрегатов применяются летающие лаборатории, на которых устанавливается и распылительная установка, и испытываемый агрегат. Это не освобождает от необходимости последующих испытаний ПОС всего самолета.

На 2 этапе проверяется работоспоспособность ПОС, включая проверку защиты от обледенения, способность систем самолета обеспечивать работу ПОС; влияние работы ПОС на системы и оборудование самолета. Также уточняются интенсивность и формы льдообразования при неработающей ПОС и для циклических ПОС.

В этих полетах желательно проведение фото и видеосъемки.

3 этап.Проверка работы ПОС в условиях естественного обледенения. Выполняется после успешного завершения первых этапов. На нем выполняются аналогичные проверки ПОС, а также влияние ПОС и влияние обледенения на характеристики самолета. Достоинства: естественная среда, отсутствие необходимости в распылительных установках. Недостатки: повышенная опасность, зависимость от метеоусловий (необходимость ожидания или поиска требуемых условий обледенения). При нормальном выполнении первых этапов этот этап является непродолжительным и, в значительной степени, демонстрационным, подтверждающим, что предыдущие испытания соответствовали реальным условиям. В наше время из-за отсутствия лабораторий второй этап выполняется не всегда, в этом случае испытания ПОС в условиях естественного обледенения становятся основным этапом.

4 этап.Испытания с имитаторами льда. Имитаторы изготовляются из дерева или пластика и наклеиваются на соответствующие поверхности, их форма соответствуют форме льда, определенной в наземных и летных испытаниях. Полеты выполняются в «сухом» воздухе. В полетах определяются характеристики «обледеневшего» самолета (ЛТХ, ВПХ, УУ, скорость сваливания, влияние наличия «льда» на характеристики сваливания и штопора оцениваются в испытаниях на сваливание и штопор).

Данный этап нужен для определения возможности полета в условиях обледенения самолетов с неработающей (отказавшей) ПОС или вообще не оснащенных ПОС. Он может выполняться параллельно с предыдущими.