6.2. Принцип «сквозной» сертификации на примере сертификации самолета

6.2. Принцип «сквозной» сертификации на примере сертификации самолета

6.2.1. Общие принципы проведения работ по сертификации самолета

Отечественный и зарубежный опыт свидетельствует о том, что сертификация является эффективным средством повышения качества и безопасности гражданских самолетов, а также способствует сокращению сроков доводки и летных испытаний при условии, если сертификация проводится с начала проектирования на всех этапах создания самолета и включает, наряду с проведением летных испытаний, в значительных объемах моделирование и стендовые испытания. При этом имеется в виду, что для обеспечения отработки и сертификации самолета предусматривается проведение всесторонних исследований аэродинамики самолета в аэродинамических трубах, исследований прочности и выносливости конструкции самолета, работоспособности и характеристик агрегатов отдельных систем и комплексов, а также их стыковки и взаимосвязи с характеристиками самолета на стендах. В этом случае еще на ранних стадиях могут быть вскрыты недостатки, в том числе несоответствие требованиям НЛГ, которые легче устранить до или в процессе постройки самолета, чем во время летных испытаний.

Такой подход к сертификации широкофюзеляжных самолетов Боинг-747, DC-10 и L-1011 позволил провести их летные испытания по доводке и сертификации за один год. Опубликованные материалы по созданию самолета Боинг-747 говорят о том, что общая программа сертификации его была составлена с начала проектирования и включала поэтапное проведение работ по мере окончания каждого раздела проекта (рис. 6.1). Фирма «Боинг» относит разработку и развитие программы сертификации к серьезной инженерной работе, выполняемой проектировщиками и руководимой специальной службой (подразделением, отвечающим за координацию работ по сертификации). Фирма разработала руководство по сертификации на основе опыта создания предыдущих самолетов и контактов с заказчиком и FAR.

Программа работ по сертификации самолета Боинг-747 включает создание моделирующей и стендовой базы, проведение наземных и летных испытаний. Общая программа испытаний, включая предварительную, рассчитана более чем на четыре года.

К числу наиболее важных видов испытаний для обеспечения и проведения сертификации самолета Боинг-747 относятся:

• аэродинамические исследования в трубах (в значительных объемах), в том числе с использованием трубы-камеры для создания условий обледенения – около 20 000 «трубных» часов на 100–150 моделях;

• исследования прочности конструкции на стендах объемом до 500–600 образцов натурных конструкций;

• использование математического моделирования;

• проверка примерно на 40 стендах работоспособности и надежности всех систем (испытания до появления отказов);

• отработка и оценка системы управления и особенностей управления на натурном стенде «Железная птица» при нормальных условиях и имитация отказов системы управления, систем гидравлики и электропитания (стенд создан за год до начала летных испытаний и очень интенсивно использовался);

• отработка на «инженерном» тренажере с участием летчика приемов пилотирования, в том числе при отказах двигателя, отработка автоматической системы пилотирования (кабина тренажера снабжена системой индикации и средствами визуализации, действующими на протяжении всего полета. Тренажер создавался параллельно с проектированием самолета и широко применялся на стадии проектирования и в процессе летных испытаний);

• испытания на летающих лабораториях, в частности на LLB-52;

• летные испытания пяти самолетов Боинг-747 с темпом nocтупления один самолет в три месяца. Объем летных испытаний cocтавил 1400 часов за десять месяцев при среднем налете 40 летных часов в месяц.

Процесс сертификации самолетов Боинг-747 и L-1011 зависит от степени готовности сертификационной документации. Подготовка к сертификации ведется с начала проектирования и к началу летных испытаний она достигает более 50 % всего объема. При этом темп получения необходимой документации резко увеличивается на втором году создания самолета (когда уже действуют все стенды) и сохраняется на всем этапе летных испытаний, продолжающихся около года. Характерной особенностью работ на всех этапах разработки является их сертификационная направленность, ориентация на последовательное «закрытие» пунктов таблиц соответствия, т. е. доказательство (методами анализа, статистическими данными, рабочей технической документацией, результатами наземных и летных испытаний) соответствия характеристик ЛА нормам летной годности самолета (НЛГС).

Сертификация представляет большой интерес и как одна из форм системного подхода к оценке самолета. Этому способствует очень важная особенность построения НЛГС, заключающаяся в том, что требования к различным характеристикам самолета или функциональным системам взаимосвязаны между собой, что, в значительной мере, определяет комплексность оценок соответствия.

Основными видами исследований при подтверждении соответствия требованиям НЛГС является моделирование, стендовые и летные испытания, а также их сочетание. Типичным примером методов, основанных на комплексном применении моделирования и летных испытаний, может служить оценка соответствия общим требованиям летной годности, т. е. исследование вероятности возникновения в полете особых ситуаций различной опасности в результате сочетания отказов функциональных систем, некоторых особенностей самолета, ожидаемых условий эксплуатации и разброса параметров пилотирования. Схема таких исследований приведена на рис. 6.2.

Рис. 6.2

Чрезвычайно важную роль в отечественной практике сертификации играют методы летных испытаний, основанные на объективном получении широкого спектра информации и летной оценке экипажа. Летные испытания широко применяются в нашей практике при создании и сертификации самолета и включают исследования на стендах, летающих лабораториях и сертифицируемом самолете. Одной из важных задач при этом является (как элемент сертификации агрегатов и систем) разработка нормативов типовых испытаний агрегатов и систем. Внедрение перспективных технических требований потребовало новых материалов и покрытий, существенного пересмотра порядка и методов испытаний опытных образцов авиационной техники, их отработки перед установкой на самолеты, расширения и развития испытательной базы для проведения полноценной отработки изделий, совершенствования информационного обеспечения новых разработок, специализации производства. Подтверждение показателей технического уровня бортового оборудования осуществляется на этапе испытаний в процессе проведения ОКР. Для практического воплощения этого принципа головными НИИ совместно с ОКБ были разработаны и утверждены нормы типовых испытаний агрегатов и систем бортового оборудования на надежность.

В настоящее время в ряде случаев показатели надежности бортового оборудования на этапе ОКР подтверждаются расчетными значениями. Нормы испытаний требуют подтверждения значений показателей надежности бортового оборудования на этапе ОКР до 0,6 расчетного, что позволит сократить сроки летных испытаний самолетов до 2–3 лет вместо 6–7 лет при существующей практике. Все это может быть обеспечено за счет проведения стендовых эквивалентно-циклических испытаний (ЭЦИ) с комплексным воспроизведением нагрузок, максимально приближенных к реальным условиям эксплуатации (РУЭ) оборудования самолетов и вертолетов (рис. 6.3).

Накопленный опыт разработки, корректировки и реализации перспективных технических требований изделий отрасли показывает, что эти работы следует в дальнейшем еще более интенсивно развивать и совершенствовать в направлении автоматизации и методического обеспечения решаемых задач в процессе разработки. В этом направлении в отрасли уже есть определенный задел, но и в дальнейшем этим работам будет уделяться пристальное внимание.

Для подтверждения соответствия характеристик изделий перспективным техническим требованиям введена отраслевая аттестация (сертификация) агрегатов и систем бортового оборудования.

Разработан комплекс НД, устанавливающий порядок проведения работ в отрасли по повышению технического уровня изделий AT и порядок отраслевой аттестации бортового оборудования ЛА и двигателей.

Эти документы определяют организацию и порядок работ в отрасли, функции участников работ и их взаимодействие, в них предусматривается постоянный контроль головного тематического института за разработкой, испытаниями и эксплуатацией бортового оборудования и выдача аттестата годности бортового оборудования к применению на ЛА.

Практика и опыт работы показывают, что с целью подготовки оптимальных решений в процессе формирования и корректировки перспективных технических требований изделий отрасли необходим комплекс нормативно-технических документов, устанавливающий критерии, показатели, методы оценки, оптимизации и прогнозирования технического уровня изделий, включая методы оптимизации параметрических рядов, показателей надежности, ресурса, весовых характеристик и т. д. применительно к определенным типам ЛА.

В этой разработке широко используется передовой зарубежный опыт – стандарты ИСО 9000 и др.

Все это может быть обеспечено за счет опережающих на основе перспективных разработок изделий AT (рис. 6.4) технических требований (нормативов технического уровня, необходимого количества одновременно испытываемых образцов оборудования, совершенствования испытательных комплексов с воспроизведением нагрузок, максимально приближенных к реальным условиям эксплуатации оборудования в составе финальных изделий).

Реализация нормативов типовых испытаний на надежность не может быть успешно решена без широкого внедрения стендовых испытаний (ускоренных, эквивалентно-циклических, усеченных и т. д.) и оснащения лабораторно-экспериментальной базы стендами с комплексными взаимодействиями. Практика проведения эквивалентно-циклических испытаний Минавиапрома подтвердила высокую сходимость (до 90 %) результатов испытаний с данными эксплуатации, а также упреждение отказов в эксплуатации до 85–97 % и снижение рекламаций до двух.