Проектирование и сертификация воздушных судов

Создание нового типа воздушного судна является сложным процессом, охватывающим многие виды авиационной деятельности и требующим значительных интеллектуальных, материальных и финансовых затрат. При этом необходимо учитывать не только сегодняшние потребности авиационного рынка, но и прогнозировать отдаленные изменения спроса на мировом рынке авиационной техники, развитие приоритетных направлений деятельности авиакомпаний и поставщиков авиационной техники, появление научных и технологических новшеств и многое другое. Успешной реализации программы создания нового типа воздушного судна должны предшествовать ряд политических, организационных и финансовых решений государственного и отраслевого уровней. Только в этом случае можно ожидать успешной реализации программы создания конкурентоспособной авиационной техники и получения высокой и устойчивой прибыли от ее реализации.

Учитывая высокую стоимость разработки новой авиационной техники, в настоящее время используется следующий подход к проектированию гражданских воздушных судов: создается базовый тип ВС, а затем проводится его модификации на уровне главных изменений. Можно отметить следующие наиболее часто применяемые модификации, существенно расширяющие области применения данного типа ВС или улучшающие эффективность его применения:

- устанавливается новое крыло с улучшенными аэродинамическими характеристиками;

- укорачивается или удлиняется фюзеляж для изменения пассажировместимости и дальности полета;

- изменяется тип используемых двигателей (по заказу авиакомпаний) или устанавливаются более совершенные двигатели;

- устанавливается более совершенное бортовое оборудование;

- изменяется конструкция планера и систем, учитывающая опыт предшествующей эксплуатации.

Зачастую изменения базового варианта ВС настолько существенны, что дают право Разработчику устанавливать этим модификациям новый модельный ряд. В качестве примера можно привести развития базового самолета Ту-204 (табл. 6.1), самолетов Ил-96 (Ил-96Т, Ил-96-300), А-320 и др.

Процесс создания воздушных судов нового типа содержит три составляющих:

1. Проектирование нового типа ВС, при котором Техническое задание и соответствующие нормативные требования реализуются в проект через интеллектуальную и творческую деятельность Разработчика, т.е. через "действия с замыслами". Результатом этой деятельности является создание виртуального ВС, реализованного в виде данных на определенном носителе информации – бумажном, электронном и т.д.;

2. Постройка опытных образцов ВС, т.е. преобразование данных, полученных при проектировании ВС, в материальный вид с использованием "действий с материалами" для доводки опытных образцов ВС до требований Технического задания, Сертификационного базиса и другим нормативным документам, а также подтверждения соответствия созданного ВС этим требованиям. При соответствии опытных образцов ВС их конструкция (включая летные характеристики ВС и эксплуатационные ограничения) утверждается как типовая; она является эталоном для серийного производства;

3. Запуск и отладка технологического процесса серийного производства типовой конструкции ВС;

4. Серийное производство экземпляров ВС, полностью соответствующих эталону - типовой конструкции. Такое соответствие обеспечивается соблюдением параметров всего производства экземпляров ВС, включая технические, организационные и управленческие параметры.

Ту-204-100	Базовая модель самолета Ту-204 с отечественными двигателями ПС-90А
Ту-204-100С	Грузовой вариант самолета Ту-204-100
Ту-204-120	Модификация самолета Ту-204 с британскими двигателями RB-211-535E4
Ту-204-120С	Грузовой вариант самолета Ту-204-120
Ту-214 (Ту-204-200)	Развитие самолета Ту-204-100 с увеличенной взлетной массой. Имеет несколько вариантов развития: Ту-214С3 (конвертируемый вариант), Ту-214F (грузовой вариант), Ту-214 VIP (салонный вариант)
Ту-214 (Ту-204-200)	Развитие самолета Ту-204-100 с увеличенной взлетной массой. Имеет несколько вариантов развития:	пассажирский вариант
Ту-214С3	конвертируемый вариант
Ту-214F	грузовой вариант
Ту-214 VIP	салонный вариант
Ту-204-300	Модификация самолета Ту-204-100 с укороченным фюзеляжем и уменьшенной взлетной массой
Ту-204-400	Перспективная модификация самолета Ту-204-100 с цифровой авионикой и двухчленным экипажем
Ту-204-500	Перспективная модификация самолета Ту-204-100 с двухчленным экипажем, оснащенная новым крылом со скоростным профилем и интегрированным цифровым комплексом авионики и управления

Первая и вторая составляющие представляют процесс разработки типовой конструкции воздушного судна, результатом которых является создание опытных экземпляров воздушных судов, которые полностью соответствуют Техническому заданию и Сертификационному базису. Это соответствие подтверждается Сертификатом типа, выдаваемым Авиарегистром МАК.

Третья и четвертая составляющие определяют условия серийного производства экземпляров типовой конструкции воздушного судна, полностью соответствующего утвержденной типовой конструкции. Это подтверждается выдачей Авиарегистром МАК соответствующего сертификата.

Проектирование ВС, являясь итерационным процессом, включает в себя: НИР общего назначения, этап технического предложения, этап эскизного проектирования, этап технического проектирования, этап рабочего проектирования. Каждому из них присущи свои цели, основное содержание разрабатываемых задач, формы представления проектных разработок и итоговые результаты. Нарушение распределения задач, свойственных каждому из этапов проектирования, неизбежно приводит к увеличению сроков разработок, ухудшению качества проектирования и, соответственно, к увеличению затрат на создание воздушного судна и снижению конкурентоспособности новой разработки.

Работы по сертификации типовой конструкции воздушного судна, проводимые в соответствии с АП-21, разделы А (глава 2) и В (главы 3 и 5), являясь составной частью процесса проектирования, также имеют иерархический характер. Изменение этой иерархии неизбежно приводит к увеличению затрат и сроков разработки. Например, проведение макетной комиссии на готовом ВС, что иногда практикуется при сертификации легких самолетов или воздушных судов двойного назначения, может привести к значительным переделкам типовой конструкции, связанным с корректировкой Сертификационного базиса и приведением разрабатываемой конструкции в соответствие с Нормами летной годности. В табл. 6.2 приведены содержание этапов проектирования воздушного судна, и сертификации типовой конструкцию, а на рис. 6.2 - увязка этапов создания воздушного судна и работ по его сертификации.

Составляющей частью конкурентоспособности ВС является обеспечение безопасности полета и его экологическую безопасность. В настоящее время в понятие экологической безопасности для дозвуковых ВС входят обеспечение нормированных показателей по шуму на местности при взлете и эмиссионных выбросов вредных веществ двигателями[2]. Эти требования, сформулированные в сертификационном базисе, являются определяющими в процессе проектирования ВС.

Требования к новому ВС, сформулированные в ТТЗ и НЛГ, должны соответствовать двум основным принципам:

1. Перед началом разработки нового ВС необходим глубокий анализ тенденций технических реализаций концепций создания ВС, в том числе и сертификационных требований, обеспечивающих конкурентоспособность нового ВС на рынке авиатранспортных услуг в период его эксплуатации;

2. Новые технические решения, применяемые на ВС, по своим экономическим свойствам должны обеспечивать устойчивую прибыль в течение всего периода эксплуатации.

Эти принципы реализуются созданием опережающего научно-технического задела для его использования в новых типах ВС. Этот задел должен быть экономически выгоден к началу его внедрения на ВС. Таким образом, проектируемое ВС нового поколения должно иметь возможности адаптации к новому оборудованию, двигателям и другим новшествам, обеспечивающим его эффективную эксплуатацию на протяжении всего срока службы. Это обеспечивается поэтапной модификацией типовой конструкции базового ВС. Например, для самолетов транспортной категории можно отметить некоторые перспективные концепции, повышающие безопасность полета:

1. Широкое применение новых конструкционных материалов, включая композиционные материалы, а также проектных и технологических решений, обеспечивающих безопасную повреждаемость конструкции в полете и высокий гарантированный ресурс;

2. Использование проектных решений, обеспечивающих выживание пассажиров и членов экипажа при аварийной посадке;

3. Использование бортовых систем, предупреждающих экипаж о выходе на эксплуатационные ограничения и приближении опасных ситуаций;

4. Создание эргономичных кабин экипажа, включающих в себя:

- создание кабины экипажа оптимальной конфигурации;

- снижение нагрузки на членов экипажа в полете;

- диагностика отказных ситуаций, информирование о них экипажа и выдача рекомендаций по пилотированию ВС в отказных ситуациях;

5. Использование принципа "темной кабины" экипажа. Он является дальнейшим развитием создания эргономичных кабин с широким использованием компьютерных информационных технологий;

6. Применение цифрового управления самолетом, включая обмен информацией между постами управления и исполнительными устройствами с использованием оптико-волоконных шин;

7. Дальнейшее развитие автоматизации процесса самолетовождения и управления полетом с использованием компьютерных технологий и цифровых технологий обмена информацией между бортом ВС и УВД, в том числе сетей Интернет.

Этапы проектирования воздушного судна и их содержаниеХарактеристики этапа	Этапы проектно-конструкторских работ
НИР общего назначения	Техническое предложение	Эскизное проектирование	Техническое проектирование	Рабочее проектирование
Цель работы	Выявление концепций создания конкурентоспособного ВС с заданным уровнем эффективности	Определение расчетных лимитных показателей, описывающих ВС в авиатранспортной системе	Выявление инженерных решений оптимального ВС. Уточненные проектные параметры и технические характеристики	Решение технических вопросов реализации оптимального варианта ВС в конструкции, производстве, снабжении	Разработка конструкторской документации на постройку ВС и испытательных стендов и другого необходимого оборудования
Основное содержание проектных задач	Определение матрицы новых технических решений и эксплуатационных параметров ВС, обеспечивающих реализацию проекта	Синтез внешнего облика ВС, его структуры и проектных параметров, обеспечивающих расчетные лимитные показатели конкурентоспособности, эффективности и безопасности полета и экологии	Синтез структурных компонентов (систем) ВС, обеспечивающих его существование в предметных областях с учетом производства, эксплуатации, безопасности полета и экологии. Определение видов проверок	Синтез конструкций функциональных систем ВС. Разработка матриц расчетных параметров, описывающих предметные свойства конструкции и ее функционирование при эксплуатации. Проведение работ с АР МАК и СЦ. Устранение замечаний макетной комиссии	Разработка рабочей документации на постройку ВС. Расчетное подтверждение возможности эксплуатации ВС с заданной эффективностью при выполнении требований СБ. Разработка эксплуатационной и технической документации на ВС
Форма представления проектных разработок	Система статистически прогнозируемых показателей, описывающих функционирование ВС в модели авиатранспортной сети. Концепции обеспечения безопасности полета и экологии	Система лимитных показателей, обеспечивающих возможность технической реализации проекта. Общий вид, конструктивно-силовая схема, компоновка ВС. Формулирование ТЗ на системы ВС. Проспект СБ	Система структурных, параметрических и геометрических моделей и компонентов ВС, описывающая его существование в предметных областях с заданной эффективностью. Проект СБ. Перечни КИ. План-график создания и сертификации ВС и МТО	Система конструктивных моделей компонентов ВС, описывающих его реализацию и функционирование в различных условиях эксплуатации с заданной эффективностью и выполнением требований СБ. Перечни проверок и испытаний ВС. Расчеты, математическое моделирование, чертежи и другая КТД	Система расчетных параметров и показателей, подтверждающая возможность эксплуатации самолета с заданной эффективностью и безопасностью. Рабочая документации на постройку ВС.
Итоговые результаты	Подтверждение Разработчиком обоснованности реализации ТТЗ и его согласование. Требования к безопасности полета и экологии	Уточнение и согласование ТТЗ. Материалы технического предложения. Укрупненный план-график создания и сертификации ВС. Подача заявки на сертификацию ВС	Эскизный проект с материалами, подтверждающими возможность реализации ТТЗ на ВС. Постройка макета ВС, кабины, интерьера. Проведение макетной комиссии. Заключение о соответствии ВС требованиям СБ. Принятие решения о постройке ВС	Утвержденная и согласованная документация, определяющая конструктивные решения по ВС. Заключения СЦ по техническому проекту ВС, его системам и принципиальным конструктивным решениям	Конструкторская документация: чертежи, расчеты, спецификации и т.п. Директивные техпроцессы изготовления ВС. План-графики создания агрегатов и систем ВС, поставки КИ. Заключения СЦ о соответствии ВС требованиям СБ (по состоянию). Передача КТД на производство для постройки опытных экземпляров ВС