Цели и задачи летных испытания

При разработке современных ЛА из-за невозможности получения адекватного математического описания процессов, протекающих в полете, до 40% всех возникающих проблем решается при летных испытаниях. Особое значение они имеют при создании ЛА многократного действия (самолетов, вертолетов), для которых основными требованиями являются безопасность и надежность. Никакие расчеты, никакое моделирование не может учесть всех возможных воздействий на ЛА и его поведение в полете.

В связи с этим, а также со значительной стоимостью летных испытаний, большую роль приобретает рациональная организация процесса экспериментальной отработки и оптимальное планирование испытаний ЛА.

В общем случае движение ЛА как твердого тела складывается из поступательного движения центра масс и вращательного вокруг центра масс, то есть испытуемый объект имеет шесть степеней свободы. Следовательно, в число измеряемых должны быть включены следующие параметры:

- характеризующие положение и перемещение центра масс объекта относительно различных систем отсчета (координаты, скорости, ускорения объекта);

- определяющие перемещения объекта относительно центра масс (углы курса, тангажа, крена, атаки, скольжения, рыскания и т.п.);

- характеризующие функционирование бортовых систем объекта (давления, температуры, электрические сигналы, вибрации и т.п.);

- характеризующие внешнюю окружающую среду (давление, температура, влажность).

В соответствие с делением измеряемых параметров летные испытания можно классифицировать на:

1. Внешнетраекторные, предназначенные для определения действительного движения центра масс ЛА.

2. Радиотелеметрические, предназначенные для определения параметров движения относительно центра масс, а также параметров функционирования бортовых систем ЛА.

3. Радиозондовые, предназначенные для определения параметров атмосферы на различных высотах.

Синхронизация всех этих измерений осуществляется службой единого времени.

Каждому из этих видов измерений присущи определенные достоинства и недостатки. Так, радиотелеметрические измерения обеспечивают измерение большего количества параметров и передачу информации на большее расстояние, чем внешнетраекторные, однако точность их, особенно вблизи поверхности Земли ниже.

9.2. Моделирование летных испытаний

Так как общей характеристикой сложных систем, к которым относятся ЛА, является эффективность, под которой понимается степень соответствия системы своему назначению, то при организации летных испытаний следует применить известные методы математического моделирования и оптимального планирования.

Анализ роли испытаний на каждом этапе проектирования позволяет рассматривать их в виде обратных связей направленных на корректировку текущей эффективности изделия (Рис. 9.1).

Рис. 9.1. Схема управления процессом проектирования.

Следовательно, в качестве технического критерия эффективности испытаний можно использовать выходной коэффициент Q, равный разности между заданным значением эффективности W_з и текущим значением W

Q= W_з – W.

Однако такой критерий не учитывает затрат на достижение требуемого эффекта. Поэтому в качестве более полного критерия используют обобщенный критерий эффективности , где S — затраты (временные, материальные, денежные) на испытания.

Процесс оценки ресурсных затрат на отработку изделия описывается следующей системой уравнений:

где С, Т — суммарная стоимость и время комплекса испытаний,

N — число этапов отработки,

t_i — время i-го этапа,

n_i — число испытаний на i-том этапе,

W_i — эффективность на i-ом этапе,

A_i — параметры, характеризующие изменение эффективности на i-ом этапе,

С_oi, DС_i — базовые и текущие затраты на i-ом этапе.

Конкретный вид критерия эффективности зависит от класса изделия. Так для серийных образцов авиационной и ракетной техники в качестве критерия выбирается стоимость:

CÞ min, при W_N³W_з, T£T_з.

Оптимизируемыми параметрами здесь могут быть базовые С_oi и текущие затраты DС_i, сами значения эффективности W_i. Применение оптимальных программ позволяет сохранить затраты на отработку на 10-20%.

При проектировании объектов военной техники, часто используется тот же критерий, однако в некоторых случаях в качестве критерия оптимизации используется минимальное время разработки ТÞmin.

При проектировании уникальных космических объектов, что часто связано с престижем государства, критерием эффективности является время разработки (для космических аппаратов 3-4 года, для ракет-носителей — 5-6 лет). При этом затраты практически не ограничены и могут превышать первоначально расчетные в десятки раз.

Модели динамики эффективности неразрывно связаны с теорией надежности технических систем, так как целью испытания является недопущение появления отказов, дефектов. Поэтому при расчете часто используется экспериментальная модель динамики эффективности:

W_i=W_ni-(W_ni-W_oi)exp(-q_it_i),

где W_ni, W_oi — предельное и начальное значение эффективности для i-го этапа испытаний,

t_i — время, затрачиваемое на i-ом этапе,

q_i —коэффициент, характеризующий эффективность i-го этапа испытаний.

При проведении единичных испытаний из-за ограниченного числа дефектов скорость роста эффективности будет уменьшаться (Рис. 9.2,а) а затраты расти. При проведении комбинированных испытаний, когда их интенсивность возрастает, скорость роста эффективности вначале возрастает из-за увеличения «жесткости» испытаний, а затем начинает убывать в связи с уменьшением числа оставшихся дефектов.

Из приведенных зависимостей следует, что время, стоимость и эффективность экспериментальной отработки ЛА зависит от большого числа факторов, значения которых априорно неизвестны.

а) б)

Рис. 9.2. Зависимость скорости роста эффективности от времени испытаний при единичных (а) и комбинированных (б) испытаниях.

Поэтому при решении задачи оптимизации испытаний целесообразно проводить декомпозицию общей задачи на ряд частных (отработка двигателя, планера и т.п.) с последующей координацией полученных решений — то есть использовать метод иерархической оптимизации. Это оправдано еще и тем, что как правило отдельные элементы ЛА разрабатываются, изготавливаются и испытываются различными предприятиями.

9.3. Сущность и методы внешнетраекторных измерений

Важнейшей задачей летных испытаний является определение действительного движения ЛА, основанное на информации о параметрах его траектории. Однако параметры, используемые для описания траекторного движения ЛА (например, координаты, составляющие вектора скорости) непосредственному измерению не поддаются. Поэтому измеряются другие первичные параметры функционально связанные с параметрами движения (фаза, частота, амплитуда и т.п.), конкретный вид которых, определяется используемым физическим принципом измерения.

Функция связи между первичными измеряемыми параметрами и параметрами движения ЛА в общем случае имеет вид:

где — m - мерный вектор измеряемых параметров,

— шестимерный вектор параметров движения ЛА.

Однако использование указанных первичных параметров для оценки летных характеристик ЛА неудобно. Поэтому в измерительных системах они преобразуются в параметры, имеющие наглядный геометрический смысл — дальность от измерительного пункта до ЛА, углы и направляющие косинусы углов линии визирования ЛА относительно осей принятой системы координат и т.п. Эти параметры, определяющие положение ЛА, называются навигационными параметрами R_i. Связь между навигационными параметрами и параметрами движения ЛА q_i можно представить в виде:

где y_i — навигационная функция.

Конкретный вид навигационной функции определяется навигационным параметром измерительной системы и выбранной системой параметров движения. В общем виде эта связь имеет вид:

Набор параметров движения определяется, прежде всего, выбранной системой координат (например, геоцентрические координаты и их производные x, y, z, ).

В зависимости от применяемого физического принципа измерения первичных параметров различают оптические и радиотехнические методы.

Дата добавления: 2014-01-07