Національний авіаційний університет

Іванов Петро Іванович

УДК 629.734.7.018.7

МЕТОДИ ЛІТНИХ ВИПРОБУВАНЬ ТА ДОСЛІДЖЕНЬ

ПАРАШУТНИХ СИСТЕМ І

ПАРАПЛАНЕРНИХ ЛІТАЛЬНИХ АПАРАТІВ

05.07.07. Випробування літальних апаратів і їх систем

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора технічних наук

Київ –2003

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Науково-дослідному інституті аеропружних систем

(м. Феодосія). Державний комітет промислової політики України.

Науковий консультант – доктор технічних наук, професор

Ударцев Євген Павлович.

Національний авіаційний університет

Офіційні опоненти:–

доктор технічних наук, професор Іщенко Сергій Олександрович;

Національний авіаційний університет, завідувач кафедри аеродинаміки ПС

та безпеки польотів;–

доктор технічних наук, професор Рудов Юрій Михайлович;

Севастопольський національний технічний університет, завідувач кафедри

вищої математики;–

доктор технічних наук, професор Сафронов Олександр Васильович;

Національний науково-дослідний центр оборонних технологій

та воєнної безпеки України, головний науковий співробітник.

Провідна установа – Національний аерокосмічний університет

ім. М.Є. Жуковського (ХАІ), м. Харків. Міністерство освіти і науки України.

Захист відбудеться "_16_" жовтня 2003р. о 15 годині на засіданні

спеціалізованої вченої ради Д26.062.05, в Національному авіаційному

університеті, за адресою: 03058, м. Київ, пр. Космонавта Комарова 1.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного авіаційного

університету, м. Київ, пр. Космонавта Комарова 1.

Автореферат розісланий 9 вересня 2003р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

к.т.н., с.н.с. _____________ Жданов О.І.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Галузі застосування парашута і керованого крила (параплана) досить широкі. Це м'які посадки апаратів, що повертаються у задане місце поверхні Землі і космічних апаратів на поверхні планет Сонячної системи, порятунок життя екіпажів літаків, а також ряд інших застосувань.

Літні випробування – це заключний етап дослідження і перевірки працездатності виробів парашутно-десантної (ПДТ) і парапланерної техніки в умовах натурного застосування чи максимально наближених до натурного.

Необхідно відзначити, що проблемами літних досліджень в галузі парашутобудування плідно займалися такі відомі вчені, як Лобанов М.А., Єрьомін В.С, Рисєв О.В., Бардонов В.В., та ін.

Методологія літних випробувань – комплекс методів (методик, прийомів, способів, правил), об'єднаних метою оптимізації процесу випробувань за основними критеріями оцінки їхньої ефективності.

Літні випробування (ЛВ) парашутних (ПС), планируючих парашутних систем (ППС) та парапланерних літальних апаратів (ПЛА) є дуже дорогим видом випробувань. Крім того, з огляду на швидке моральне старіння зразків авіаційної техніки в умовах сучасного розвитку науково-технічного прогресу, ставиться умова мінімізації можливих термінів проведення ЛВ при їхній максимальній ефективності. Об'єктивними локальними критеріями оцінки ефективності (ЛКЕ) літного експерименту можна вважати безпеку (надійність), інформативність (якість отриманих результатів і їхня змістовність), економічну ефективність.

Основна (ідеальна) стратегія, яку необхідно прагнути проводити в процесі ЛВ ПС, полягає в тому, щоб будь-яка операція по підготовці і проведенню літного експерименту виконувалася так, щоб ЛКЕ експерименту в ній досягали оптимуму (у випадку їхнього взаємного впливу один на одного). На жаль, практична реалізація ідеальної стратегії в більшості випадків утруднена накладеними на досліджувану систему стохастичними зв'язками, і тому експериментатор, спираючись на принципи загальної методології ЛВ ПС і ППС, реально змушений приймати як ідеал деяку схему компромісу.

Сутність наукової проблеми – науково-методичне забезпечення літних випробувань парашутних і парапланерних систем шляхом розробки загальної методології підготовки і проведення ЛВ ПС і ППС, що базується на принципах оптимальності і компромісу критеріїв першорядної важливості, що характеризують процес літних випробувань.

Розробка методів літних випробувань та досліджень дозволить істотно підвищити надійність (безпеку) випробовуваних виробів, інформативну змістовність експерименту і програми в цілому, скоротити фінансові, матеріальні і тимчасові втрати при підготовці і проведенні ЛВ ПС і ППС.

У цьому полягають значимість наукової проблеми для народного господарства й обґрунтування необхідності проведення досліджень по її розробці.

Стан наукової проблеми. Донедавна науковий рівень і якість проведених ЛВ ПС не відповідали вимогам практики. Критерії оцінки якості при аналізі результатів робіт не завжди були досить інформативними. Систематичного узагальнення робіт і цілеспрямованих наукових досліджень по систематизації результатів, а також по створенню методик ЛВ ПС і ППС фактично не проводилося. Результати аналізу стану програм і методів ЛВ ПС і ППС, аналіз втрат інформації, матеріальних витрат, випадків низької надійності процесу функціонування елементів і систем ПДТ показали нагальну потребу перебудови існуючої структури й удосконалювання процесів підготовки і проведення ЛВ ПС і ППС. Аналіз і узагальнення існуючої інформації стали основою, вихідними даними для розробки наукової проблеми – створення загальної методології ЛВ ПС і ППС.

Побудова методології ЛВ була спрямована на реалізацію схеми компромісу, що забезпечує вихід у точку оптимуму функції мети в просторі локальних критеріїв оцінки ефективності випробувань.

Актуальність теми полягає в необхідності постійного удосконалення засобів порятунку й аварійного покидання екіпажами повітряних суден, забезпеченні безпеки десантування людей, безпеки пілотування ППС, засобів посадки космічних апаратів, порятунку вантажів і ін.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами

Обраний напрямок досліджень зв'язаний із планами НДІ аеропружних систем (т.1-8605/9, 1-8634, 2-9214 та ін), з галузевими і державними програмами, реалізація яких допускає порятунок екіпажів літаків, техніки, космічних апаратів, вантажів.

Мета і задачі досліджень – розробка методів літних випробувань та досліджень парашутних систем та парапланерних літальних апаратів; розробка теорії і практики застосування нового наукового підходу, зв'язаного з науково-методичним забезпеченням та створенням загальної методології ЛВ ПС, ППС та ПЛА.

Використано комплекс методів досліджень: –

аналітичні (рішення систем диференціальних рівнянь руху системи груз-ПС ); –

експериментальні (літні дослідження ефектів у процесах функціонування ПС, ППС і ПЛА); –

математичного моделювання (ймовірносні моделі оцінки ВБР системи об'єкт-парашут (параплан), методи статистичного моделювання (процесів функціонування багатокаскадних ПС)).

Об'єктами досліджень є парашутні системи, планируючі парашутні системи, парапланерні літальні апарати.

Предметами досліджень є методи оцінки льотно-тактичних характеристик (ЛТХ ) та характеристик надійності ПС, ППС та ПЛА.

Наукова новизна отриманих результатів

Наукова новизна отриманих результатів досягнута на основі ряду розроблених автором методів

1. Метод оцінки наповнюваності парашута

Автором розроблений метод ортогональної зйомки процесу наповнення купола парашута за допомогою кінокамери, установленої на борту вагового макета, який відноситься до пасивних методів оцінки характеристик. Метод дав можливість у літному експерименті одержувати чіткі кінограми процесів розкриття з тимчасовою синхронізацією і на підставі їхнього аналізу вперше дозволив: –

докладно досліджувати та описати специфіку наповнення купола парашута на всіх трьох етапах цього процесу: підготовчому, основному, заключному.

Це відкриває можливість теоретичних досліджень по розробках моделей аеродинаміки процесу розкриття реального парашута; –

з досить високим для практики ступенем точності, більш ніж удвічі перевищуючим точність методу, що існував до цих пір, при якому використовувалися дані ВТІ, будувати характеристичні криві для площ вхідного отвору і миделевого перетину в процесі розкриття купола:

, .

Це дало можливість стимулювати теоретичні дослідження з метою побудови математичних і інженерних моделей процесу розкриття, заснованих на рівнянні балансу мас:

,

оскільки тепер стала відома залежність і з'явилася можливість оцінки величини потоку маси під купол через вхідний отвір:

,

і можливість оцінки швидкості розкриття куполу.

Використовуючи методи диференціального й інтегрального обчислення, вперше удалося ввести в практику літних досліджень характеристик ПС кількісний критерій оцінки наповнюваності , що дозволяє з високим ступенем вірогідності оцінювати наповнюваність купола і порівнювати парашути по наповнюваності між собою. Критерій оцінки наповнюваності, як інтегральна характеристика, має значно меншу погрішність, ніж методи диференціальної оцінки швидкості розкриття, що існували до цих пір (за величиною похідної в будь-якій точці характеристичної кривої).

Встановлено причини тривалих затримок у процесі наповнення куполів і пояснено їхнє виникнення наступними специфічними аеродинамічними ефектами:

а). Появою зіркоподібних чи серповидних форм контуру вхідного отвору, мінімізуючих площу, обмежену контуром вхідного отвору купола, а отже, і потік маси повітря під купол;

б). Падінням статичного тиску у вузьких плоских щілинах зіркоподібних чи серповидних форм контуру вхідного отвору, що автоматично підтримувало їхню форму і затримувало процес розкриття;

в). Утворенням довгих вузьких криволінійних каналів на зовнішній поверхні купола, що приводило до передачі додаткового імпульсу на запирання купола потоком, що гальмується і повертає в цих каналах.

Вперше запропоновано кількісний критерій оцінки формоутворення контуру крайки купола - коефіцієнт форми, що чисельно дорівнює відношенню площі вхідного отвору купола до площі кола з тим же видимим контуром і є характеристикою потенційної здатності купола до наповнення в даний момент часу.

Коефіцієнт форми змінюється в інтервалі 0< <1, причому менші значення відповідають зіркоподібним і серповидним формам контуру і тривалим затримкам у наповненні, а великі – формам, близьким до кола й енергійної динаміки процесу наповнення купола парашута.

Коефіцієнт форми характеризує динаміку процесу формоутворення контуру крайки купола в процесі розкриття і дозволяє точно визначити найбільш небезпечну фазу процесу, на якій він може перерватися, а купол – не наповнитися, що може призвести до аварії об'єкту випробувань. Це дозволяє конструктору вжити відповідних заходів для виходу з небезпечної зони по наповнюваності купола.

Крім того, дозволяє виявляти тонкі ефекти в динаміці процесу наповнення і не пропускати глибоко масковані дефекти конструкції по наповнюваності.

При дослідженні процесів наповнення парашутів основного класу за допомогою коефіцієнта вперше було виявлено, що основний етап складається з двох підетапів за характером формоутворення крайки в процесі наповнення. Це також дозволило з великою точністю визначити момент завершення підготовчого етапу, що дозволяє конструктору правильно вибирати параметри рифлення парашутів.

Використовуючи методи диференціального й інтегрального обчислення, вперше введені в практику літних досліджень інтегральні критерії , для повної кількісної оцінки процесів наповнення і порівняння між собою парашутів по наповнюваності.

2. Метод оцінки міцності парашута

У ЛВ ПС на міцність виявлені статистично стійкі випадки руйнування парашутів при навантаженні істотно нижчому, ніж його розрахункова несуча здатність. Установлено причину, що полягає в зміні аеродинаміки розкриття через істотну асиметрію формоутворення контуру крайки купола.

У цьому зв'язку сформульоване нове наукове положення – вперше запропоновано розглядати два розрахункових по міцності ПС випадки – одночасного і неодночасного включення в роботу елементів конструкції. Запропоновано методи, що забезпечують реалізацію цих випадків при доведенні парашутів до руйнування в літних випробуваннях на міцність.

Виявлена границя руйнування парашутів основного класу в площині чисел Фруда () і Ньютона () і запропонована емпірична залежність для її опису.

Вперше докладно досліджена специфіка руйнувань парашутів при малих числах і . Встановлені кількісні значення параметрів статистично стійких фаз при руйнуваннях парашутів при малих числах і (відповідно O=0,08-0,12 і O=0,3-05), що стимулює можливість теоретичних досліджень з розрахунку парашутів на міцність.

3. Метод оцінки функціонування парашута

Використовуючи методи теорії графів, уперше запропонований спрямований граф станів, що описує процес функціонування багатокаскадних ПС. Граф дозволяє виконувати статистичне моделювання і прогнозування різних позаштатних і аварійних ситуацій, виконувати якісну і кількісну (ймовірносну) оцінки процесів функціонування багатокаскадних ПС.

Установлено, що додавання ребра до графа так, щоб утворився цикл, дає можливість перекладу системи на головну вітку маршруту нормального функціонування ПС. Удалося також виявити, що на бічних відгалуженнях від головної вітки (при реалізації позаштатних чи аварійних ситуацій) існують можливості виходу на головну вітку маршруту, але вже на нерозрахованих чи ужорсточених режимах. Практична реалізація цих можливостей дозволяє рятувати об'єкти у випадках аварійних ситуацій, що в цілому підвищило надійність функціонування багатокаскадних ПС.

4. Метод оцінки ЛТХ ППС і ПЛА

На основі аналізу рівнянь руху системи об'єкт-ППС отриманий і впроваджений у льотно-випробувальну практику метод визначення характеристик маневру за геометрією форм горизонтальних проекцій траєкторій польоту ППС і ПЛА при наявності вітру.

5. Метод оцінки стійкості ПС і керованості ППС і ПЛА

Уведено кількісні характеристики для оцінки маятникової і пульсаційної стійкості вісесиметричних ПС: амплітуда кута відхилення системи від вертикалі, період маятникових коливань, відношення максимального значення обертальної складової швидкості від коливань до вертикальної в момент приземлення; амплітуда пульсацій діаметра купола щодо його середнього положення, період коливань , збільшення вертикальної складової швидкості й ударного перевантаження в момент приземлення об'єкта. Запропоновано способи їхньої оцінки і визначені граничні значення для вісесиметричних ПС.

Підтверджено граничне значення співвідношення між осьовими складовими перевантаження, при якому нестійкість вагового макета (ВМ) істотно впливає на якість запису і реєстрації процесів функціонування парашутної системи.

Виявлено стійкий статистичний зв'язок між стійкістю ВМ і наповнюваністю ПС. Встановлені й досліджені причини; видані рекомендації з використання даного ефекту.

Вперше показано, що однією з причин утрати стійкості геометрії двооболонкового крила ППС є зменшення питомого масового навантаження на крило до величини, меншої за критичну.

6. Метод прискорених і ужорсточених випробувань ПС

На базі аналізу рівнянь руху і проведених балістичних розрахунків, аналізу динаміки системи об'єкт-парашут, доведена можливість реалізації і запропоноване нове наукове рішення – багатофункціональності ЛВ ПС, сутність якого полягає в тім, що в одному ЛЄ можливо здійснити перевірку функціонування послідовно чи паралельно декількох каскадів ПС на різних етапах руху ВМ.

Це дозволило проводити міцнісні дослідження ПС (на руйнування) при малих числах Ньютона і Фруда, дослідження ПС на наповнюваність і перевірку функціонування ПС різних класів в одному літному експерименті, що істотно підвищило інформативність і економічну ефективність ЛВ.

7. Метод низьковисотного десантування

Шляхом рішення системи диференціальних рівнянь руху системи груз-ВП з урахуванням специфіки процесу отримана залежність безрозмірної втрати горизонтальної складової швидкості від безрозмірного часу. Це дозволяє виконувати кількісну оцінку характеристик і оперативно здійснювати вибір необхідних ВП і ТП при реалізації "методу зриву" у процесі НВД.

При побудові ЛВ методу НВД, відбитого в методиці [13], з метою прогнозування ймовірностей результату і ступеня ризику запропонована ймовірносна модель оцінки ВБР системи з основних етапів її функціонування.

8. Метод літних випробувань ПЛА

Вперше отриманий оптимальний (за критеріями безпеки й інформативності) метод ЛВ ПЛА, апробований автором у літних випробуваннях, що дозволяє повною мірою виявляти і вчасно усувати небезпечні комбінації факторів, що приводять до необоротних чи небажаних наслідків,

При побудові методу ЛВ ПЛА з метою прогнозування ймовірностей результату і ступеня ризику попередньо будувалися й ефективно використовувалися наступні ймовірносні моделі.

а). Модель оцінки повної ймовірності відмовлення при використанні органів управління, що дозволяє оцінити ймовірність того, що саме даний орган управління може стати причиною відмовлення у функціонуванні ПЛА. Це дозволяє ще до випробувань оцінити найбільш небезпечні комбінації керуючих впливів пілота при польотах у різних атмосферних умовах і видати відповідні рекомендації.

б). Модель оцінки повної ймовірності складання консолі крила при польоті на максимальній швидкості.

в). Модель оцінки ймовірності влучення в режим парашутування від впливу тримера.

г). Модель оцінки повної ймовірності застосування пілотом-випробувачем запасного парашута при дослідженнях ПЛА на зривних режимах. При дослідженні режиму максимальної швидкості польоту використовувалася ймовірносна модель, що описувала режими, реалізовані симетричним затягуванням передньої шеренги строп і акселератора.

д). Ймовірносна модель алгоритму літних досліджень з метою побудови карти небезпечних зон іспитового полігону ПЛА зі специфічним ступенем турбулентності, у залежності від метеоумов. Модель дозволяє оцінити умовну ймовірність того, що саме -та небезпечна для польотів зона може стати причиною відмовлення ПЛА в даних метеоумовах.

Короткий перелік нових наукових рішень, впроваджених автором особисто:–

метод літних випробувань ПС і ППС на наповнюваність (№ 16101.52.00);–

метод літних випробувань ПС і ППС на функціонування і статистичне моделювання результатів випробувань ПС (№ 16102.52.00);–

метод аналізу набору проектних рішень парашутних і парапланерних систем з метою добору парето-оптимальних, ефективних рішень (№ 16090.34-99);–

метод літних випробувань ПС на міцність (№ 16117.52-01);–

метод літних випробувань ПС і ППС на стійкість і керованість

(№ 16118.52-01);–

метод низьковисотного десантування (№ 16127.52-01);–

метод дослідження основних ЛТХ ПС і ППС (№ 16125.52-01);–

метод прискорених і ужорсточених випробувань із застосуванням РВМ

(№ 16131.52-01);

– метод літних випробувань парапланерних систем (№ 16221.52-02);–

метод літних випробувань надзвукових ПС (№ 16203.52-02);–

метод експериментальної оптимізації в проектуванні і літних випробуваннях ПС і ППС (№ 16273.52-02);–

загальна методологія проведення ЛЕ з метою одержання максимального обсягу інформації про об'єкт випробувань (№16316.52-03).

Одержало подальший розвиток формування нових методів ЛВ ПС, удосконалені існуючі методики. Вперше отримано логічно завершений, досить повний комплекс методів, що дозволили сформувати загальну методологію підготовки і проведення ЛВ ПС і ППС.

Практичне значення отриманих результатів

Наукове і практичне застосування результатів досліджень одержало в теорії і практиці літних випробувань ПС і ППС. Практична цінність отриманих результатів складається в істотному підвищенні рівня безпеки ЛВ ПС і ППС, підвищенні рівня надійності випробовуваних зразків, підвищенні інформативної змістовності, економічної ефективності. Застосування в практиці розроблених автором методів і загальної методології проведення ЛВ ПС і ППС показало їхню високу надійність.

Масштаб використання розроблених автором методів включає Україну, Росію, країни СНД. Результати досліджень впроваджені в НДІ АУС (Україна), НДІ ПС (Росія) у формі методик і монографій автора.

Особистий внесок здобувача

Полягає в розробці практично важливих методів та методик ЛВ, у постановці задач і розробці загальної методології ЛВ ПС, ППС та ПЛА.

Реалізація мети при особистій участі автора в процесі створення нових зразків парашутної і парапланерної техніки, а також аналіз досвіду їхньої експлуатації дозволили здійснити теоретичне узагальнення і практично вирішити велику наукову проблему створення загальної методології ЛВ ПС, ППС та ПЛА, що має важливе прикладне і народногосподарське значення.

Апробація результатів дисертації

Результати досліджень, включених у дисертацію, обнародувані на:

-

-

-

-

-

-

-

Публікації результатів досліджень

Дисертація написана на основі робіт, виконаних автором у 1986 –2002 р.

Результати дисертації опубліковані в 3-х монографіях, 7 матеріалах конференцій, 18 збірниках наукових праць; з них 5 робіт виконано з співавторами.

Структура й обсяг дисертаційної роботи

Дисертація складається зі вступу, трьох розділів, висновків, списку літератури. Зміст роботи викладений на 334 сторінках. Малюнків 30, схем 3 . Наведено 133 роботи іноземних та вітчизняних авторів.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі роботи обгрунтовуються актуальність, місце і роль роботи в галузі парашутобудування й економіки народного господарства. Показано системний підхід до постановки завдання і його вирішення.

Розділ 1 присвячений літним випробуванням ПС і ППС як ефективному і надійному методу перевірки експериментальних зразків у природних умовах.

У підрозділах 1.1-1.3 отримані наступні наукові і практичні результати.

1. Сформульовано мету і задачі ЛВ ПС і ППС. Основна мета ЛВ – перевірка функціонування системи й одержання надійної, достовірної інформації про об'єкт випробувань.

2. Визначено основні концепції, покладені в основу ЛВ ПС, що полягають у підвищенні ефективності ЛВ ПС за основними критеріями ефективності.

3. Введені і докладно розглянуті ЛКЕ експерименту – надійність (безпека), інформативність і економічна ефективність ЛВ.

4. Сформульовано основні вимоги і виконано проектування варіанта інтегрального критерію ефективності (ІКЕ) стосовно ЛВ ПС.

5. Запропоновано алгоритм методики оцінки ефективності ЛВ по ІКЕ.

6. Виконано класифікацію ПС і ППС за типами, видами і класами, що дозволило упорядкувати безліч вихідних елементів за визначеними ознаками. Класифікація усуває невизначеності, прискорює аналіз результатів досліджень, знижує ймовірність помилок у процесі проведення літних випробувань.

7. Виконано класифікацію видів випробувань за призначенням, рівнем проведення, за етапами розробки продукції, за ознаками виду випробувань, тривалості, за видом впливу і результатами впливу, за визначеними характеристиками об'єкта і т.п. Це підвищує ступінь обґрунтованості рекомендацій і пропозицій, переконливість і надійність аргументації і висновків за результатами робіт, що в цілому сприяє підвищенню їхньої ефективності.

У підрозділі 1.4 отримані наступні наукові і практичні результати.

Викладена структура програми і методики літних випробувань, методів атестації методики випробувань. У процесі атестації програм ЛВ велика увага приділяється проведенню детального аналізу програм і їх складових. При цьому проводиться логічний функціональний аналіз, метрологічний і інші види контролю. Виконана формалізація задачі перевірки програм в статиці в математичній постановці з використанням апарата теорії множин. Задача атестації методики і програми ЛВ полягає в тім, щоб виявити всі елементи і відносини між ними, що належать критичній безлічі, і або виключити його, або замінити безліччю допустимих відносин між елементами. Виявлення недопустимих комбінацій відносин між елементами виробляється в строго визначеній послідовності, що задається звичайно у вигляді орієнтованого графа станів, що відповідає порядку функціонування випробовуваної системи – об'єкта випробувань. Багаторічна практика літних випробувань ПС показала, що викладені в роботі основні вимоги, пропоновані до розробки й оформлення програми і методики випробувань, а також структура і принципи її побудови є найбільш прийнятним і оптимальним варіантом із усієї допустимої безлічі.

Показано, що відповідність програм ЛВ ПС, зазначеної в підрозділі структури, мінімізує фінансові, матеріальні і тимчасові витрати на проведення випробувань, організує й удосконалює логіку випробувань у цілому, підвищує інформативну змістовність, а також ступінь надійності і безпеки ЛВ.

У підрозділі 1.5 докладно розглянута специфіка ПС за призначенням:–

для космічних апаратів (КА), призначених для посадки на інші планети; –

для КА, що повертаються на Землю;–

багатокупольних систем (МКС) для апаратів, що спускаються, (СА) космічних кораблів; МКС для десантування важких вантажів і техніки (включаючи парашутно-реактивні системи посадки (ПРСП);–

ПС людських, десантних, спортивних і рятувальних (включаючи катапультування екіпажів літаків при аварії на зльоті і посадці);–

ПС для низьковисотного десантування вантажів і техніки (включаючи ПТП);–

ПС для виробів спеціального призначення (порятунок фюзеляжів літаків, ступенів ракет, об'єктів з аеростатів, носіїв активної РЛУ, парашутні мішені, підхоплення об'єктів у повітрі й ін.);–

гальмові посадкові; протиштопорні і т.ін.

Показано специфіку ЛВ ПС і ППС різного призначення, що полягає в наступному:–

вибір і побудова чіткої, стрункої логіки процесу функціонування системи об'єкт-парашут, оптимізація логіки програми роботи системи; вибір оптимальних схем компромісу; –

оптимізація самої системи і її окремих вузлів і елементів у найбільш важливих параметрах;–

високий ступінь надійності функціонування системи об'єкт-парашут;–

мінімізація масо-габаритних характеристик ПС;–

забезпечення необхідних ТЗ ЛТХ системи в широкому діапазоні режимів і умов її застосування;–

розпізнавання відмовлень і введення в дію системи резерву; резервування основних засобів гальмування;–

забезпечення високого ступеня уніфікації за рахунок застосування стандартних вузлів і елементів з високим ступенем надійності функціонування і т.ін.

У підрозділі визначені основні заходи, що забезпечують досягнення екстремумів ЛКЕ – надійності, інформативності, економічності. Вибір оптимальної стратегії підготовки і проведення ЛВ ПС і ППС завжди зв'язаний з пошуком екстремуму функції мети, формованою програмою і методикою ЛВ, і фактично завжди нерозривно зв'язаний із процесом проектування виробу. Це змушує випробувача формувати оптимальну стратегію з урахуванням комплексного підходу до процесу проектування-випробування.

Підводячи підсумок, за результатами підрозділу 1.5 можна зробити наступні висновки.

Докладний аналіз специфіки й особливостей функціонування, а також літних випробувань ПС різного призначення підтверджує правильність зробленого раніше вибору критеріїв оцінки ефективності випробувань, покладених у основу ЛВ.

Специфіка й особливості функціонування ПС різного призначення показує складність і наукоємність технологій підготовки і проведення ЛВ та досліджень.

У цьому зв'язку літні випробування вимагають:

1. Розробки комплексу методів ЛВ ПС, що дозволить на досить високому науковому і технічному рівнях проводити дослідження;

2. Проведення досить складних розрахунків процесів функціонування ПС і специфічних особливостей методів літних випробувань; побудови математичних моделей; статистичного моделювання процесів; побудови ймовірносних методів і моделей, що потребує вироблення стратегії добору методів для супроводу і математичного забезпечення ЛВ і досліджень.

У підрозділі 1.6 докладно розглянуто стан наукової проблеми і ціль наукових досліджень, звідки стає видно, що сутність наукової проблеми полягає в необхідності розробки високоякісного науково-методичного забезпечення ЛВ і досліджень ПС, ППС і ПЛА, заснованого на принципах досягнення оптимуму обраної функції мети в просторі критеріїв оцінки ефективності випробувань та необхідності побудови загальної методології ЛВ ПС, ППС і ПЛА.

Наприкінці першого розділу сформулюємо короткі висновки зі стиснутим викладом отриманих у розділі наукових і практичних результатів.

1. Сформульовано мети і задачі літних випробувань і досліджень ПС і ППС, а також основні концепції, покладені в основу ЛВ ПС і ППС; запропоновані критерії оцінки ефективності випробувань. Сформульовано основні вимоги і виконано проектування одного з можливих варіантів інтегрального критерію ефективності стосовно до ЛВ ПС. Запропоновано алгоритм методики оцінки ефективності ЛВ за інтегральним критерієм.

2. Приведено класифікацію ПС і ППС, видів випробувань як перший крок у побудові фундаменту загальної методології ЛВ. Розглянуто структуру оптимального варіанта методики випробувань і питання атестації методики випробувань. Показано можливість формалізації програм і методик ЛВ із застосуванням методів теорії множин.

3. Розглянуто специфіку й особливості функціонування ПС різного призначення і підтверджена правильність вибору критеріїв оцінки ефективності випробувань та формулювання основних концепцій, покладених у основу ЛВ.

4. Докладно розглянуті і сформульовані стан, сутність наукової проблеми і ціль наукових досліджень, що дозволяє безпосередньо приступити до розробки методів ЛВ і досліджень ПС, ППС і ПЛА.

Розділ 2

У розділі 2 докладно представлені методи літних випробувань пс і ппс.

Розділ починається з підрозділу 2.1 “Методологія літних випробувань ПС і ППС і основні концепції, покладені в основу методичних розробок”.

Під методологією ЛВ розуміється комплекс випробувальних методів, об'єднаних єдиною стратегією, спрямованою на одержання максимально можливого обсягу високоякісної інформації про об'єкт випробувань у максимально стиснутий термін з мінімально можливими витратами. Комплекс випробувальних методів містить у собі методики автора, перелік яких був представлений вище.

Методологія ЛВ, крім комплексу іспитових методів, містить у собі також принципи їх оптимального використання за відповідними критеріями, у залежності від цілей і задач, сформульованих програмою досліджень. Наведено основні концепції (критерії), за якими виробляється оптимізація, покладені в основу розроблюваних і вже розроблених методик.

У підрозділі 2.2 докладно розглянута методика ЛВ ПС на наповнюваність. Дано строге визначення наповнення парашута, чітко визначені етапи і характерні моменти процесу наповнення купола парашута: підготовчого, основного і заключного. Уперше докладно описаний кожний із них. Розглянуто методи кількісної і якісної оцінки наповнюваності парашута. Розглянуто поняття коефіцієнта наповнюваності –кількісної міри запасу ПС по наповнюваності. Докладно розглянуто існуючий метод прискорених ужорсточених випробувань (шляхом штучного укорочування строп) за оцінкою наповнюваності парашутів. Виявлено недоліки методу, що полягають в істотному перекручуванні процесу наповнення в порівнянні зі штатним випадком. Уперше було показано, як можна шляхом пасивної оцінки інтенсивності процесу наповнення виконати оцінку наповнюваності купола, не втручаючись у процес і не спотворюючи його характеристик. Розглянуто пасивні методи оцінки наповнюваності ПС у літному експерименті. Докладно розглянуто метод характеристичних кривих. Показані його істотні недоліки. Докладно розглянута запропонована автором оцінка наповнюваності методом ортогональної зйомки контуру крайки вхідного отвору купола, показані її істотні переваги. Уперше введено в практику поняття кількісного критерію , що характеризує інтенсивність процесу наповнення купола:

.

Тут: – час поточний; – час наповнення купола; – площа вхідного отвору купола, що наповнюється. – площа вхідного отвору цілком наповненого купола. Запропоновані для якісної оцінки інтенсивності процесу наповнення парашута характеристичні криві: , а для кількісної - критерій . Запропоновано алгоритм оцінки інтенсивності процесу наповнення купола парашута за викладеним вище способом.

Запропонований ще один, дуже ефективний спосіб оцінки інтенсивності процесу наповнення парашута, в основі якого лежить експериментально встановлений автором факт, сутність якого полягає в тім, що інтенсивність процесу наповнення й основні аеродинамічні характеристики парашута істотно залежать від характеру формоутворення контуру крайки вхідного отвору купола. Аналіз показав, що чим більша зіркоподібність контуру крайки вхідного отвору, тим менш інтенсивно йде процес наповнення, і навпаки, чим ближче форма вхідного отвору до окружності, тим інтенсивніший процес наповнення. Для кількісної оцінки ступеня зіркоподібності контуру крайки уперше вводиться поняття коефіцієнта форми контуру вхідного отвору купола:

,

де: – видимий периметр контуру крайки; – площа, охоплювана контуром ; -площа кола з тим же контуром .

Коефіцієнт форми змінюється в інтервалі (0 1), що може служити кількісною характеристикою ступеня зіркоподібності контуру крайки вхідного отвору, а отже, кількісною характеристикою оцінки інтенсивності процесу наповнення парашута. Коефіцієнт характеризує зіркоподібність (серпоподібність) контуру крайки вхідного отвору в кожній конкретній фазі. Для кількісної оцінки всього процесу наповнення були також запропоновані сумарні коефіцієнти форми та :

, .

Перевагою даного методу оцінки інтенсивності процесу наповнення, у порівнянні з існуючими, є: визначення коефіцієнта за значеннями , , що зводить до мінімуму помилки, властиві попереднім способам; коефіцієнт враховує конфігурацію контуру крайки вхідного отвору, чуттєвий до появи горизонтальних ділянок на кривих і, таким чином, добре оцінює інтенсивність процесу наповнення. Показано також, що кількісна оцінка інтенсивності процесу наповнення може бути виконана шляхом обчислення інтегральних характеристик і , рис.2.2.1.

На закінчення можна зробити короткі висновки за результатами підрозділу 2.2.

1. Вперше в літному експерименті детально досліджені і докладно описані етапи процесу наповнення ПС. Розроблено докладні алгоритми експериментального дослідження основних етапів процесів наповнення парашутів різних класів. Це відкриває нові можливості керування процесом розкриття парашута і його математичного моделювання.

2. Літними дослідженнями автором було встановлено, що основною причиною затримок у процесі наповнення парашута є специфіка формоутворення (зіркоподібність) контуру крайки вхідного отвору купола. При цьому вперше вдалося встановити, що основний етап процесу наповнення складається з двох фаз, обумовлених перебудовою геометрії контуру крайки вхідного отвору, що дозволило використовувати цей ефект у практиці.

3. Уперше розроблений і впроваджений у практику ефективний метод кількісного і якісного аналізу процесу наповнення парашута в літному експерименті, що не впливає на процес і не спотворює його. Метод дозволяє ефективно виявляти досить тонкі ефекти, зв'язані з тенденціями до затримок у процесі розкриття парашута.

4. Уперше розроблений і впроваджений у практику ефективний метод літних випробувань парашутних систем на наповнюваність. Удосконалення методів літних випробувань відкриває нові унікальні можливості оцінки наповнюваності, оптимального керування процесами розкриття і побудови ефективних математичних моделей процесів наповнення парашутів різних класів.

Підрозділ 2.3 присвячений методам літних випробувань ПС на міцність.

У пункті 2.3.1 “Задача розробки конструкції, оптимальної за міцністю і масовими показниками” вводиться поняття напружено-деформованого стану конструкції; поняття рівноміцної конструкції, оптимальної за якостями міцності і мінімальної за масовими показниками.

Пункт 2.3.2 присвячений аналізу й оцінці міцності. У ньому наводяться основні поняття і визначення, розглядаються основні розрахункові випадки міцності. Робиться висновок про характер зміни несучої здатності осесиметричного купола уздовж його розкрійного радіуса , а також висновок про те, що основною необхідною умовою неруйнування купола в процесі розкриття є неперевищення кривої навантаження , що руйнує (від швидкісного напору) над кривою несучої здатності . Вперше в випробувальній практиці ПС показано, що при оцінці величини несучої здатності парашута необхідно розглядати два розрахункових випадки.

Перший розрахунковий випадок припускає практично одночасне включення всіх елементів парашута в роботу при відносно плавному навантаженні конструкції. У цьому випадку несуча здатність парашута оцінюється розрахунковим шляхом за діючою інженерною методикою інтегрально, по куполу і стропах (по вертикальному і горизонтальному перетинах), а в експерименті визначається величиною руйнівного навантаження зафіксованого за допомогою тензодатчика, встановленого у коуші парашута.

Другий розрахунковий випадок припускає найбільш важкий режим неодночасного включення парашута в роботу й ударного (імпульсного) перевантаження окремих елементів конструкції при недовантажених інших, обумовлений істотною нестабільністю (асиметрією) процесу наповнення купола, рис.2.3.1. У цьому випадку несуча здатність парашута оцінюється розрахунковими шляхом – чисельними методами, диференційовано в кожнім елементі конструкції за заданим перепадом тиску на куполі. В експерименті вона визначається руйнівним навантаженням, зафіксованим тензовимірювальними датчиками, встановлюваними в елементах конструкції. Показано, що статистичні характеристики законів розподілу несучої здатності (математичне чекання і дисперсію) варто шукати як функції основних критеріїв подібності:

; .

Встановлено основну причину нестабільності процесу навантаження, зв'язану зі специфікою формоутворення контуру крайки вхідного отвору купола.

У пункті 2.3.3 розглянуті основні способи жорсткості по навантаженню з метою руйнування парашута:–

збільшенням швидкісного напору до моменту початку наповнення при постійній масі вагового макета, тобто зменшенням числа ;–

збільшенням маси вагового макета при постійному швидкісному напорі в момент початку наповнення, тобто зменшенням числа .

Установлено, що межа області руйнування парашута в площині параметрів , може бути апроксимована залежністю гіперболічного типу, рис. 2.3.2.

Вперше в роботі було запропоновано розрізняти два практично важливих випадки по навантаженню і руйнуваннях ПС у залежності від величини чисел і :

1. При малих числах (великих питомих масових навантаженнях) руйнування парашутів відбувається на великих фазах процесу наповнення, коли уже всі елементи ПС устигають включитися в роботу навантаження і тому при великих руйнівних навантаженнях, що заміряться в коуші ( ).

2. При малих числах (великих швидкісних напорах) руйнування парашутів відбувається на малих фазах процесу наповнення, коли ще не всі елементи ПС устигають включитися в роботу навантаження, і тому при відносно невеликих руйнівних навантаженнях, що заміряться в коуші парашута ( ).

Експериментально встановлене розходження в характері руйнувань парашутів при малих числах і . Установлено помилковість висновків, що існували до недавнього часу, за аналогією про відповідність характеру руйнування парашута характеру його навантаження на основі одного лише аналізу відомості дефектації, що дотепер мало місце в літних випробуваннях.

У пункті 2.3.4. розглядаються основні випадки випробувань ПС на навантаження з метою оцінки його несучої здатності. Виробляється вибір режимів випробувань для визначення навантажень і наводяться основні правила вибору іспитових режимів (ІР) ПС. При підготовці до проведення літних випробувань у ряді випадків виконується процедура розширення областей іспитових режимів за рахунок їхніх можливих флуктуацій на границях. Показано, що найбільш ефективне розширення ІР і збільшення навантажень на ПС виконується або за рахунок збільшення висоти введення ПС у дію, або за рахунок збільшення швидкісного напору до моменту початку її наповнення. Докладно розглядаються питання жорсткості режимів по всіх перерахованих вище параметрах для основних каскадів ПС.

Пункт 2.3.5 присвячений оцінці міцності ПС у літному експерименті, обґрунтуванням і розробці алгоритму методу. Тут вирішуються наступні основні задачі:–

вибір іспитового режиму і типу носія;–

вибір логіки роботи системи (у тому числі визначення моментів і інтервалів проходження команд від САІ);–

вибір вимірювальної й реєструючої апаратури (СІ);–

проведення серії літних випробувань у вузлах сітки, що рівномірно покриває область штатного режиму в площині , а також на її границях;–

оцінка зусиль і подовжень в елементах ПС, а також оцінка характеру руйнувань (за даними кіноматеріалів) і характеру ушкоджень за результатами дефектації матеріальної частини;–

оцінка міцності і видача обґрунтованих висновків і рекомендацій по зміцненню чи доробці конструкції.

Наведені рекомендації з вимірів і оцінок основних параметрів міцності ПС, розгорнутий алгоритм аналізу результатів випробувань.

У заключному пункті 2.3.6 підрозділу і методики оцінки міцності ПС приводиться алгоритм оцінки міцності конструкції і видачі обґрунтованих рекомендацій і пропозицій по доробці й удосконаленню конструкції.

На закінчення можна зробити короткі висновки за результатами підрозділу.

1. Сформульовано умову неруйнування купола в процесі його розкриття.

2. Вперше в літному експерименті при оцінці величини несучої здатності парашута виявлені, досліджені й описані два можливих розрахункових випадки, покладених в основу методики експериментальної оцінки міцності ПС.

3. Докладно сформульовані основні способи жорсткості по навантаженню з метою руйнування парашута по числах і .

4. Представлено основні випадки іспитів ПС на навантаження з метою оцінки її несучої здатності і вибору режимів іспитів для визначення навантажень.

5. Розроблено уніфіковані системи автоматики і вимірів, що дозволяють вирішувати складні іспитові задачі в оцінці міцності ПС.

6. Уперше розроблений і впроваджений у практику ефективний метод літних випробувань парашутних систем на міцність.

Підрозділ 2.4 присвячений розробці методики літних іспитів ПС на функціонування.

У пункті 2.4.1 розглядаються способи підвищення надійності функціонування як ПС у цілому, так і кожного каскаду окремо.

Пункт 2.4.2 присвячений розробці методики кількісної оцінки надійності функціонування ПС, вибору оптимальної логіки програми роботи ПС, що включає в себе оцінку і попередження можливих відхилень від нормального розвитку процесу; забезпечення повернення процесу на головну вітку маршруту (ГВМ) графа станів ПС, якщо процес випадково пішов по бічній вітці, усунення можливих аварійних ситуацій. У даному випадку, одним з головних