5 Августа 2018

Краш-тест самолёта: интересные факты

Опубликовал К.В. Кулик

Интерес к краш-тестам всегда обоснован и не нужно особых объяснений, зачем этот тест вообще нужен. Однако особенности его проведения требуют некоторого освещения для людей не вполне знакомых с механикой процесса. Принято считать, что краш-тесты нечто такое, что принадлежит более автобомильной сфере. Только это несколько притянутое мнение, ведь краш-тест необходим для авиационной отрасли не в меньшей степени, а возможно имеет даже большее значение порой. Имеет смысл говорить о тестировании авиации в специфических областях.

Краш-тест самолёта - весьма дорогостоящее удовольствие, по сравнению со своими автомобильными собратьями. Поэтому для его проведения производятся некоторые снижающие затраты ухищрения.

Благодаря развитию технологий, сегодня можно испробовать и ощутить, каковым будет в деле не только существующий вариант, но и ещё только планируемый. Подобную вещь позволяет осуществить наземный системный ингератор, технология, позволяющая такой процесс, как имитирование систем самолёта.

Технологии, используемые для краш-тестов

Наземному системному ингератору отводится такая же значимая роль в тестировании самолётов, как и испытательным стендам. Ранее одним из недостатков такого метода, который использует для изучения закономерностей коллизионных процессов испытательные стенды, являлись их габариты, способные занимать целые ангары. Они имели внешний дизайн, очень похожий на настоящий летательный аппарат, ведь так же, как самолёт, имели крылья, шасси, подобный настоящему фюзеляж, а также выпускаемое подобно настоящему шасси, так что достигалось полное сходство. Такие элементы, как закрылки, насосы, рули высоты также устанавливались в тех местах, которые соответствовали устройству настоящего лайнера. Такая система соединялась с необходимыми пультами при помощи систем проводов. Необходимость в воссоздании внешнего вида самолёта обуславливалось особенностями гидравлики. Для того, чтобы получить точные данные, необходимо было воссоздать взаимосвязи всех элементов.

Пока что даже новейшие системы испытания самолётов не заменят такое искусственное моделирование процесса непосредственно полёта лайнера, как испытание в аэродинамической трубе. Для подобных испытаний используются модели самолётов, выполненные с масштабированием. Такие модели изготавливаются с тщательной детализацией. Помещаемая в трубу модель продувается сжатым воздухом, хотя, возможен в применении для такой цели фреон R-134a, именующийся тяжёлым. Чаще всего пассажирские авиалайнеры подвергают испытаниям в туннелях, считающихся низкоскоростными, однако периодически используются гиперзвуковые или трансзвуковые.

Концепция Железной птицы - так именуется наземный системный ингенератор в среде авиаторов, - имеет совершенно отличающуюся концепцию от предшественников, не вынуждая конструкторов наследовать внешний вид самолёта полностью и всячески масштабировать его, добиваясь полного сходства. Boeing 787 Dreamliner полностью повторяет весь функционал самолёта, будучи полностью на него не похожим.

Кроме того, этот интегратор не стал занимать огромные пространства, подобно другим технологиям. Он перешёл частично от старой концепции, имеющей лаконичное, но ёмкое название - fly-by-wire. Теперь технология развивается в ином ракурсе, называемом power-by-wire. Такое определение означает то, что бортовому компьютеру теперь нужно сосредоточиться на передаче энергии к насосам, которые питают отдельные механизмы гидравлики. Поэтому, такое распределение позволило отказаться частично от некоторых частей самого общего механизма. Кроме такого конкретного подхода конструкторами Боинга было предложено отказаться от той системы отбора воздуха, которая была традиционной. Отныне воздуху приходится поступать в салон благодаря применению компрессора. Инженеры подошли к воссозданию системы Железной птицы с новым подходом, используя специальные стенды, объединяемые в одну целую систему при помощи электронных информационных шин. Теперь подобному устройству под силу выполнять по три лётных поставленных задачи в одно и то же время благодаря процессорам Honeywell.

Также, одно из существенных отличий представленного конструкторами интегратора кроется в его способности опережать время. Потому его можно использовать в подготовке самолёта к прохождению сертификации перед началом выпуска. Тестовые машины пошли на сборку только после того, как интегратор объединил схемы в единое целое.

Полёты, осуществляемые при помощи этой системы отличаются высокой степенью реализма и соответствия настоящим параметрам полёта. Преимущественно те данные, которые получены в ходе тестирования интегратором, становятся основой для составления лётных инструкций, а тестировщики-пилоты проходят на нём спецкурсы тренировок, прежде чем их допускают к полётам.

Дороговизна и сложность

Дороговизна и сложность делают применение краш-тестов для гражданских лайнеров дорогостоящей затеей. Единственному краш-тесту, который проверял на предмет соответствия критериям качества даже не сам лайнер, а всего лишь топливо, поручалось в процессе разбить об землю Боинг 720 с бригадой манекенов на борту в 110 штук. Было предпринято решение разбить самолёт об дно уже высохшего старого озера Роджерс. Было заблокировано шасси и радиоуправляемый Боинг шёл к земле с намеренным креном, чтобы точно разрушить топливные баки. Сразу после столкновения удалось снять 97% всей информации с датчиков, также трёх использованных телекамер. Всего на проведение такой процедуры было потрачено 10 миллионов долларов, чтобы узнать всего лишь о том, что керосин, использованный в эксперименте не имеет ровным счётом никаких преимуществ.

В исследовательских целях американскими исследователями вплоть до 2003 года было разбито более 40 самолётов гражданской авиации, а также 59 образцов авиации самого различного плана - от тех самых гражданских до боевых образцов. Крушение аппаратов в целях исследования закономерностей их коллизий длилось около 20 лет. Практически все эти исследования проходили в НАСА (Центр имени Лэнгли). Так как там было оборудовано стенд, имеющий систему сброса для того, чтобы проводить тестирование коллизий летательных аппаратов, то там и ссоредоточилась основная работа по исследованию результатов краш-тестов для нужд  в основном именно военной авиации, например, для защиты бомбардировщиков от различных столкновений с проводами было проведено ряд краш-тестов при участии различных типов разбиваемой лётной техники.

 Без инструкций: полёты современного типа

Авиационная сертификация не регламентирует объёмы налёта для тестируемых лайнеров, но в среднем эта цифра колеблется около отметки в 3000. Борт 787 показывает существенные различия в сравнении с этой цифрой, ведь за два года первые машины налетали в общем 5357 часа. В эти подсчёты не входит 1000 часов, те, которые налетала воздушная летательная лаборатория Boeing 757 FTB.

Такие испытания проводятся с парой весьма значимых целей, во-первых, для того, чтобы получить все необходимые разрешения на то, чтобы аппарат успешно вошёл в эксплуатацию, во-вторых, для того, чтобы составить все необходимые программы для того, чтобы обучить пилотов и уверенности в том, что лайнер будет полностью управляемым и не выйдет из-под контроля в любую минуту. Подобное тестирование также определяет физические параметры аппарата и их пределы. Сертификация проходит после успешного достижения приемлемых значений 42 скоростных параметров. Прохождение такой сертификации несложно - все нынешние лётные аппараты изготовляются с запасом надёжности.  

Наибольшую сложность представляют собой тесты на определение соответствию критериям минимальной скорости, достигаемой при отрыве и тестирование на флаттер.

Флаттером называют разрушительное явление, когда резонанс производит наибольшие коллизии, ставшее основной причиной большинства катастроф с участием авиалайнеров. К нему приводит то, что конструкция лайнера является недостаточно жёсткой, поэтому вибрации, возникающие в крыле или створках дверей, неплотно прилегающих к корпусу, шасси или грузовых рампах начинают производить разрушительные колебания, приводящие к авиакатастрофе.

Самым зрелищным тестом, пожалуй, можно назвать тестирование авиалайнера на минимальную скорость отрыва. Это самый сложный тест для пилотов, потому что в нём проверяется не только их профессиональное мастерство, но и соответствие всех рефлексов на восприятие ситуации в экстремального характера условиях. Экипажу перед тем, как приступить к выполнению тестового задания приходится пройти инструктаж дополнительного характера. Также, в качестве предохранительных мер к фюзеляжу крепится предохранитель-опора - дополнительная хвостовая, материал которой выбирается каждой авикомпанией по-разному. К примеру, Airbus отдаёт предпочтение пластиковой опоре, а Boeing использует деревянные брусы. Пилоту нужно набрать скорость и со всеми предосторожностями задрать нос самолёта. Он задирает его до тех пор, пока лайнер не коснётся своей опорой взлётной полосы. При этом пилот продолжает ускорение самолёта, пока он не оторвётся. Скорость в этот момент фиксируется, и заносится в протокол, а затем и в инструкцию.

Не менее важным критическим параметром, который тестируется, является скорость сваливания. Такой параметр обозначает минимальную скорость уже установившегося полёта.

Пилот, для того, чтобы установить значение этого параметра, вынужден прибегнуть к буквальной остановке двигателя в полёте. Показателем того, что всё выполняется правильно, является сильная вибрационная волна, проходящая практически на всю длину корпуса. Она происходит в тот момент, когда поток срывается. Поэтому перед началом эксплуатации каждой новой модели необходимо многократное прохождение таких испытаний, после чего все необходимые параметры записываются в технические характеристики летательного аппарата и в инструкции пилотам.

Экстренное торможение

Перед тем, как запустить в эксплуатацию новую модель самолётов, ей предшествует долгая обкатка и испытания в самых различных условиях. Одним из таких условий является отработка взлёта и посадки, производимая нарочно в самых ветреных областях планеты. Потому некоторые команды пилотов отправляются испробовать свои силы в ветреные места.

Для того, чтобы лучше понять столь экстремальный путь проводимых испытаний, следует заметить ещё несколько их видов. Таким испытанием является посадка на мокрый асфальт в неблагоприятных условиях, к примеру, проводимая в Сиэтле.

Также, стоит заметить ещё один вид испытаний, отличающихся зрелищностью - тест самолёта, позволяющий определить максимальную энергию торможения. Подобное испытание проводится в автомобильных испытаниях, где это называется замером тормозного пути. Интерес к этому виду испытаний подогревается тем, что проводящий его Dreamliner использует в системе торможения новейшие тормозные колодки” на основе инновационного карбона. В системе тормозов используются самые технически новые дисковые комплекты и накладки, способные к чрезвычайно хорошему теплопоглощению.

Первые испытания данной системы начались в 2010 году. В апреле были проведены первые тесты новой системы, для чего была выбрана трасса длиной в 12 км, а летательный аппарат был дополнительно нагружаем 250 тоннами балласта. Однако, после того, как экстренное торможение было начато, на асфальте взлётной полосы осталось некоторое количество плавящейся резины, которая стала активно дымить и гореть, из-за чего в работу срочно включились пожарные расчёты, которым довелось увидеть, как догорают остатки резины и разогретые до 1400 градусов тормозные диски продолжают потрескивать и искрить. Авиалайнер пришлось остановить у контрольной отметки за 220 метров.

После этого разработки стали направляться в русло исследования качественно новых составляющих тормозных систем. После этих исследований и были разработаны новые накладки и тормозные диски, обеспечивающие экстремальное поглощение тепла при прохождении тормозного пути.

Боинг-787 имеет, по сравнению с остальными моделями летательных аппаратов, прочность подвески. Она выполняется из композитных материалов, особенную роль в ней отводится силовым элементам из композита.  Тестирование этих элементов проводили сейсмологи Сан-Диего, проводя испытания с помощью сейсмостендов. Все они подтвердили эксклюзивную высокую прочность данной конструкции. Значение максимальной нагрузки, которая способна выдерживаться новой конструкцией шасси, составила свыше 450 тонн.

Помимо этого, на сейсмостенде тестировались множественные деформации, которым подвергалась вся данная конструкция - вибрации боковые, а также вертикальные и горизонтальные, помимо использования в работе стенда дополнительных деформаций а также скручиваний. Канадским испытателям показалось такого испытания недостаточно, а его результаты они сочли недостаточно убедительными, поэтому испытания были перемещены в Канаду, на самый крупный в мире испытательный стенд - Goodrich Super Rig. Там системы подверглись нескольким тестам, которые были в основном призваны проверить, как поведёт себя данная конструкция при падении с высоты. Таким образом, платформу с прикреплённым к ней шасси уронили несколько раз с высоты в 27 метров. Вес платформы составил 50 тонн. Этого хватило для прохождения испытания и получения разрешения на эксплуатацию конструкции в летательных аппаратах.

Сесть и опробовать новую модель лайнера пилоту доводится только тогда, когда представят вторую действующую модель. Первой же достаётся весьма нелёгкий путь быть исследованной и всячески испытанной для вынесения определённых решений касательно пригодности модели в эксплуатации. Тестироваться данная модель будет на так называемые усталостные разрушения.

Такой путь ожидал и Dreamliner. Каждый день в течение 3-х лет лайнер круглосуточно тестировали, исследовали и испытывали в установке, с виду напоминающей конструкцию мостового крана. Авиалайнеру пришлось повисеть на растяжках и быть зажатым в тиски. Стенд обеспечил самолёту при помощи электронных средств тысячи полётов, которые составили бы жизнь не одного гражданского лайнера.

Только лишь малая часть проверок может быть так кратко описана, в действительности их гораздо больше. После этого можно не сомневаться при покупке билета на самолёт.