- Деятельность в околоземном пространстве
Составными частями разнообразной деятельности человека в околоземном пространстве являются:
авиация (франц. aviation, от лат. avis – птица) – теория и практика полетов на аппаратах тяжелее воздуха (самолетах, вертолетах, планерах) в околоземном воздушном пространстве;
воздухоплавание – теория и практика полетов на аппаратах легче воздуха;
космонавтика (от греч. kosmos – мир, Вселенная и греч. nautike – искусство мореплавания, кораблевождения) - теория и практика полетов в космическом пространстве.
Деятельность человека в околоземном пространстве обеспечивается совокупностью различных отраслей науки и техники. Важнейшей из них является проектирование – разработка проекта (от лат. projectus – брошенный вперед) летательного аппарата
- Жизненный цикл ЛА
Летательный аппарат (ЛА) можно с полным основанием считать одним из наиболее совершенных творений человека. Создание ЛА требует расходования огромных интеллектуальных и экономических ресурсов (от франц. ressource – средство, запас) общества.
Все этапы жизненного цикла современного ЛА оказывают значительное воздействие на различные стороны жизни общества.
В жизненном цикле ЛА (в пути, который проходит ЛА за время своего существования) можно выделить следующие основные этапы:
проектирование ЛА;
постройка и испытание опытных экземпляров;
разработка технической документации на серийное производство;
серийное производство и поставка ЛА эксплуатирующей организации (заказчику);
эксплуатация ЛА и модернизация его в процессе эксплуатации;
утилизация ЛА, отработавших установленный срок (т.е. использование элементов конструкции и систем ЛА в качестве вторичного сырья).
Техническое задание на проектирование
Формирование целей, для достижения которых используется ЛА, обоснование необходимости новой разработки требует анализа и предсказания изменений во внешней среде – естественной, т.е. в природе, и искусственной, т.е. созданной руками человека, – и последствий (экологических, политических, технических), к которым приведет разработка проекта, производство ЛА и его функционирование.
Эта работа ведется совместно организациями заказчика и разработчика (например, в гражданской авиации – авиакомпанией, которая намерена эксплуатировать новый самолет, и ГосНИИГА – Государственным научно-исследовательским институтом гражданской авиации (заказчик совместно с ОКБ). В результате этой работы (иногда ее называют "внешним" проектированием) определяются потребные летно-технические характеристики (ЛТХ), технологические, эксплуатационные и другие требования к ЛА, выбираются критерии (показатели) эффективности выполнения ЛА поставленной задачи и формируется техническое задание (ТЗ) на проект ЛА.
Рассматривая в самом общем виде задачу, решаемую с помощью ЛА, как транспортную операцию, ТЗ на проектирование ЛА можно представить следующим образом.
Необходимо
спроектировать ЛА,
который способен заданную полезную
нагрузку ПН
в определенных условиях комфорта и
обслуживания
при
заданных условиях эксплуатации и
применения
доставить
за определенное время Т на определенное
расстояние L с заданными критериями
(показателями) эффективности (КЭ)
выполняемой транспортной операции.
Сложные (большие) системы, их основные свойства
Методология проектирования
Общую формулировку
технического задания
на проектирование можно отнести к
различным ЛА,
в том числе и к самым современным
самолетам, и к самолетам, созданным на
заре развития авиации.
Современные ЛА существенно отличаются не только от самых первых самолетов, но и от самолетов десяти-, двадцатилетней давности. Изменились не только внешний облик и размеры самолетов, что весьма важно. Изменились силовая установка, система управления, электрооборудование и другие системы самолета. На борту появились принципиально новые системы, например бортовая ЭВМ, система автоматического пилотирования и т.д. Изменились и конструкция самолета, и технология его изготовления.
Усложнение решаемых задач и, как следствие, увеличение сложности и стоимости проектирования, изготовления и эксплуатации ЛА, насыщенность разнообразными сложными системами и оборудованием, широкое применение новых материалов, конструктивно-технологических решений, высокая трудоемкость изготовления, увеличение времени полного цикла создания – эти тенденции характерны для всех типов ЛА.
Хотя цель проектирования – создание проекта ЛА – осталась неизменной, изменился подход к проектированию, его методология. Разработка (синтез) проекта ведется в настоящее время методом моделирования.
Разрабатывается ряд частных моделей (логических, физических, математических, графических и др.), которые описывают (отражают) отдельные свойства ЛА (функциональные, аэродинамические, прочностные, весовые и др.). Достаточно большое количество таких взаимосвязанных и взаимозависимых моделей может весьма точно описать ЛА, отразить всю совокупность его свойств.
Определение системы
Одним из частных, но прогрессивных подходов к описанию свойств объекта является системный подход, когда объект исследования описывают как систему, описывают его системные свойства.
Система (греч. – целое, составленное из частей, соединение) или системный объект – это обладающий определенной завершенностью, целостностью объект (например, самолет), состоящий из взаимосвязанных элементов, отличающийся от окружающей его внешней среды и взаимодействующий с ней (взлетает и садится на взлетно-посадочную полосу аэродрома – взаимодействие с искусственной внешней средой, совершает полет в атмосфере – взаимодействие с естественной внешней средой).
Свойства систем
Системный объект в наиболее общем виде обладает следующими свойствами.
1. Объект создается ради определенной цели и в процессе достижения этой цели функционирует и развивается (изменяется). Для нового пассажирского самолета целью разработки и постройки может являться более комфортабельная, безопасная и экономически выгодная (по сравнению с существующими самолетами) перевозка пассажиров. В процессе функционирования (эксплуатации, например, в течение 60000 летных часов за 20 лет полетов) самолет устаревает, ремонтируется, оснащается новым оборудованием и системами.
2. В составе системного объекта имеется источник энергии и материалов для его функционирования и развития. Двигатели и запас топлива на борту самолета обеспечивают возможность полета, наземные службы, например аэродромные службы, проводят наземное обслуживание и подготавливают самолет к полету, система управления воздушным движением обеспечивает навигацию, ремонтные службы обеспечивают ремонт и оснащение самолета новым оборудованием и системами.
3. Системный объект – управляемая система. Для управления системным объектом используется информация о его собственном состоянии и о состоянии внешней среды и моделируется поведение объекта во внешней среде. В процессе полета летчик (или автоматическая система управления) изменяет траекторию движения самолета на основании информации о положении самолета в пространстве, о работе всех бортовых систем самолета и в соответствии с указаниями службы управления воздушным движением.
4. Объект состоит из взаимосвязанных компонентов, выполняющих определенные функции в его составе.
5. Свойства системного объекта не исчерпываются суммой свойств его компонентов. Все компоненты ЛА при их совместном функционировании обеспечивают новое свойство, которым не обладает в отдельности каждый из компонентов, – возможность управляемого полета.
Проект ЛА - сложная модель
Системный подход предполагает, что компоненты ЛА также могут рассматриваться как системы. С другой стороны, сам ЛА является компонентом системы более высокого уровня. Например, пассажирский самолет является компонентом транспортной системы страны, включающей в себя авиационный, железнодорожный и другие виды транспорта.
Так определяется иерархия (от греч. hieros – священный и – власть) систем, т.е. расположение частей или элементов целого в порядке от высшего к низшему ("пирамида" систем).
Проект ЛА объединяет частные, взаимоувязанные, взаимообусловленные модели. Он отражает большое число параметров и связей между ними, весьма сложных для формализованного описания (т.е. описания с помощью последовательности взаимосвязанных формул). В этом смысле о проекте ЛА можно говорить как о большой, сложной модели, которая отражает все свойства будущего реального ЛА и, как правило, представляет собой ряд зависимостей между целями проектирования, возможными средствами их достижения, окружающей средой и ресурсами.