Часть 2 сертификация воздушных судов

Глава 6. Сертификационные работы при проектировании воздушных судов

6.1. 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 возможно создание конкурентоспособной авиационной техни­ки, получение высокой и устойчивой прибыли от ее реализации.

Ввиду высокой стоимости 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 пасса- жировместимости и дальности полета;

• создается грузовой вариант самолета;

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.

Нередко 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 Ид-96 (Ил-96Т, Ил-96-ЗОО), А-320 и др.

Развитие семейства самолета Ту-204

Таблица 6.1

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-21I-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-214СЗ (кон­вертируемый вариант), Ty-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-214СЗ		конвертируемый вариант
Ty-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 скЪро- стным профилем и интегрированным цифровым комплек­сом авионики и управления

Процесс создания воздушных судов нового типа содержит три составляющих.

• 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.

• Постройка опытных образцов ВС, т.е. преобразование дан^ ных, полученных при проектировании ВС, в материальный вид с использованием «действий с материалами» для доводки опытных образцов ВС до требований Технического задания, Сертификаци­онного базиса и других нормативных документов, 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.

• Запуск и отладка технологического процесса серийного про­изводства типовой конструкции ВС.

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

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 этапов 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 приве­дено содержание этапов проектирования воздушного судна и сер­тификации типовой конструкцию, а на рис. 6.1 — увязка этапов создания воздушного судна и работ по его сертификации.

Составляющей частью конкурентоспособности ВС является обес­печение безопасности полета и его экологической безопасности. В понятие экологической безопасности для дозвуковых ВС входит обеспечение нормированных показателей по шуму на местности при взлете и эмиссионных выбросов вредных веществ двигателями³..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

Таблица 6.2

Характе­ристики этапа	Этапы проектио-конструкторских работ
	НИР общего назначении	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 экс- плуатации. Проведение работ с АР МАК и Си. 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 моделитевание, чертежи и другая КТД	Система расчётных 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

Этапы проектирования воздушного судна и их содержание

Этапы создания воздушного судна							Анализ оезультатов сертификации. Принятие решения и выдача АР МАК Сертификата типа
НИР общего назначения	Техническое предложение	Эскизное проектирование	Рабочее проектирование	Постройка ВС	СЗИ	СКИ
Проектно-конструкторские работы
Уточнение ТЗ. Разработка облика ВС	Взаимная увязка агрегатов, систем	Принципиальная разработка агрегатов и систем ВС. Уточ­нение проектных параметров и харак­теристик. Определе­ние видов проверок	Конструкторская документация на постройку ВС	Постройка образ­цов ВС для сер­тификационных испытаний	Составление программ испы­таний и проверок	Составление программ испытаний и проверок
Ожидаемые условия экс­плуатации	Основные про­ектные парамет­ры и характери­стики		Технические и эксплуатацион­ные характери­стики ВС
		Программы стендовых испытаний
Cepтификационные работы
Разработка СТУ	Проспект СБ	Разработка СБ	Заключение о соответствии ВС требованиям СБ (по состоянию)	Заключение о соответствии ВС	Летные испыта­ния ВС по про­грамме СЗИ	Летные испытания ВС по программе
	Подача заявки на сертификацию типа ВС	План-график сертификации ВС и МТО
				(по состоянию)	Протоколы лет­ных испытаний	Протоколы летных испытаний
		Наличие Сертификатов типа на двига­тель и ВСУ			Заключение о соответствии ВС требованиям СБ	Заключение о соот-
		Наличие Одобрений на комплектую­щие изделия (оборудование)				ваняямСБ
						Таблицы соответст­вия ВС требованиям СБ. Перечень доказательной документации Предъявление резуль­татов сертификации АР МАК
		Проведение макета ВС Заключение о соответствии ВС требованиям СБ
	Расчеты, математическое моделирование, чертежи, заключения экспертов
	*	Стендовые испытания агрегатов, систем, оборудования
		Натурные испытания двигателя и оборудования на ЛЛ Летные испытания двигателя и оборудования на ВС

Рис. 6.1. Увязка этапов создания воздушного судна и работ по его сертификации

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 выгодным 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 не­ 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.

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.