iron_bird

Как испытывали стендовый макет «железная птица» самолёта МС-21

Когда мы слышим словосочетание «железная птица», то большинство из нас воспринимает его как метафору самолёта, крылатой машины. Однако в реальности в самолёте не так много железа, а на сленге профессиональных авиастроителей «железной птицей» называется нечто другое. То, что никогда не поднимается в небо.

Сегодня работа авиаконструкторов, конечно же, сильно отличается от того, что было десятилетия назад. Фактически, прежде чем воплотиться в «металле», будущий лайнер уже живёт в виде виртуальных 3D-моделей узлов и деталей, а также математических моделей всех происходящих в нём и вокруг него процессов. И всё же спроектировать самолёт на компьютере, изготовить детали по трёхмерным чертежам, осуществить сборку и тут же отправить машину в испытательный полёт пока никто не решается. Математика должна встретиться с реальной «физикой» ещё на земле, и для этого создаются специальные испытательные стенды, которые и называют «железными птицами». По сути «железная птица» представляет собой имитацию силовых конструкций планера, на которых смонтированы приводы подвижных элементов, таких как шасси, аэродинамические рули, механизация крыла. Также в стенде реализована система управления всеми этими системами.

Опыт мировых грандов

В принципе, «железные птицы» появились ещё до эпохи всеобщей компьютеризации проектирования. Компания Airbus стала применять подобные стенды в начале 1970-х годов, в период работы над своим первенцем — широкофюзеляжным лайнером А300. И хотя с тех пор системы CAD-проектирования развились до небывалых высот, конструкторы по-прежнему исходят из того, что просчитать все возможные последствия силовых нагрузок на планер в виртуале не удастся. Поэтому на специальных стендах самолётам гнут крылья. Поэтому строят «железных птиц».

Стенд прототипирования кабины самолёта МС-21
Стенд прототипирования кабины самолёта МС-21

В ходе работ над новейшим «карбоновым» A350 стенд соорудили на главной площадке Airbus в Тулузе. Кроме того, отдельные элементы «железной птицы» были изготовлены на заводе в английском Филтоне (система выпуска шасси) и в Германии (имитация крыла и его подвижных частей). Оба этих стенда соединялись с главной «птицей» с помощью высокоскоростного интернет-канала.

«Железные птицы» используются и главным конкурентом Airbus — американской корпорацией Boeing. При работе над Boeing 767 — последним из американских широкофюзеляжных лайнеров, где передача команд от органов управления к исполнительным механизмам ещё осуществлялась исключительно с помощью тросов, — стенд выкладывался близко к форме самолёта. А вот для Boeing 787 Dreamliner, в котором уже полностью реализована электродистанционная система управления (fly-by-wire), был разработан Integration Test Vehicle. Элементы ITV, в отличие от традиционной «железной птицы», располагались более свободно и одновременно более компактно, так как имитировать полную конструкцию планера не потребовалось. Конструкторы Boeing создавали стенд в сотрудничестве с поставщиками комплектующих, а эти компании в свою очередь строили собственные стенды, воспроизводящие те элементы «железной птицы», за которые они отвечали.

Как уже говорилось, «железная птица» в традиционном исполнении воспроизводит лишь силовые конструкции планера. На ней нет обшивки, в ней отсутствует макет салона, и вообще стенд лишь очень отдаленно внешне напоминает самолёт. Однако известны исключения. В ходе разработки регионального лайнера C919 китайская компания COMAC обнародовала фото своей версии «железной птицы». Она выглядела почти как настоящий самолёт и включала в себя макет салона.

Необычная задача

«Железные птицы» традиционно создавались и нашими авиастроительными КБ, но вот в новейшие времена ситуация несколько изменилась. Первой по-настоящему постсоветской разработкой в области гражданской авиации стал, как известно, Sukhoi Superjet 100. Как было заявлено представителями «Гражданских самолётов Сухого», для нового регионального лайнера «железная птица» не строилась. Возможно, это было связано с тем, что «Суперджет» имет в своей основе значительное количество импортных комплектующих и узлов, которые уже достаточно отработаны производителями. Впрочем, знающие люди в отрасли говорят, что, вероятнее всего, в роли «железной птицы» выступал один из первых собранных испытательных образцов, который, возможно, так и остался наземным стендом и в небо не поднимался.

Совсем другая история с МС-21 — перспективным российским среднемагистральным лайнером. Поскольку это детище корпорации «Иркут» уже в гораздо большей степени можно считать российской разработкой, «железную птицу» решено было строить, причём не на базе «Иркута», а на базе московского Государственного научно-исследовательского института авиационных систем (ГосНИИАС). Этот знаменитый институт был создан правительственным постановлением за подписью И.В. Сталина сразу после окончания Великой Отечественной войны и весь советский период занимался системами авиационного вооружения и авионикой для военных самолётов.

Как рассказал «ПМ» научный руководитель ГосНИИАС академик Евгений Федосов, к гражданской тематике ГосНИИАС подключился только в 1990-е — в основном по причине отсутствия финансирования военных заказов. Тогда появился проект оснащения советского/российского лайнера Ил-96 американской авионикой Rockwell Collins и силовыми установками Pratt & Whitney (PW2337). В ходе работы над проектом ГосНИИАС впервые столкнулся с необходимостью сертифицировать отечественный самолёт, получивший название Ил-96М в соответствии с американскими стандартами, которые для наших авиастроителей оказались буквально новой вселенной. Сертификат был получен, но в связи с кризисом 1998 года все работы по российско-американскому проекту были свёрнуты. Ил-96М в производство так и не пошёл. Однако приобретенный опыт уже позволил институту принять активное участие в работах над «Суперджетом», и наконец перед ГосНИИАС встала новая амбициозная задача — создать «железную птицу» для МС-21.

Ветер и торсионы
«Мы располагали математическими моделями всех общесамолётных систем, — говорит академик Федосов, — но опыта реализации их «в железе» у нас не было. Поэтому в строительстве «железной птицы» большую роль сыграли специалисты «Иркута». «Иркутом» была предоставлена бóльшая часть оборудования и ПО. В итоге мы получили стенд, на котором можем отрабатывать не только работу гидравлических приводов, но и всю идеологию управления этими системами».

С помощью «железной птицы» можно не только тестировать работу отдельных узлов, но и совершать «полеты», как на авиатренажере, отрабатывая систему управления в целом.
С помощью «железной птицы» можно не только тестировать работу отдельных узлов, но и совершать «полеты», как на авиатренажере, отрабатывая систему управления в целом.

«Железная птица» для испытаний по проекту МС-21 установлена в просторном помещении, явно специально подготовленном для строительства стенда. В некоторых местах пола сделаны углубления — если бы их не было, некоторые элементы было бы сложно разместить по высоте. В выкрашенных в серый цвет металлических фермах не сразу узнаешь очертания конструкций планера.

«Вот, например, передняя опора шасси, — объясняет Сергей Черных, начальник отдела испытаний самолётных систем. — Для первого полёта по нормам лётной годности мы должны отработать 500 циклов уборок-выпусков без единого отказа. Мы должны также убедиться, что в случае возникновения проблем корректно срабатывает сигнализация».

В реальности выпуск шасси происходит не в тиши испытательной лаборатории, а на открытом воздухе. При боковом ветре на раскрывающиеся створки действует нагрузка, которую тоже необходимо учесть в ходе тестов. На площадке нет никаких аэродинамических труб, зато предусмотрены специальные устройства — загружатели, имитирующие в данном случае давление ветра.

Конструкцией «железной птицы» предусмотрены также имитаторы аэродинамических нагрузок на рули и элементы механизации крыла (закрылки, предкрылки, интерцепторы). Например, при отклонении руля закручивается торсион, эмулируя тем самым сопротивление воздушной среды.

При расположении элементов стенда приходилось идти и на определенные компромиссы. Например, при испытании гидравлических систем важно, чтобы трубы, в которых находится жидкость, имели размеры, точно соответствующие тем, что предусмотрены для реального самолёта. Однако растянуть трубы по всей длине не позволяют габариты помещения. Чтобы сократить расстояния, трубы закручивают в кольца, при этом диаметр колец должен быть достаточно большим, чтобы не приводить к повышению гидравлического сопротивления в системе. Другой компромисс: из-за ограничений по высоте основные стойки шасси вынесены из-под крыла в отдельные блоки. Чтобы компенсировать изменение перепада высот, пришлось менять диаметр гидравлического трубопровода.

В полную версию «железной птицы» могут включаться не только гидравлические системы, но и сами авиадвигатели.
В полную версию «железной птицы» могут включаться не только гидравлические системы, но и сами авиадвигатели.

Речь постоянно идёт о гидравлике, и мы заодно поинтересовались, а не предусмотрен ли в новом самолёте перевод части гидравлических приводов на электрические актуаторы, что вроде бы соответствует современным тенденциям в авиастроении. Как выяснилось, такие новшества были признаны для МС-21 нецелесообразными. Главной сложностью являются большие токи, которые требуются для приведения в действие электроприводов. На борту нужны очень мощные (а значит, тяжёлые) генераторы, а вес проводов, согласно расчётам, оказался бы больше веса гидравлических трубопроводов. Кроме того, не решена проблема сильных наводок, возникающих при больших токах, и воздействия этих токов на электронную аппаратуру.

«Железная птица» — это не просто лаборатория для проверки отдельных электрогидравлических и механических систем. Прообраз лайнера испытывается на земле как единое целое. Управление происходит из кабины, которая, в отличие от реальной, обладает упрощенным функционалом, однако вполне пригодна для выполнения виртуальных полётов в режиме взлёта, посадки, движения на эшелоне: на разных высотах, при разных ветровых нагрузках, в условиях комплексных отказов. Разница с авиатренажером заключается в том, что на виртуальные команды «железо» откликается реальным движением и испытывает физическое воздействие имитаторов аэродинамических нагрузок.

Птица — навсегда!

Впрочем, наземная версия кабины МС-21 с полной реализацией всех систем управления тоже существует. Она находится в другом помещении ГосНИИАС и является центром управления стенда по интеграции всех электронных бортовых систем самолёта — так называемого стенда прототипирования. В него интегрированы не только системы непосредственного управления самолётом, но и авионика, управление кондиционированием, топливной системой и многое другое, однако, в отличие от «железной птицы», никакого физического отклика действия пилота не вызывают. Полёты на нём происходят в генерируемой компьютером среде. Впрочем, оба стенда соединены высокоскоростным каналом передачи данных и могут участвовать в совместных программах испытаний.

Задача стенда — отработка управления всеми системами, находящимися на борту самолёта
Задача стенда — отработка управления всеми системами, находящимися на борту самолёта

Можно подумать, что «железная птица» — это что-то, создаваемое на очень короткий промежуток времени, до тех пор, пока не появится первый лётный образец разрабатываемого лайнера. Однако это не так. В том же Airbus все «железные птицы», созданные под их модели пассажирских самолётов, работают до сих пор. Фактически жизнь «железной птицы» не может закончиться раньше, чем последний образец самолёта, под который создавался стенд, не будет снят с эксплуатации. На «птице» станут отрабатывать последующие модификации лайнера, также стенд будет использоваться для разбора авиапроисшествий, вызванных отказами техники.

Для непосвящённых стенд прототипирования выглядит, пожалуй, интереснее, чем «железная птица». На нём с помощью больших жидкокристаллических панелей полностью воспроизведены индикаторы и инструменты управления, которые будут и в настоящей кабине МС-21. Задача стенда — отработка управления всеми системами, находящимися на борту самолёта, проверка работы программного обеспечения, установленного на бортовые вычислители. Однако все физические явления (действие механизмов, аэродинамическая нагрузка) здесь эмулируются виртуально.

В «железной птице» нет нужды полностью воспроизводить функционал пилотской кабины, однако этот стенд позволяет протестировать системы управления летательным аппаратом, что называется, «в металле». В покрашенных серым конструкциях не сразу можно опознать будущие элементы лайнера.

Оранжевым цветом окрашены имитаторы силовых нагрузок.
Оранжевым цветом окрашены имитаторы силовых нагрузок.

В полную версию «железной птицы» могут включаться не только гидравлические системы, но и сами авиадвигатели. В других случаях используют компьютерную симуляцию работы силовых установок. Довольно просторное помещение в ГосНИИАС пришлось серьёзно адаптировать для размещения элементов «железной птицы». Были сделаны даже углубления в полу, чтобы соблюсти требуемое положение разных частей стенда по высоте.

Источник: журнал Популярная механика

Оцените статью: +1+2+3+4+5
Загрузка...


ДРУГИЕ СТАТЬИ НА САЙТЕ

НОВОСТИ НАШИХ ПАРТНЁРОВ
Loading...