Методи льотних випробувань та досліджень парашутних систем і парапланерних літальних апаратів

На закінчення можна зробити короткі висновки за результатами підрозділу.

1. Отримано залежність утрати швидкості від часу проходження процесу НВД і методика оцінки режимів низьковисотного десантування вантажів.

2. Розглянуто метод розрахунку процесу виходу вантажів з літаків у вертикальній і горизонтальній площинах.

3. Розроблено і впроваджено у практику метод низьковисотного десантування ПС і ППС. Розглянуто можливості застосування підйомно-гальмових ПС.

Підрозділ 2.7 присвячений методам дослідження й оцінки основних льотно-тактичних характеристик (ЛТХ) ПС і ППС у ЛВ і способам їхнього визначення.

Дослідження характеристик - це проблема оцінки якості виробу, що проходить випробування, вирішення питань дослідження причин, що викликали аномальні відхилення в ході випробувань, порівняння різних виробів між собою і багато іншого. Розроблена і впроваджена в практику методика дослідження основних льотно-тактичних характеристик ПС і ППС. У методиці оцінки ЛТХ докладно розібрані методи дослідження й оцінки, а також способи визначення основних характеристик ПС і ППС: аеродинамічних, динамічних, льотно-тактичних, кінематичних, технічних і т.ін.

Підрозділ 2.8 присвячений розгляду методів прискорених льотних випробувань.

Прискорені випробування забезпечують одержання необхідної інформації про характеристики властивостей об'єкта випробувань у більш короткий термін, ніж при нормальних випробуваннях. Показано, що скорочення термінів ЛВ ПС може бути забезпечене як удосконаленням усього технологічного ланцюжка підготовки і проведення випробувань, так і спеціальними прийомами, що сполучать оригінальні конструктивні і технічні рішення. Удосконалення технологічного ланцюжка, в основному, полягає в спрощенні ряду технологічних операцій спорядження і монтажу ПС. До спеціальних прийомів прискорення льотних випробувань можна віднести використання касетного держателя, застосування багатокаскадної (багатофункціональної) іспитової системи (МИС)). Розроблено методику, де докладно описується алгоритм використання касетного держателя в льотних випробуваннях ПС, а також приділена велика увага методам використання багатофункціональної іспитової системи. Касетний держатель вертолітний (КДВ) дозволяє за один підйом носія виконати кілька скидань об'єктів із ПС, розміщених на замках держателя.

У багатокаскадній іспитовій системі за одне скидання, у процесі руху ВМ по траєкторії, відпрацьовує послідовно кілька каскадів випробовуваних ПС. Програма роботи для кожного каскаду складається з урахуванням необхідного для нього режиму (). У даному випадку керованим є тільки один параметр - швидкісний напір; висота ж безупинно змінюється. Керування швидкісним напором для кожного з каскадів виконується за допомогою парашутів режиму (ПР), що забезпечують необхідні режими до моменту початку функціонування наступного випробовуваного каскаду (з урахуванням зміни режиму при розгоні ВМ після відділення ПР). Після відпрацювання ІПС останнім каскадом вводиться в дію система порятунку ВМ. Практика льотних випробувань ПС показала, що за умови якісного опрацювання логічного ланцюга процесу функціонування каскадів з ІПС метод використання МИС гарантує велику економію матеріальних і фінансових засобів і значно скорочує терміни льотних випробувань ПС у цілому. Автором розроблена методика прискорених і ужорсточених випробувань ПС із застосуванням поділюваного вагового макета (РВМ).

Одним з видів багатокаскадних іспитових систем є схема випробувань з використанням РВМ. Питанням розробки і льотних випробувань експериментального зразка поділюваного вагового макета автором була присвячена окрема науково-дослідницька робота. Виконана також побудова алгоритму поетапного розрахунку процесу функціонування РВМ, що дозволяє до літного експерименту імітувати різні ситуації (включаючи позаштатні) при відпрацьовуванні різних типів ІПС і одержувати балістичні характеристики елементів РВМ після його поділу. Автором створений і апробований в ужорсточених льотних випробуваннях зразок поділюваного вагового макета, що допускає зміну маси від 5 до 12 тонн. У льотних випробуваннях доведена принципова можливість нормального функціонування запропонованої системи РВМ. Показано, що прискорення процесу випробувань може бути досягнуто удосконаленням існуючих методів їхнього проведення, а також шляхом підвищення інформативної насиченості і змістовності ЛЕ, коли додаткова інформація про досліджуваний процес може істотно скоротити коло досліджень і обсяг ЛВ у цілому.

Розділ 2.9 присвячений ужорсточеним випробуванням, зокрема, методам оцінки надійності ПС у штатних і прискорених (ужорсточених) випробуваннях.

Прискорення процесу випробувань можливе також через жорсткість режимів і умов. Тобто можна змусити ПС працювати за межами області експлуатації, заданим технічним завданням. У цьому випадку можна скоротити терміни проведення іспитів, підтвердивши надійність ПС меншим числом експериментів, ніж це робиться в штатних умовах випробувань. В основу ідеї жорсткості іспитів покладений принцип, відповідно до якого, якщо система витримала режими й умови більш тверді, ніж штатні, то вона тим більше буде надійно функціонувати в штатних умовах експлуатації.

У роботі докладно розглянуті питання:

- оцінки надійності за результатами штатних випробувань. Послідовна схема випробувань;

- організації способів реалізації ужорсточених режимів і умов льотних випробувань ПС. Форсовані режими роботи ПС;

- оцінки надійності за результатами ужорсточених випробувань - планування ужорсточених випробувань для підтвердження заданої надійності ПС.

Планування ужорсточених випробувань з урахуванням ймовірності виникнення в них відмовлень виконується по наступних основних напрямках: визначення характеристик плану іспитів за заданим коефіцієнтом жорсткості; за заданою ймовірністю появи хоча б одного відмовлення в серії ужорсточених випробувань; за заданим числом безвідмовних випробувань. Показано, що визначення характеристик плану льотних випробувань для всіх перерахованих вище напрямків дає випробувачу унікальну можливість аналізу і прогнозування при реалізації програми ЛВ, а також оперативного маневру при розробці і реалізації стратегії проведення льотних випробувань.

В роботі показано, що ужорсточені випробування, як один з видів прискорених іспитів при збереженні адекватності процесів навантаження і функціонування аналогічно штатним, є ефективним засобом прискорення випробувань і скорочення числа льотних експериментів і термінів їхнього проведення.

У підрозділі 2.10 докладно розглядається методологія льотних випробувань парапланерних ЛА. Аналізуються методи стендових і вітрових випробувань парапланерних систем, що є важливим попереднім етапом перед літними випробуваннями. Робляться важливі висновки про переробні і непереробні дефекти. Переробні можуть бути зняті за допомогою регулювань стропної системи (що звичайно спостерігається з невірного регулювання довжин строп через неврахування стиснення крила після його наповнення і навантаження). Непереробні дефекти можуть привести до опрацювання чи навіть повної переробки конструкції стропної системи; доопрацювання полотнищ і нервюр крила (з метою зміни їхнього положення в просторі); доробці силового каркаса силових нервюр і т.ін. Запропонований алгоритм проведення стендових випробувань.

В даний час у світі існує ряд методик, за якими проводяться літні випробування парапланів. Практика льотних випробувань, що неодноразово виконувалися автором, показала, що найкращою методикою виявляється модернізована автором комбінація Європейського експериментального стандарту ЕКС S-52-309 (норми льотних випробувань DHV) і норми AFNOR асоціації ACPUL. Розроблено методику і запропонований оптимальний алгоритм проведення ЛВ ППС. Оптимальність методики, особисто апробованої автором у льотних випробуваннях, неодноразово підтверджена практикою іспитів досвідчених зразків ППС, що гарантує високий ступінь їхньої безпеки і скорочення термінів проведення ЛВ.

У підрозділі 2.11 докладно розглядається методологія льотних випробувань надзвукових парашутних систем. Вперше запропонована методика ЛВ ПС на надзвукових режимах [17]. Методика визначає алгоритм підготовки і проведення необхідного комплексу заходів, дозволяє провести випробування на досить високому науковому і технічному рівні і виконати кількісний і якісний аналіз матеріалів льотних випробувань надзвукових ПС, за результатами якого можуть бути прийняті об'єктивні рішення про напрямки подальших досліджень з випробовуваною ПС.

Розділ 2 “Методи льотних випробувань ПС і ППС” завершується підрозділом 2.12: “Загальна методологія підготовки і проведення ЛЕ з метою одержання максимального обсягу інформації про об'єкт випробувань”.

З метою запобігання невиправданих витрат засобів і часу була сформульована загальна концепція для методології підготовки і проведення ЛВ з метою одержання максимального обсягу інформації про об'єкт випробувань:

- кожен ЛЕ, незалежно від виду випробувань, повинен бути підготовлений так, щоб обсяг високоякісної інформації, одержаний від експерименту по основних етапах функціонування (при існуючих умовах обмежень), був максимально можливим. Це дозволить, у свою чергу, створити банк даних наукової інформації з етапів функціонування досліджуваної ПС; використовувати отриману інформацію для оперативного аналізу у випадку виявлення відхилень на будь-якому етапі функціонування ПС і уникнути постановки дорогої спеціальної серії ЛЕ з додатковими витратами засобів і часу. Крім того, банк даних може бути використаний для експериментальної перевірки теоретичних досліджень, дозволяючи заощаджувати ресурси і час. Як показують розрахунки, у цьому випадку витрати на одержання додаткової інформації в кожнім експерименті виявляються істотно нижче, ніж на підготовку і проведення нової серії ЛВ.

З урахуванням необхідності реалізації вищевикладеної концепції, формується загальна методологія підготовки і проведення ЛЕ з метою одержання максимального обсягу інформації про об'єкт випробувань з оптимізацією процесу на всіх етапах. Оптимізація процесу на всіх етапах підготовки і проведення випробувань виконується так, щоб реалізувати максимум інтегрального критерію ефективності, основними складовими якого є мінімізуємі витрати ресурсів і часу, а також інформативність (інформативна змістовність і насиченість експерименту) і безпека, максимуму яких необхідно досягти. Представлена оптимізована структурна схема поетапної підготовки і проведення літного експерименту. Кожен етап даної схеми має свої особливості і докладно викладений у відповідних методиках і монографіях автора.

Літні випробування ПС із наукової (методологічної), технічної і технологічної сторони повинні бути підготовлені, організовані і проведені таким чином, щоб забезпечити максимальне підвищення якості результатів літного експерименту, одержати максимальний обсяг інформації, максимально скоротити втрати, неминучі в роботах такого роду. З цією метою автором розроблений ряд методик, що дозволяють фахівцям, які займаються випробуваннями ПС, врахувати особливості, що виникають при підготовці і проведенні льотних робіт, і виконувати їх на високому технічному рівні. У дисертаційній роботі приведена структура загальної методології підготовки і проведення ЛВ з метою одержання максимального обсягу інформації про об'єкт випробувань.

На закінчення другого розділу “Методи льотних випробувань ПС і ППС” сформулюємо короткі висновки за результатами виконаної роботи.

1. Сформульовано поняття методології ЛВ ПС і ППС, що включає в себе комплекс іспитових методів і алгоритмів їхнього оптимального використання. Викладено основні концепції, покладені в основу методичних розробок.

2. Розроблено й апробовано комплекс (12) іспитових методів, які ефективно застосовуються у практиці ЛВ ПС і ППС. Розроблено загальну методологію - стратегію підготовки і проведення ЛЕ з метою одержання максимального обсягу інформації про об'єкт випробувань.

У третьому, заключному, розділі дисертаційної роботи розглянуті питання використання сучасних, прогресивних методів проведення досліджень, математичного моделювання й оптимізації у процесі льотних випробувань ПС і ППС.

Цей розділ виконує функцію супроводу та математичного забезпечення ЛВ і досліджень характеристик ПС, ППС та ПЛА.

Підрозділ 3.1 присвячений питанням побудови типових схем прогнозування і прийняття рішень у льотних випробуваннях ПС і ППС, а також виробленню можливих схем компромісів. У роботі використаний математичний апарат теорії дослідження операцій і теорії прогнозування і прийняття рішень. Введено основні поняття і визначення, такі як: операція, стратегія, вектор керування - стосовно до простору ЛВ ПС і ППС. Уводяться поняття для векторів критерію ефективності, важливості, вектора пріоритету. Представлено алгоритм побудови вектора важливості. Уводяться поняття ідеальної операції і найкращого рішення в області компромісу. Установлюється, що стратегія сторони, яка оперує, повинна бути найкращою в змісті прийнятого їй принципу компромісу з урахуванням вектора важливості локальних критеріїв ефективності. Виконано формулювання і постановка задачі оптимізації стосовно до ЛВ ПС. Виконано пошук схеми компромісу (принципу компромісу) і відповідного їй принципу оптимальності стосовно до ЛВ ПС. Докладно розглянута задача оптимізації ухвалення рішення при проведенні технологічних операцій укладання і монтажу ПС у процесі підготовки її до бойового застосування. Розглянуто задачу оптимізації процесу проведення ЛВ ПС на полігоні. Показано на приведених у роботі прикладах, що задачі ЛВ ПС є багатокритеріальні задачі прийняття рішень наступних чотирьох типів:

Задачі оптимізації на безлічі властивостей (цілей);

Задачі оптимізації на безлічі функціонуючих об'єктів;

Задачі оптимізації на безлічі етапів функціонування;

4. Задачі оптимізації на безлічі умов функціонування.

Рішення багатокритеріальних задач ухвалення рішення в практиці ЛВ призводить до появи ряду проблем концептуального характеру, таких як: визначення області компромісу; вибір схеми компромісу і відповідного їй принципу оптимальності; нормалізація критеріїв; облік пріоритету критеріїв.

Виконано короткий огляд можливих схем компромісу у векторних задачах прийняття рішень у ЛВ ПС. У практиці НДР по льотних дослідженнях характеристик ПС часто використовуються аналітичні методи, що дозволяють визначити координати точки оптимального рішення в області компромісу за заздалегідь заданими критеріями ефективності. Розглянуто випадок області компромісу у формі кривої в просторі двох локальних критеріїв ефективності та і різні варіанти рішень, у залежності від обраної умови оптимальності. На базі детального аналізу методів теорій дослідження операцій, прогнозування і прийняття рішень представлений алгоритм типової структурної схеми процесу ухвалення рішення провідним інженером по ЛВ ПС.

Підрозділ 3.2 присвячений питанням побудови методів експериментальної оптимізації і стохастичної апроксимації в практиці ЛВ ПС і ППС.

У пункті 3.2.1 формулюються мета і задачі оптимізації складного ітераційного процесу “проектування-випробування” у - мірному просторі конструктивних, технологічних і динамічних параметрів.

Метою оптимізації є пошук екстремуму функції мети і вихід в нього в найкоротший термін з мінімальними витратами засобів і часу. Розглянуто пасивні й активні стратегії пошуку, які використовуються в ЛВ ПС і ППС.

У пункті 3.2.2 досліджуються методи експериментальної оптимізації і вибір оптимального варіанта стосовно до процесу "проектування-випробування". Показано, що ефективними, які добре зарекомендували себе, методами одномірного пошуку в практиці ЛВ ПС є метод дихотомії, метод золотого перетину, метод Фібоначі, метод дискретних (фіктивних) точок. В роботі докладно розглядаються приклади застосування даних методів у практиці льотних випробувань.

Практика випробувань ПС показує, що на багатомірних унімодальних функціях, при оптимізації без обмежень, можна використовувати методи прямого пошуку: метод Монте-Карло для обчислення багатомірного перспективного обсягу пошуку в багатомірному просторі; метод “повзучого”, випадкового пошуку Брукса; метод покоординатного спуску; метод конфігурацій Хука-Дживса; симплексний метод Нелдера-Міда; метод виключення дотичними до ліній рівня.

Показано, що, крім розглянутих вище прямих методів, у ЛВ можна використовувати також досить ефективні градієнтні методи. Встановлені методи, які ефективно працюють у ЛВ ПС і ППС при пошуку уздовж криволінійних гребенів. У роботі розглянуті методи прискорення збіжності пошуку, що застосовуються до задач ЛВ ПС. Чітко виділяються два класи методів. У першому з них групуються методи, ефективні при пошуку уздовж прямолінійних гребенів, у другому - уздовж криволінійних. Показано, що для ЛВ ПС і ППС методи прискорення збіжності пошуку уздовж криволінійних гребенів мають більшу спільність і використовуються в ЛВ практиці ПС частіше, тому що апріорі рідко буває відомо, чи володіє досліджувана функція мети прямолінійним гребенем.

У пункті 3.2.3 розглядаються методи стохастичної апроксимації, застосовувані в практиці ЛВ ПС. Показано, що експериментатору, що побудував власну процедуру стохастичної апроксимації, потрібно обов'язково перевіряти її на виконання умов Дворецького і Кіфера-Вольфовіца. Дуже важливим тимчасовим фактором у процесі проведення ЛВ є швидкість збіжності процедури до точки екстремуму, що виступає як міра ефективності процедури пошуку. При відсутності перешкод такою мірою ефективності є перспективний інтервал невизначеності, що містить точку екстремуму і скорочується після проведення серії експериментів. При наявності шумів і перешкод ЛЕ якість пошуку можна характеризувати ймовірністю того, що екстремум лежить у межах імовірного інтервалу невизначеності. Зроблено висновок, що в більшості випадків у практиці ЛВ ПС найбільший ефект може дати грамотний синтез оптимальних процедур стохастичної апроксимації.

Підрозділ 3.3 присвячений питанням моделювання - як одному з найважливіших факторів скорочення загального обсягу іспитів ПС.

У пункті 3.3.1 розглядаються методи математичного і фізичного моделювання стосовно до практики ЛВ ПС і ППС. Математичне моделювання припускає розробку математичної моделі об'єкта. У загальному випадку це може бути система диференціальних рівнянь із системою умов зв'язку, що коректно описує досліджуваний процес. Побудова математичної моделі ґрунтується на гіпотезах, висунутих у результаті спостереження за процесом функціонування об'єкта в ЛЕ.

Фізичне моделювання процесу функціонування натурного об'єкта проводиться, в основному, у двох випадках: при спробі поширити отримані на моделі характеристики на натурний об'єкт з урахуванням масштабного ефекту; при перевірці математичної моделі. Фізичне моделювання проводиться на базі методів теорії подоби фізичних явищ і аналізу вимірності. Показано, що для сталих режимів руху системи об'єкт-парашут фізичне моделювання дає досить точні результати при перерахуванні з моделі на натуру. Основними складностями застосування методів теорії подібності в практиці ЛВ ПС є визначення необхідних і достатніх умов подоби модельних і натурних нестаціонарних процесів розкриття парашутів, правил постановки одиничного експерименту в цих умовах і одержання узагальнених безрозмірних залежностей, справедливих для всіх подібних процесів. Показано, що в ряді випадків дуже складно домогтися практично повної подоби фізичних процесів, тобто подоби полів всіх однорідних величин на моделі і натурі. Вихід із ситуації, що створилася, можна знайти, якщо скоротити діапазон порівнюваних вихідних характеристик. Наприклад, якщо ПС чи ППС досліджується або тільки на міцність, або тільки на наповнюваність, або тільки на стійкість, або тільки на функціонування й ін. Таким чином, у ряді випадків вдається обійти складності переходу від моделі до натури, істотно скоротити обсяг дорогих льотних випробувань і одержати на моделі характеристики, що збігаються з характеристиками натурного об'єкта. Розглянуто моделювання за допомогою емпіричних моделей, що можна вважати різновидом математичного моделювання. У його основі лежать теорія подоби й аналіз вимірності, теорія планування багатофакторного експерименту. Побудовано алгоритм застосування теорії аналізу вимірностей у практиці ЛВ ПС і ППС.

У пункті 3.3.2 розглянуті приклади застосування методів моделювання в практиці ЛВ ПС і ППС і показана їхня висока ефективність.

Пункт 3.3.3 роботи присвячений питанням статистичного моделювання результатів іспитів ПС, прогнозуванню якості процесу функціонування ПС у літному експерименті шляхом статистичного моделювання. Показано, що статистичне моделювання дозволяє виконати прогноз ряду важливих характеристик процесу функціонування ПС; при цьому, крім статистичної оцінки математичного чекання величини ВБР, стає можливим виконати прогнозну оцінку довірчого інтервалу (для заданої довірчої ймовірності), перевищення якого може призводити до аварійних чи екстремальних ситуацій. У цьому, мабуть, і полягає головна особливість застосування методів статистичного моделювання при прогнозуванні в практиці ЛВ ПС. Показано, що можна також побудувати графа станів при реалізації статистичного імітаційного моделювання процесів укладання і спорядження ПС. При цьому з урахуванням ймовірностей переходів у різні стани можна оцінити надійність технології процесів укладань і споряджень. При імітаційному статистичному моделюванні процесів монтажу на об'єкт (людських, вантажних, ПС космічної тематики) аналіз графа станів для оцінки надійності технологічних процесів дозволяє уникнути позаштатних і катастрофічних ситуацій у процесі функціонування системи об'єкт-парашут.

Показано, що імітаційне статистичне моделювання в практиці ЛВ ПС може ефективно використовуватися для аналізу:

1. Поводження об'єкта на зовнішній підвісці носія при транспортуванні; можливої контактної взаємодії системи объект - ПС із носієм у момент відділення.

2. Уведення ПС на режимах великих чи рівних критичній швидкості наповнення ; процесів формоутворення нижньої крайки купола в процесі розкриття; процесів витягування, підготовчого, основного, перехідного і заключного етапів процесу наповнення купола парашута й оцінки основних характеристик на цих етапах.

3. Уведення ПС у дію на режимах по числах і , що руйнують.

4. Коливань і обертань об'єкта в процесі розкриття парашута з імітацією закручення строп, а також інтерференційної взаємодії в зв'язуваннях куполів у системі об'єкт-парашут; впливу максимального навантаження на парашут і перевантаження на об'єкт у процесі розкриття парашута; основних аеродинамічних і льотно-тактичних характеристик системи об'єкт-парашут.

5. Складання консолей ППС при польотах у турбулентній атмосфері; процесів входу і виходу з режиму авторотації ППС; процесів входу системи об'єкт - ППС у вертикальний висхідний і спадний потоки і т.ін.

Показано, що застосування методів статистичного моделювання і прогнозування якості процесу функціонування ПС у ЛЕ виявляється дуже продуктивним і дає високу ефективність і віддачу в практиці ЛВ ПС і ППС.

Підрозділ 3.4 присвячений питанням застосування ймовірнісних методів і моделей у практиці льотних випробувань ПС, прогнозуванню якості процесу функціонування ПС у літному експерименті. Тут використовуються наступні основні методи прогнозування: по ймовірнісних моделях; екстраполяційне прогнозування (методи прогнозної екстраполяції); статистичне моделювання.

У пункті 3.4.1 розглянуті ймовірнісні оцінки в прогнозуванні льотних іспитів ПС, ймовірнісні характеристики якості процесу функціонування ПС, одержувані на ймовірнісних моделях. Показано, що використання методів статистичного аналізу дозволяє здійснити поліпшення всіх основних критеріїв оцінки ефективності ЛВ, що ймовірнісні методи іноді є єдиним способом, що дозволяє визначитися з вибором правильного рішення в ситуації з невизначеністю. У роботі докладно викладена методика вибору рішення з використанням статистичного критерію в практиці ЛВ ПС, що полягає в наступному. Будується ймовірнісна модель, що описує процес, зі своїми законами розподілу випадкових величин - факторних ознак, на підставі якої обчислюється кількісний критерій - ймовірність події для заданого заздалегідь довірчого інтервалу - і визначається рівень значимості, перевищення якого не допустиме. У випадку влучення критерію в зону припустимого рівня - рішення приймається, у супротивному випадку - скасовується. Це дозволяє при проведенні ЛВ істотно підвищити економічну ефективність, надійність функціонування системи, підвищити якість результатів іспитів.

Прогнозування по ймовірнісних моделях допускає використання основних формул теорії ймовірності. При цьому структурною моделлю звичайно є схема дії системи об'єкт - ПС, а математичної - комбінація базових формул теорії ймовірності, побудованих за визначеним алгоритмом. Основним результатом прогнозування за ймовірнісними моделями звичайно є статистична оцінка ймовірностей ВБР елемента, виробу, чи системи об'єкт - ПС у цілому. За величиною ВБР з відомим рівнем однобічної довірчої ймовірності приймається те чи інше рішення про можливість і доцільність подальшого проведення ЛВ ПС, що дозволяє провести якісні випробування без утрат матеріальної частини і попередити випадки можливого травматизму чи загибелі людей.

У роботі наведені додатки до практики ЛВ ПС і ППС ряду ймовірнісних моделях, побудованих на:

- гіпергеометричному розподілі (задачі добору ПС багаторазового застосування з партії, що дозволяють прийняти правильне рішення про підготовку до групового десантування об'єктів; задачі непрямої оцінки надійності парашута і параплана по стропах і т.п.);

- ймовірності появи хоча б однієї події (задачі оцінки ймовірності хоча б одного влучення ППС на площадку обмежених розмірів; імовірності відмовлення ПС при груповому десантуванні);

- теоремі ймовірностей суми спільних подій (задачі аналізу надійності функціонування систем з резервуванням; аналізу ймовірності відмовлення хоча б одного з розглянутих блоків чи елементів структурно-логічного ланцюга функціонування ПС; задачі оцінки ВБР комплексу ПС-СА в цілому).

У складних задачах парашутної техніки (посадка КА на інші планети, спуск з орбіти ШСП, порятунок екіпажів літаків з резервуванням систем посадки і т.ін.) проектуються складні ймовірнісні моделі функціонування парашутних систем і комплексів засобів посадки, що включають у себе розглянуті в роботі моделі у вигляді функціональних блоків з послідовними і паралельними з'єднаннями. Показано, що принципи організації таких складних систем будуються на заздалегідь вироблених критеріях якості досягнення мети операції, реалізованої кожною конкретною системою чи комплексом.

У пункті 3.4.2 розглянуто екстраполяційне прогнозування, досить часто використовуване в практиці ЛВ ПС. У роботі наведений алгоритм рішення задачі прогнозної екстраполяції по ряду практично важливих випадків ЛВ ПС і ППС.

У третьому, заключному розділі, що виконував функцію супроводу та математичного забезпечення ЛВ і досліджень характеристик ПС, ППС та ПЛА, були докладно розглянуті:

1. Типові схеми процесів прогнозування і прийняття рішень у льотних іспитах ПС і ППС. Можливі схеми компромісів.

2. Методи експериментальної оптимізації і стохастичної апроксимації в практиці льотних випробувань ПС.

3. Питання моделювання в ЛВ ПС і ППС - як одного з найважливіших факторів скорочення загального обсягу випробувань. Прогнозування якості процесу функціонування ПС у літному експерименті.

4. Застосування ймовірнісних методів і моделей у практиці ЛВ ПС і ППС.

Показано, що використання сучасних прогресивних методів проведення досліджень, математичного моделювання й оптимізації в процесі ЛВ дозволяє істотно підвищити надійність функціонування ПС і ППС, а також якість одержуваних результатів.



ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ І ВИСНОВКИ ПО РОБОТІ

Порятунок життя екіпажів літаків, що потрапили в катастрофічну ситуацію, екіпажів космічних кораблів, здійснюючих посадку, десантників, спортсменів-парашутистів і просто пасажирів літаків - основна задача парашутних систем.

Основна задача парапланерних ЛА - надійна керована доставка об'єкта в задану зону поверхні планети.

У цьому зв'язку до ПС і ПЛА пред'являються вимоги високої надійності і високого рівня їх ЛТХ. Рішення ж цієї задачі в повному обсязі може бути виконано тільки в льотних випробуваннях ПС і ПЛА.

Це основна мета, досягнення якої ставилося в роботі і було реалізовано шляхом розробки комплексу методів і методології ЛВ ПС, ПЛА і ППС у цілому. Як було показано в роботі, усі побудови загальної методології ЛВ були спрямовані на реалізацію схеми компромісу, що забезпечує вихід у точку оптимуму функції мети в просторі локальних критеріїв ефективності випробувань.

У дисертації наведене теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової проблеми, яка полягає в розробці досить повного, логічно завершеного комплексу методів льотних іспитів і досліджень, в побудові загальної методології ЛВ ПС, ППС і ПЛА.

У цілому, в результаті проведених у дисертаційній роботі досліджень, було досягнуте наступне.

1. Визначені критерії оцінки ефективності льотних випробувань. Сформульовано основні концепції, покладені в основу іспитів, що полягають у підвищенні ефективності ЛВ ПС за основними критеріями якості.

2. Запропоновано комплексний критерій, що містить у собі оцінки надійності (безпеки), інформативності й економічної ефективності. Критерій дозволяє виконувати кількісну оцінку і порівняння між собою різних програм і методик ЛВ ПС і ППС. Запропоновано алгоритм методики оцінки ефективності ЛВ за інтегральним критерієм.

3. Виконано класифікації ПС і ППС, видів іспитів. Приведено оптимальний варіант методики льотних випробувань.

4. Розглянуто особливості функціонування і льотних випробувань ПС різного призначення (космічних апаратів, МКС, ПРСП, людських, ПС спеціального призначення, надзвукових ПС) та сформульовано оптимальну стратегію проведення ЛВ ПС і ППС.

5. Запропоновано нове наукове рішення - багатофункціональність ЛВ ПС.

Розроблені і впроваджені в ЛВ практику багатофункціональна іспитова система (МИС) на базі ФАБ-9000 (РВМ) і уніфікована САИ з логікою роботи програми, адаптованої під позаштатні й аварійні ситуації, що дозволяє проводити ряд наукових випробувань ПС в одному льотному експерименті, включаючи прискорені та ужорсточені випробування. Це істотно заощаджує засоби і час, підвищує інформативність і економічну ефективність ЛВ.

6. Розроблений та апробований у льотних випробуваннях комплекс методів і методик (12), що охоплюють сферу льотних випробувань і утворюють у сукупності загальну методологію ЛВ ПС і ППС. Це уперше відкрило можливість достатньо повних кількісних оцінок наповнюваності, міцності, якості функціонування, стійкості і керованості ПС, ППС і ПЛА за результатами льотних випробувань.

Вірогідність отриманих результатів підтверджується льотно-випробувальною практикою застосування розроблених автором методів.

7. Запропоновані до впровадження в ЛВ практику сучасні прогресивні методи проведення досліджень, математичного моделювання й оптимізації в процесі льотних випробувань, що являє собою математичне забезпечення льотних випробувань і досліджень характеристик ПС, ППС та ПЛА. Випущено монографії [1]- [4].

У цілому робота являє собою логічно завершену методологію підготовки і проведення льотних випробувань, що дозволила вирішити проблему забезпечення високої якості, рівня надійності й ефективності натурної перевірки процесів функціонування ПС і ППС.



СПИСОК ПУБЛІКАЦІЙ ПО ТЕМІ ДИСЕРТАЦІЇ

Монографії:

1. Иванов П.И. Летные испытания парашютных систем // Монография, ISBN 966-7832-09-0. -Феодосия: Гранд-С, 2001.- 332с.

2. Иванов П.И. Проектирование, изготовление и испытания парапланов // Монография, ISBN 966-95903-0-2. -Феодосия: Гранд-С, 2001.-256с.

3. Иванов П.И. Парашютные системы для космических аппаратов // Монография, ISBN 966-95903-6-1. -Феодосия: Гранд-С, 2002.-203с.

4. Иванов П.И. Эксплуатация параплана // Монография, ISBN 966-95903-1-0, вып.3. -Феодосия: Гранд-С, 2002.-76с.

Статті:

1. Иванов П.И. Метод определения испытательных режимов парашютных систем // МКММ-2000.-Херсон: Вестник ХГТУ, 2000.-№8.-с. 119-122.

2. Иванов П.И. Влияние закона управления на потерю устойчивости крыла параплана // МКММ-2000.-Санкт-Петербург: Сборник научных трудов, 2000.-с. 74-77.

3. Иванов П.И. Влияние конструктивных факторов на стартовые характеристики параплана // Вестник ХГТУ.- Херсон: 2001.-№10.-с. 365-368.

4. Иванов П.И. Динамика подъема крыла параплана в стартовое положение // Вестник ХГТУ.- Херсон: 2001.-№13.-с. 89-91.

5. Иванов П.И. Статистическое моделирование в процессах проектирования парашютных и парапланерных систем // МКММ-2001.-Херсон: Вестник ХГТУ, 2001.-№12.-с. 107-111.

6. Иванов П.И. Вопросы моделирования на этапах наполнения основного парашюта // Труды X международного симпозиума МДОЗМФ-2001.-Херсон: 2001 - с. 149-152.

7. Иванов. П.И. К вопросу о методике оценки режимов низковысотного десантирования // Сб. Динамические системы. Симферополь: СГУ, 2001.-№17. -с. 41-46.

8. Иванов П.И. Иванов Р.П. Устойчивость парапланерной системы по тангажу // Сб. Вопросы проектирования и производства конструкций летательных аппаратов. - Харьков: ХАИ, 2001.-Вып.25(2).-с. 37-41.

9. Иванов П.И. Иванов Р.П. К вопросу о крутке крыльев парапланов и планирующих парашютов // Сб. Вопросы проектирования и производства конструкций летательных аппаратов.- Харьков: ХАИ, 2001.-Вып.26(3).-с. 80-84.

10. Иванов П.И. Критерии экспресс-оценки тенденции крыла параплана к складыванию //Сб. Авиационно-космическая техника и технология, ISBN 966-7839-49-4.-Харьков: ХАИ, 2002.-Вып. №27.-с. 99-103.

11. Иванов П.И., Масягин В.И., Бебешко С.А. Методика определения оптическими средствами внешнетраекторных измерений зоны оценки траектории медленно падающего тела // Системи обробки інформації. Збірник наукових праць. ISSN 1681-7710. Харків: Національна академія наук України, ХВУ, 2002. Випуск №1(17). - с. 164-168.

12. Иванов П.И. Оценка надежности функционирования планирующей парашютной и парапланерной систем в условиях интенсивной атмосферной турбулентности // МКММ-2002.-Херсон: Вестник ХГТУ, 2002.-№2(15).-с. 199-202.

13. Иванов П.И. Иванов Р.П. Спасение экипажа самолета-носителя (разгонщика) или орбитального самолета в автономной кабине при авариях на больших высотах // Сб. Вопросы проектирования и производства конструкций летательных аппаратов.- Харьков: ХАИ, 2002.-Вып.29(2).-с. 97-107.

14. Иванов П.И. Оценка характеристик балансировочного положения и статическая устойчивость планирующей парашютной и парапланерной систем // Сб. Авиационно-космическая техника и технология, ISBN 966-78-86-9. -Харьков: ХАИ, 2002.-Вып.№29.-с. 12-15.

15. Іванов П.І. Введення в дію каскадів парашутних систем катапультного крісла на великих і гранично малих висотах // Вісник НАУ. - Київ: Національний авіаційний університет, 2002.- №4.- С. 30-35.

16. Іванов П.І. Визначення початкових умов і режимів для введення в дію стабілізуючих каскадів парашутних систем катапультного крісла // Вісник НАУ. - Київ: Національний авіаційний університет, 2002.- №3.- С. 44-50.

17. Иванов П.И. Построение поляры скоростей для балансировочных положений планирующих парашютных и парапланерных систем // Сб. Динамические системы. Симферополь: СГУ, 2002.-№18. -с.31-36.

18. Иванов П.И., Иванов Р.П. Парашютная система для ракетоносителя системы "Воздушный старт" // Сб. Вопросы проектирования и производства конструкций летательных аппаратов, ISBN 966-662-030-8.- Харьков: ХАИ, 2002.- Вып.31(4).-с.14- 22.

19. Иванов П.И. Спасение пассажиров и экипажа пассажирского самолета в авиакатастрофе // Сб. Авиационно-космическая техника и технология, ISSN 1727-7337.-Харьков: ХАИ, 2003.-Вып.№36/1.-с. 22-29.

20. Иванов П.И. Проблемные вопросы исследования струйных эффектов в процессах функционирования парашютов // Материалы X международной научно-технической конференции ученых Украины, России, Белоруссии. Сб. Прикладные проблемы механики жидкости и газа. Севастополь: Сев.НТУ, 2001.-с. 97-101.

21. Иванов П.И. Вероятностные модели для оценки надежности работы парашюта и параплана // Материалы XI международной научно-практической конференции ученых Украины, России, Белоруссии. Сб. Прикладные задачи математики и механики. Севастополь: Сев. НТУ, 2002.- с. 11-15.



АНОТАЦІЯ

Іванов П.І. Методи льотних випробувань та досліджень парашутних систем та парапланерних літальних апаратів.-Рукопис

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.07.07.- Випробування літальних апаратів та їх систем.

Національний авіаційний університет, Київ, 2003.

Сформульовані цілі та задачі, що вирішуються льотними випробуваннями ПС та парапланерних ЛА, основні концепції, покладені в ці випробування, що підвищують ефективність ЛВ ПС по загальних локальних критеріях визначення ефективності випробувань (ЛКЕ) -безпека (надійність), інформативність експерименту, економічна ефективність. Викладено, що всі побудови загальної методології ЛВ повинні бути спрямовані на реалізацію схеми компромісу, що зумовлює вихід в оптимальне місце функції мети в просторі ЛКЕ випробувань.

Запропоновано інтегральний критерій, що дозволяє виконувати кількісну оцінку та порівняння між собою різних програм та методик ЛВ ПС і ППС. Виконана класифікація ПС і ППС, видів випробувань. Викладені оптимальні структури методик випробувань, досліджень та розглянуті питання атестації методик випробувань. Детально розглянуті особливості функціонування також льотних випробувань ПС різного призначення. Сформульована оптимальна стратегія проведення ЛВ ПС та ППС.

Розроблений та апробований в ЛВ повний комплекс методів та методик, який охоплює сферу льотних випробувань та утворюючих у сукупності загальну методологію ЛВ ПС і ППС.

Впроваджені сучасні прогресивні методи проведення досліджень, математичного моделювання та оптимізації в процесі ЛВ ПС и ППС, що обумовило значно підвищити надійність функціонування ПС і ППС, а також якість результатів ЛВ. Ключові слова: методологія, літні випробування, парашутна система, парапланерний літальний апарат, оптимізація.

АННОТАЦИЯ

Иванов П.И. Методы летных испытаний и исследований парашютных систем и парапланерных летательных аппаратов.- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.07.07.- Испытания летательных аппаратов и их систем.

- Национальный авиационный университет, Киев, 2003.

В работе решалась проблема построения общей методологии летных испытаний (ЛИ) парашютных систем (ПС) и парапланерных (ППС) летательных аппаратов. Показано, что решение этой задачи в полном объеме может быть выполнено только путем разработки совершенного комплекса методов испытаний и принципов их оптимального использования. Сформулированы цели и задачи, решаемые летными испытаниями ПС и ППС, уровень предъявляемых к ним требований. Сформулированы основные концепции, положенные в основу испытаний, заключающиеся в повышении эффективности ЛИ ПС по основным локальным критериям оценки эффективности испытаний (ЛКЭ) - безопасность (надежность), информативность эксперимента, экономическая эффективность. В основной части работы было показано, что все построения общей методологии ЛИ должны быть направлены на реализацию схемы компромисса, обеспечивающей выход в точку оптимума функции цели в пространстве рассмотренных в работе ЛКЭ испытаний. Сформулированы основные требования и выполнено проектирование варианта интегрального критерия эффективности применительно к ЛИ ПС. Предложен интегральный критерий, позволяющий выполнять количественную оценку и сравнение между собой различных программ и методик ЛИ ПС и ППС. Предложен алгоритм методики оценки эффективности ЛИ по интегральному критерию. Выполнена классификация ПС и ППС, видов испытаний. Изложены оптимальные структуры методик испытаний, исследований и рассмотрены вопросы аттестации методик испытаний. Подробно рассмотрены особенности функционирования и летных испытаний ПС различного назначения (космических аппаратов, многокупольных систем, парашютно-реактивных систем посадки, людских ПС, ПС специального назначения, сверхзвуковых ПС). Сформулирована оптимальная стратегия проведения ЛИ ПС и ППС.

Разработан и апробирован в ЛИ полный комплекс методов и методик, охватывающих сферу летных испытаний и образующих в совокупности общую методологию ЛИ ПС и ППС. Это такие работы как:

- методика летных испытаний ПС и ППС на наполняемость;

- методика летных испытаний ПС и ППС на функционирование и статистическое моделирование результатов испытаний ПС;

- методика анализа набора проектных решений парашютных и парапланерных систем с целью отбора парето-оптимальных (эффективных решений);

- методика ЛИ ПС на прочность;

- методика ЛИ ПС и ППС на устойчивость и управляемость;

- методика низковысотного десантирования;

- методика исследования основных летно-тактических характеристик ПС и ППС;

- методика ускоренных и ужесточенных испытаний с применением разделяемого весового макета РВМ;

- методика испытаний парапланерных систем;

- методика летных испытаний сверхзвуковых парашютных систем;

- методика экспериментальной оптимизации в проектировании и летных испытаниях ПС и ППС;

- общая методология проведения ЛЭ с целью получения максимального

объема информации об объекте испытаний.

Получило дальнейшее развитие формирование новых методов ЛИ ПС, усовершенствованы существующие методики. Впервые получен логически завершенный, достаточно полный комплекс методов, позволивших сформировать общую методологию подготовки и проведения ЛИ ПС и ППС.

Внедрены современные прогрессивные методы проведения исследований, математического моделирования и обработки результатов в процессе ЛИ ПС и ППС.

Внедрены типовые схемы для процессов прогнозирования и принятия решений в летных испытаниях ПС и ППС. Рассмотрены возможные схемы компромиссов. Внедрены методы экспериментальной оптимизации и стохастической аппроксимации в практику летных испытаний ПС, вопросы моделирования в ЛИ ПС и ППС - как одного из важнейших факторов сокращения общего объема летных испытаний.

Показано применение вероятностных методов и моделей в практике ЛИ ПС, способов прогнозирования качества процесса функционирования ПС в летном эксперименте. Показано, что использование современных прогрессивных методов проведения исследований, математического моделирования и обработки результатов в процессе ЛИ позволяет существенно повысить надежность функционирования ПС и ППС, а также качество получаемых результатов.

Ключевые слова: методология, летные испытания, парашютная система, парапланерный летательный аппарат, оптимизация.



ANNOTATION

Ivanov P.I. The methods of flying tests and research of parachute systems and paraplane aircrafts.- Manuscript.

Thesis for defending of doctor degree of engineering sciences in speciality 05.07.07. - Tests of aircrafts and their systems.- The National aviation university, Kiev, 2003.

The aims and tasks determined by flying tests of parachute systems (PS) and paraplane aircraft (PA), the main ideas agreed on base of tests consisting in rise of efficiency of flying testing (FT) PS under the main local criteria of assessment of effectiveness (efficiency) of tests (LCE) - safety (reliability), information of experiment, economic efficiency have been formulated. It is demonstrated that construction of general methodology of FT must be directed to the realization of compromise scheme allowing to get the optimum point of function of purpose in space of LCE tests.

The integral criterion allowing to make quantitative evaluation and comparison of the different programs and methods of FT PS and PA with each other has been suggested. Classification of PS and PA, types of tests has been done. Optimum structures of methods of tests, research have been expounded and the points of attestation of methods of tests have been considered. The peculiarities of functioning and flying tests of PS for different purposes have been considered in detail. Optimum strategy of carrying out of FT PS and PA has been formulated.

Complete complex of methods and methods and methodics embraced the sphere of flying tests and formed in the aggregate the general methodology of FT PS and PA has been developed and approved. The latest progressive methods of research performance, mathematical model and processing of results in the process of FT PS and PA have been introduced and it was allowed to rise reliability of functioning of PS and PA and also the quality of the results of FT essentially.

Key words: methodology, flying tests (FT), parachute system (PS), paraplane aircraft (PA), optimization. Размещено на Allbest.ru

...