Связь проектирования и сертификации воздушных судов

Создание нового типа воздушного судна является сложным итерационным процессом, охватывающим многие виды авиационной деятельности и требующим значительных интеллектуальных, материальных, кадровых 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. Если учесть, что программы создания воздушного судна нового поколения требует не только больших прямых финансовых затрат, соизмеримых с бюджетами крупных передовых государств но и затрат на развитие смежных наукоемких технологий, то становится понятным, что для успешной реализации программы создания нового типа воздушного судна должны предшествовать ряд политических, организационных и финансовых решений государственного и отраслевого уровней. Только в этом случае можно ожидать успешной реализации программы создания конкурентоспособной авиационной техники и получения высокой и устойчивой прибыли от ее реализации.

Учитывая высокую стоимость разработки новой авиационной техники, в настоящее время используется следующий подход к проектированию гражданских воздушных судов: создается базовый тип ВС, и 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 пассажировместимости 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.

Зачастую изменения базового варианта ВС настолько существенны, что дают право Разработчику устанавливать этим модификациям новый модельный ряд. В качестве примера можно привести развитие базового самолета Ту-204 (табл. 11), самолетов Ил-96 (Ил-96Т, Ил-96-300); А-320, и др.

Процесс создания воздушных судов нового типа содержит следующие составляющие:

1. Проектирование нового типа ВС, при котором Техническое задание и соответствующие нормативные требования реализуется 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.;

2. Постройка опытных образцов ВС, т.е. преобразование данных, полученных при проектировании ВС, в материальный вид с использованием "действий с материалами" для доводки опытных образцов ВС до требований Технического задания и другим нормативным документам, 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;

3. Запуск и отладка технологического процесса серийного производства типовой конструкции ВС;

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

Таблица 11.

Развитие семейства самолета Ту-204

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 (табл. 3.2). Каждому из них 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.

Составляющей частью конкурентоспособности ВС является обеспечение безопасности полета и его экологической безопасности. В настоящее время в понятие экологической безопасности для дозвуковых ВС входят обеспечение нормированных показателей по шуму на местности при взлете и эмиссионных выбросов вредных веществ двигателями. Эти требования, сформулированные в сертификационном базисе, являются определяющими в процессе проектирования ВС.

Примечание: В настоящее время ведущие авиакомпании рассматривают новый вид требований - обеспечения безопасности здоровья пассажиров и экипажа от воздействия условий полета. К таким требованиям относятся состав воздуха в салонах самолета, увеличение шага кресел при длительных перелетах для предотвращения образования тромбоза сосудов при недостаточной подвижности ног, радиационное воздействие космического происхождения, вибрации в кабине вертолетов и некоторые другие воздействия.

Требования к новому ВС, сформулированные в ТТЗ и НЛГ, должны соответствовать двум основным принципам:

1. Новые технические решения, применяемые на ВС, должны соответствовать периоду эксплуатации ВС. Поэтому перед началом разработки нового ВС необходим глубокий анализ тенденций технической реализации концепции развития ВС, обеспечивающих его конкурентоспособность на рынке авиатранспортных услуг, в том числе и сертификационных требований;

2. Новые технические решения, применяемые на ВС, по своим экономическим свойствам должны обеспечивать устойчивую прибыль во всём периоде эксплуатации.

Эти принципы реализуются созданием опережающего научно-технического задела для его использования в новых типах ВС. Этот задел должен быть экономически выгоден 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 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 приближении опасных ситуаций в полете;

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;

6. 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.