1. Досвід світових грандів
2. незвичайна задача
3. Вітер і торсіони
4. Птах - назавжди!

Коли ми чуємо словосполучення «залізний птах», то більшість з нас сприймає його як метафору літака, крилатої машини. Однак в реальності в літаку не так багато заліза, а на сленгу професійних авіабудівників «залізної птахом» називається щось інше. Те, що ніколи не піднімається в небо.

Сьогодні робота авіаконструкторів, звичайно ж, сильно відрізняється від того, що було десятиліття тому. Фактично, перш ніж втілитися в «металі», майбутній лайнер вже живе у вигляді віртуальних 3D-моделей вузлів і деталей, а також математичних моделей всіх відбуваються в ньому і навколо нього процесів. І все ж спроектувати літак на комп'ютері, виготовити деталі по тривимірним кресленнями, здійснити збірку і тут же відправити машину в випробувальний політ поки ніхто не наважується. Математика повинна зустрітися з реальною «фізикою» ще на землі, і для цього створюються спеціальні випробувальні стенди, які і називають «залізними птахами». По суті «залізний птах» являє собою імітацію силових конструкцій планера, на яких змонтовані приводи рухомих елементів, таких як шасі, аеродинамічні рулі, механізація крила. Також в стенді реалізована система управління всіма цими системами.

У той час як в Росії «залізними птахами» займалися самі літакобудівельники, в зарубіжній практиці їх монтаж часто проводять спеціальні фірми.

Досвід світових грандів

В принципі, «залізні птахи» з'явилися ще до епохи загальної комп'ютеризації проектування. Компанія Airbus стала застосовувати подібні стенди на початку 1970-х років, в період роботи над своїм первістком - широкофюзеляжним лайнером А300. І хоча з тих пір системи CAD-проектування розвинулися до небувалих висот, конструктори і раніше виходять з того, що прорахувати всі можливі наслідки силових навантажень на планер в віртуалі не вдасться. Тому на спеціальних стендах літакам гнуть крила. Тому будують «залізних птахів».

В ході робіт над новітнім «карбоновим» A350 стенд спорудили на головному майданчику Airbus в Тулузі. Крім того, окремі елементи «залізного птаха» були виготовлені на заводі в англійському Філтоне (система випуску шасі) і в Німеччині (імітація крила і його рухомих частин). Обидва цих стенду з'єднувалися з головною «птахом» за допомогою високошвидкісного інтернет-каналу.

Факт 1: стенд прототипирования. Для непосвячених стенд прототипирования виглядає, мабуть, цікавіше, ніж «залізний птах». На ньому за допомогою великих рідкокристалічних панелей повністю відтворені індикатори та інструменти управління, які будуть і в цій кабіні МС-21. Завдання стенду - відпрацювання управління всіма системами, що знаходяться на борту літака, перевірка роботи програмного забезпечення, встановленого на бортові обчислювачі. Однак все фізичні явища (дія механізмів, аеродинамічна навантаження) тут емулюються віртуально.

«Залізні птахи» використовуються і головним конкурентом Airbus - американською корпорацією Boeing. При роботі над Boeing 767 - останнім з американських широкофюзеляжних лайнерів, де передача команд від органів управління до виконавчих механізмів ще здійснювалася виключно за допомогою тросів, - стенд викладався близько до форми літака. А ось для Boeing 787 Dreamliner, в якому вже повністю реалізована електродистанційна система управління (fly-by-wire), був розроблений Integration Test Vehicle. Елементи ITV, на відміну від традиційної «залізного птаха», розташовувалися більш вільно і одночасно більш компактно, так як імітувати повну конструкцію планера не було потрібно. Конструктори Boeing створювали стенд у співпраці з постачальниками комплектуючих, а ці компанії в свою чергу будували власні стенди, які відтворюють ті елементи «залізного птаха», за які вони відповідали.

Як вже говорилося, «залізний птах» в традиційному виконанні відтворює лише силові конструкції планера. На ній немає обшивки, в ній відсутня макет салону, і взагалі стенд лише дуже віддалено зовні нагадує літак. Однак відомі винятки. В ході розробки регіонального лайнера C919 китайська компанія COMAC оприлюднила фото своєї версії «залізного птаха». Вона виглядала майже як справжній літак і включала в себе макет салону.

незвичайна задача

«Залізні птахи» традиційно створювалися і нашими авіабудівельними КБ, але ось в новітні часи ситуація дещо змінилася. Першою по-справжньому пострадянської розробкою в галузі цивільної авіації став, як відомо, Sukhoi Superjet 100. Як було заявлено представниками «Цивільних літаків Сухого», для нового регіонального лайнера «залізний птах" не будувалася. Можливо, це було пов'язано з тим, що «Суперджет» имет в своїй основі значну кількість імпортних комплектуючих і вузлів, які вже досить відпрацьовані виробниками. Втім, знаючі люди в галузі говорять, що, швидше за все, в ролі «залізного птаха» виступав один з перших зібраних випробувальних зразків, який, можливо, так і залишився наземним стендом і в небо не піднімався.

Зовсім інша історія з МС-21 - перспективним російським середньомагістральним лайнером. Оскільки це дітище корпорації «Іркут» вже в набагато більшому ступені можна вважати російською розробкою, «залізного птаха» вирішено було будувати, причому не на базі «Іркут», а на базі московського Державного науково-дослідного інституту авіаційних систем (ДержНДІАС). Цей знаменитий інститут був створений урядовою постановою за підписом І.В. Сталіна відразу після закінчення Великої Вітчизняної війни і весь радянський період займався системами авіаційного озброєння і авіоникой для військових літаків. Як розповів «ПМ» науковий керівник ДержНДІАС академік Євген Федосов, до громадянської тематики ДержНДІАС підключився тільки в 1990-і - в основному через відсутність фінансування військових замовлень. Тоді з'явився проект оснащення радянського / російського лайнера Іл-96 американської авіоникой Rockwell Collins і силовими установками Pratt & Whitney (PW2337). В ході роботи над проектом ДержНДІАС вперше зіткнувся з необхідністю сертифікувати вітчизняний літак, що отримав назву Іл-96М відповідно до американськими стандартами, які для наших авіабудівників виявилися буквально нового всесвіту. Сертифікат був отриманий, але в зв'язку з кризою 1998 року всі роботи по російсько-американським проектом були згорнуті. Іл-96М в виробництво так і не пішов. Однак набутий досвід вже дозволив інституту взяти активну участь в роботах над «Суперджет», і нарешті перед ДержНДІАС встала нова амбітна задача - створити «залізного птаха» для МС-21.

За допомогою «залізного птаха» можна не тільки тестувати роботу окремих вузлів, а й здійснювати «польоти», як на авіатренажер, відпрацьовуючи систему управління в цілому.

Вітер і торсіони

«Ми мали математичними моделями всіх общесамолетних систем, - каже академік Федосов, - але досвіду реалізації їх« в залізі »у нас не було. Тому в будівництві «залізного птаха» велику роль зіграли фахівці «Іркут». «Іркутом» була надана велика частина устаткування і програмного забезпечення. У підсумку ми отримали стенд, на якому можемо відпрацьовувати не тільки роботу гідравлічних приводів, але і всю ідеологію управління цими системами ».

«Залізний птах» для випробувань за проектом МС-21 встановлена ​​в просторому приміщенні, явно спеціально підготовленому для будівництва стенду. У деяких місцях статі зроблені поглиблення - якби їх не було, деякі елементи було б складно розмістити по висоті. У пофарбованих в сірий колір металевих фермах не відразу впізнаєш обриси конструкцій планера.

Факт 2: стенд мало нагадує літак. В «залізної птиці» немає потреби повністю відтворювати функціонал пілотської кабіни, однак цей стенд дозволяє протестувати системи керування літальним апаратом, що називається, «в металі». У пофарбованих сірим конструкціях не відразу можна впізнати майбутні елементи лайнера. Помаранчевим кольором пофарбовані імітатори силових навантажень.

«Ось, наприклад, передня опора шасі, - пояснює Сергій Черних, начальник відділу випробувань літакових систем. - Для першого польоту по нормам льотної придатності ми повинні відпрацювати 500 циклів прибирань-випусків без єдиного відмови. Ми повинні також переконатися, що в разі виникнення проблем коректно спрацьовує сигналізація ».

В реальності випуск шасі відбувається не в тиші випробувальної лабораторії, а на відкритому повітрі. При бічному вітрі на розкриваються стулки діє навантаження, яку теж необхідно врахувати в ході тестів. На майданчику немає ніяких аеродинамічних труб, зате передбачені спеціальні пристрої - загружателі, що імітують в даному випадку тиск вітру.

Конструкцією «залізного птаха» передбачені також імітатори аеродинамічних навантажень на рулі і елементи механізації крила (закрилки, предкрилки, інтерцептори). Наприклад, при відхиленні керма закручується торсіон, емулюючи тим самим опір повітряного середовища.

Факт 3: розмістити стенд непросто. У повну версію «залізного птаха» можуть включатися не тільки гідравлічні системи, але і самі авіадвигуни. В інших випадках використовують комп'ютерну симуляцію роботи силових установок.

При розташуванні елементів стенду доводилося йти і на певні компроміси. Наприклад, при випробуванні гідравлічних систем важливо, щоб труби, в яких знаходиться рідина, мали розміри, точно відповідні тим, що передбачені для реального літака. Однак розтягнути труби по всій довжині не дозволяють габарити приміщення. Щоб скоротити відстані, труби закручують в кільця, при цьому діаметр кілець повинен бути досить великим, щоб не призводити до підвищення гідравлічного опору в системі. Інший компроміс: через обмеження по висоті основні стійки шасі винесені з-під крила в окремі блоки. Щоб компенсувати зміну перепаду висот, довелося міняти діаметр гідравлічного трубопроводу.

Мова постійно йде про гідравліки, і ми заодно поцікавилися, а не передбачений в новому літаку переклад частини гідравлічних приводів на електричні актуатори, що начебто відповідає сучасним тенденціям в авіабудуванні. Як з'ясувалося, такі нововведення були визнані для МС-21 недоцільними. Головною складністю є великі струми, які потрібні для приведення в дію електроприводів. На борту потрібні дуже потужні (а значить, важкі) генератори, а вага проводів, згідно з розрахунками, виявився б більше ваги гідравлічних трубопроводів. Крім того, не вирішена проблема сильних наведень, що виникають при великих токах, і впливу цих струмів на електронну апаратуру. «Залізний птах» - це не просто лабораторія для перевірки окремих електрогідравлічних і механічних систем. Прообраз лайнера випробовується на землі як єдине ціле. Управління відбувається з кабіни, яка, на відміну від реальної, має спрощеним функціоналом, однак цілком придатна для виконання віртуальних польотів в режимі зльоту, посадки, руху на ешелоні: на різних висотах, при різних вітрових навантаженнях, в умовах комплексних відмов. Різниця з авіатренажер полягає в тому, що на віртуальні команди «залізо» відгукується реальним рухом і відчуває фізичний вплив імітаторів аеродинамічних навантажень.

Птах - назавжди!

Втім, наземна версія кабіни МС-21 з повною реалізацією всіх систем управління теж існує. Вона знаходиться в іншому приміщенні ДержНДІАС і є центром управління стенду по інтеграції всіх електронних бортових систем літака - так званого стенду прототипирования. У нього інтегровані не тільки системи безпосереднього керування літаком, але і авіоніка, управління кондиціонуванням, паливною системою і багато іншого, проте, на відміну від «залізного птаха», ніякого фізичного відгуку дії пілота не викликають. Польоти на ньому відбуваються в генерується комп'ютером середовищі. Втім, обидва стенду з'єднані високошвидкісним каналом передачі даних і можуть брати участь в спільних програмах випробувань.

Можна подумати, що «залізний птах» - це щось, що створюється на дуже короткий проміжок часу, до тих пір, поки не з'явиться перший льотний зразок розробляється лайнера. Однак це не так. У тому ж Airbus все «залізні птахи», створені під їх моделі пасажирських літаків, працюють до цих пір. Фактично життя «залізного птаха» не може закінчитися раніше, ніж останній зразок літака, під який створювався стенд, що не буде знята з експлуатації. На «птаху» стануть відпрацьовувати наступні модифікації лайнера, також стенд буде використовуватися для розбору авіапригод, викликаних відмовами техніки.

Стаття «Політ на залізної птиці» опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №3, Лютий 2016 ).