«ЦАГИ»: уникальные пилотажные стенды на службе науки

 © Бионышева Елена/Сделано у нас

Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н. Е. Жуковского (ФГУП «ЦАГИ») — один из мировых центров авиационной науки, обладающий уникальной экспериментальной базой. Мы посетили отделение динамики и систем управления летательных аппаратов (НИО-15) и пообщались с заместителем начальника этого отделения Андреем Георгиевичем Бюшгенсом.

Чем сейчас занимаются специалисты ЦАГИ?

Компетенции ЦАГИ столь обширны, что я поостерегусь отвечать на этот вопрос и посоветую адресовать его руководителям общецаговского масштаба.

 © Клиндухов Алексей/Сделано у нас

Ну хорошо, в таком случае сузим вопрос: над чем работают в Вашем отделении?

Динамика полета и системы управления летательными аппаратами всегда являлись одними из важнейших направлений научного поиска ЦАГИ.

Специалисты отделения проводят анализ устойчивости и управляемости летательных аппаратов (ЛА), синтез алгоритмов управления, исследования динамики ЛА с учетом упругости конструкции и жидкого наполнения баков. Ведется разработка активных систем снижения нагрузок на конструкцию ЛА и мероприятий, направленных на повышение комфорта экипажа и пассажиров, безопасности полета и улучшения информационного обеспечения пилота.

В аэродинамических трубах ЦАГИ проводятся экспериментальные исследования нестационарных аэродинамических характеристик моделей ЛА и дается оценка влияния упругих деформаций конструкции на характеристики устойчивости и управляемости.

Важное место занимает разработка математических моделей аэродинамики, включая большие и сверхкритические углы атаки.

В ЦАГИ разработаны методы исследования оптимальных ветвящихся траекторий выведения космических летательных аппаратов (КЛА) на орбиту при наличии ограничений на управление и фазовые переменные. Созданы методы исследования динамики безопасного разделения составных ЛА в атмосфере.

Ведется разработка методов управления планирующими парашютными системами, обеспечивающими автоматическую посадку в заданную географическую точку с применением спутниковой системы навигации; изучается влияние параметров самолета на его эффективность при целевом применении.

Помимо классических аналитических и расчетных методов важной составляющей нашего исследовательского арсенала являются пилотажные стенды. Они незаменимы в тех ситуациях, когда речь идет о участии летчика в процессе управления или контроля за действиями автоматических систем. Пилотажные стенды, как и обучающие тренажеры, содержат устройства, воздействующие на органы чувств человека для создания в наземных условиях иллюзии полета: системы визуализации, подвижности, загрузки рычагов управления, кабины ЛА и т. д.

Установки этого типа предназначены для решения широкого круга задач, в частности:

• Отработка динамики и систем ручного и полуавтоматического управления самолетов
• Выбор технических решений по конструкции рычагов управления (центральные/боковые ручки, штурвалы) и оптимизация их характеристик
• Оценка эффективности самолетов при выполнении целевых задач
• Выбор рациональных видов пилотажно-навигационной и боевой индикации
• Отработка пилотирования на сложных режимах (штопор, сваливание, «кобра», палубная посадка, отказные ситуации и т. д.)
• Сопровождение летных испытаний
• Анализ летных происшествий,

а также многих других проблем как тематического характера, так и сопутствующих созданию новых образцов самолетов.

Становление стендового комплекса нашего отделения происходило в условиях действия режима «железного занавеса» и при отсутствии в советской авиационной промышленности специализированного предприятия, обладавшего необходимыми компетенциями. Как это бывает в таких случаях, все пришлось делать самим. Но нет худа без добра: в этот период были созданы установки с оригинальными техническими решениями по многим базовым компонентам, закрывавшие многие годы потребности объектовых и тематических исследований.

• В каких известных проектах были задействованы пилотажные стенды ЦАГИ?

Организационная структура некогда советского, а теперь российского авиационного комплекса такова, что ни один значимый проект не может миновать участия и ответственности ЦАГИ, в том числе и при оценке пилотажных характеристик. Тем самым стендовая база отделения и соответствующие специалисты были активными участниками всех громких отечественных авиационных проектов (воздушно-космический самолет «Буран», истребители поколений 4, 4+ и 5, военно-транспортная, бомбардировочная и штурмовая авиация, пассажирские самолеты семейств «Ту», «Ил», «Як», SSJ-100, МС-21 …).

Какие пилотажные стенды сейчас эксплуатируются в Вашем отделении?

Состав стендов отделения оптимизирован, исходя из соображений минимальной достаточности (минимальным парком закрыть все разновидности задач). Необходимая для этого универсальность установок в пределах определенного класса летательных аппаратов (маневренные/неманевренные) достигается благодаря использованию легко изменяемого программного обеспечения (модели динамики ЛА, виды индикации) и вариабельных технических решений (типы рычагов управления штурвал/боковая ручка/ центральная ручка и характеристик их загружения).

 © Бионышева Елена/Сделано у нас

ПСПК-102, созданный в годы работы над национальной программой БУРАН-ЭНЕРГИЯ, был призван обеспечить отработку ручных и полуавтоматических режимов управления ВКС на атмосферном участке полета от схода с орбиты до касания ВПП, включая тренировку экипажей перед полетами по программе горизонтальных летных испытаний. И с этой задачей стенд блестяще справился. В этом смысле весьма примечательны слова летчика-испытателя Р.А.А. Станкявичюса, сказанные им после первого испытательного полета: «Можно было и не летать. Все как на цаговском стенде». Подобные слова специалисты отделения слышат от летчиков-испытателей, работающих по разным программам, достаточно часто. Более того, работы по системам стендов и их программному обеспечению не останавливаются до тех пор, пока эти слова не будут произнесены.

Надо заметить, что получение соответствующих квот от общего бурановского финансового пирога ­- огромная заслуга прежних руководителей ЦАГИ. Благодаря их энергии отделение получило уникальную (и не только в национальном масштабе) исследовательскую установку, которая в результате серии модернизаций до сих пор поддерживается на уровне лучших мировых образцов.

 © Бионышева Елена/Сделано у нас

После завершения программы БУРАН стенд был конвертирован на тематику магистральных самолетов и в этом качестве остается лучшей отечественной исследовательской установкой, чему в немалой степени способствовал компьютерный бум девяностых годов. В результате практически все системы стенда: визуализация, подвижность, рычаги управления переведены на высокопроизводительное цифровое управление. Все это позволяет установке оставаться «на плаву» и успешно участвовать в статусных программах создания новых отечественных самолетов SSJ-100 и МС-21. Более того, после падения «железного занавеса» уникальные возможности установки и компетенции цаговской школы полунатурного моделирования были по достоинству оценены зарубежными коллегами, что вылилось в участие в международных проектах (SUPRA, SAFEMODE) и контрактах с зарубежными фирмами (Boeing, CAE и др.)

 © Клиндухов Алексей/Сделано у нас

Пилотажный стенд ПС-10М — продукт глубокой модернизации (фактически был сохранен только сферический экран) устаревшей установки, созданной в семидесятых годах для экспериментального изучения динамики истребителей на режимах боевого применения. Надо сказать, что в те далекие годы для создания сферического купола аксакалы отделения применили весьма оригинальную технологию: был склеен и накачан воздухом резиновый «мячик» диаметром 8 м (!), поверх мячика был нанесен слой монтажной пены, после высыхания пены мячик был удален, а внутренняя поверхность отшлифована до идеальной сферической формы.

 © Бионышева Елена/Сделано у нас

При модернизации в результате применения современных технических, аппаратных и программных решений отделение получило установку, обеспечивающую решение практически всех задач тематики маневренных самолетов: от общепилотажных проблем до оценки эффективности истребителя в групповом воздушном бою и отработки палубного базирования.

 © Бионышева Елена/Сделано у нас

 © Бионышева Елена/Сделано у нас

В последние годы стендовая база отделения пополнилась совершенно новой установкой ПСМС, созданной в обеспечение программы разработки российского среднемагистрального самолета МС-21, причем впервые в цаговской практике в дополнение к традиционным функциям пилотажного стенда на него возложена часть задач, так называемой «электронной птицы», т. е. отработки бортовой реализации аппаратных и программных решений системы дистанционного управления. Надо сказать, что сейчас эта установка переживает свой звездный час: идут летные испытания самолета и весь цикл работ по их сопровождению (отработка алгоритмов, новаций, касающихся боковых ручек, отработка отказов, валидация бортового ПО и т. д.) обеспечивается стендом и его персоналом.

 © Клиндухов Алексей/Сделано у нас

Надо сказать, что судьба наших установок в чем-то схожа с человеческими судьбами: рождение, расцвет, зрелость, умирание. Средняя длительность цикла 30-40 лет. Существенная разница: человека, к сожалению, нельзя модернизировать. За почти 70-летнюю историю отделения мы уже похоронили четыре стенда: МК-10, ПСПК-1,-2,-3. При этом ПС-10М и ПСПК-102 — крепкие, работающие пенсионеры. ПСМС — в самом соку. Тем временем предпринимаются усилия по зачатию двух новых установок.

 © Клиндухов Алексей/Сделано у нас

В перестроечные годы представители цаговской школы полунатурного моделирования выступили в новом для себя амплуа: разработчиков и поставщиков пилотажных стендов для сторонних потребителей (несколько пилотажных стендов для РСК «МиГ», АО «ГСС», инженерные тренажеры для китайских НИИ — FACRI и CFTE и т. д.).

Таким образом, можно констатировать, что цаговская школа полунатурного моделирования не только не захирела, но оформилась в крепкое направление, представленное всеми поколениями специалистов и по-прежнему притягательное для молодежи в силу приятного сочетания инженерной и научной составляющих и возможности «пощупать» результаты своей деятельности.

 © Клиндухов Алексей/Сделано у нас

Более того, как это уже бывало в истории ЦАГИ (создание ЛИИ, ЦИАМ, ВИАМ и т. д.), эта школа выполнила «живородящую» миссию: на её основе родилось и сформировалось новое промышленное предприятие АО ЦНТУ «Динамика», которое сейчас занимает доминирующее положение на отечественном тренажерном рынке.

Фото и текст: Бионышева Елена

Фото: Алексей Клиндухов

Кстати, а вы знали, что на «Сделано у нас» статьи публикуют посетители, такие же как и вы? И никакой премодерации, согласований и разрешений! Любой может добавить новость. А лучшие попадут в телеграмм @sdelanounas_ru. Подробнее о том как работает наш сайт здесь👈