Форсайт развития авиационной науки и технологий до 2030 года и дальнейшую перспективу

Strength MULTIDISCIPLINARY COMPUTER & EXPERIMENT INVESTIGATIONS ON ADVANCED AIRCRAFT SHAPE OPTIMIZATION ARE BEING CARRIED OUT AT TSAGI SMRTA perspectives Super computers Aeroelasticity Aerodynamics TsAGI FIBER-OPTIC NET Aerodynamic models Dynamics Fundamental computation Series manufacturing plants Tests, certification, logistic supporting Operation Experimental design bureaus 3) Интеграция систем расчета, эксперимента и проектирования ЛА (CAE/CAD/CAM систем). Современные экспериментальные методы и оборудование достаточно хорошо апробированы при испытаниях, как отдельных элементов, так и конструкции планера в целом. Главным недостатком является то, что каждая система (управление нагрузками, измерения, анализ результатов) не связаны друг с другом. Необходима интеграция в одну систему средств расчета, испытания, измерения и анализа результатов эксперимента. В настоящее время, как исходная информация, так и получаемые с помощью расчетных и экспериментальных систем результаты имеют неунифицированный вид, что ведёт к значительной трудоёмкости их совместного использования. Кроме этого в настоящее время авиационная промышленность переходит на безбумажные технологии создания ЛА, которые недостаточно согласованы по формату и методикам с результатами расчетных и экспериментальных систем, используемых при определении прочности. Для решения этой проблемы необходима разработка научных и нормативных основ по унификации информации и создание общей вычислительной сети с безбумажными технологиями работы с информацией для практической отработки разрабатываемых подходов. В рамках решения этой проблемы на новом уровне разрабатывается программное обеспечение необходимых расчетных и экспериментальных систем. В ближней перспективе в их число входят: - современная технология математического моделирования динамики управляемого упругого объекта при внешних воздействиях; - системы для расчета несущей способности элементов авиационных конструкций, местной прочности элементов и соединений при наличии концентраторов напряжений; - разработка ПО для новых технологий измерений и управления нагружением. Решение поставленных задач позволит создать: - расчетно-экспериментальные методы оценки прочности конструктивных элементов из композиционных материалов с учётом эксплуатационных воздействий; - расчетно-экспериментальную технологию определения термостойкости материалов и покрытий конструкции гиперзвуковых ЛА; - новую технологию управления многоканальным нагружением с использованием распределенной сетевой архитектуры для прочностных испытаний конструкции ЛА. - эффективные методы построения и использования измерительных информационных систем для прочностных испытаний. Для проведения необходимых исследований в НИК прочности ЦАГИ будет создана общая вычислительная сеть с безбумажными технологиями работы с информацией, получаемой расчетными и экспериментальными методами, В эту сеть будут включены как новые суперкомпьютеры, так и основные CAE/CAD/CAM системы, используемые в авиационной промышленности. Работы в этом направлении обеспечат интеграцию применяемых расчетных и экспериментальных методов с безбумажными технологиями проектирования и создания ЛА. Также продолжатся работы по созданию систем для расчета несущей способности элементов авиационных конструкций, местной прочности элементов и соединений при наличии концентраторов напряжений. 4) Разработка расчетно-экспериментальной технологии стендовой отработки прочности перспективных конструкций ЛА представляет непрерывный процесс, который осуществляется в настоящее время и будет продолжаться в будущем. Это связано как с необходимостью решать новые задачи, возникающие при создании ЛА, так и с тем, что появляется новое оборудование, возрастают требования к качеству и количеству получаемой информации. В результате будут разрабатываться новые и усовершенствоваться существующие методы экспериментальных исследований, произойдет расширение диапазона экспериментальных исследований, повышение уровня готовности технологических разработок. На пути развития данного направления необходимо решить следующие задачи: - сформировать облик и проект вычислительной и экспериментальной базы, отвечающей перспективным требованиям; - разработать методы и средства многодисциплинарных экспериментальных исследований в АДТ, основанных на использовании нового, перспективного типа многоцелевой аэроупругой модели, основными достоинствами которой являются оперативность, экономичность, а, главное - высокая точность исследований; В этом направлении будут созданы: - проект и комплектация вычислительной и экспериментальной базы; - интегрированная технология на базе идентификации и коррекции расчетно-динамических моделей по результатам наземных, летных и трубных динамических испытаний; - ПО для новых технологий измерений и управления нагружением. При этом будут обеспечены: - ввод в эксплуатацию вычислительной и экспериментальной базы для отработки конструкций из ПКМ; -ввод в эксплуатацию вычислительной и экспериментальной базы для отработки гиперзвуковых ЛА; - методы и средства построения интеллектуальной системы наземных, летных и трубных динамических испытаний упругой конструкции; - виртуальное имитационное моделирование прочностных свойств конструкции ЛА. 5) Целью разработки научных основ для нормативной базы создания АТ является создание новых и развитие существующих методов регламентирования прочности ЛА, включая основные направления прочности: статическая прочность, аэроупругость, долговременная прочность. Кроме того к этим направлениям требуется добавить разработку гармонизированной нормативно-справочной базы по прочности конструкций в аварийных ситуациях (crash-критериев). Методы регламентирования основных направлений прочности ЛА в ближней перспективе будут развиваться по следующим направлениям: - создание универсальных принципов коррекции существующих нормативно-технических документов с целью оперативного учета конкретных особенностей ЛА - разработка принципов создания сертификационных базисов; - анализ условий эксплуатации и подготовка проекта нормативной документации беспилотных ЛА (легких, средних и тяжелых); - разработка вероятностно-статистического подхода регламентирования прочности и аэроупругости; - разработка согласованного проекта Норм прочности военных самолетов (НПВС) с ОКБ, НИИ авиационной промышленности и министерства обороны. В процессе работы будет осуществляться сбор, анализ и систематизация статистических материалов, получаемых в эксплуатации ЛА. Для гармонизации норм разрабатываемые документы сравниваются с нормативными материалами, получаемыми в зарубежных организациях. Предстоит решить следующие задачи. Универсальная модель нагружения летательных аппаратов для разработки методов определения экстремальных условий нагружения конструкции при многопараметрическом воздействии внешней среды и повышения безопасности эксплуатации самолетов. Универсальная модель должна отвечать следующим требованиям: - создаваться на основании обобщения существующих расчетных условий и дополнения их новыми статистическими данными и физическим анализом возможных воздействий различных параметров внешней среды на нагружение летательных аппаратов; - содержать перечень наиболее важных параметров внешней среды и допустимые диапазоны их изменения; - учитывать следующие важные особенности - используемые конструкционные материалы, характеристики САУ, упругость конструкции и динамическую компоновку ЛА, а также влияние флуктуации атмосферы (неспокойный воздух, струйные течения, температура, влажность, содержание озона и др.) и отказные режимы. Разработка критериев прочности как основы для регламентирования расчетных условий с учетом воздействия внешней среды и деградации прочности в процессе эксплуатации Критерии прочности конструкции будут формироваться на основе обобщения имеющихся опыта проектирования и дополнительных материалов по разрушению новых конструкционных материалов и конструкций. Критерии прочности и предельные допускаемые деформаций должны быть включены в расчетные условия и использованы при расчетных оценках прочности и испытаниях конструкции. Эволюционное развитие и совершенствование нормативно-технической документации. Обеспечение повышенной безопасности и эффективности перспективных гражданских самолетов Совершенствование нормативно-технической документации будет проводиться на основании имеющегося опыта регламентирования прочности с учетом дополнительных требований к безопасности и эффективности перспективных гражданских ЛА, а также обобщения зарубежных нормативных материалов. Уточнение нормативно-технической документации является наиболее простым и быстрым способом обеспечения проектных организаций необходимой документацией для проектирования перспективных ЛА. Разработка новых выпусков Руководств для конструкторов (РДК) с учетом современных достижений прикладных наук и возможностей программного обеспечения расчетов нагрузок позволит обеспечить необходимый уровень безопасности конструкции по условиям прочности. Совершенствование и развитие нормативной документации по прочности беспилотных ЛА Работы направлены на обеспечение проектирования перспективных беспилотных ЛА по условиям прочности и необходимой живучести. Регламентирование прочности конструкции новых типов ЛА на основе анализа условий эксплуатации таких ЛА, используемых материалов и силовых схем конструкции. Кроме расчетных данных и норм, обеспечивающих нормальную эксплуатацию ЛА, в последнее время повышенное внимание уделяется обеспечению безопасности в аварийных ситуациях. Для этой цели необходимы расчетно-экспериментальные исследования для обеспечения безопасности экипажа и пассажиров при ударных воздействиях: аварийная посадка на землю и воду, удар птицы, удар обломков двигателя, удар протектора шины и т.д. Целью этих исследований является разработка гармонизированной нормативно-справочной базы по прочности конструкций в аварийных ситуациях (crash-критериев). . Работы в этом направлении обеспечат: - вероятностно-статистический подход регламентирования прочности и аэроупругости; -гармонизированную нормативно-справочную базу по прочности конструкций с широким применением ПКМ, обеспечивающую создание конкурентоспособного ЛА. 6) Разработка научных основ и нормативных документов по созданию системы квалификации материалов, требует координации усилий специалистов различных направлений и различных организаций. В процессе разработки научных и нормативных основ по созданию системы квалификации материалов необходимо решить следующие задачи: - формирование требований к типовой лаборатории квалификации материалов и типовому производству образцов; - формирование нормативной документации по квалификации материалов, включая стандарты по испытаниям и обработке экспериментальных данных; - формирование соответствующей структуры по квалификации материалов, предназначенных для применения в ЛА; - формирование требований к развитию типовой лаборатории квалификации материалов для определения расчетных свойств перспективных материалов с учетом воздействия окружающей среды Будет создана лаборатория квалификации материалов для определения расчетных свойств перспективных материалов на основе разработанных требований к типовой лаборатории. Прогнозируемые улучшения индикаторов, характеризующий уровень соответствия математических моделей прочности образцам авиационной техники и сокращение сроков проектировочных расчетов приведены на рисунках. РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ НАЗЕМНО-ПОЛИГОННЫХ ИСПЫТАНИЙ ЛА Под редакцией ……………..(ГкНИПАС) Область наземно-полигонных испытаний традиционно включает отработку авиационных систем в условиях максимально приближенных к натурным и испытания систем с огневзрывоопасными компонентами. Кроме того, на полигонах сосредотачиваются экспериментальные исследования по созданию авиационных систем и агрегатов, которые трудно поддаются расчетной оценке и требуют большого объема натурного и полунатурного физического моделирования для исследования проблем травмобезопасности экипажа, безопасности и функционирования систем и т.п. Преимуществами наземно-полигонных испытаний являются их относительная безопасность и высокая информативность в сочетании с широкими возможностями физического моделирования функционирования авиационных систем. Проведение наземно-полигонных испытаний авиационных систем уменьшает долю летных испытаний, существенно сокращает стоимость и сроки проведения разработок. Анализ тенденций развития авиационных систем позволяет сформировать основные направления совершенствования методов и средств проведения наземно-полигонных испытаний. 1) Разработка методов, средств и технологий высокоскоростных наземно-полигонных испытаний перспективных конструкций и систем ЛА: - технологии высокоскоростных трековых и аэробаллистических испытаний с освоением области гиперзвука и расширением видов испытаний; - технологии и методы исследований, направленные на уменьшение вредного влияния ЛА на окружающую среду (проблемы «звукового удара», сохранение озонового слоя, снижение акустических воздействий и т.п.). 2) Разработка перспективных методов испытаний и средств повышения безопасности экипажа, пассажиров и агрегатов ЛА при аварии, террористическом нападении и воздействии средств поражения: - развитие высокоэнергетических ударных испытаний и методов моделирования аварийных ситуаций (аварийная посадка, локальные отказы и разрушения систем, пожар и т.п.); - развитие методов и средств повышения эргономики и травмобезопасности экипажа и пассажиров воздушного судна (оптимизация компоновки интерьера кабин и салонов, внедрение новых конструкций травмобезопасных авиационных кресел и элементов интерьера, применение в конструкциях методов пассивной и активной безопасности, развитие систем спасения экипажа и пассажиров и т.п.); - технологии и методы испытаний средств защиты от террористического нападения (защита от огнестрельного оружия и ракетного нападения, локализация огневзрывоопасных устройств и т.п.). РАЗВИТИЕ МетодОВ сертификации ЛА Под редакцией ………………..(ГосНИИГА) Современной мировой тенденцией в области сертификации воздушных судов (ВС) гражданской авиации является постоянное увеличение объемов сертификационных работ, поскольку повышение требований к безопасности и технологическое развитие ВС приводят к расширению перечня летных и наземных испытаний. Методика проведения сертификационных испытаний так же требует постоянной коррекции, связанной с развитием норм летной годности (НЛГ), ужесточением имеющихся или появлением новых экологических требований. Расширяются знания о воздействии авиации на окружающую среду, при создании гражданской авиационной техники используются новые технологии, все это обусловит развитие нормативной базы (НЛГ, экологические стандарты, методики определения соответствия), методов, инструментария и технологий проведения сертификационных испытаний, включая широкое применение математических моделей. Система сертификации ВС ГА в Российской Федерации (МАК СНГ) нормативно и методически гармонизирована с системами FAA и EASA, а современная отечественная практика ее применения обеспечивает близкое к мировому качество сертификационных работ, в т.ч. сопоставимость объемов летных испытаний, проводимых для получения сертификата типа с близким уровнем эксплуатационных ограничений для самолета. Отставание заключается в сроках проведения испытаний, в номенклатуре используемого испытательного оборудования и оснащения наземных летно-испытательных комплексов, уровне применения телеметрии и анализа полетных данных в масштабе реального времени. В прогнозный период потребуется эволюционное развитие действующей отечественной системы сертификации, направленное на преодоление ее текущего отставания в эффективности от мирового уровня. Увеличение затрат времени и ресурсов на проведения сертификационных испытаний требует совершенствования технологий сертификации (инженерный анализ, стендовые отработки, летные испытания, математическое моделирование), методов организации и инфраструктуры сертификационных испытаний (оборудования летно-испытательных комплексов, бортовых комплексов измерения параметров, испытательного и аварийно-спасательного оборудования, телеметрии, обработки информации в полете и на земле, в том числе удаленной). Развитие технологий сертификационных работ должно будет гарантировать их проведение в плановые сроки в рамках запланированного бюджета. Исходя из анализа мировой практики, для повышения эффективности отечественной системы сертификации требуется: - обоснованное распределение объемов получения доказательной документации между летными испытаниями, стендовой отработкой, математическим моделированием и использованием результатов предыдущих сертификационных работ и специальных испытаний, в том числе испытаний отдельных технических решений и систем на самолетах-лабораториях, а также испытаний концептов (демонстраторов) ВС; - комплексирование испытаний систем и реализации различных полетных режимов, а также планирование формирования в испытаниях доказательной документации, отвечающей особенностям как национальной, так и иных систем сертификации; - изначальное соответствие опытных образцов самолетов типовой конструкции, совершенствование системы организации испытаний, включая увеличение числа участвующих в испытаниях летных экземпляров ВС, ускорение проведения работ по доработке опытного ВС; - стандартизация методов подготовки, проведения испытаний и определения соответствия ВС требованиям летной годности. Предполагается совершенствование системы выполнения сертификационных работ и испытаний по следующим направлениям: - гармонизация отечественных норм летной годности и методик определения соответствия с требованиями FAR и CS, наработка опыта зарубежной сертификации отечественных ВС; - разработка технологий анализа проблем сертификации инновационных технических решений на ранних этапах создания АТ; - создание современной летно–испытательной и доводочной базы, внедрение телеметрии при проведении сертификационных испытаний; - проведение работ по демонстрации соответствия ВС новым требованиям, сертификационным испытаниям конструкций, содержащих новые решения, такие как «черное» крыло, электрифицированное бортовое оборудование, развитие методик оценки качества программного обеспечения, надежности систем контроля, например, системы контроля движения самолета на взлете и посадке с выдачей предупреждений и рекомендаций экипажу, в том числе о наличие препятствий, сдвига ветра. Для снижения рисков и стоимости летных испытаний предполагается дальнейшее расширение спектра наземных испытаний с использованием методов математического моделирования. Для создания и сертификации воздушных судов новых поколений будут созданы нормы летной годности и методики определения соответствия, адаптированные к перспективным технологиям, нацеленным на повышение безопасности воздушного транспорта, его экологической чистоты и экономичности. Актуально совершенствование нормативной базы и технологий организации, подготовки и проведения испытательных полетов с целью повышения безопасности их выполнения, включая обучение летного состава испытательских бригад, создание тренажерной базы для подготовки летчиков-испытателей к пилотированию принципиально новых видов ВС, совершенствование технологий аварийного покидания ВС в широком диапазоне режимов полета. В перспективе основной объем сертификационных испытаний будет состоять из наземных этапов работ с широким применением методов моделирования, оптимизации летных испытаний с применением технологий обработки результатов в режиме реального времени, внедрения «безлюдных» технологии, что сможет кратно повысить надежность, оперативность и безопасность процесса сертификации гражданской авиационной техники. Процесс сертификации ВС является системной задачей, успешность решения которой зависит от качества выполнения предшествующих научных, конструкторских и производственно-технологических этапов создания опытного образца ВС. РАЗВИТИЕ АВИАЦИОННОЙ ИТ-ИНФРАСТРУКТУРЫ Под редакцией В.С.Криворученко (ЦАГИ)

Похожие:

	Доклад А. Б. Володина, заместителя начальника Управления инвестиций... Орской Доктриной Российской Федерации на период до 2020 года, Стратегией развития морской деятельности Российской Федерации до 2030...		Утверждаю Президент Российской Федерации В. Путин стратегия развития... Российской Федерации в Арктике на период до 2020 года и дальнейшую перспективу, утвержденных Президентом Российской Федерации 18...
	Промышленный и технологический форсайт Российской Федерации на долгосрочную... Рассмотрено на заседании кафедры ботаники, биотехнологии и ландшафтной архитектуры, протокол № от 2011г		Уральский Государственный Экономический Университет, Г. Екатеринбург... В «Основах государственной политики Российской Федерации в Арктике на период до 2020 года и на дальнейшую перспективу» 1 сформулированы...
	Президент Фонда «Институт экономики города» Разработка стратегии социально-экономического развития города нижнего новгорода на период до 2030 года		Президент Фонда «Институт экономики города» Разработка стратегии социально-экономического развития города нижнего новгорода на период до 2030 года
	Российской федерации Долгосрочного социально – экономического развития российской федерации на период до 2030 года		План мероприятий по реализации Стратегии развития транспортного машиностроения... Обеспечение роста потребления на внутреннем рынке продукции отечественного транспортного машиностроения
	Доклад по результатам указанных публичных обсуждений направлен в... Основ государственной политики в области экологического развития Российской Федерации на период до 2030 года		Инновационная политика как фактор национального развития в условиях глобализации Среди высоких технологий, определяющих статус государства в научно-технологическом сотрудничестве, аналитики выделяют информационно-коммуникационные,...
	Пояснительная записка о прогнозе долгосрочного социально-экономического... Рганизаций по развитию мировой экономики, тенденций и состояния конъюнктуры мировых рынков, а также с учетом макроэкономических параметров...		Итоги Международной конференции «газонефтехимия – план 2030» Министерства энергетики РФ состоялась Международная конференция «газонефтехимия – план 2030». Организатор – независимая консалтинговая...
	Отчёт о научно-исследовательской работе по теме: Разработка стратегии... Разработка стратегии развития минерально-сырьевого комплекса Иркутской области на средне- и долгосрочную перспективу		План мероприятий по реализации государственной политики в области... Разработка и принятие Закона Иркутской области «Об отходах производства и потребления на территории Иркутской области»
	Отчет о научно-исследовательской работе разработка плана стратегического... Цель научного исследования — комплексная оценка современного экономического и социального состояния территории и потенциала города...		Решение Об утверждении «Стратегии социально-экономического развития... На основании статьи 35 Федерального закона от 06. 10. 2003 №131-фз «Об общих принципах организации местного самоуправления в Российской...