Восхождение китайской авиации

Китай — одна из восьми стран, которая спроектировала среднемагистральный самолет. Другие семь — это США, Россия, Бразилия, Канада, Великобритания, Франция и Германия. Однако недостаточно разработать крупный авиалайнер — его необходимо сертифицировать. Китайские авиационные специалисты со всей серьезностью отнеслись к вопросам сертификации самолета COMAC C919. Второй из шести запланированных опытных образцов C919 AC102 успешно выполнил свой первый полет в декабре 2017 года. В течение следующих нескольких лет шесть опытных самолетов должны пройти более тысячи сертификационных испытаний, а также наземные вибрационные испытания, в том числе на статическую и усталостную прочность всего самолета в сборе.

Приоритет — безопасность!

Безопасность полетов является важнейшим приоритетом мировой авиационной отрасли. Каждая новая модель самолета должна пройти сертификацию в соответствующем контролирующем органе, что является обязательным условием для дальнейшего ввода в эксплуатацию. Такая сертификация требует глубоких технических знаний. Всего несколько стран с высокоразвитой авиационной промышленностью имеют авторитетные организации, которые выдают сертификаты летной годности. Среди них — Федеральное авиационное управление США (FAA) и Европейское агентство авиационной безопасности (EASA). В Китае эта важная обязанность возложена на Центр сертификации летной годности гражданских воздушных судов при Управлении гражданской авиации Китая (CAAC). В состав центра входят пять организаций, включая Шанхайский центр сертификации летной годности гражданских воздушных судов (SAACC), ставший одним из первых китайских органов сертификации. Центр SAACC занимается сертификацией летной годности всех гражданских реактивных воздушных судов, среди которых — Boeing, Airbus и другие зарубежные самолеты, которые должны пройти сертификацию перед выходом на китайский рынок (табл. 1). Кроме того, организация занимается поддержкой квалификационных сертификатов для китайского сертифицированного авиалайнера COMAC ARJ21­700, сертификацией летной годности пожарных, аварийно­спасательных самолетов­амфибий и других больших самолетов, таких как COMAC C919.

При выполнении всех этих задач Центр SAACC сталкивается с немалыми трудностями. Среди них — своевременный выбор подходов к сертификации летной годности и объема испытаний с учетом постоянного появления новых технологий и все более сложных сценариев применения летательных аппаратов. Необходимо постоянно повышать эффективность и качество процессов сертификации и надежно подтверждать безопасность воздушного судна. Более того, Центр SAACC должен оказывать поддержку авиапроизводителям, стимулируя их к разработке и внедрению инновационных технологий верификации.

Контроль соответствия нормативам летной годности

При проведении сертификации летной годности производитель самолета обязан предоставить сопроводительные документы по всем сертифицируемым системам в соответствии с методиками контроля проверяющего органа. В табл. 2 представлены основные методики контроля летной годности и соответствующие им документы, которые необходимо предоставить.

Создание параметрической расчетной модели шасси в Simcenter 3D

При сертификации систем шасси выяснилось, что проведенных расчетов недостаточно, чтобы продемонстрировать и полностью подтвердить соответствие имеющимся требованиям. Поэтому Центр SAACC потребовал от заявителей применять другие методы верификации, такие как лабораторные, наземные и летные испытания. Процесс получался длительным и дорогостоящим. Для проведения большинства испытаний требовалось тесное сотрудничество с изготовителем самолета и зарубежными поставщиками комплектующих, что приводило к росту затрат.

Таблица 1. Сравнительные характеристики самолетов

Таблица 2. Методики контроля соответствия нормативам летной годности

Источники: Bombardier, «Объединенная авиастроительная корпорация», Boeing, Airbus, Embraer

Сертификация систем шасси требует междисциплинарного подхода: должна быть учтена общая конструкция самолета, механическое устройство шасси, устройство системы управления, гидросистемы, а также воздействие различных факторов окружающей среды (в том числе свойства материалов шин и взлетно­посадочной полосы). Комплексная оценка влияния условий окружающей среды на все элементы конструкции является важным и необходимым этапом при сертификации шасси. Но по объективным причинам натурные испытания не могут полностью решить такую сложную и объемную инженерную задачу. Необходимо широкое применение методик численного моделирования, позволяющих создавать полнофункциональные и эффективные параметрические расчетные модели. Как следствие, необходима разработка верификационных методов, основанных на численных расчетах.

Цепочка поставок при производстве самолета COMAC 919
Источники: Bloomberg, U.S. Global Investors, Airframer.com

Выбор Центра SAACC

По рекомендациям ряда партнеров в 2014 году Центр SAACC внедрил в качестве основного рабочего инструмента систему Simcenter 3D Motion (ранее — LMS Virtual.Lab Motion), входящую в портфолио решений Simcenter. Благодаря профессиональной технической поддержке со стороны Siemens PLM Software, Центр SAACC успешно разработал расчетную кинематическую модель системы шасси самолета, состоящую одновременно из жестких и податливых тел. В связи с тем что модель полностью параметризована, ее можно быстро перенастроить и использовать на другом типе самолета, что повышает эффективность работы специалистов по сертификации. Кроме того, в модели учитываются различные факторы воздействия окружающей среды, что позволяет эффективно моделировать ситуации, которые сложно воспроизвести при натурных испытаниях. Такой подход значительно повышает как общую эффективность работ по сертификации, так и уверенность в правильности расчетов.

Первая методика сертификации, разработанная в Китае

При помощи численного моделирования Центр SAACC успешно разработал расчетную методику сертификации шасси. В 2016 году Центр завершил проект «Исследование технологии сертификации летной годности гражданских самолетов по критериям вибраций и колебаний», который стал первой разработанной в Китае методикой сертификации летной годности.

Центр SAACC успешно применяет разработанную методику при сертификации выпускаемых в Китае пожарных и аварийно­спасательных самолетов­амфибий и других больших самолетов. Проект стал надежной основой для последующих разработок методик расчета и контроля других самолетных систем.

«Решение Simcenter сыграло важнейшую роль в наших исследованиях и разработках средств контроля систем шасси, — отмечает Хи Зуфей, эксперт Центра SAACC по сертификации систем шасси. — Часть расчетов по данной методике выполняется в Simcenter 3D Motion. Удобство этой системы и надежность выполняемых расчетов — два важнейших фактора, определивших наш выбор. Мы планируем внедрить и другие средства численного моделирования из портфолио Simcenter. Сотрудничество с Siemens PLM Software помогает повышать эффективность и качество процессов сертификации летной годности, что позволяет авиапроизводителям создавать инновации и обеспечивать безопасность новых моделей гражданских самолетов». 

Статья была опубликована в журнале «PLM Эксперт. Инновации в промышленности» (август, 2019)