اختبار الطيران

توجد عادةً فئتان من برامج اختبار الطيران: التجارية والعسكرية. يُجرى اختبار الطيران التجاري للتأكد من استيفاء الطائرة لجميع متطلبات السلامة والأداء المعمول بها من قِبل الجهة الحكومية المانحة للشهادة. في الولايات المتحدة، تُعرف هذه الجهة باسم إدارة الطيران الفيدرالية ( FAA )؛ وفي كندا باسم هيئة النقل الكندية (TC)؛ وفي المملكة المتحدة باسم هيئة الطيران المدني ؛ وفي الاتحاد الأوروبي باسم الوكالة الأوروبية لسلامة الطيران (EASA). ونظرًا لأن تطوير الطائرات التجارية يُموّل عادةً من قِبل الشركة المصنعة للطائرة و/أو المستثمرين من القطاع الخاص، فإن الجهة المانحة للشهادة لا تُعنى بنجاح الطائرة تجاريًا. تهتم هذه الهيئات المدنية بسلامة الطائرة وبأن يُقدّم دليل الطيران الخاص بالطيار تقارير دقيقة عن أدائها. ويُحدد السوق مدى ملاءمة الطائرة للمشغلين. عادةً، لا تتدخل جهة الاعتماد المدنية في اختبار الطيران إلا بعد أن يكتشف المصنّع أي مشكلات تطويرية ويُصلحها، ويكون جاهزًا للحصول على الشهادة.

تختلف البرامج العسكرية عن البرامج التجارية في أن الحكومة تتعاقد مع مُصنِّع الطائرات لتصميم وبناء طائرة تلبي قدرات مهمة محددة. تُوثَّق متطلبات الأداء هذه للمُصنِّع في مواصفات الطائرة، وتُفصَّل تفاصيل برنامج اختبار الطيران (إلى جانب العديد من متطلبات البرنامج الأخرى) في بيان العمل. في هذه الحالة، تُعتبر الحكومة هي المستفيد ولها مصلحة مباشرة في قدرة الطائرة على أداء المهمة. وبما أن الحكومة هي التي تمول البرنامج، فإنها تشارك بشكل أكبر في تصميم الطائرة واختبارها منذ المراحل الأولى. غالبًا ما يُدمج طيارو ومهندسو الاختبار العسكريون كجزء من فريق اختبار الطيران التابع للمُصنِّع، حتى قبل أول رحلة تجريبية. المرحلة الأخيرة من اختبار طيران الطائرة العسكرية هي الاختبار التشغيلي. يُجرى الاختبار التشغيلي بواسطة فريق اختبار حكومي فقط، بهدف التأكد من أن الطائرة مناسبة وفعالة لتنفيذ المهمة المقصودة.

تُجرى اختبارات الطيران للطائرات العسكرية غالبًا في مرافق اختبار الطيران العسكرية. تختبر البحرية الأمريكية طائراتها في قاعدة باتوكسنت ريفر الجوية ، بينما تختبرها القوات الجوية الأمريكية في قاعدة إدواردز الجوية . وتُعدّ مدرسة طياري الاختبار التابعة للقوات الجوية الأمريكية ومدرسة طياري الاختبار التابعة للبحرية الأمريكية برامج مُصممة لتدريب أفراد الاختبار العسكريين. في المملكة المتحدة، تُجرى معظم اختبارات الطيران العسكرية من قِبل ثلاث جهات: سلاح الجو الملكي البريطاني ، وشركة بي إيه إي سيستمز، وشركة كينيتيك . بالنسبة للتحديثات البسيطة، قد تُجرى الاختبارات من قِبل إحدى هذه الجهات الثلاث بشكل منفرد، بينما تُجرى البرامج الرئيسية عادةً من قِبل فريق تجارب مشترك، حيث تعمل الجهات الثلاث معًا تحت مظلة فريق مشروع متكامل.

بالنسبة للطائرات التجارية والعسكرية، وكذلك مركبات الإطلاق، تبدأ الاستعدادات لاختبارات الطيران قبل وقت طويل من جاهزية المركبة للتجربة. في البداية، يجب تحديد ما يجب اختباره، ومن ثم يقوم مهندسو اختبار الطيران بإعداد خطة الاختبار، والتي تتضمن مناورات محددة سيتم تنفيذها (أو أنظمة سيتم اختبارها). يُعرف كل اختبار بنقطة اختبار. يتطلب برنامج اختبار الطيران الكامل للحصول على شهادة/تأهيل طائرة جديدة اختبار العديد من أنظمة الطائرة وأنظمة الطيران؛ ويتم توثيق كل منها عادةً في خطة اختبار منفصلة. إجمالاً، يتكون برنامج اختبار الطيران للحصول على الشهادة من حوالي 10000 نقطة اختبار.

تُعرف الوثيقة المستخدمة لإعداد رحلة اختبار واحدة لطائرة باسم "بطاقة الاختبار". تتضمن هذه البطاقة وصفًا لنقاط الاختبار التي سيتم اختبارها. يسعى مهندس اختبار الطيران إلى اختبار نقاط اختبار متشابهة من جميع خطط الاختبار في نفس الرحلات، كلما أمكن ذلك. يتيح هذا جمع البيانات المطلوبة في أقل عدد ممكن من ساعات الطيران. يُعرف البرنامج المستخدم للتحكم في عملية اختبار الطيران باسم "برنامج إدارة اختبار الطيران"، وهو يدعم مهندس اختبار الطيران في تخطيط نقاط الاختبار وإنشاء الوثائق المطلوبة.

بمجرد تحديد متطلبات بيانات اختبار الطيران، يتم تجهيز الطائرة أو مركبة الإطلاق بنظام جمع البيانات (DAS) أو وحدة جمع البيانات (DAU) وأجهزة استشعار لتسجيل تلك البيانات لتحليلها. وتشمل معايير الأجهزة النموذجية التي يتم تسجيلها أثناء اختبار طيران طائرة كبيرة ما يلي:

• الضغط الجوي (الثابت) ودرجة الحرارة؛
• الضغط الديناميكي ("الكلي") ودرجة الحرارة، تم قياسهما في مواقع مختلفة حول جسم الطائرة؛
• الأحمال الهيكلية في الأجنحة وجسم الطائرة، بما في ذلك مستويات الاهتزاز؛
• وضعية الطائرة، وزاوية الهجوم ، وزاوية الانزلاق الجانبي ؛
• التسارعات في جميع درجات الحرية الست ، تم قياسها باستخدام مقاييس التسارع في مواقع مختلفة في الطائرة؛
• مستويات الضوضاء (الداخلية والخارجية)؛
• درجة الحرارة الداخلية (في مقصورة الركاب ومقصورة الشحن)؛
• انحراف أدوات التحكم في الطائرة (عصا التحكم/النير، دواسة الدفة، وموضع الخانق)؛
• معايير أداء المحرك (الضغط ودرجة الحرارة في مراحل مختلفة، الدفع، معدل احتراق الوقود).

يمكن إحضار أدوات معايرة محددة، تم تحديد سلوكها من خلال اختبارات سابقة، على متن الطائرة لتكملة المجسات المدمجة فيها.

أثناء الرحلة، يتم استخدام هذه المعايير لحساب معايير أداء الطائرة ذات الصلة، مثل سرعة الهواء والارتفاع والوزن وموقع مركز الثقل.

خلال مراحل مختارة من اختبار الطيران، وخاصةً خلال المراحل الأولى لتطوير طائرة جديدة، تُرسل العديد من البيانات إلى الأرض أثناء الطيران، ويقوم مهندسو اختبار الطيران ومهندسو دعم الاختبار بمراقبتها، أو تخزينها لتحليلها لاحقًا. يتيح ذلك مراقبة السلامة، كما يسمح بتحليل البيانات المُجمّعة في الوقت الفعلي وعبر محاكاة كاملة.

بعد اكتمال تجميع الطائرة أو مركبة الإطلاق وتجهيزها بالكامل، تُجرى ساعات طويلة من الاختبارات الأرضية. يتيح ذلك استكشاف جوانب متعددة: التشغيل الأساسي للطائرة، وأنظمة التحكم في الطيران ، وأداء المحرك، وتقييم استقرار الأنظمة الديناميكية، كما يوفر نظرة أولية على الأحمال الهيكلية. بعد ذلك، يمكن للمركبة القيام برحلتها التجريبية الأولى ، وهي خطوة هامة في أي برنامج لتطوير الطائرات أو مركبات الإطلاق.

يتضمن برنامج اختبار الطيران عدة جوانب، من بينها:

• خصائص التحكم ، التي تقيّم قدرة الطائرة على التحكم واستجابتها لمدخلات الطيار طوال نطاق الطيران؛
• يقوم اختبار الأداء بتقييم الطائرات فيما يتعلق بقدراتها المتوقعة، مثل السرعة والمدى والطاقة المتاحة والسحب وخصائص تدفق الهواء وما إلى ذلك؛
• استقرار المرونة الهوائية / الرفرفة، يقيم الاستجابة الديناميكية لأدوات التحكم في الطائرة وهيكلها للأحمال الديناميكية الهوائية (أي الناتجة عن الهواء)؛
• تتحقق اختبارات إلكترونيات الطيران/الأنظمة من أن جميع الأنظمة الإلكترونية (الملاحة، والاتصالات، والرادارات، وأجهزة الاستشعار، وما إلى ذلك) تعمل كما هو مصمم لها؛
• تقيس الأحمال الهيكلية الإجهادات على هيكل الطائرة والمكونات الديناميكية وأجهزة التحكم للتحقق من السلامة الهيكلية في جميع أنظمة الطيران.

تشمل الاختبارات الخاصة بالطائرات العسكرية ما يلي:

• إيصال الأسلحة، والذي ينظر إلى قدرة الطيار على تحديد الهدف باستخدام الأنظمة الموجودة على متن الطائرة وإيصال الذخيرة بدقة إلى الهدف؛
• تقييم انفصال الذخائر عند مغادرتها الطائرة لضمان عدم وجود أي مشاكل تتعلق بالسلامة؛
• التزود بالوقود جواً ؛
• قياس البصمة الرادارية/الأشعة تحت الحمراء؛
• عمليات حاملات الطائرات .

تُقيّم حالات الطوارئ كجزء أساسي من جميع برامج اختبار الطيران. ومن الأمثلة على ذلك: تعطل المحرك خلال مراحل الطيران المختلفة (الإقلاع، والتحليق، والهبوط)، وأعطال الأنظمة، وتدهور أجهزة التحكم. ويتم تحديد نطاق التشغيل العام (الأوزان الإجمالية المسموح بها، ومراكز الثقل، والارتفاع، والسرعات الجوية القصوى والدنيا، والمناورات، وما إلى ذلك) والتحقق منه أثناء اختبار الطيران. ويُثبت دائمًا أن الطائرات آمنة حتى في حدود التشغيل العادية المذكورة في دليل الطيران.

لأن الهدف الأساسي من برنامج اختبار الطيران هو جمع بيانات هندسية دقيقة، غالبًا لتصميم لم يتم إثباته بالكامل، فإن قيادة طائرة اختبار الطيران تتطلب مستوى عالٍ من التدريب والمهارة. ولذلك، عادةً ما يُشرف على هذه البرامج طيار اختبار مُدرَّب تدريبًا خاصًا، ويتولى مهندس اختبار الطيران جمع البيانات ، وغالبًا ما تُعرض البيانات بصريًا لطيار الاختبار و/أو مهندس اختبار الطيران باستخدام أجهزة اختبار الطيران .

يشمل ذلك تحليل الرحلة لأغراض الاعتماد. ويحلل الجوانب الداخلية والخارجية للرحلة من خلال فحص جميع أجزائها الدقيقة. ويتضمن التقرير نتائج تحليل البيانات.

تتضمن مقدمة أداء الطائرات مهامًا متنوعة مثل الإقلاع ، والصعود ، والتحليق ، والتسارع ، والتباطؤ ، والهبوط ، والهبوط ، وغيرها من مناورات المقاتلات الأساسية ، إلخ.

بعد اختبار الطيران، يجب اعتماد الطائرة وفقًا للوائحهم مثل لوائح الطيران الفيدرالية ( FAR) التابعة لإدارة الطيران الفيدرالية (FAA ) ، ومواصفات الاعتماد (CS) التابعة لوكالة سلامة الطيران الأوروبية ( EASA )، ومتطلبات الامتثال لهيئة الطيران الهندية .

1. تقييم أداء الطيران وتوثيقه

• تشمل معالجة بيانات الرحلة التصفية وتصحيح الانحياز والدقة على طول مسار الرحلة ( المسار ).
• تحليل أجزاء المهمة من بيانات اختبار الطيران.
• تقدير قوة الدفع باستخدام سطح دورة الأداء (PCD).
• حساب قوة الدفع أثناء الطيران باستخدام منصة الدفع أثناء الطيران (IFTD).
• توثيق أداء الرحلة وفقًا للإجراءات القياسية.
• التحقق من صحة نموذج أداء الطائرة وتحديثه.

2. تخفيض أداء الطيران إلى الظروف القياسية

• تقدير نموذج أداء الطائرات في ظل ظروف الغلاف الجوي القياسي الدولي (ISA).
• تتم دراسة الظروف غير القياسية (المختبرة) من خلال دمج الكتلة القياسية والارتفاع والسرعة وإعداد الخانق بشكل فردي.
• تُضاف التأثيرات الفردية إلى الظروف المختبرة (غير القياسية) للحصول على الأداء في ظروف الغلاف الجوي القياسية الدولية لأغراض الاعتماد .
• بالنسبة للإقلاع والهبوط ، يتم أخذ تأثير الرياح في الاعتبار أيضًا.

3. إعداد وتدقيق مخططات الأداء لدليل بيانات التشغيل (ODM)

تُمكّن جداول الأداء الطيار من التنبؤ بأداء الطائرة أثناء الإقلاع والصعود والتحليق والهبوط. هذه الجداول، التي يُوفرها المُصنِّع، مُدرجة في دليل الطيران /دليل تشغيل الطائرة. المعلومات التي يُقدمها المُصنِّع في هذه الجداول مُستقاة من رحلات تجريبية أُجريت على متن طائرة جديدة، في ظل ظروف تشغيل عادية وباستخدام مهارات طيران متوسطة، مع كون الطائرة والمحرك في حالة تشغيل جيدة. يُسجل المهندسون بيانات الرحلة ويُنشئون جداول الأداء بناءً على سلوك الطائرة أثناء الرحلات التجريبية. باستخدام هذه الجداول، يُمكن للطيار تحديد طول المدرج اللازم للإقلاع والهبوط، وكمية الوقود المُستهلكة أثناء الرحلة، والوقت اللازم للوصول إلى الوجهة. لن تكون البيانات المُستقاة من الجداول دقيقة إذا لم تكن الطائرة في حالة تشغيل جيدة أو عند التشغيل في ظروف جوية معاكسة. يجب دائمًا مراعاة ضرورة تعديل أرقام الأداء إذا لم تكن الطائرة في حالة تشغيل جيدة أو كانت مهارات الطيران أقل من المتوسط. يختلف أداء كل طائرة، وبالتالي، تختلف أرقام أدائها. احسب أداء الطائرة قبل كل رحلة، لأن كل رحلة تختلف عن الأخرى.

تعتمد كل خريطة على ظروف معينة، وتحتوي على ملاحظات حول كيفية تكييف المعلومات مع ظروف الطيران. من المهم قراءة كل خريطة وفهم كيفية استخدامها. اقرأ التعليمات المقدمة من الشركة المصنعة. وللحصول على شرح لكيفية استخدام الخرائط، ارجع إلى المثال الذي تقدمه الشركة المصنعة لتلك الخريطة تحديدًا.

المعلومات التي يقدمها المصنّعون غير موحدة. قد تُعرض المعلومات في جداول، وقد تُعرض أخرى في رسوم بيانية. أحيانًا، تجمع الرسوم البيانية المدمجة رسمين بيانيين أو أكثر في رسم بياني واحد لمراعاة ظروف الطيران المتعددة. تُمكّن الرسوم البيانية المدمجة الطيار من توقع أداء الطائرة في ظل تغيرات كثافة الهواء والارتفاع والوزن والرياح، كل ذلك على رسم بياني واحد. نظرًا لكمية المعلومات الهائلة التي يمكن استخلاصها من هذا النوع من الرسوم البيانية، من الضروري توخي الدقة الشديدة في قراءتها. خطأ بسيط في البداية قد يؤدي إلى خطأ كبير في النهاية.

يتناول الجزء المتبقي من هذا القسم معلومات الأداء للطائرات بشكل عام، ويناقش محتوى الجداول وكيفية استخراج المعلومات منها عبر القراءة المباشرة والاستيفاء. يحتوي كل جدول على كم هائل من المعلومات التي ينبغي استخدامها عند التخطيط للرحلات. وسنناقش أمثلة على تنسيقات الجداول والرسوم البيانية والرسوم البيانية المركبة لجميع جوانب الطيران.

الاستيفاء: لا يمكن استخلاص جميع المعلومات من الخرائط بسهولة. تتطلب بعض الخرائط الاستيفاء للعثور على المعلومات الخاصة بظروف طيران محددة. يعني استيفاء المعلومات أنه من خلال استخدام المعلومات المعروفة، يمكن للطيار حساب معلومات وسيطة. مع ذلك، قد يقوم الطيارون أحيانًا بتقريب القيم من الخرائط إلى رقم أكثر تحفظًا. يوفر استخدام قيم تعكس ظروفًا أكثر صعوبة تقديرًا معقولًا لمعلومات الأداء، ويمنح هامش أمان بسيطًا. يوضح الرسم التوضيحي التالي مثالًا على استيفاء المعلومات من خريطة مسافة الإقلاع:

• تقدير النموذج لمجموعة واسعة من الظروف الجوية، ومعايير الطيران والمحرك.
• إعداد وتدقيق المخططات والجداول من تقدير النموذج للتنبؤ بأداء الطائرة.
• سيمكن هذا الطيار من العمل بفعالية وأمان وإجراء مقارنات الأداء.

يختلف تكوين فريق اختبار الطيران باختلاف تنظيم برنامج اختبار الطيران ومدى تعقيده، إلا أن هناك بعض العناصر الأساسية التي تُعدّ جزءًا لا يتجزأ من جميع منظمات اختبار الطيران. عادةً ما يكون قائد فريق اختبار الطيران مهندس اختبار طيران ، أو ربما طيار اختبار تجريبي . وقد يشارك مهندسو اختبار طيران أو طيارون آخرون. يشمل أعضاء الفريق الآخرون مهندس أجهزة اختبار الطيران، وفنيي أنظمة الأجهزة، وقسم صيانة الطائرات (الميكانيكيون، وفنيو الكهرباء، وفنيو إلكترونيات الطيران، إلخ)، ومفتشو ضمان الجودة/المنتج، وموظفو مركز الحوسبة/البيانات الأرضي، بالإضافة إلى الدعم اللوجستي والإداري. يدعم مهندسون من تخصصات أخرى اختبار أنظمتهم الخاصة ويحللون البيانات المُجمّعة في مجال تخصصهم.

بما أن العديد من برامج تطوير الطائرات ترعاها جهات عسكرية حكومية، فغالباً ما يتم دمج الطيارين والمهندسين المدنيين، سواءً كانوا عسكريين أو موظفين حكوميين، في فريق اختبار الطيران. ويتولى ممثلو الحكومة الإشراف على البرنامج ومراجعة البيانات واعتمادها. وقد يشارك طيارو الاختبار الحكوميون أيضاً في رحلات الاختبار الفعلية، وربما حتى في الرحلة الأولى .