Текст книги "Вертолет, 2003 № 04"

Автор книги: Автор Неизвестен

сообщить о нарушении

Текущая страница: 4 (всего у книги 7 страниц)

Поколения вертолетов

С профессором Нанкинского университета аэронавтики и астронавтики, почетным председателем Китайского вертолетного общества Ван Ши-цунем и старшим переводчиком Конструкторского и исследовательского института вертолетостроения Юй Дзянь-чжоу наши читатели уже знакомы: в четвертом номере журнала за прошлый год была опубликована их статья под названием «От китайского «волчка» до Z-5 и Z-11», посвященная развитию вертолетостроения в Китае. Сотрудничество этих китайских специалистов с нашим журналом продолжается. Сегодня мы публикуем новую статью, надеясь, что и она не будет последней, поскольку вертолетостроение в этой стране вступает в период интенсивного развития и Китай вновь удивляет мир и темпами, и качеством создаваемой техники.

Для правильного понимания истории развития вертолетостроения, в котором одно поколение техники сменяет другое, освоения законов, по которым идет это развитие, и составления планов разработки новых типов винтокрылой техники важно иметь четкое представление о самом понятии «поколение вертолетов». Однако до сих пор, на наш взгляд, такого определения еще не сформулировано. Нам, во всяком случае, не приходилось встречаться с обсуждением этой темы на страницах журналов. Поэтому мы попытаемся сами дать такое определение на основе изучения развития вертолетной техники.

Основные факторы

Понятно, что уровень создаваемой вертолетной техники с течением времени становится все выше. Нельзя сказать, конечно, что каждый новый вертолет является представителем нового поколения. Только накопление новых технологий дает необходимую базу, на которой и появляется такая техника. Мы считаем, что существуют четыре поколения вертолетов: первое и второе – вертолеты, созданные с начала 40-х до конца 60-х годов XX века, третье и четвертое – с начала 70-х годов прошлого века до сегодняшнего дня. Отнесение вертолетов к тому или иному поколению зависит от нескольких основных факторов.

Первый из них – конструкция и технический уровень исполнения несущих винтов вертолетов. Несущий винт – самый важный и ответственный агрегат винтокрылого аппарата. До середины 50-х годов прошлого века на вертолетах устанавливали несущие винты с лопастями смешанной конструкции (деревянно-стальные) симметричного профиля, прямоугольными з плане с нулевой круткой. Ресурс лопасти – короткий, меньше 600 часов. Втулка несущего винта в большинстве своем. имеет сложную шарнирную схему, КПД такого несущего винта на режиме висения – около 0,5.

С середины 50-х годов XX века на вертолетах стали устанавливать несущие винты с цельнометаллическими лопастями несимметричного профиля с линейной круткой, конец лопасти – трапециевидный. Такая лопасть имеет вдвсе больший ресурс – до 1200 часов. КПД несущего винта с этими лопастями на режиме висения составляет примерно 0,6.

В 70-е годы XX века цельнометаллические лопасти стали постепенно уступать дорогу стеклопластиковым с бесшарнирной втулкой. Ресурс такой лопасти – до 3600 часов и больше. Лопасть имеет специальный вертолетный профиль с нелинейней круткой, конец лопасти – стреловидный или криволинейный. Бесшарнирная втулка имеет упрощенную, более легкую конструкцию с меньшим количеством деталей. КПД такого несущего винта на режиме висения – выше 0,7.

К концу 80-х на вертолетах появляются современные несущие винты с высококачественными композиционными лопастями высокоскоростного вертолетного профиля с оптимальной круткой и передовой бесшарнирной или даже бесподшипниковой втулкой. Законцовка лопасти – трехмерная. Все это значительно улучшает распределение аэродинамических сил на лопасти, снижает уровень виброперегрузок и шумов на местности. КПД такого несущего винта на режиме висения близок к 0,8.

Второй фактор, определяющий принадлежность летательного аппарата к тому или иному поколению – это технической уровень устанавливаемых на вертолете силовых установок. На вертолетах первого поколения устанавливались поршневые двигатели. Такие двигатели имеют немало недостатков, основные из них – большой объем и малая удельная мощность (обычно 1,0-2,0 кВт/кг). С середины 50-х поршневые двигатели начали заменять турбовальными, обладавшими гораздо большими возможностями. Первые турбовальные двигатели имели удельную мощность 3.0-4,0 кВт/кг, удельный расход горючего 0,35-0,40 кгДкВт ч). Мощность новых турбовальных двигателей, которые стали появляться в 60-е и 70-е годы XX века, возросла до 4.0-5,5 кВт/кг, удельный расход горючего – до 0,30-0,35 кгДкВт-ч). Современные турбовальные двигатели, создание которых приходится на 80-е и 90-е годы, имеют удельную мощность 5,5-7,0 кВт/кг и удельный расход горючего 0,25-0-30 кгДкВт ч).

Третий фактор, позволяющий определить, к какому поколению можно отнести летательный аппарат, составляют синтетические показатели вертолетов, появившиеся в результате соединения достижений в развитии несущих винтов, силовых установок и других агрегатов и технологий их изготовления.

Аэродинамическое качество вертолета – главная характеристика винтокрылого аппарата. Этот показатель у ранних вертолетов был примерно 4, затем увеличился до 4,8 (второе поколение), 5,6 (третье поколение) и 6,5 (четвертое поколение). Аэродинамическое качество вертолета влияет на максимальную скорость горизонтального полета: у первых вертолетов она была меньше 200 км/ч, затем выросла до 250 км/ч (второе поколение), 300 км/ч (третье поколение) и, наконец, 350 км/ч (четвертое поколение).

Еще одна важная характеристика винтокрылого аппарата – весовая отдача. Отношение веса пустого летательного аппарата к максимальному взлетному весу у вертолетов первого поколения было выше 0,70. Применение новых технологий и новых материалов (от металлических до композитных) позволило уменьшить это соотношение до 0,50-0,60 (второе поколение), 0,45-0,55 (третье поколение), 0,4-0,50 (четвертое поколение).

Оценивая уровень комфортабельности вертолетов, особенно гражданских, важно учитывать такие факторы, как уровень виброперегрузок и уровень шумов на местности. Основной их источник, как известно, – несущие и рулевые винты. У вертолетов первого поколения уровень вибропере грузок и шумов на местности достигал 0,20 g и более 110 EPN дБ. Затем после улучшения конструкции несущих винтов эти показатели снизились до 0,15 g и 100 EPN дБ (второе поколение), 0,10 g и 90 ЕРК дБ (третье поколение), 0,05 g и менее 80 EPN дБ (четвертое поколение).

Прогресс в развитии вертолетостроения отражают еще два показателя, особенно важных для боевых машин. Первый – ранг пилотирования, который представляет собой оценку пилотом соотношения управляемости и физических усилий, необходимых для управления, второй – коэффициент перегрузки, которым оценивается маневренность вертолета. На заре вертолетостроения первый показатель (по десятибалльной шкале) был ниже 4,5 баллов (это значит, что вертолет хорошо управляем, но для этого необходимо прилагать серьезные усилия), коэффициент перегрузки составлял 0,8-1,4. Время внесло свои коррективы и в эти показатели: для вертолетов второго поколения они составляли 3,5 (машиной можно хорошо управлять без особых усилий) и 0,5-2,0, третьего – 3 и 0-3,0, четвертого – до 2 и 0,5-3,5.

S-70 (ОН-60) Black Hawk

AS-332

Четыре поколения вертолетов

К первому поколению вертолетов относятся серийные машины, производимые с начала 40-х до середины 50-х годов XX века. Они имели поршневые двигатели и несущие винты смешанной конструкции. Сегодня поршневые двигатели еще применяются на легких вертолетах, а вот металлодеревянные лопасти давно стали анахронизмом. К вертолетам первого поколения можно отнести: американские R-4 (1942 год) или его последующий вариант S-51 (1946 год), Bell-47 (1943 год), советский Ми-4 и т.п.

Типичный представитель этого поколения – одновинтовой вертолет Ми-4, совершивший первый полет в августе 1952 года. Вертолет имеет несущий винт с четырьмя металлодеревянными лопастями диаметром 21 м и поршневой двигатель АШ 82-В мощностью 1250 кВт, имеющий удельный расход горючего 0,38 кг/(кВтч). Максимальный взлетный вес вертолета – 7800 кг, отношение массы пустого вертолета к максимальному весу равно 0,71, максимальная скорость полета – 210 км/ч.

Вертолеты второго поколения (середина 50-х – конец 60-х годов) имели уже турбовальные двигатели и цельнометаллические лопасти вместо металло-деревянных. К этим вертолетам можно отнести французский SR-321 Super Frelon (1962 год), советский Ми-8 (1962 год), американские СН-47А Chinook (1962 год), Bell-209(AH-1G) и т.д.

Вертолет Bell-209 можно считать наиболее типичным представителем этого поколения. Он имеет двухлопастной несущий винт диаметром 13,41 м. Фюзеляж вертолета узкой обтекаемой формы, максимальный взлетный вес – 4309 кг, скорость полета – 277 км/ч. На вертолет установлен турбовальный двигатель T53-L-13 мощностью 1044 кВт, удельный расход горючего 0,353 кгДкВтч). Впервые Bell-209 поднялся в небо в 1965 году.

Первые полеты вертолетов третьего поколения приходятся на начало 70-х – 80-е годы прошлого века. Большинство из них и сегодня в эксплуатации. Вертолеты имеют несущие винты со стеклопластиковыми лопастями и бешарнирными (упруго-шарнирными) втулками, турбовальные двигатели. Наиболее типичными вертолетами третьего поколения являются французский AS-365N Dolphin (1979 год), американский S-70 (UH-60A) Black Hawk, АН-64А Apache (1975 год), русские Ка-50 (1982 год), Ми-28 (1982 год) и т.д. Главное, что отличает третье поколение вертолетов от второго, – наличие композитных лопастей вместо металлических.

Наиболее типичным для этого поколения можно назвать вертолет S-70 (UH-60A). Этот вертолет совершил первый полет в январе 1974 года и теперь широко эксплуатируется в армии США. Четыре стеклопластиковые лопасти вертолета имеют специальный профиль SC-1095 и стреловидную законцовку. На вертолете установлены два двигателя T700-GE мощностью по 933 кВт каждый, удельный расход горючего составляет 0.306 кг/(кВт ч), максимальный взлетный вес вертолета 9185 кг, максимальная скорость полета – 296 км/ч.

Вертолеты четвертого поколения появились в начале 90-х годов XX века. На них устанавливают несущие винты с бе шарнирными и даже бесподшипниковыми втулками и высокотехнологичными композитными лопастями, эти вертолеты имеют современные турбовальные двигатели. К четвертому поколению можно отнести американские вертолеты RAH-66 Comanche (1996 год), S-92 (1998 год) и т.д.

Самый типичный вертолет четвертого поколения – разведывательно-боевой RAH-66, в нем сконцентрированы все достижения современного вертолетостроения. Это первый в мире малозаметный для систем обнаружения вертолет. Его первый полет состоялся з январе 1996 года. Вертолет имеет два турбовальных двигателя T800-LHT-800 мощностью 895 кВт каждый, удельный расход горючего составляет 0,28 кгДкВт ч). Вертолет оснащен несущим, пятилопастным винтом диаметром 11,90 м, лопасти выполнены из композитных материалов. Более 50% фюзеляжа также выполнено с применением композитных материалов. Вес пустого вертолета – 3400 кг, масса вооружения, которое можно установить на вертолет, – до 1600 кг, максимальный взлетный вес машины – 7790 кг, максимальная скорость полета – 328 км/ч.

Наше мнение относительно принципов деления вертолетов на поколения мы оформили в виде таблицы. Конечно, каждый конкретный вертолет вряд ли будет точно соответствовать условиям, позволяющим причислить его к тому или иному поколению. Однако го, что отличает поколение от поколения в главном, эта таблица поможет увидеть более наглядно.

Таблица 1. Поколения вертолетов

Поколение	Первое	Второе	Третье	Четвертое
Основные факторы	(начало 40-х – середина 50-х годов XX века)	(середина 50-х – конец 60-х годов XX века)	(начало 70-х – конец 80-х годов XX века)	(начало 90-х годов XX века)
Лопасти	металлодеревянные	цельнометаллические	стеклопластиковые	композитные
Ресурс лопасти, ч	600	1200	3600	по состоянию
Профиль лопастей	симметричный	несимметричный	специальный	высокоскоростной (QA-4, ЦАГИ-4)
	(NACA-00)	(НАСА-230)	(VR,SC)
Законцовка	прямоугольная	Трапециевидная	стреловидная иди криволинейная	трехмерная
Крутка	нулевая	линейная	нелинейная	оптимальная или высокоточная
Схема втулки	шарнирная	шарнирная	бес шарнирная	бесподшипниковая
КПД внешня	0,5	0,6	0,7	0,5
Двигатель	поршневой	турбовальный	турбовальный	турбовальный
Удельная мощности кВт/кг	ЦЗ-2,0	3,0-4,0	4,0-5,5	5,5-7,0
Удельным расход горючего, кгДк-Втч)	0,30-0,40	035-0,40	0,30-0,35	0,25-0,30
Аэродинамическое качество	4,0	4,8	5,6	6,5
Максимальная скорость полета	200	250	300	350
Отношение веса пустого вертолета к максимальной массе	0,65-0,75	0,50-0,60	0,45-0,55	0,40-0,50
Уровень виброперегрузок, g	2,0	0,15	0,10	0,05
Уровень шумов, EPN дБ	110	100	90	менее 80
Ранг пилотирования	4,5	3,5	3	2
Коэффициент перегрузки	03-1,4	0,5-2,0	0-3,0	0,5-3,5
Типичные вертолеты	R-4	SA-21	S-70 (ОН-60А)	S-92
	Bell-47	СН-47	АН-64 А	RAH-66
	Ми-4	Ми-8	Ка-50
	S-55	AH-1G	Ми-28

ВАН ШИ-ЦУНЬ, ЮЙ ЦЗЛНЬ-ЧЖОУ

Вертолетные тренажеры: аспекты разработки и сертификации

Современные электронные технологии позволяют создавать авиационные тренажеры, которые могут обеспечить почти полный цикл подготовки и переподготовки авиационного персонала на земле. Как известно, в передовых странах специалисты по обучению авиационного персонала давно сделали выбор в пользу тренажерной подготовки. В качестве примера можно привести статистику распределения времени подготовки летного состава авиации США на тренажерах и учебно-тренировочных летательных аппаратах (рис.1). Практика подготовки на тренажерах отечественных летных кадров куда более скромная. О ряде насущных проблем подготовки авиационного персонала мы уже писали в статье «Путь повышения безопасности полетов» прошлого номера журнала «Вертолет». Сегодня остановимся лишь на некоторых вопросах, связанных с возможностью применения вертолетных тренажеров.

Начнем с главного. До сих пор, несмотря на объективные потребности в вертолетных тренажерах, отечественная промышленность не выпускает их в количестве, необходимом для подготовки авиационного персонала. Зато за последние два десятка лет по меньшей мере трижды создавались (на «возмездной» основе!) различного рода глобальные и оторванные от реальности «концепции развития и совершенствования» технических средств подготовки и обучения авиационного персонала как в военной области, так и в гражданской отрасли отечественной авиации. Эти иногда не лишенные здравого смысла теоретические труды, к сожалению, никогда не завершались практической реализацией.

Однако тренажер нового поколения был все же разработан: в 2000 году российская компания ЗАО «Транзас» создала современный, отвечающий требованиям времени тренажер вертолета Ми-8МТВ (АМТ). После опытной эксплуатации этот тренажер был сертифицирован по действующим «Нормам годности авиационных тренажеров для подготовки авиационного персонала» и получил 04.12.2001 от Департамента летных стандартов (ДЛС) ГС ГА России первый сертификат за номером. 0001. Сегодня тренажер является единственным, сертифицированным в стране тренажером этого типа вертолета для подготовки летного и инженерно-технического персонала.

Созданию тренажера предшествовало детальное изучение компанией реальных потребностей рынка, как в России, так и за рубежом. В результате таких исследований был сделан вывод: для подготовки экипажей одного из самых массовых в мире вертолетов Ми-8/Ми-17 необходим относительно недорогой комплексный тренажер, обеспечивающий максимально возможный перенос на землю подготовки летных экипажей. Исходя из этого была сформирована и успешно реализована соответствующая архитектура теперь уже серийного комплексного тренажера Ми-8/Ми-17.

Специалисты компании нашли относительно недорогие, но эффективные решения, обеспечивающие высокую степень подобия тренажера вертолету Ми-8 МТБ (АМТ). Так, в частности, было принято решение отказаться от дорогостоящей системы подвижности, в значительной степени компенсируя ее отсутствие системой визуализации проекционного типа с полусферическим экраном, обеспечивающим, необходимые для летной работы экипажа углы обзора. Опыт эксплуатации тренажера в ОАО «СПАРК» наглядно продемонстрировал все его преимущества.

Распоряжением Министерства транспорта РФ от 02.09.02 было выпущено дополнение к действующим программам подготовки летного состава на вертолете Ми-8/Ми-17 (ППЛС-99). В нем, помимо внесенных в ППЛС-99 дополнений, указывается, что использование этого тренажера в организации летной работы авиапредприятий, эксплуатирующих вертолеты Ми-8/Ми-17 различных модификаций, снижает стоимость затрат на обеспечение квалификации летных экипажей на 30-40%. В распоряжении также отмечено, что сертифицированный тренажер вертолета Ми-8МТВ(АМТ)/Ми-17 с высокой степенью подобия позволяет отрабатывать упражнения без тренировочных полетов в реальных условиях. Документ предлагает руководителям территориальных органов воздушного транспорта Российской Федерации использовать тренажер вертолета Ми-8МТВ(АМТ)/Ми-17 для проведения тренировок летного состава. Министерство транспорта в письме от 25.07.2003 подтвердило соответствие тренажера Ми-8 МТБ уровню «А» комплексного тренажера вертолета (КТВ) согласно действующим «Нормам годности».

Понятно, что созданию КТВ Ми-8/Ми-17 на ЗАО «Транзас» предшествовали годы наработок технологий производства тренажеров: от разработки специализированной тренажерной среды, собственной системы визуализации до создания имитаторов приборного оборудования.

Важнейшим аспектом, разработки вертолетных тренажеров является сбор и подготовка исходных данных для создания соответствующих моделей бортовых систем, силовой установки и динамики полета вертолета. Следует подчеркнуть высокое качество и полноту документации по вертолету, предоставляемой МВЗ им. M.Л. Миля, что позволило компании разработать достоверные и высокореалисгичные модели тренажера Ми-8МТВ. Создание любого авиационного тренажера обязательно должно происходить в тесном сотрудничестве с разработчиком авиационной техники. Это особенно важно еще и потому, что в отечественной авиационной промышленности пакеты исходных данных для создания тренажеров на стадии разработки и производства авиационной техники не предусмотрены.

Вместе с тем, опыт создания тренажера вертолета Ми-8МТВ (АМТ) показал, что в современных тренажерах практически все системы и комплексы имитируемого воздушного судна реализуются в виде специализированного программного обеспечения на основе тщательно подготовленных исходных данных реального функционирования всех вышеперечисленных систем. Это, в конечном счете, обеспечивает малые габариты и низкое энергопотребление систем тренажера, его высокие эксплуатационные качества и увеличивает гибкость в изменении характеристик тренажера, а также снижает стоимость самого изделия и расходы на его эксплуатацию.

Рис.1. Распределение времени подготовки летного состава авиации США на учебных самолетах и тренажерах

При разработке тренажера компания в полной мере учитывала требования отечественных «Норм годности авиационных тренажеров для подготовки авиаперсонала воздушного транспорта», гармонизированные с международными требованиями, предъявляемыми американской FAA и европейской JAA авиационными администрациями, а также «Руководством по критериям квалификационной оценки пилотажных тренажеров» ИКАО. В результате такого подхода тренажер может быть сертифицирован в соответствии с любыми существующими международными требованиями и, следовательно, может поставляться за рубеж.

На стадиях создания и эксплуатации тренажера компанией были отработаны все технологические ступени производства современных авиационных тренажеров. Этот опыт очень важен в современных условиях, ведь на сегодняшний день ни одно из предприятий России, кроме компании «Транзас», не располагает полным циклом разработки и производства всех составляющих тренажеров нового типа, таких, как КТВ Ми-8/Ми-17.

В 2003 году ЗАО «Транзас» по праву заняло лидирующую позицию в России по производству авиационных тренажеров, так как имеет все необходимые лицензии на разработку, производство и ремонт тренажеров, разрабатывает продукцию в соответствии с действующей на предприятии системой качества ИСО 9001.

Действительно уникальными можно назвать работы ЗАО «Транзас» в области создания собственной системы визуализации. О ее практически безграничных возможностях мы уже писали, отметим лишь, что эта система удовлетворяет самым, высоким квалификационным требованиям к авиационным тренажерам, вплоть до уровня «D». Важнейшим достоинством системы является возможность воспроизведения протяженных ландшафтов с насыщенным разнородным объектовым составом, и одновременно с этим – воспроизведения микрорельефа с мельчайшими подробностями сцены. Это качество системы визуализации особенно значимо для вертолетных тренажеров, на которых отрабатываются различные режимы полета: висение, посадка на площадки ограниченных размеров и т.п.

Благодаря высокому качеству и характеристикам воспроизведения внешней среды, оперативности подготовки сцен районов полетов на основе реальной картографической информации, простоте изменения объектового состава сцены, а также низкой стоимости аппаратных решений система визуализации «Аврора» является безусловным лидером в этой области, и не только в России. Все вышеперечисленное позволило заменить используемую на тренажере в ОАО «СПАРК» аппаратную часть системы визуализации Evans amp;Sutherland на специально адаптированную под задачи вертолетов и в целом более передовую систему визуализации «Аврора», разработанную на ЗАО «Транзас».

Качественные комплексные технические и технологические решения в области создания вертолетных тренажеров, реализованные з КТВ Ми-8/Ми-17, привели к контракту с авиакомпанией UTair на поставку двух тренажеров вертолетов Ми-8 МТБ и Ми-8Т. Сотрудничество компаний направлено, прежде всего, на повышение безопасности выполнения полетов в гражданской авиации России в рамках реализации Федеральной целевой программы «Модернизация транспортной системы России». Указанные тренажеры будут размещены в авиационных учебных центрах авиакомпании UTair в городах Сургут и Тюмень.

Плодотворное сотрудничество ЗАО «Транзас» с ОАО «СПАРК» продолжается, что предусматривает поставку этой компании в 2004 году второго тренажера вертолета Ми-8МТВ с системой визуализации, оборудованной сферическим экраном и новым районом полетов. В рамках соглашения также предусматривается размещение в СПАРКе реконфигурируемого тренажера FNPT уровня II (в соответствии с требованиями JAR) для всего семейства вертолетов Ми-8/Ми-17.

Тренажер, разработанный ЗАО «Транзас» и соответствующий европейским требованиям FNPT уровня II, демонстрировался в ходе работы международного авиасалона МАКС-2003, где получил высокую оценку специалистов. В России такой тренажер разработан впервые. Благодаря высокому качеству разработки и производства, техническому сопровождению вертолетные тренажеры, предлагаемые компанией, имеют высокий спрос. В настоящее время ЗАО «Транзас» успешно продвигает на рынок тренажеры для гражданских вертолетов Ми-8/Ми-17 и их модификаций, а также ведет совместные разработки с вертолетными КБ и заводами новых перспективных тренажеров вертолетов семейств «Ми» и «Ка». Тренажеры для военно-транспортных и транспортно-десантных версий вертолетов Ми-8/Ми-17, а также тренажеры для вертолетов Ми-24/Ми-35 разрабатывает и поставляет дочерняя компания «Кронштадт».

Дмитрий СТЕПАНОВ, директор по маркетингу и продажам,

Павел РОЖКОВ, заместитель директора по маркетингу и продажам, ЗАО «Транзас»