Текст книги "Вертолёт, 2007 № 04"

Автор книги: Вертолет Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 3 (всего у книги 8 страниц)

Экономить топливо можно!

Раньше при разработке инструкций, которыми экипаж вертолета должен руководствоваться в полете, не обращалось должного внимания на экономию топлива. Сегодня эта проблема стоит очень остро и требует своего решения. Добиться экономии топлива в полете, причем значительной – от 5 % до 20 %, можно. Для этого экипаж вертолета должен уметь определять оптимальный крейсерский режим полета, при котором такая экономия возможна. На МВЗ им. М.Л. Миля создана и прошла испытание в институте ВВС методика определения оптимальных крейсерских режимов вертолета Ми-26. По результатам испытаний отмечено, что эта методика может быть применена в полетах на Ми-26, дана рекомендация разработать аналогичную методику и для Ми-8, поскольку на этих вертолетах, имеющих очень большой налет, можно получить и существенно большую экономию топлива.

Таблица 1. Приборная скорость V _np

V пр	0	1	2	3	4	5
0,5	195	205	215	225	235	245
1	190	195	205	215	225	235
2	175	185	195	200	210	220
3	165	175	185	195	195	205
4	165	165	170	175	185	190
5	145	150	155	165	175	180
6	140	140	150	160	-	-

Метод определения оптимальных крейсерских режимов полета, позволяющий найти оптимальную частоту вращения несущего винта η _опти оптимальную приборную скорость V _{пр. опт}при меняющихся массе вертолета m, высоте полета H, температуре воздуха t, скорости ветра U ¹и его направлении Ψ _в, прост. Для этого нужно использовать графики, показанные на рис. 1. В правой части рисунка – прямые, каждая из которых относится к определенной высоте: H = 0; 0,5; 1–6 км, слева – три семейства кривых η _опт, (q ^G) ₀, (C _v) _опт, значения которых зависят от температуры наружного воздуха (от +40 до -40 °C).

Эксплуатационный диапазон частот вращения несущего винта для Ми-26 при использовании описываемого метода разрешен 88–91 % при положительных и 85–91 % при нулевой и отрицательных температурах наружного воздуха. Ограничение η _minпри положительных температурах (88 % вместо 85 %) связано с возрастанием переменных нагрузок во втулке несущего винта с увеличением температуры и уменьшением η. Кривые (q ^G ) ₀построены при разных частотах вращения несущего винта: верхние ветви – при η _min, средние – при η _опт(η _min<= η _опт<= η _max), нижние – при η _max(из-за ограничений частот η _minи η _maxтакже являются η _опт). Кривые при η _оптдля разных значений температур совпадают, что подтверждает график на рис. 3: минимальный относительный километровый расход топлива одинаков при температуре наружного воздуха от -11 до +22 °C.

Опишем метод использования графиков в случае, когда задана высота полета и требуется определить η _опти (V _пр) _опт. Описание дадим на примере, когда m = 50 т, Н = 2,1 км, t=0, U = 60 км/ч. Из точки m = 50 т проводится вертикаль до высоты Н = 2,1 км, от получившейся точки проводится горизонталь. На горизонтали по кривым η _оптпри t = 0 прочитывается η _опт= 86,5 % (шкала η _оптпоказана над кривыми). При малых m и Н график η _оптне показан: в этой области η _опт= η _min.

Определять километровый расход топлива при заданной высоте полета не требуется, так как в процессе испытаний вертолета Ми-26 в ВВС было принято решение определять количество топлива и загрузку вертолета без учета оптимизации, по действующим нормам, определенным РДП-26. Экономия топлива приведет к тому, что в баках вертолета после посадки топлива останется больше, чем предусматривалось.

Третье семейство кривых на рис. 1 определяет параметр (C _v) _опт, характеризующий оптимальную крейсерскую скорость. Приборная (V _пр) _опти воздушная (V) _оптскорости определяются по табл. 1 и 2: V _пр= ƒ(H,C _v) и V = f (t,C _v). В нашем примере на упомянутой горизонтали при t = 0°(C _v) _опт= 3 (число на кривой, расположенной над получившейся точкой). Из таблиц следует: V _пр= 200 км/ч и V = 220 км/ч.

Скорость и направление ветра влияют на оптимальную скорость полета. При встречном ветре скорость нужно увеличивать, при попутном – уменьшать. Величину изменения скорости для вертолета Ми-26 можно принять равной ±U/3. Символом U обозначена путевая составляющая скорости ветра. Для ее определения служит табл. 3, по которой U и ее направление (попутное, встречное) находятся в зависимости от U ¹и разности курсов ветра и полета. В примере при U ¹= 60 км/ч и Ψ _в– Ψ = 140°, так что из таблицы следует: ветер встречный, U = 48 км/ч (интерполяция между числами 54 и 37). В нашем примере V _пр= 200 + 48/3 = 216 км/ч.

Оптимальную высоту полета сложно определить аналитически, поэтому ее находят методом перебора: определяют минимальный земной относительный километровый расход топлива (q ^G) на нескольких высотах – и высота, на которой наименьший q ^Gбудет оптимальной. Сначала напомним, как вычисляется q ^G:

q ^G= (q ^G)KV/(V±U), где (q ^G) ₀– относительный воздушный километровый расход топлива;

(q ^G) ₀= 100 Q/V _m.

Коэффициент К учитывает увеличение расхода топлива при включении летчиком систем вертолета, влияющих на расход топлива, Q – часовой расход топлива. Число 100 введено в формулу, чтобы шкала q Gсостояла из целых чисел. Величины коэффициента К у вертолета Ми-26 равны: К = 1,045 при включении СКВ + ПЗУ + + ПОС _дв, а при включении всех потребителей, то есть с ПОС _пзу, К = 1,09. При выключенных потребителях К = 1. В приведенной формуле знак «+» означает попутный ветер.

Таблица 2. Воздушная скорость V

tC v	0	1	2	3	4	5
40	210	220	230	240	250	260
20	200	210	220	230	240	250
0	195	205	215	220	230	240
– 20	185	195	205	210	220	230
– 40	180	190	195	205	215	220

Табл. 3. Путевая составляющая скорости ветра U (км/ч)

Ψ в– Ψ		Направление ветра	Фактическая скорость ветра U 1
Справа	Слева		20	40	60	80
			Путевая составляющая U
0	360	Попутный	20	40	60	80
30	330		17	34	49	64
60	300		9	17	22	26
90	270	Встречный	1	4	10	18
120	240		11	23	37	54
150	210		17	36	54	74
180			20	40	60	80

Рис. 1. Зависимость оптимальных числа C _v, относительного километрового расхода топлива, частоты вращения несущего винта от массы вертолета, высоты полета и температуры наружного воздуха

Величина q ^Gможет быть определена экипажем вертолета не по приведенной формуле, а с помощью графика на рис. 2: нанеся на верхнюю горизонтальную ось точку (q ^G) ₀= 22,7 1/км, перемещаемся параллельно прямым, соответствующим влиянию коэффициента К (в нашем примере летчик включил СКВ + ПЗУ + ПОС _дв). Затем перемещаемся эквидистантно семейству кривых U до фактической величины U (в примере ветер встречный, U = 48 км/ч). В этой точке прочитывается q ^G= 29,7 1/км. Таким же методом определяют q ^Gна других высотах (например, Н = 1, 3, 4 км) и, сравнив полученные величины, находят Н _оптЗатем на Н _оптопределяют, как описано выше, η _{опт и}(V _пр) _опт.

Для вычисления параметров крейсерского режима экипаж может воспользоваться «устройством» в виде тетради с вынимающимися страницами. На ее страницах даны графики (рис. 1), а информация, не зависящая от условий полета (табл. 1–3), размещается на внутренней стороне обложки тетради. Там же приведен пример определения оптимального режима полета. После определения параметров крейсерского режима использованная страница вынимается. На следующей странице по графику (рис. 1) в соответствии с меняющимися условиями полета определяются η, (q ^G) ₀, C _vдля новых величин m, Н, t.

Другой вариант использования описанных графиков и таблиц – размещение их на планшете, который состоит из корпуса (кармана) и выдвигающегося вкладыша. График, показанный на рис. 1 (без шкал (q ^G) ₀и m), размещается на вкладыше, а показанный на рис. 2 – на корпусе. На корпусе также расположены шкала m, таблицы и пример определения оптимального режима полета. Экипажу не нужно проводить вертикали и горизонталь, как на рис. 1, так как у планшета их заменяют подвижный вкладыш и кромка корпуса. Нужно только выдвинуть вкладыш так, чтобы совпали рассматриваемые величины m и Н. По кромке корпуса прочитываются величины η _опт, (C _v) _опт.При определении Н _оптнаходят q ^G: из точки, равной величине (q ^G) ₀, перемещаются по графикам корпуса так, как показано на рис. 2.

Тетрадь или планшет могут быть заменены калькулятором. Однако операции по определению оптимального крейсерского режима с помощью тетради или планшета настолько просты, что в калькуляторе нет необходимости.

Таблица 4. Сравнение (q ^G) ₀и q ₀при полетах по РДП-26 и на оптимальных режимах

t	20	0	– 20	– 40
η=91 %, (q G) 0	22,7	23,4	25,8	29,3
q 0, m=35/55	8/12,5	8,2/13	9/14,2	10,3/16,1
η опт(%)	90,5	86,5	85	85
(q G) 0 min.min	22,7	22,7	22,8	24,4
q 0 min.min, m=35/55	8/12,5	8/12,5	8/12,5	8,5/13,4
экономия, %	0	3	13	20
экономия, кг/км	0	0,2/0,5	1/1,7	1,8/2,7

Рис. 2. Определение q ^Gв зависимости от (q ^G) ₀, использования систем вертолета и скорости ветра

Рис. 3. Зависимость минимального километрового расхода топлива от температуры наружного воздуха и частоты вращения несущего винта

После выхода вертолета на заданный эшелон, то есть в начале полета по маршруту, штурман или другой член экипажа определяет параметры оптимального крейсерского режима для первого участка маршрута и докладывает их командиру экипажа. На этом режиме командир выполняет полет по маршруту.

После изменения полетной массы вертолета из-за выработки 2–3 т топлива (примерно через час полета) или после резкого изменения условий полета (направления и скорости ветра, температуры воздуха) штурман определяет для предстоящего участка маршрута новые параметры оптимального крейсерского режима, в соответствии с которыми командир изменяет режим полета.

Рассмотрим некоторые результаты расчетов минимального относительного километрового расхода топлива (q G) 0. На рис. 3 показан график (q ^G) ₀= ƒ(t) для всех сочетаний m и Н, лежащих на одной горизонтали: m = 55 т, Н = 1,5 км; m = 50 т, Н = 2,1 км; m = 45 т, Н = 3 км; m = 35 т, Н = 5 км и др. Видно, что наименьшая величина (q ^G) ₀ = 22,7 1/км может быть реализована при оптимальной частоте вращения несущего винта, которая изменяется от η _опт= η _min= 85 % при t = -11° до η _опт= η _max= 91 % при t = 22°. Если t < -11° и t > 22°, то (q ^G) ₀увеличивается.

Определим экономию топлива. Сейчас на указанных высотах летчик должен устанавливать η = 91 %. На этой частоте вертолет имеет (q ^G) ₀, указанные в табл. 4. Видно, что с предписанной РДП-26 частотой при отрицательных температурах наружного воздуха расход топлива на 10–20 % больше.

В таблице также приведены физические величины километрового расхода топлива для m = 35 т и m = 55 т: q ₀= (q ^G) ₀m/100.

Экономия топлива при отрицательных температурах равна 1–1,8 кг/км с m = 35 т и 1,7–2,7 кг/км с m = 55 т. Подразделение, эксплуатирующее несколько вертолетов зимой, в высоких широтах или в горах, сэкономит около 200–300 т топлива в год.

Представление о том, что уменьшение частоты вращения винта всегда приводит к уменьшению расхода топлива, неверно. В нашем примере оно справедливо только при t < -11°.

На малых высотах полета, когда по РДП-26 летчику предписано держать η = 88 %, и при t > 0 η _опт= η _min= 88 % экономия топлива невозможна. При t < 0, когда η _опт= η _min= 85 %, экономия равна 5–8% при t = 0 и 8-10 % при t = -40°.

На рис. 4 показана зависимость (q ^G) ₀от высоты полета при m = 45 т для нескольких сочетаний t и η. Очевидно, что для этой массы вертолета при средних (стандартных) температурах H _опт= 2–2,5 км. При уменьшении температуры H _оптувеличивается. При уменьшении массы вертолета H _опттакже увеличивается (для m = 35 т H _оптбольше, чем для m = 45 т, на 2 км), а при увеличении массы – уменьшается (для m = 55 т H _оптменьше на 1,5 км).

Следовательно, при уменьшении массы вертолета из-за выгорания топлива выгодно увеличивать высоту полета. Однако надо иметь в виду, что приведенные величины H _оптотносятся к условиям, когда скорость ветра по высоте постоянна. Но из-за ее изменения, а также нестандартного изменения температуры по высоте H _оптможет существенно отличаться от данных на рис. 4, так что ее нужно определять так, как описано выше.

Изменяя частоту вращения несущего винта на экономической скорости и при полете по вертикали, можно (построив графики, как на рис. 1) минимизировать потребную мощность вертолета, что приведет к увеличению максимальной продолжительности и потолков полета. Оптимальная частота вращения НВ в зависимости от условий полета определяется по аналогичной методике.

В заключение подведем краткие итоги. Предлагаемая нами система графиков позволяет найти минимальную величину километрового расхода топлива, оптимальные частоту вращения несущего винта и скорость полета при любых массах вертолета, температуре наружного воздуха, высоте полета, скорости и направлении ветра. Использование аналогичной системы графиков для вычисления минимальной потребной мощности на экономической скорости и при полете по вертикали приведет к увеличению максимальной продолжительности и потолков полета вертолета. Использование нашего метода на вертолетах, система управления которых дает возможность изменять в полете частоту вращения несущего винта, показывает, как именно нужно изменять частоту вращения. Таким образом, метод определения крейсерских режимов полета позволит обеспечить экономию топлива и оптимально использовать возможности вертолета.

Рис. 4. Зависимость относительного километрового расхода топлива от высоты полета и температуры наружного воздуха (определение оптимальной высоты), m=45 т

Э К С П Л У А Т А Ц И Я

Ми-26 – победитель огня

Ми-26, оснащенный ВСУ-15

Лесные пожары, бушующие в разных странах мира, все больше приобретают характер национального бедствия. Борьба с ними требует максимальной концентрации финансовых, технических и людских ресурсов, но и это не всегда гарантирует быстрый успех. И тогда на помощь приходят российские тяжелые вертолеты Ми-26. Уникальные винтокрылые машины способны доставить в охваченный огнем район до 15 т воды из любых естественных водоемов. Основными и неоспоримыми их преимуществами в борьбе с огнем являются оперативность доставки воды в зону пожара и высокая эффективность гидроудара.

В 2007 году лесные пожары охватили обширные территории Греции, Болгарии, Сербии, Италии и Франции. В ряде случаев это привело не только к колоссальным экономическим убыткам, но и к значительным человеческим жертвам. Только в Греции к концу июля количество очагов возгораний приблизилось к двум тысячам. По сообщениям министра общественного порядка страны В. Полидораса, сгорело от 26 до 32 тысяч гектаров леса. Упорная борьба с огненной стихией в большинстве случаев разворачивалась в труднодоступной горной местности и при небывалой жаре (температура воздуха зачастую превышала 40 °C), что существенно затрудняло деятельность пожарных и спасательных служб. Местные пожарные расчеты, армейские подразделения и многочисленные добровольцы не могли бороться с таким большим количеством очагов горения. Осознавая масштаб грозящей экологической катастрофы, греческое правительство обратилось за неотложной помощью к России.

Для эффективного противодействия лесным пожарам в Элладу вылетели и сразу же включились в работу российские вертолеты Ми-26Т производства ОАО «Роствертол» – единственного производителя этих машин в мире. На вертолеты были установлены противопожарные комплексы, включающие водосливное устройство ВСУ-15А на внешней подвеске, современную систему спутниковой навигации, технические средства, обеспечивающие устойчивую связь с наземными пожарными подразделениями.

Вертолеты Ми-26Т греческих авиакомпаний, а также авиакомпаний России и Республики Беларусь принимали активное участие в тушении пожаров и на островах, и на материковой части страны. Необходимый забор воды производился как из моря, так и из пресных водоемов. Об интенсивности работы и масштабах пожаров в Греции говорит тот факт, что за один день только в районе Афин авиационная группа, в составе которой находились вертолеты Ми-26Т, потушила 115 очагов возгораний.

В Греции Ми-26Т находились в воздухе по 8-10 часов, основное техническое обслуживание машин осуществлялось ночью, так как днем экипажи постоянно находились в режиме получасовой готовности. Местные координаторы обеспечивали оперативную связь вертолетов с диспетчерской службой.

В конце октября 2007 года авиагруппа МЧС России в составе самолета-амфибии Бе-200, двух вертолетов Ми-8 и двух Ми-26Т завершила работу по тушению лесных пожаров в Греции и покинула страну. С 27 июля 2007 года авиационная группировка МЧС России выполнила 334 вылета, на очаги возгораний было сброшено свыше 23,6 тыс. т воды, а общий налет российской авиации составил 768 часов.

Российские вертолеты продемонстрировали эффективную работу, несмотря на высокую температуру воздуха и огромное количество очагов возгорания. Греческие специалисты отмечали, что применение Ми-26Т позволило снизить материальный и экологический ущерб, который огненная стихия причинила их стране. Мастерство российских пилотов, умело использовавших уникальные технические возможности Ми-26Т, также получило высокую оценку.

Масштабные пожары в 2007 году бушевали не только в Европе, но и в Азии. Осенью в нескольких провинциях Китайской Народной Республики огонь распространился на сотни гектаров лесных угодий, возгорания были отмечены и в бесценных реликтовых заповедниках. Для борьбы со стихийным бедствием местные спасатели задействовали многоцелевой вертолет Ми-26ТС (эта машина в 2006 году была передана в лизинг сроком на три года китайской компании China Flying Dragon Special Aviation).

С летного поля ОАО «Роствертол» вертолет вылетел 3 сентября 2007 года, а уже через несколько дней винтокрылый гигант приступил к работе. Вертолет успешно справился с поставленными задачами, сыграл решающую роль в эффективном тушении двух крупных пожаров в провинциях Внутренняя Монголия и Черный Дракон.

В провинции Внутренняя Монголия огромный лесной массив горел в течение почти трех суток, полностью затушить огонь не могла и использовавшаяся китайцами авиационная техника. Только после подключения к работе Ми-26ТС удалось ликвидировать пожар. Для этого российскому вертолету потребовалось выполнить всего несколько сбросов воды. Следует отметить, что забор воды также был сопряжен с существенными трудностями из-за того, что местные водоемы оказались недостаточно глубокими. При необходимой глубине забора не менее 3 метров экипаж Ми-26ТС вынужден был использовать гораздо более мелкие водоемы, что однако не помешало быстрой и эффективной работе винтокрылых машин. Кроме того, российские вертолеты оперативно доставляли на место возгорания пожарные подразделения, которые сразу вступали в жестокое противостояние огненной стихии.

В знак особой признательности и признания высокого профессионализма и личного мужества экипажа Ми-26ТС китайское правительство вручило российским специалистам почетное знамя.

Еще одним ярким примером особой эффективности Ми-26ТС может служить работа вертолета в провинции Черный Дракон. Здесь находятся реликтовые леса, возраст некоторых деревьев превышает 2000 лет! В самом большом лесном массиве Китая пожаров не наблюдалось в течение 5 лет, однако в 2007 году это несчастье его не миновало: огонь бушевал на территории площадью 20100 кв. м. Руководство спасательной операцией находилось под личным контролем премьер-министра Китайской Народной Республики Вен Джибао и его первого заместителя Лианг Ю.

Китайские пожарные поднимаются на борт Ми-26

Противопожарные работы осложнялись низкой облачностью и постоянными атмосферными осадками. В связи с сильными снегопадами основной задачей Ми-26ТС стала доставка пожарных подразделений на места возгораний. Благодаря уникальной вместимости вертолет за короткий срок доставил в район бедствия более 300 пожарных со всей их сложной экипировкой. Пожарные сначала изолировали огненный шквал, а затем провели эффективную операцию по окончательной ликвидации очагов огня. Кроме того, для более оперативной и успешной работы пожарных подразделений вертолет доставлял к местам непосредственного возгорания специальную тяжелую технику.

Ми-26ТС на деле доказали, что решающим фактором при борьбе с пожарами является точность и скорость выполнения полученных заданий, причем вне зависимости от погодных условий и объективных трудностей. Китайские специалисты особо отметили, что вертолет Ми-26ТС, несмотря на свои внушительные размеры, не требует специально оборудованных площадок для экстренной посадки.

Сражаясь с лесными пожарами в разных частях планеты, российские винтокрылые гиганты в очередной раз доказали, что по оперативности и эффективности выполнения поставленных задач они находятся в числе мировых лидеров и соответствуют самым высоким международным стандартам. Они не только успешно тушат огонь, спасают сотни человеческих жизней, но и помогают предотвращать экологические катастрофы.

Тина ШАПОШНИКОВА, ОАО «Роствертол»

Б Е З О П А С Н О С Т Ь