Текст книги "Вертолет, 2004 №1"

Автор книги: Вертолет Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 2 (всего у книги 9 страниц)

«Кровеносная система» двигателей

Турбовальный двигатель ВК-2500

Электрические соединители предназначены для соединения электрических цепей в любом виде техники – от общегражданской до космической. Вместе с приборами и кабелями они составляют «кровеносную систему» любого двигательного аппарата, и от того, насколько совершенна эта система, зависят его работоспособность, эффективность и надежность выполнения предъявленных технических требований.

Вилки СНЦ-Ш

Уральский завод электрических соединителей «Исетъ» (ОАО «Завод «Исеть»), являясь ведущим специализированным предприятием по производству электрических соединителей для обеспечения нужд авиационной и космической техники, особое внимание уделяет разработке и освоению соединителей для применения в двигателях, агрегатах и аппаратуре, обеспечивающей функционирование и контроль двигательных систем. В разработанных ранее двигательных системах широко применяются герметичные вилки СНЦ28, сочленяемые с розетками СНЦ23. Контакты герметичных зилок СНЦ28 имеют никелевое покрытие по основному металлу – стали, а контакты соединителей СНЦ23 – золотое покрытие по основному металлу – медному сплаву. В последнее время резко возросли требования по стабильности контактного сопротивления при малых токах и повышенных вибрационных нагрузках. Однако при сочетании изделий с разнородными покрытиями никель (сталь) – золото (медный сплав) требуемая стабильность не обеспечивается. Возникла необходимость замены вилки СНЦ28, применение которой было вызвано отсутствием аналогичной вилки СНЦ23 с контактами под пайку и золотым покрытием.

В настоящее время заводом «Исеть» разработаны и серийно выпускаются герметичные вилки СНЦ132 (с контактами под пайку), взаимосочленяемые с розетками СНЦ23 и имеющие однородную основу контактов и покрытий (золотое покрытие контактов из медных сплавов). Вилки СНЦ132 разработаны в двух исполнениях: с байонетным и резьбовым сочленением.

Одновременно разработан и серийно выпускается ряд соединителей СНЦ131 в номенклатуре СНЦ23 с резьбовым сочленением. Для двигательных систем соединители СНЦ23 с резьбовым сочленением (СНЦ131) более предпочтительны по сравнению с соединителями, имеющими байонетное сочленение, так как имеют меньшую степень взаимного перемещения вилки относительно розетки при высоких вибрационных нагрузках.

Возросшие требования к двигательным системам, особенно при создании авиационной техники пятого поколения, требуют производства отечественных соединителей с повышенной плотностью контактов, надежным сочленением и малыми габаритами. Отсутствие таких соединителей заставляет предприятия, занимающиеся разработкой и производством двигательных систем, (двигатели, агрегаты, аппаратура), применять импортные соединители двигательного класса, соответствующие стандарту MIL–C-83723 (французских фирм «Сурье» – серия 8БЗЗ и «Дойч» – серия 983). Учитывая сложившуюся ситуацию, завод «Исетъ» начал работы по освоению соединителей серии 8533 фирмы «Сурье». Алгоритм, освоения этих соединителей аналогичен освоению соединителей СНП345, СКП34-Б (полный аналог соединителей «Аринк-600») и СНЦ144 (полный аналог соединителей D 38999 по МИ-С-38999).

На первом, этапе российские предприятия будут обеспечиваться соединителями 8533 производства фирмы «Сурье». На втором, этапе на заводе «Исеть» будет производиться сборка соединителей из французских комплектующих, маркировка российского обозначения, проведение сертификационных испытаний по российской НТД и поставка потребителю. На третьем, заключительном этапе на заводе будет освоен полный технологический цикл производства соединителей серии 8533.

Основанием для проведения таких работ является долгосрочное соглашение о техническом сотрудничестве завода «Исетъ» и фирмы «Сурье» и положительный опыт освоения производства соединителей СНЦ144, СКП345, СНП345, полностью взаимозаменяемых и взаимосочленяемых с соединителями D 38999 по МЕ-С-38999 и «Аринк-600». Долгосрочное соглашение с фирмой «Сурье» предусматривает освоение в таком, же порядке и других необходимых отечественной авиационной и космической технике соединителей. Для проведения таких работ на предприятии имеются все условия.

Завод сотрудничает практически со всеми предприятиями авиационной промышленности и готов развивать это сотрудничество дальше. Основная задача завода «Исеть» – наиболее полное удовлетворение требований и пожеланий потребителей.

Михаил АЛЕКСАНДРОВ, Генеральный директор ОАО «Уральский завод электрических соединителей «Исеть»

Сертификация вертолетов: уроки рыночной экономики

Доклад под таким названием был сделан на VI форуме Российского вертолетного общества, прошедшем в феврале этого года в Москве. Его автор Шамиль СУЛЕЙМАНОВ, заместитель главного конструктора по сертификации ОАО «Камов», затронул важную тему, касающуюся некоторых особенностей процесса сертификации вертолетов в период перехода к рыночной экономике. Автор также рассматривает некоторые пути повышения безопасности конструкции вертолета, основываясь на опыте сертификации вертолетов на фирме «Камов». Доклад, представленный на форуме, печатается с изменениями.

Значительные перемены в политике и экономике, произошедшие в нашей стране в последнее десятилетие XX века, не могли не коснуться авиационной промышленности. Российские авиационные фирмы впервые получили возможность прямого выхода на западный рынок для реализации своей продукции. Однако этот процесс не был беспрепятственным. Прежде всего, отечественные производители столкнулись с требованием подтверждения соответствия российской техники западным стандартам, безопасности. Западные авиационные власти не признавали ни российскую систему сертификации авиационной техники, ни результаты российской сертификации конкретных летательных аппаратов. Одной из основных причин этого было отсутствие четкой корреляции между требованиями Федеральных авиационных правил США (наиболее распространенных Норм, летной годности на западе) и требованиями российских Норм летной годности (НЛГ). Продвижение на мировой рынок российской авиатехники, имеющей высокие летно-технические характеристики при значительно меньшей стоимости конечного продукта, встречало (и продолжает встречать) сопротивление со стороны западных производителей. А довод, что «российская авиатехника не соответствует высоким западным стандартам и небезопасна для использования», приводился в качестве обоснования такой позиции.

Чтобы решить это непростую задачу, потребовалось привести в соответствие российскую и западную системы сертификации, а также перейти на НЛГ, гармонизированные с требованиями FAR. В России этот переход впервые был осуществлен при создании НЛГ-32.29 для вертолета Ка-32А (гармонизированных с требованиями FAR-29 на уровне поправки 29–24), так что можно сказать, что вертолетчики были в этой области пионерами. Успешное завершение российской сертификации вертолета Ка-32А в 1993 году позволило добиться положительных результатов сертификации экспортных моделей этой машины на западе. Дальнейшим, шагом на пути интеграции российской и западной систем сертификации стало создание процедурных Авиационных правил АП-21, а также обновленных Норм летной годности АП-29, АП-27 и ряда других стандартов.

Ka-32A11BC

«Краеугольные камни» сертификации

Переход на рыночные рельсы в системе сертификации означает не только формальную корректировку и гармонизацию Норм летной годности. В этом процессе очень важно не просто следовать букве, но понимать дух норм, причины их изменения. Поэтому полезно будет напомнить те основные принципы, которым следуют западные авиационные власти при принятии поправок к своим НЛГ.

Во-первых, требования к безопасности летательных аппаратов могут быть повышены тогда и только тогда, когда они обеспечиваются техническими и технологическими возможностями, достигнутыми ка данном этапе развития авиапромышленности.

Во-вторых, при ужесточении требований к безопасности обязательно должны учитываться экономические затраты (включая увеличение веса, повышение стоимости летательного аппарата, стоимости летного часа и т. п.), которые понесет пользователь при эксплуатации летательного аппарата с повышенным уровнем безопасности. Иными словами, з условиях, когда технические возможности позволяют повысить безопасность, но это сопровождается неприемлемым для зсего сообщества повышением затрат, соответствующая поправка к НЛГ откладывается.

В-третьих, при изменении требований к конструкции оценивается воздействие на окружающую среду (шум, эмиссия двигателя).

Примером, такого подхода явилось введение в 1994 году поправок к FAR-27/29, требующих наличия в конструкции птицестойких лобовых стекол, авариестойкой топливной системы и других мер, повышающих безопасность. Технические возможности для введения в конструкцию таких изменений имелись еще в 70-х годах, однако эта новация привела бы к такому повышению веса и стоимости вертолета (особенно для легких вертолетов), которое на протяжении почти 20 лет считалось просто неприемлемым.

Очевидно, что невозможно обеспечить абсолютную безопасность летательного аппарата, некоторый риск всегда остается. Очевидно и другое: безопасность не может обеспечиваться любыми средствами, необходим компромисс между затратами и степенью риска, то есть нужно следовать принципу разумной достаточности. Вообще говоря, этот принцип работает не только в рыночной системе, так как он учитывает ряд факторов.

Первым в этом ряду может быть назван масштабный фактор. В технике он известен во многих своих проявлениях, з том числе в невозможности (или практической нецелесообразности) достижения одинакового уровня безопасности для машин малого и большого веса. Очевидно, что попытка достичь одинаковой для легкого и тяжелого вертолетов степени резервирования систем и оборудования не перспективна, так как легкий вертолет оказывается перетяжелен, его полезная нагрузка стремится к нулю, а такая машина никому не будет нужна. Из этого следует, что для летательных аппаратов малого веса нецелесообразно при проектировании требовать такого же уровня надежности и резервирования, как для машин с большим весом.

Эго положение находит свое подтверждение при сравнении Норм, летной годности для легких и для тяжелых аппаратов. Например, эксплуатация по правилам визуального полета (ПВП) требует, чтобы легкие вертолеты имели на борту минимум 3 пилотажно-навигационных прибора, в то время как для тяжелых вертолетов этот минимум составляют уже 9 единиц. Другой пример из требований к трансмиссии: вертолетам, категории В требуется подтвердить работоспособность редуктора при работе без масла в течение 15 минут на режиме авторотации, вертолетам категории А – уже в течение 30 минут на крейсерском режиме, с выходом в конце работы на взлетный режим. И таких примеров можно привести множество.

Второй фактор – это фактор ограниченности ресурсов. Создание и сертификация современного вертолета – удовольствия дорогостоящие. Затраты, понесенные разработчиком на этом, этапе, неизбежно переносятся на каждый серийный вертолет, что приводит к существенному росту его себестоимости. Поэтому стремление к минимизации затрат на сертификацию при сохранении требуемого уровня безопасности вполне понятно и оправданно. Кроме того, приходится учитывать ограниченность материальных и трудовых ресурсов, а также жесткие сроки реализации всего проекта. Сокращение затрат в условиях ограниченных ресурсов возможно за счет использования ряда методик, включая широкое использование компьютерного моделирования взамен стендовых, наземных и летных испытаний и широкое использование при проектировании систем, анализа «сверху вниз».

Использование компьютерного моделирования позволяет существенно сократить затраты на испытания, что особенно важно в вертолетостроении, но взамен требует наличия надежных и апробированных компьютерных моделей. Примером может служить использование результатов анализа нагружения и деформации фюзеляжа, выполненного с использованием метода конечного элемента. Полученные данные о поведении конструкции в случае аварийной посадки дают возможность сократить дорогостоящие стендовые испытания на авариестойкость. Другим примером может служить компьютерное моделирование изменения пятна контакта зубчатых колес редуктора из-за деформаций корпуса редуктора под нагрузкой, заменяющее дорогостоящие и длительные стендовые испытания.

Рис. 1. Летные происшествия с вертолетами на 100 000 часов налета

Использование в проектировании систем анализа «сверху вниз» позволяет на раннем, этапе выявить системы и агрегаты, критические и важные для безопасной эксплуатации вертолета. К критическим частях конструкции вертолета относятся части, отказ (разрушение) которых приводит к невозможности выполнения управляемой посадки на режиме авторотации. В дальнейшем при проектировании, производстве и эксплуатации именно на этих системах и агрегатах сосредотачивается основное внимание, что позволяет обеспечить максимальный уровень безопасности. Системы и агрегаты, не входящие з указанную группу, не являются определяющими с точки зрения безопасности, и к ним могут в дальнейшем, не применяться дорогостоящие методы проектирования и испытаний. Такой подход, с одной стороны, позволяет существенно сократить затраты, а с другой – обеспечивает усиление внимания именно там, где это необходимо и оправданно.

Третьим, фактором, учитываемым при сертификации, является наличие системы опционов. Западная система создания авиатехники, ввиду своей рыночной природы, максимально развернута в сторону конечного пользователя. Это связано с тем, что каждый покупатель стремится реализовать свои потребности. При наличии ряда заказчиков, интересы которых существенно разнятся, наиболее полно эти интересы можно реализовать только путем. предложения покупателям базового варианта и ряда опционов (тем самым обеспечивается гибкость реагирования на рыночные потребности). Как для любого сектора экономики, при делении продукта на базовый вариант и опционы приходится на основе маркетинговых исследований решать, что включать в базовый вариант, какие опционы должны быть и какие должны быть сроки их сертификации и предложения на рынок.

Одним из примеров такого подхода является сертификация вертолета для эксплуатации по правилам полетов по приборам (ППП). Из мировой практики известно, что задачи, решаемые гражданским вертолетом в условиях полета по ППП, составляют около 10 % от общего числа задач. Исходя из этого экономически нецелесообразно в базовый вариант вертолета закладывать все конструктивные решения, требуемые для обеспечения полета по приборам, так как это необоснованно увеличит вес и стоимость вертолета, а также сроки его сертификации. Для обеспечения возможности полетов по ППП экономически выгоднее предусмотреть на борту вертолета места для размещения дополнительного оборудования, сертифицировать соответствующий опцион и предлагать его тем эксплуатантам, которым, действительно необходимо решение таких задач. Так как стоимость этого варианта вертолета будет существенно выше базовой, очевидно, что данный подход позволяет и покупателю выбирать необходимый ему вариант, сообразуясь со своими возможностями. По такой же схеме предлагается заказчикам опцион для полета в условиях обледенения. Требование заказчика обеспечивать выполнение полетов в условиях обледенения приводит к необходимости установки нагревательных элементов в лопастях, токосъемников несущих и рулевых винтов, существенного увеличения энергетических возможностей электросистемы (с учетом, резервирования), проведения дорогостоящих сертификационных стендовых испытаний, имитирующих жесткие нормируемые условия обледенения, а также летных испытаний в реальных условиях обледенения. Очевидно, что заказчик, покупающий вертолет для эксплуатации в условиях тропиков, не должен и не будет оплачивать создание и производство вертолета с такими возможностями.

При формировании опционов нужно также предусмотреть возможность изменения состава оборудования силами самого эксплуатанта в зависимости от задания. Очевидно, что сложный пилотажно-навигационный комплекс, обеспечивающий возможность выполнения полетов по приборам (над безориентирной местностью и т. п.), необходим на вертолете далеко не всегда. Более того, возможность съема части оборудования в полевых условиях может повысить эффективность вертолета при решении простых задач. Такую «модульность» нужно закладывать начиная с этапа проработки технического задания на вертолет и комплекс, чтобы в интегрированном. комплексе можно было снимать и ставить оборудование без ущерба для выполнения простых и сложных задач.

Гибкий подход иногда используется и при сертификации транспортных вертолетов сначала по категории В, а зате. у – по категории А. Например, Bell-412 первоначально (9 января 1981 года) был сертифицирован по категории В, спустя почти 2,5 года – по категории А. Такая задержка по времени объяснялась в том числе тем, что сертификация по транспортной категории А требует существенно большего объема сертификационных проверок и испытаний (и, соответственно, более длительного времени), чем по категории В. Между тем во многих случаях отсутствие сертификата по категории А не препятствует коммерческой эксплуатации вертолета.

Как мы видим, проблемы сертификации вертолетов теснейшим образом увязаны с вопросом о категориях вертолетов, которые, в свою очередь, были введены в связи с необходимостью оптимизировать требования конструкции и обеспечить безопасность эксплуатации. Эта связь станет еще более прозрачной, если уы обратимся к анализу статистики авиационных происшествий.

Статистика знает все

На рис. 1 показана статистика авиационных происшествий (АП) с российскими вертолетами Ми-2 и Ми-8, а также с вертолетами США за период с 1994 по 1996 гг. Материалы взяты из статьи Р.А. Теймуразова и В.Е. Овчарова (журнал «Вертолет» № 1, 1998 г.) и с Интернет-сайта NTSB.

Для облегчения сравнения данные представлены в количестве авиационных происшествии (АП) на 100 ООО часов налета.

Из представленной диаграммы видно, что с увеличением, количества двигателей и переходом от поршневых двигателей на газотурбинные количество АП снижается, т. е. безопасность повышается. Повышение уровня общей безопасности вертолета связано также с увеличением его веса (сравните двухдвигателъные Ми-2 и Ми-8). Здесь следует оговориться, что для конкретных моделей вертолетов статистические показатели могут отличаться в лучшую сторону (за счет более надежных двигателей, удачных решений в конструкции и т. п.), однако мы говорим об общих тенденциях.

Очевидно, что в приведенной статистике «спрятано» несколько факторов. В частности, на безопасность влияют не только надежность конструкции, но и виды применения вертолетов, степень обученности экипажа и т. п. Для примера на рис. 2 показано распределение АП с вертолетами США по статистике NTSB за 1990–2000 гг. (данные Интернет-сайта NTSB). Видно, что 18 % происшествий происходит при использовании вертолета в личных целях, что в российской практике пока является исключением, 15,3 % – при обучении и т. п. В США также широко используются вертолеты с поршневым двигателем и однодвигателъные вертолеты, которых в России пока мало. Таким образом, из-за различий в системе эксплуатации, подготовке кадров, а также по причине практического отсутствия отечественных однодвигательных вертолетов российская статистика происшествий выглядит иначе. Надо сказать, что появление в России легких однодвигательных вертолетов (как импортных, так и собственной разработки) ставит на повестку дня ряд вопросов об обеспечении их безопасной эксплуатации (включая требования к конструкции и оборудованию, определение сфер их применения, обучение экипажей и т. п.), однако это задача отдельного, самостоятельного исследования.

Приведенная статистика показывает нам некоторые объективные тенденции, которые действуют применительно ко всем летательным аппаратам. Это подтверждаю? и положения американского циркуляра для сертификации легких самолетов АС23.1309-1С. В нем указано, что по статистике авиации общего назначения США около 70 % всех АП происходит из-за человеческого фактора и около 30 % – из– за отказов конструкции и систем (такое распределение применимо и для вертолетов). Бри этом для разных категорий самолетов катастрофическая ситуация из-за отказов систем имеет разную вероятность.

Для самолетов нормальной категории класса I (вес самолета – не более 6000 фунтов, силовая установка – один поршневой двигатель) вероятность ситуации катастрофы составляет 10 ^-6. Отметим, что в соответствии с FAR-23.3 для летательных аппаратов нормальной категории количество пассажиров не должно превышать 9 человек.

Для самолетов класса IV, компютерная категория (переходная между нормальной и транспортной категориями), эта вероятность составляет 10 ^-9. В соответствии с FAR-23.3 вес самолета не должен превышать 19000 фунтов, количество пассажиров – 19 человек.

Как видим, при увеличении веса самолета, переходе с поршневых двигателей к газотурбинным и увеличении количества двигателей требования к безопасности систем повышаются на 3 порядка! Оговорка о безопасности именно систем здесь не случайна: катастрофы летательных аппаратов, причиной которых была только недостаточная прочность конструкции, как правило, редки. Исходя из этого, дальше будем говорить, в основном, о конструкции силовых установок и функциональных систем (силовая установка, электросистема, гидросистема, индикация углового положения и т. п.).

Ми-8 НТВ-5