Вертолет, 2004 №1

Новые технологии монтажа

Установка секции вертолетом Ми-26

В октябре прошлого года жители Кубани стали свидетелями уникальной строительно-монтажной операции — установки с помощью вертолетов Ми-26 и Ка-32 радиотелевизионной 127-метровой мачты. Это был самый крупномасштабный проект авиационных строительно-монтажных работ (АСМР) на Северном Кавказе, в реализации которого принимали участие вертолеты. Многотонную конструкцию летчики-испытатели ОАО НИК «ПАНХ» установили всего за три дня. Контрольная сборка мачты, состоящей из 13 секций, прошла на земле. Затем до 32-метровой отметки мачта собиралась с помощью специального крана. А вот дальше к монтажу подключился Ми-26, который и устанавливал одну за другой укрупненные секции (на каждую из которых установили специальный ловитель) на различных высотных отметках. Завершил цикл работ экипаж вертолета Ка-32, установив последнюю 8-метровую секцию на вершину мачты.

Уникальность работ заключалась в том, что впервые в отечественной практике АСМР экипажем Ми-26 был выполнен монтаж конструкций массой от 14 до 15 тонн при пилотировании вертолета косвенны. у методом, то есть по командам, подаваемым, командиру вертолета одним из членов экипажа. При таком методе пилот контролирует положение вертолета над точкой монтажа, сравнивая собственное восприятие окружающей обстановки с показаниями приборов и информацией о пространственно-временном изменении параметров системы «экипаж — вертолет — объект монтажа», получаемой от бортоператора внешней подвески или от наземного руководителя работ. Эффективность выполнения монтажа при этом во многом зависит от устойчивой визуальной связи пилота с выбранными ориентирами и от точности подаваемых ему команд на перемещение вертолета в необходимом для установки объекта на правлении. Такая технология работ непроста и требует особенно четкой организации внимания пилота.

В рамках поставленной задачи было выполнено девять монтажных циклов с различными по массе и моментам инерции секциями мачты (длина канатов внешней подвески составляла в зависимости от способа строповки и размеров секций от 10 до 15 м). Все перемещения вертолета над монтажным стыком, а также корректировка его положения на режиме висения при закреплении секций на месте их установки выполнялись пилотом-монтажником по командам бортового оператора. В качестве искусственного ориентира была выбрана стрела подъемного крана, верхняя точка которой находилась на высоте 50 м относительно основания мачты.

Расходы управления при выполнении монтажа первых секций массой 14 т на высотах до 80 у были достаточно велики.

Это объясняется высокими значениями момента инерции груза на внешней подвеске (до 1000000 кгм2), а также достаточно уверенному пилотирование. у вертолета экипажем. Темп перемещения ручки ППУ в продольном направлении при этом составил ± 2,5-+ 5 мм/с, а в поперечном ± 10-± 15 мм/с. Интенсивность перемещения пилотом рычага общего шага (ОШ) винта по указателю (УШВ) в момент висения вертолета над заданной точкой монтажа находилась в пределах ± 0,5-± 0,8 град/с.

С увеличение у высоты монтажной площадки, уменьшением габаритов и массы устанавливаемых секций движения органами управления приобрели высокочастотный неуверенный характер. Перемещения ручки ППУ при установке заключительной секции массой 9 т на отметке 127 м в продольном направлении осуществлялись с частотой ± 0,5 мм/с, а в поперечном ± 5-± 8 мм/с. При этом высота висения вертолета относительно основания мачты в момент монтажа секции составила 147 м.

От летчика, пилотирующего вертолет на режиме висения, требуются более строгие, координированные в соответствии с поступаемыми от бортового оператора командами движения рычага общего шага винта и ручки продольного управления. Все это усложняет технику пилотирования, способствует появлению ошибок, приводящих к разбапансировке вертолета и возможному возникновению его «просадки» перед зависанием, что небезопасно, особенно при выполнении перемещений вертолета с грузом на внешней подвеске вблизи монтажного стыка.

Именно в таких ситуациях наиболее остро возникает необходимость в эффективных системах азимутальной ориентации и стабилизации грузов на внешней подвеске (САО) — устройствах, исключающих необходимость визуального ориентирования объектов для установки их в проектное положение. При выполнении монтажа мачты с помощью вертолета Ми-26 была использована опытная модель внешней подвески с САО, оборудованная переходными звеньями от одноточечного крепления на вертолете к бифилярному (двухстропному) на грузе. В основу устройства была положена разработанная ранее в ОАО НПК «ПАНХ» модель САО для вертолета Ка-32 (рис. 1).

При развороте груза на бифилярной внешней подвеске в плоскости, параллельной плоскости вращения несущего винта, в системе «механизм — подвеска — груз» возникают (при торможении, в частности) крутильные колебания, значительно усложняющие задачу по точному наведению груза на проектные отметки или специальные ловители. Источником возникновения таких колебаний являются силы, действующие на груз и тросы внешней подвески. Их физические особенности и механизм образования общеизвестны. Для компенсации этих колебаний и разворота груза на ВП, как правило, используются различные системы гибких амортизаторов или жестких звеньев, управляемых от механизма привода САО.

Специалистами из Краснодара в качестве реверсивного привода были выбраны электромеханизмы двух бортовых лебедок ЛГ-1500, устанавливаемые в грузовой кабине вертолета Ми-26. Они успешно обеспечили повороты груза через систему тросов и поворотных роликов с угловой скоростью до 10 град/с и угловым ускорением до 3,5 град/с², при которых в элементах конструкции САО отсутствовали критические нагрузки и в то же время обеспечивалось оперативное управление грузом, массой до 15 тонн и моментом, инерции до 1000000 кгм2 при наведении груза на проектные отметки. Время на проведение монтажных операции было сокращено более чем на 10 % по сравнению со временем, затраченным на выполнение аналогичных работ с использованием штатной внешней подвески.

Сама идея создания таких систем для вертолетов, выполняющих АСМР, не нова. Еще в 1971 году американская компания Enckson Air-Crane впервые применила систему азимутальной фиксации (САФ) груза на внешней подвеске вертолета S-64E при строительстве высоковольтных линий на северо-западе США. Сначала это устройство позволяло лишь фиксировать положение груза на внешней подвеске в плоскости, параллельной плоскости вращения несущего винта, под наиболее удобным углом к месту монтажного стыка. При этом, вертолет ориентировался экипажем над монтажной площадкой против ветра, а монтируемая конструкция еще перед взлетов фиксировалась на подвеске з необходимом для монтажа положении.

В настоящее время S-64E грузоподъемностью 10 т и его модификация S-64F грузоподъемностью 12,5 т, оборудованные САО, успешно применяются американскими компаниями Erickson Air-Crane и Evergreen Helicopters в электросетевом строительстве в США, Канаде, Швеции и Южной Корее.

За рубежом (судя по патентным материалам.) распространенным способом стабилизации груза по азимуту является двух или трехточечный его подвес к вертолету. В отечественной практике этот способ не используется ввиду отсутствия надежных систем, обеспечивающих синхронное управление замками ВП в момент отцепки (сброса) груза при завершении АС24Р или в случае развития аварийной ситуации в полете. Штатные внешние подвески отечественных вертолетов выполнены, как правило, по одноточечной схеме крепления груза на ВП и имеют только один основной грузодержатель (замок ВП).

Монтаж мачты высотой 127 м

Секции мачты с ловителями купольного типа подготовлены к вертолетному монтажу

В середине 80-х годов в НПК «ПАНХ» была разработана первая отечественная САФ для вертолета Ми-ЮК, которая заменила на монтажных работах штатную одноканатную внешнюю подвеску. Это устройство обеспечило не только стабилизацию груза на ВП в горизонтальном полете, но и его ориентацию по азимуту на режиме висения вертолета в нескольких фиксированных положениях в угловом диапазоне от 0° до 90°,с шагом 22,5°. Груз на ВП в этом, случае фиксировался перед началом выполнения работ в необходимом для монтажа положении на земле, без его последующей корректировки в полете по азимуту. Ошибки экипажа в определении направления ветра над местом монтажа, смена ориентиров видимости при висении над местом установки объекта приводили к необходимости выполнения дополнительной посадки вертолета и переподцепки груза с целью установки его на САФ в соответствии с проектным положением осей, а также предполагаемым направлением висения вертолета при выполнении АСМР.

В 90-х годах НПК «ПАНХ» была разработана внешняя подвеска с САФ для вертолета Ми-8МТВ, оборудованная двумя замками ДГ-65 и предназначенная для перевозки груза массой до 3000 кг на ВП, а также для выполнения строительно-монтажных работ на высотных объектах.

Конструкция подвески предусматривала оперативную отцепку грузов с нижних электрозамков без сброса удлинительных канатов и привлечения наземного персонала. При возникновении аварийной ситуации з полете подвеска вместе с грузом сбрасывалась с верхнего электрозамка по основному и дублирующему каналам (для этого достаточно нажать кнопки, расположенные на левой ручке «шаг-газ»). Контроль текущего значения нагрузки на тросах САФ экипаж осуществлял по цифровым индикаторам, расположенным на приборной доске в кабине пилотов или на специальном блоке оператора при помощи системы контроля силы по тросу (СКСТ). Одновременно с этим производилась регистрация текущего значения нагрузки на тросе внешней подвески на бортовом устройстве регистрации параметров полета (БУР-1-2Ж). Конструктивно подвеска была выполнена таким образом, что подготовка ее к работе производилась оперативно с минимальными трудозатратами.

С помощью такой системы успешно выполнялись самые различные монтажные работы, в том. числе и работы, связанные с возведением высоких телепередающих мачт высотой до 85 м. Однако в целом она имела те же недостатки, что и САФ вертолета Ми-10К, и также не обеспечивала необходимую азимутальную ориентацию груза в полете. Указанное обстоятельство требовало постоянного присутствия наземного персонала в зоне установки объекта для его разворота в проектное положение с помощью фал или специальных оттяжек, что не всегда было возможно из соображений безопасности, особенно при выполнении монтажа высотных объектов с большими значениями момента инерции монтажных блоков.

Разворот груза в проектное положение САО-26-2

1-кольцевой тензо динамометр; 2-рычаг; 3-промежуточный вал привода; 4,5-зубчатая цилиндрическая передача; 6-упорный подшипник; 7-выходной вал САО; 8-стойка; 9-переходное звено; 10-канат; 11 — распорная балка; 12-канат внешней подвески; 13-груз

Рис. 1. Принципиальная схема САО груза на внешней подвеске вертолета Ка-32

Современные системы азимутальной ориентации (САО) грузов для вертолетов Ми-26 и Ка-32, разработанные в Краснодаре, не только позволяют фиксировать положение груза на внешней подвеске, но и дают возможность экипажу разворачивать его в полете на необходимый угол, компенсируя возникающие отклонения вертолета по курсу в момент висения над монтажным объектом. Центральным звеном, в эксплуатации вертолета и обеспечении безопасности полетов на АСМР является экипаж.

По нашему мнению, в подготовке и обучении лиц летных специальностей, особенно командиров ВС, а также в поддержании их летной квалификации, тренировке к выполнению АСМР и перевозке грузов на внешней подвеске существенная роль должна отводиться авиационным тренажерам. К сожалению, существующие комплексные тренажеры КТВ Ми-8 не позволяют моделировать ситуации, связанные с раскачкой груза на внешней подвеске, или отрабатывать режим точного висения вертолета над предполагаемым объектом, монтажа при подготовке к АСМР. Решить эту проблему пытаются специалисты санкт-петербургской авиаремонтной компании «СПАРК» и ОАО НПК «ПАНХ».

Разработанный, изготовленный и установленный в ОАО «СПАРК» первый в России тренажер нового поколения вертолета Ми-8МТВ (Ми-8АМТ) уже сейчас с достаточном точностью позволяет экипажу отрабатывать технику пилотирования вертолета на режиме висения в необходимом, для выполнения АСМР диапазоне высот. Он позволяет также моделировать полеты по ПВП (ОПВП, ППП) на реально отображаемом рельефе как горной, так и равнинной местности или над водным, пространством.

Оборудование кабины пилота и работа систем, этого тренажера полностью соответствуют реальным условиям, вертолета и позволяют качественно проводить подготовку экипажа в штатных, а также в сложных и аварийных ситуациях на всех режимах полета. Цветная система визуализации с углом, обзора 170° реально воспроизводит рельеф местности и наземные объекты конкретного района полета, в том числе и движущиеся, оперативно отражает изменение угловой видимости с учетом, времени суток и метеообстановки. Программа тренажера позволяет выводить на экран монитора инструктора изображение приборной доски вертолета с действующими приборами (вид из кабины экипажа), а также может воспроизводить любую цифровую информацию о текущих параметрах полета. Тренажер позволяет имитировать полет вертолета в ручном (штурвальном), автоматическом или смешанном режиме управления. При этом вся текущая информация о полете может быть записана в память компьютера и в дальнейшем многократно воспроизведена в любом, временном, масштабе, она может выводиться на монитор инструктора з виде соответствующих графиков. Вместе с тем, «пилотирование» вертолета здесь несколько сложнее, чем. на реальном вертолете. Сказывается отсутствие у пилота дополнительной информации в виде перегрузок, звуков, вибраций и тактильных ощущений. Но в автоматическом, и смешанном. режиме «полет» на тренажере ничем не отличается от полета на реальном вертолете.

Не менее важным, фактором, повышающим эффективность применения вертолетов на АСМР, является разработка проекта производства работ (ППР). От правильного выбора механизмов, оборудования, монтажной оснастки, метода и последовательности авиационного монтажа зависит успешное строительство любого объекта. Стоимость работ здесь, как правило, весьма велика, поэтому к летчикам предъявляются высочайшие требования по безопасности, качеству и срокам выполнения указанных работ. Ведь каждый ввод новой радиотелевизионной мачты или мачты сотовой связи дает возможность увеличить число абонентов, определяет окупаемость строительства, прибыль, а также возможности дальнейших инвестиций.

Кабина тренажера вертолета Ми-17 ОАО «СПАРК»

Узел поворотных роликов СДО, (вид со стороны рампы вертолета Ми-26)

Экономический эффект от применения вертолетов на строительстве подобных объектов возможен уже на первом (подготовительном) этапе работ за счет снижения затрат заказчика на перебазирование наземной грузоподъемной техники, сооружение временных подъездных путей и дорог, строительство вспомогательных зданий и технологических сооружений.

Безусловно, в самсе ближайшее время мы столкнемся с увеличением объектов АСМР, где потребуются эффективные технические средства, способные значительно снизить стоимость выполняемых работ. Неизбежное старение парка дорогостоящей авиационной техники и ограниченность средств авиапредприятий предусматривают грамотное использование ресурсов эксплуатируемых вертолетов, поэтоуу любая модернизация тяжелого транспортного вертолета, разработка для него новых технических средств, перспективных технологий и методов выполнения авиационных работ — это серьезный шаг вперед. Необходимо, чтобы все эти отдельные шаги были увязаны в единую концепцию развития отечественного парка вертолетов с учетом накопленного опыта эксплуатации этих машин как на внутреннем рынке авиаработ, так и за рубежом.

Сергей ПАРШЕНЦЕВ, старшин бортинженер-испытатель ОАО НПК «ПАНХ»