Вертолет, 2004 №1

«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.