Вертолет, 2004 №1

Уровень безопасности и категории вертолетов

По аналогии с самолетами, гражданские вертолеты также подразделяются на ряд категорий в зависимости от взлетного веса, количества пассажиров, количества двигателей и особенностей конструкции. Такое деление обусловлено рядом причин.

При отказе двигателя на однодвигательном вертолете (вероятность около 105) полет заканчивается посадкой на режиме авторотации (и зачастую катастрофой).

Очевидно, что для всех систем такого вертолета нецелесообразно требовать столь же высокого уровня надежности, как для большого многодвигательного вертолета, у которого отказ двигателя не препятствует безопасному продолжению полета и посадке, а вероятность катастрофы из-за единичного отказа составляет 10’. Взаимосвязь требований к общей надежности вертолета и надежности силовой установки видна на примере английских Норм BCAR издания 1975 года, по которым для вертолетов группы А2 (аналог сегодняшней категории В) вероятность отказа, приводящего к немедленной аварийной посадке, должна быть такого же порядка, как вероятность отказа двигателя (в 70-х годах была принята вероятность 10^-3-10^-4).

Повышения уровня общей безопасности вертолета можно достичь не только за счет применения многодвигательной силовой установки, но и за счет усиления конструкции, резервирования систем и т. п., однако все эти меры влекут за собой существенное увеличение веса, усложнение конструкции, удорожание вертолета и повышение затрат на всю авиатранспортную систему. Однако за счет масштабного фактора для вертолетов большего веса мероприятия по повышению безопасности, связанные с повышением веса, можно реализовать с меньшими экономическими потерями.

Необходимо отметить, что при переходе на категорию более высокого уровня (при увеличении веса вертолета, количества двигателей, количества пассажиров) повышение требований к безопасности происходит одновременно для всех его систем и характеристик. Например, нельзя увеличить количество двигателей с одного до двух — и только, необходимо также выполнить повышенные требования к летным данным, отказобезопасности оборудования и т. п. Здесь учитывается экономическая целесообразность: бессмысленно ужесточать требования к одной системе, если остальные системы недостаточно надежны — это не приведет к существенному повышению безопасности всего вертолета, а только удорожит его. Таким образом, требования ко всем системам и агрегатам. вертолета как бы уравнены по жесткости, что аналогично принципу обеспечения равнопрочности конструкции. Это видно из рис. 3 и табл. 1, где показано изменение требований к безопасности в зависимости о? категории вертолета, взлетного веса, количества двигателей и количества пассажиров.

Следует учитывать, что при увеличении веса вертолета (и расширении возможностей по повышению безопасности), как правило, увеличивается его пассажировместимость. Поэтому при перевозке большого количества людей для вертолета экономически обоснованно ужесточение требований к безопасности (выполнение требований к летным данным, категории А, использование двухдвигательной силовой установки, введение резервирования систем, и т. п.). С другой стороны, невозможность обеспечения высокого уровня безопасности для однодвигательных вертолетов малого веса должна компенсироваться другими средствами, позволяющими минимизировать риск для людей. Одним, из таких средств является введение для легких вертолетов ограничения на количество перевозимых людей, эксплуатационных ограничений и т. п. В частности, в соответствии с требованиями АП-29.1(e) вертолет категории В не может перевозить более 9 пассажиров. Наоборот, вертолет с большим весом и, как правило, большой пассажировместимостью имеет конструктивные возможности для обеспечения более высокого уровня безопасности и, в соответствии с АП-29.1(b), он не может быть сертифицирован по категории В, а только по категории А.

Здесь целесообразно также упомянуть и об эксплуатационных возможностях вертолетов категории А. Обычно требования к летным характеристикам машин категории А (например, обеспечение полета на одном двигателе) не могут быть выполнены во всем диапазоне ожидаемых условий эксплуатации. Поэтому в ограниченном диапазоне условий (вес, высота, температура воздуха) вертолет имеет летные данные категории А, а в остальном диапазоне нет. По этой причине в РЛЭ должен быть выделен диапазон условий, в которых вертолет соответствует требованиям категории А. В остальном диапазоне допустима эксплуатация этого вертолета по категории В с ограничением, количества пассажиров до 9 человек. Если же в этих условиях необходимо перевозить более 9 человек, то для выполнения требований к летным данным категории А необходимо ввести ограничение взлетного веса (например, за счет уменьшения количества топлива).

Итак, для вертолетов разного класса практически невозможно и экономически нецелесообразно обеспечить равный уровень безопасности. Чем больше вес, количество двигателей и пассажировместимость вертолета, чем. больше возможностей для повышения безопасности, тем выше требования к безопасности. Поэтому в Нормах принято, что к вертолетам разных категорий предъявляется разный уровень требований к летным данным, конструкции и оборудованию. Самые низкие требования предъявляются к однодвигательным. вертолетам, нормальной категории, а наиболее высокие требования — к многодвигательным транспортным вертолетам категории А (см. рис. 3). Таким образом, введение категорий — это компенсация за невозможность создания летательных аппаратов разного веса с равным уровнем безопасности. Это узаконено в Нормах, параграфы 27.1 и 29.1, которые являются основополагающими документами и определяют общий уровень безопасности вертолета в зависимости от его категории. Таким образом, Нормы летной годности являются рациональным инструментом обеспечения экономически обоснованного уровня безопасности.

Рис. 2. Распределение АП с вертолетами, по данным NTSB, по видам эксплуатации за 1990–2000 гг.

Для примера рассмотрим требования к оборудованию. Для вертолета нормальной категории оборудование должно быть спроектировано так, чтобы минимизировать опасность для летательного аппарата в случае его (оборудования) вероятной неисправности или отказа. «Минимизация опасности» в данном случае означает допустимость некоторой опасности при условии уменьшения ее до наименьшего достигнутого на практике уровня, который определяется имеющейся технологией и материалами. «Наименьший достигнутый уровень» является своеобразной, «точкой» (это, конечно, условное обозначение), после которой попытки дальнейшего уменьшения опасности не приведут к существенному повышению безопасности, однако значительно увеличат стоимость изделия или стоимость его эксплуатации.

Заметим: в данном случае возникает опасность при рассмотрении вероятных отказов, что связано с наличием двух факторов. Как правило, легкие однодвигательные вертолеты нормальной категории имеют простое оборудование, которое не выполняет функций, утрата которых приводит к катастрофе. Кроме того, согласно данным статистики, летные происшествия с легкими вертолетами происходят, в основном, по причине человеческого фактора, из-за отказов силовой установки и т. п., и в значительно меньшей степени — из-за отказов функциональных систем. Это позволяет предъявлять к системам вертолетов такой категории наиболее мягкие требования по отказобезопасности.

Совершенно очевидно, что при формулировании таких относительно мягких требований учитывалась экономическая целесообразность: как указано выше, даже при применении на однодвигательном вертолете систем с высокой надежностью общая безопасность существенно не изменится, а будет определяться надежностью двигателя. В то же время применение таких систем существенно (и неоправданно!) повысит стоимость вертолета и стоимость эксплуатации. Поэтому достаточно наличия уровня надежности систем, вероятный отказ/ неисправность которых имеет последствия не более опасные, чем отказ двигателя.

Если на вертолет нормальной категории установить два двигателя, то для оборудования такого вертолета требуется уже предотвратить опасность в случае вероятной неисправности или отказа оборудования или систем. Применение много двигательной силовой установки существенно повышает общий уровень безопасности, в связи с чем термин «минимизировать опасность» заменен на более жесткий — «предотвратить опасность». Из требования следует, что для такого вертолета любой отказ или неисправность, приводящие к опасности, должны быть отодвинуты в область невероятных событий.

При переходе к вертолетам транспортной категории происходи? дальнейшее ужесточение требований: для оборудования и систем вертолета транспортной категории В требуется уже предотвратить опасность в случае их неисправности или отказа, независимо от их вероятности. И наконец, для вертолета транспортной категории А требуется, чтобы появление любого отказного состояния, которое препятствует продолженному безопасному полету и посадке вертолета, было практически невероятным, а появление любого отказного состояния, которое уменьшит характеристики вертолета или способность экипажа справиться с неблагоприятными эксплуатационными условиями, было невероятным. Указанные положения отражают самый высокий уровень общих требований к безопасности вертолета категории А, который может быть реализован только при соответствии характеристик летательного аппарата повышенным требованиям к летным, данным, при полном разделении двигателей и т. п. К системам такого вертолета также предъявляются самые жесткие требования.

Рис. 3. Взаимосвязь уровня безопасности и категории вертолета