Вертолет, 2004 №1

Пути повышения безопасности конструкции вертолетов

Совершенно очевидно, что повышение уровня безопасности летательного аппарата тесно увязывается с возможностями авиационной промышленности в целом. Следует отметить, что в западной практике во многих случаях повышение безопасности вертолетов идет через внедрение новых отраслевых стандартов проектирования. Зги стандарты сначала «обкатываются» в проектах военных вертолетов, и таким образом за счет средств, выделяемых на военные программы, приобретается опыт применения новых технологий. В дальнейшем, этот опыт трансформируется во введение новых поправок к требованиям гражданских Норм, летной годности. Например, повышенные требования к авариестойкости сидений пассажиров и топливной системы в 70-х годах были введены в американские военные стандарты и технические требования, разработанные на основе многочисленных исследований, проводимых в армии США, и с учетом опыта войны во Вьетнаме. В соответствии с этими стандартами были спроектированы военные вертолеты UH-60 и АН-64. В гражданские нормы FAR-27 и FAR-29 эти требования были введены значительно позднее, в конце 80-х годов. Таким образом, общегосударственные или отраслевые стандарты (ГОСТы, ОСТы и их аналоги за рубежом.) могут являться аккумуляторами новых технологий для всей авиационной промышленности, как военной, так и гражданской.

Перенос «самолетного» опыта в вертолетную среду Наряду с внедрением, в гражданское вертолетостроение опыта проектирования военных вертолетов в некоторых случаях в практику проектирования вертолетов приходит самолетный опыт. Чаще всего такой «обмен опытом» практикуют в интегрированных или централизованных авиационных структурах, например, в рамках существующих централизованных институтов (ЛИИ, ЦАГИ, ЦИАМ, ГосНИИ ГА, ГосНИИ АН и др.). Таким образом, происходит взаимный обмен и обогащение опытом, получаемым самолетчиками и вертолетчиками при проектировани и сертификации летательных аппаратов на современном уровне.

Однако следует отметить, что простой перенос «самолетного» опыта в вертолетостроение без осмысления специфики вертолетов может давать негативные результаты. Так, специалистам фирмы «Камов» при сертификации своих вертолетов иногда приходится сталкиваться с непониманием специфики вертолета как летательного аппарата со стороны специалистов-самолетчиков из отраслевых институтов. Например, некоторые эксперты требуют для вертолетов наличия дублирования в системе управления по аналогии с самолетом. Для самолета действительно технически возможно в случае разъединения, разрушения или отказа механических элементов конструкции обеспечить безопасность полета за счет резервирования проводки управления, поверхностей управления. Однако требовать аналогичного подхода для вертолета просто бессмысленно. Вертолетчику очевидно, что невозможно дублировать автоматы перекоса, тяги управления лопасти и саму лопасть несущего винта, которая также является элементом, системы управления. Эти элементы вертолета всегда будут критическими и, соответственно, требования к их проектированию, производству и эксплуатации будут чрезвычайно высокими. В связи с этим имеется разница в требованиях АП-25 и АП-29.

Не случайно и отсутствие в российских вертолетных НЛГ раздела АО, который в самолетных нормах введен для формулировки общих требований к отказобезопасности. Один из принципов этого раздела, неприемлемый для вертолетчиков, состоит в применении одинаковых подходов в оценке отказобезопасности функциональных систем и элементов конструкции. Из опыта сертификации вертолетов ОАО «Камов» на западе вынесено четкое понимание, что никакими вероятностными критериями нельзя оценивать отказобезопасность элементов силовой конструкции. Кроме того, требования к отказобезопасности уже изложены в параграфах 27.1 и 29.1, оговаривающих требования к категориям, и этого достаточно.

В развитии вертолетных Норм пройден определенный путь: за последние 15–20 лет из требований к прочности и силовой конструкции вертолетов практически изъяты требования к проектированию, содержащие вероятностные критерии. Сообразуясь с соответствующими разделами Норм, необходимо путем выполнения процедур доказательства прочности и правильного функционирования критических механических элементов конструкции исключить возможность их разрушения или отказа, но ни в коем случае не пытаться доказать практическую невероятность такого отказа с помощью методов анализа отказобезопасности, расчета вероятности или представления статистики таких отказов.

Для функциональных систем, например, систем контроля пространственного положения вертолета при полете по ППП, наоборот, требуемый уровень отказобезопасности подтверждается путем структурированного анализа с применением вероятностных критериев. Для оценки вероятности отказа элементов функциональной системы могут использоваться как статистические данные опыта эксплуатации, так и расчеты. Например, дпя радиоэлектронного блока, содержащего ряд простейших элементов (транзисторов, резисторов и т. п.), можно рассчитать вероятность отказа, используя данные об условиях работы этих элементов в блоке (температура, давление, влажность и т. п.) и статистику отказов таких простейших элементов. Эту статистику можно взять из имеющихся источников, например, американского стандарта MIL-HDBK-217 или российского «Справочника надежности электроизделий». Такой подход возможен в том числе и потому, что простейшие элементы выпускаются сотнями тысяч штук и по ним имеется достоверная статистика отказов на основе опыта эксплуатации.

Силовой элемент конструкции вертолета, например, автомат перекоса системы управления является уникальным агрегатом, работающим, в специфических условиях широкого спектра переменных нагрузок. Его конструкцию практически невозможно разделить на простые элементы, для которых может существовать надежная статистика отказов (за исключением, возможно, подшипников). Это одна из причин, почему для таких элементов описанный выше вероятностный подход применяться не может, а должен применяться метод подтверждения достаточной прочности.

Очевидно, что два таких полярных подхода никогда не следует смешивать, однако положения «самолетного» раздела АО, например, требуют оценить общий уровень безопасности летательного аппарата путем суммирования вероятностей зсех единичных катастрофических ситуаций. Это означает, в частности, что при такой оценке в одну корзину будут сложены катастрофические ситуации, которые могут возникнуть из-за разрушения тяги управления (которые вообще не могут иметь никакой вероятности, так как должны быть исключены!) и из-за отказа двух авиагоризонтов из трех при полете по приборам (вероятность около 10-9). Суммарная вероятность таких ситуаций, согласно требованию самолетного раздела АО, должна быть не выше 10-2. Комменгарии, как говорится, излишни.

Этот пример приведен только для того, чтобы подчеркнуть очевидный факт: в вертолетной практике, конечно, необходимо исследовать и использовать «самолетный» опыт, однако, как и в любом, деле, это нужно делать с умом.

Другим, примером «вертолетной» специфики является наличие требований к критическим частям в параграфах 27.602 и 29.602 вертолетных норм, которых нет в самолетных нормах. Введение этих параграфов в JAR- и FAR-27/29 фактически узаконило общегосударственные требования к критическим частям, которыми уже з середине 70-х годов руководствовались фирмы — разработчики вертолетов. Как мы уже говорили, к критическим частям конструкции вертолета относятся части, отказ (разрушение) которых приводит к невозможности выполнения управляемой посадки на режиме авторотации. Введение такого требования фактически завершило деление конструкции вертолета на две группы (силовая конструкция и системы) с соответствующим разделением методов обеспечения их отказобезопасности. Следует отметить, что в российской практике аналогичный подход заложен в требованиях отраслевого стандарта ОСТ 1 02772-98 «Порядок проведения и содержание работ по особо ответственным составным частям самолетов и вертолетов», однако при его использовании на практике также необходимо учитывать вертолетную специфику.

В завершение хочется отметить, что Россия окончательно встала на путь рыночного развития экономики. В новых условиях создание вертолетов — это бизнес, который нужно вести, зная законы рынка. Проявление этих законов приходится учитывать даже в такой, на первый взгляд, некоммерческой сфере, как безопасность. И другого пути, кроме как изучение, накопление и использование опыта работы в рыночных условиях, у нас нет. Фирма «Камов» уже с 70-х годов занимается сертификацией вертолетов на Западе. Вертолет Ка-26 был первым советским вертолетом, сертифицированным по требованиям FAR-29 в Польше, Западной Германии, Японии и Швеции. Очередным этапом стала сертификация вертолета типа Ка-32А в Канаде, Швейцарии, на Тайване, в результате чего стала возможной успешная коммерческая эксплуатация этих машин в жестких условиях рыночной конкуренции. Эти успехи дают основание считать, что, несмотря на имеющиеся трудности, можно (и нужно!) уметь работать и побеждать в условиях рынка.

Шамиль СУЛЕЙМАНОВ, фирма «Камов»