Вертолет, 2004 №1
Шрифт:
| Нормы, категория | Краткое описание вертолета | Требования к летным данным (подчасть В) | Требования к конструкции (подчасти D и Е) | Требования к оборудованию и отказобезопасности (подчасть F) |
| АП/FAR-27 Нормальная категория | Легкие вертолеты с одним двигателем… Вес менее 2720 кг | Самые простые требования к летным данным, включая проверку зоны H-V при отказе двигателя, прерванном взлете, посадке на авторотации | Самые простые требования к конструкции | Самые простые требования к оборудованию. Вероятные отказы, приводящие к опасности, должны быть минимизированы |
| АП/FAR-27 Нормальная категория | Легкие
| Упрощенные требования к летным данным, включая проверку зоны H-V при отказе одного двигателя, прерванном взлете, посадке на одном двигателе и на авторотации | Повышены требования к силовой установке, но не требуется разделение двигателей и их систем. Отказ одной системы может привести к потере мощности и посадке на авторотации | Самые простые требования к оборудованию. Отказы, приводящие к опасности, должны быть невероятными событиями |
| АП/FAR-29 Транспортная категория В | Вертолеты с одним двигателем, не более 9 пассажиров. Вес 2720…9080 кг | Упрощенные требования к летным данным, включая проверку зоны H-V при отказе двигателя, прерванном взлете, посадке на авторотации | Не требуется разделение систем. Отказ одной системы может привести к потере мощности и посадке на авторотации | Повышены требования к оборудованию. Повышены требования к отказобезопасности (но допустимы общие точки в системах). Опасность в результате отказов должна быть предотвращена |
| АП/FAR-29 Транспортная категория В с изоляцией двигателей по категории А | Вертолеты с несколькими двигателями. Разрешено перевозить более 10 пассажиров. Вес 2720…9080 кг | Упрощенные требования к летным данным, включая проверку зоны H-V при отказе 1 двигателя, прерванном взлете, посадке на авторотации. Требуется набор высоты на одном двигателе | Самые жесткие требования. Требуется разделение двигателей и их систем, повышены требования к отказобезопасности силовой установки и к пожарной защите, дополнительные требования к аварийному освещению | Повышены требования к оборудованию. Самые жесткие требования к отказобезопасности (включая разделение всех систем). Катастрофический единичный отказ должен иметь вероятность не более 10 – 9 |
| АП/FAR-29 Транспортная категория В с изоляцией двигателей по категории А | Вертолеты с несколькими двигателями, но перевозка не более 9 пассажиров. Вес более 9080 кг | Упрощенные требования к летным данным, категории В, включая проверку зоны H-V при отказе двигателя, прерванном взлете, посадке на авторотации | Самые жесткие требования. Требуется разделение двигателей и их систем, повышены требования к отказобезопасности силовой установки и к пожарной защите, дополнительные требования к аварийному освещению | Повышены требования к оборудованию. Самые жесткие требования к отказобезопасности (включая разделение всех систем). Катастрофический единичный отказ должен иметь вероятность не более 10 – 9 |
| АП/FAR-29 Транспортная категория А | Вертолеты с несколькими двигателями, число пассажиров не ограничено. Вес более 9080 кг | Самые жесткие требования к летным данным при отказе 1 двигателя, включая продолженный взлет, набор высоты, уход на 2-й круг. Введены требования к динамической устойчивости вертолета | Самые жесткие требования. Требуется разделение двигателей и их систем, повышены требования к отказобезопасности силовой установки и к пожарной защите, дополнительные требования к аварийному освещению | Повышены требования к оборудованию. Самые жесткие требования к отказобезопасности (включая разделение всех систем). Катастрофический единичный отказ должен иметь вероятность не более 10 – 9 |
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
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.