Вертолет, 2004 №1

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.

На рис. 1 показана статистика авиационных происшествий (АП) с российскими вертолетами Ми-2 и Ми-8, а также с вертолетами США за период с 1994 по 1996 гг. Материалы взяты из статьи Р.А. Теймуразова и В.Е. Овчарова (журнал «Вертолет» № 1, 1998 г.) и с Интернет-сайта NTSB.

Для облегчения сравнения данные представлены в количестве авиационных происшествии (АП) на 100 ООО часов налета.

Из представленной диаграммы видно, что с увеличением, количества двигателей и переходом от поршневых двигателей на газотурбинные количество АП снижается, т. е. безопасность повышается. Повышение уровня общей безопасности вертолета связано также с увеличением его веса (сравните двухдвигателъные Ми-2 и Ми-8). Здесь следует оговориться, что для конкретных моделей вертолетов статистические показатели могут отличаться в лучшую сторону (за счет более надежных двигателей, удачных решений в конструкции и т. п.), однако мы говорим об общих тенденциях.

Очевидно, что в приведенной статистике «спрятано» несколько факторов. В частности, на безопасность влияют не только надежность конструкции, но и виды применения вертолетов, степень обученности экипажа и т. п. Для примера на рис. 2 показано распределение АП с вертолетами США по статистике NTSB за 1990–2000 гг. (данные Интернет-сайта NTSB). Видно, что 18 % происшествий происходит при использовании вертолета в личных целях, что в российской практике пока является исключением, 15,3 % — при обучении и т. п. В США также широко используются вертолеты с поршневым двигателем и однодвигателъные вертолеты, которых в России пока мало. Таким образом, из-за различий в системе эксплуатации, подготовке кадров, а также по причине практического отсутствия отечественных однодвигательных вертолетов российская статистика происшествий выглядит иначе. Надо сказать, что появление в России легких однодвигательных вертолетов (как импортных, так и собственной разработки) ставит на повестку дня ряд вопросов об обеспечении их безопасной эксплуатации (включая требования к конструкции и оборудованию, определение сфер их применения, обучение экипажей и т. п.), однако это задача отдельного, самостоятельного исследования.

Приведенная статистика показывает нам некоторые объективные тенденции, которые действуют применительно ко всем летательным аппаратам. Это подтверждаю? и положения американского циркуляра для сертификации легких самолетов АС23.1309-1С. В нем указано, что по статистике авиации общего назначения США около 70 % всех АП происходит из-за человеческого фактора и около 30 % — из- за отказов конструкции и систем (такое распределение применимо и для вертолетов). Бри этом для разных категорий самолетов катастрофическая ситуация из-за отказов систем имеет разную вероятность.

Для самолетов нормальной категории класса I (вес самолета — не более 6000 фунтов, силовая установка — один поршневой двигатель) вероятность ситуации катастрофы составляет 10 -6. Отметим, что в соответствии с FAR-23.3 для летательных аппаратов нормальной категории количество пассажиров не должно превышать 9 человек.

Для самолетов класса IV, компютерная категория (переходная между нормальной и транспортной категориями), эта вероятность составляет 10 -9. В соответствии с FAR-23.3 вес самолета не должен превышать 19000 фунтов, количество пассажиров — 19 человек.

Как видим, при увеличении веса самолета, переходе с поршневых двигателей к газотурбинным и увеличении количества двигателей требования к безопасности систем повышаются на 3 порядка! Оговорка о безопасности именно систем здесь не случайна: катастрофы летательных аппаратов, причиной которых была только недостаточная прочность конструкции, как правило, редки. Исходя из этого, дальше будем говорить, в основном, о конструкции силовых установок и функциональных систем (силовая установка, электросистема, гидросистема, индикация углового положения и т. п.).

Ми-8 НТВ-5

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 10 5 ) 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.