Рекомендации по пилотированию вертолета и борьбе с раскачкой груза при выполнении экстренных авиационных работ с применением внешней подвески

2013

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА

№ 188

УДК 629.735.015

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПИЛОТИРОВАНИЮ ВЕРТОЛЕТА И БОРЬБЕ

С РАСКАЧКОЙ ГРУЗА ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЭКСТРЕННЫХ АВИАЦИОННЫХ РАБОТ С ПРИМЕНЕНИЕМ ВНЕШНЕЙ ПОДВЕСКИ

А.А. ЛЕБЕДЕВ

Статья представлена доктором технических наук, профессором Ципенко В.Г.

Анализируются возможные способы борьбы с раскачкой груза при выполнении экстренных авиационных работ с применением внешней подвески как с учетом специальных технических средств для стабилизации груза, так и на основе личного опыта пилота вертолета 1 -го класса.

Ключевые слова: вертолет, груз на внешней подвеске, устранение колебаний груза.

Изучение современного состояния вопроса устранения раскачки груза на внешней подвеске (ВП) вертолета позволяет сделать вывод, что при нарастающей интенсивности полетов вертолетов на перевозку грузов с применением ВП в научной литературе практически отсутствуют рекомендации пилотам по эффективному устранению раскачки груза на ВП или безопасному продолжению полета с имеющей место раскачкой. Фактически навыки пилотирования вертолета с грузом на ВП и методика устранения раскачки груза передаются в производственных полетах от пилота к пилоту, не находя отражения в научной литературе, что не позволяет создать достаточную теоретическую основу для проведения предварительной подготовки пилотов к выполнению одного из самых сложных видов авиационных работ и негативно сказывается на состоянии безопасности полетов (БП) вертолетов при транспортировке грузов на ВП, так как каждый отдельно взятый пилот, сталкиваясь с проблемой возникновения раскачки груза в полете, вынужден порой самостоятельно искать выход из складывающейся в полете усложненной обстановки и нарабатывать в процессе своей летной деятельности наиболее оптимальные способы борьбы с раскачкой.

Необходимо отметить, что в настоящее время в научной литературе достаточно много внимания уделено проблеме исследования поведения груза на ВП вертолета [1; 2] и способам его аэродинамической стабилизации в полете [3; 4]. Значительный вклад в изучение этой проблемы в последние годы внесли Володко А.М., Свириденко А.Н., Опара Ю.С., Козловский В.Б., Паршенцев С.А. Разработаны аэродинамические устройства вихреобразования для снижения лобового сопротивления плохообтекаемых тел [5], система стабилизации и азимутальной ориентации груза на ВП вертолета [6]. Для повышения динамической устойчивости грузов на ВП разработаны и применяются различные системы пассивной аэродинамической стабилизации: щитковые, кольцевые, вертикальные, крестообразные, парашютные, перфорированный конус [7].

В большинстве известных научных работ, посвященных проблеме транспортировки грузов на ВП вертолета, наблюдается перенос центра тяжести исследований в область разработки специальных технических средств для решения задач стабилизации груза на ВП [3; 4]. Однако при проведении экстренных авиационных работ в условиях чрезвычайной ситуации, ввиду срочности и непредсказуемости условий их проведения, применение этих специальных средств, к сожалению, невозможно. В этих условиях экипажам приходится выполнять транспортировку на ВП вертолета грузов, поведение которых порой непредсказуемо, раскачка их в полете неизбежна, а расстояние и запас топлива при заданных весовых характеристиках груза не позволяют выполнять транспортировку на малых скоростях полета. В связи с этим существенное значение имеет разработка четких рекомендаций, направленных на выработку устойчивых навыков у пилотов по безопасному выполнению полета в случае неизбежного наличия раскачки, когда полностью устранить ее невозможно.

Таким образом, в настоящее время имеет место научно-техническая проблема, связанная с изучением особенностей летной эксплуатации вертолетов при проведении экстренных авиационных работ с применением ВП, которые характеризуются чрезвычайной срочностью, непредвиденностью, экстремальными организационно-технологическими условиями проведения. Указанная проблема может быть решена путем математического моделирования движения системы "вертолет - груз на ВП", систематизирования, научного обоснования существующих и разработки новых методов борьбы с раскачкой груза на ВП вертолета.

На основе же опыта пилотирования можно рекомендовать следующие процедуры.

Наиболее общий и рациональный способ "успокоения" поперечной раскачки груза в полете заключается в синхронизации, по возможности, движений вертолета и груза [8]. Если, например, груз в процессе раскачки "пошел" вправо с достаточно большой амплитудой и периодом колебаний, целесообразно ввести вертолет в правый крен и скольжение и попытаться "догнать" таким образом груз. При последующем движении груза влево подобный "догон" можно будет выполнить быстрее и проще, а еще одно скольжение вправо может и не понадобиться.

Аналогичный способ можно предложить и для устранения раскачки груза в продольном направлении, с той лишь разницей, что продольные колебания более опасны с точки зрения БП, так как в процессе их "успокоения" требуются разнонаправленные движения ручкой управления в продольном направлении для обеспечения вертикали системы "вертолет - груз" с помощью тангажа, что небезопасно ввиду возможности опасного сближения лопастей несущего винта с хвостовой балкой. Кроме того, такой способ представляет определенную сложность для пилота, требует большого опыта и отличных навыков в технике пилотирования. Поэтому более безопасным и достаточно эффективным, хотя и более продолжительным, является способ гашения продольных колебаний груза путем перевода их в продольно-поперечные, а затем в поперечные колебания, которые затем минимизируются путем синхронизации движений вертолета и груза, как уже было указано выше. Для этого необходимо ввести вертолет в разворот, тем самым, изменив характер обтекания груза с продольного на встречно-боковое, за счет чего через некоторое время раскачка груза также меняет свое направление и переходит из продольной в поперечную, после чего необходимо вывести вертолет в прямолинейный полет и устранить поперечные колебания груза с помощью крена.

Нередко при проведении экстренных авиационных работ возникает необходимость в транспортировке на ВП длинномерных грузов на значительные расстояния при отсутствии возможности заправки вертолета по маршруту полета, что требует выдерживания достаточно большой скорости полета. Вследствие большого удлинения такие грузы ведут себя крайне неустойчиво и при увеличении скорости входят в продольную и поперечную раскачку со значительной амплитудой, которая при дальнейшем увеличении скорости может создавать угрозу БП. В таком случае для достижения приемлемых скоростей полета можно рекомендовать следующую методику. Необходимо перевести продольно-поперечную раскачку груза во вращательное движение относительно оси, совпадающей с тросом ВП. Это возможно при наблюдении груза пилотом с помощью бортовой телевизионной установки на вертолете Ми-26, либо с помощью зеркал, устанавливаемых в нижней части остекления кабины пилотов и направленных вниз в сторону груза на вертолете Ми-8, либо при хорошей натренированности и отличном взаимодействии в экипаже - по командам бортового механика. Суть данной методики в следующем: как правило, груз раскачивается на подвеске неравномерно, "подставляя" под набегающий поток то одну, то другую, имеющую наибольшую длину сторону, но не "закручивается" из-за большого удлинения, т.е. не совершает полного круга вращения вокруг оси троса ВП. Задача пилота состоит в том, чтобы в момент "вымаха" груза в одну из сторон в поперечном направлении, заметив тенденцию движения передней части груза в сторону маха, за счет эффективного создания крена с одновременным увеличением скорости направить набегающий поток на заднюю часть груза и увеличить начавшуюся тенденцию вращения для совершения грузом полного оборота вокруг оси троса ВП. В этом случае продольно-поперечное колебание, при дальней-

Рекомендации по пилотированию вертолета и борьбе с раскачкой груза

145

шем плавном увеличении скорости полета, переходит в круговую раскачку с уменьшающейся амплитудой и затем во вращательное движение с увеличивающейся угловой скоростью, которое значительно стабилизирует груз, упрощает технику пилотирования и позволяет осуществлять транспортировку на приемлемой скорости.

Кроме указанных способов борьбы с раскачкой груза на ВП существует и ряд других, один из которых, пожалуй, самый простой и не требующий от пилота особых навыков - это "успокоение" груза путем координированного перевода вертолета в набор высоты или снижение.

Необходимо отметить некоторые характерные ошибки пилотов при транспортировке грузов на ВП вертолета, усложняющие технику пилотирования, вызывающие опасную раскачку груза и, в конечном итоге, создающие угрозу БП.

Вираж (разворот) с большим углом крена и внешним скольжением при транспортировке на ВП легкого груза, обладающего значительной парусностью. В этом случае возможны нарастающая раскачка груза, а также его попадание в плоскость вращения рулевого винта.

Превышение максимально допустимой для данного типа груза скорости полета. Важно иметь в виду, что при транспортировке на ВП габаритного груза, имеющего значительное лобовое сопротивление, на достаточно большой скорости, превышающей 130-150 км/ч, вертолет теряет присущую ему в "свободном" полете статическую устойчивость по скорости - при увеличении скорости под действием пикирующего момента, создаваемого грузом, стремится затянуться в пикирование, что небезопасно. Кроме того, использование взлетного режима работы двигателей для достижения большой скорости полета сопровождается, как правило, уменьшением стабилизированной частоты вращения несущего винта и соответственно эффективности продольно-поперечного управления вертолетом, что особенно неблагоприятно сказывается при необходимости успокоения раскачки груза.

Длительное игнорирование нарастающей раскачки груза, в результате чего может возникнуть недопустимая раскачка самого вертолета и необходимость аварийного сброса груза. Однако при сбросе груза разбалансировка уже "разболтанного" вертолета окажется весьма значительной и вызовет затруднения при выводе вертолета из усложненного положения.

Устранение раскачки груза в процессе энергичного гашения скорости при заходе на посадку. Поскольку сама раскачка груза обусловлена именно интенсивным уменьшением скорости полета, ее устранение в процессе гашения скорости неэффективно или даже может привести к противоположному результату - увеличению амплитуды колебаний груза. Поэтому если в процессе торможения вертолета возникает нарастающая раскачка груза, устранять ее следует при постоянной скорости полета, уменьшая вертикальную скорость снижения, а при значительной раскачке - переводя вертолет в режим набора высоты, после чего, возможно, придется более осторожно и плавно повторить предпосадочный маневр.

Неэффективное устранение раскачки груза из-за несоразмерных, несинхронных и некоординированных управляющих действий пилота, в результате чего колебания груза "разбалтывают" вертолет, который, в свою очередь, начинает "водить" груз. Для успокоения раскачки груза вертолет нужно пилотировать так, чтобы ось вала несущего винта приблизительно совпадала с центральным тросом ВП в каждый текущий момент времени, то есть чтобы угловые колебания груза и корпуса вертолета примерно совпадали и по амплитуде, и по фазе.

Это лишь некоторые рекомендации по борьбе с раскачкой груза на ВП вертолета и безопасному выполнению полета в случае неизбежного наличия колебаний груза при выполнении экстренных авиационных работ в условиях чрезвычайной ситуации, когда из-за складывающейся обстановки не представляется возможным должным образом подготовить груз к транспортировке с применением специальных технических средств.

Необходимо дальнейшее рассмотрение проблемы устранения колебаний груза и создание методического пособия на основе теоретического подтверждения рекомендаций с помощью математического моделирования движения системы "вертолет - груз на ВП" и учета практического опыта пилотов, выполняющих авиационные работы с применением ВП, поскольку техника

пилотирования при выполнении данных авиационных работ требует специальной подготовки, высокого летного мастерства и выдержки пилота.

ЛИТЕРАТУРА

1. Свириденко А.Н., Володко А.М. Статическая устойчивость и управляемость вертолета с грузом на внешней подвеске // Материалы 33-го Европейского вертолетного форума. - Казань, 2007.

2. Володко А.М., Свириденко А.Н. Влияние транспортируемого груза на эффективность управления вертолетом // Научный Вестник МГТУ ГА, серия Аэромеханика и прочность. - 2008. - № 125. - С. 191 - 196.

3. Козловский В.Б., Паршенцев С.А., Ефимов В.В. Вертолет с грузом на внешней подвеске. - М.: Машиностроение, 2008.

4. Паршенцев С.А., Козловский В.Б. Исследование поведения груза на внешней подвеске вертолета и способы его стабилизации в полете // Научный Вестник МГТУ ГА, серия Аэромеханика и прочность. - 2004. - № 72.

- С. 97 - 101.

5. Опара Ю.С., Рябинин В.Ф., Бурангулов Н.И. Аэродинамическое устройство транспортного средства с плохообтекаемой формой (варианты). Патент РФ №2046049 от 20.10.1995. Бюлл. № 29.

6. Паршенцев С.А., Козловский В.Б., Солуянов Ю.М. Система стабилизации и азимутальной ориентации груза на внешней подвеске вертолета Ми-26 // Научный Вестник МГТУ ГА, серия Аэромеханика и прочность. - 2004.

- № 72. - С. 102 - 107.

7. Калугин В.Т., Киндяков Е.Б., Чернуха П.А. Особенности обтекания перфорированных устройств системы стабилизации грузов на внешней подвеске летательных аппаратов // Научный Вестник МГТУ ГА, серия Аэромеханика и прочность. - 2010. - № 151. - С. 23 - 27.

8. Володко А.М. Безопасность полетов вертолетов гражданской авиации: справочно-методическое пособие.

- М.: Афес, 1997.

RECOMMENDATION ON HELICOPTER PILOTING AND EFFORTS AGAINST SWINGING OF LOAD WHILE CARRYING OUT URGENT AERIAL WORKS USING OUTER SUSPENSION

Lebedev A.A.

Practical ways of elimination of swinging of load on outer suspension of an Helicopter have been considered. Key words: helicopter, load on outer suspensions, elimination of swinging of load.

Сведение об авторе

Лебедев Антон Александрович, 1977 г.р., окончил ОЛА ГА (1999), аспирант кафедры аэродинамики и динамики полета СПбГУ ГА, командир авиабазы Дальневосточного регионального центра по делам МЧС, летчик 1 класса, область научных интересов - аэродинамика грузов на внешней подвеске вертолетов.