СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ВЕРТОЛЕТА
HELICOPTER OPERATION

Изобретение относится к авиационной технике, а именно к определению и визуализации основных параметров, относящихся к техническому состоянию систем вертолета при эксплуатации, поддержанию тяговых характеристик конкретного вертолета и обеспечению пилотов информацией для повышения безопасности выполнения полетов.
Известна система контролирования технического состояния самолета (EP заявка №0407179, B64D 43/00, публ. 1991), содержащая компьютерную систему обработки данных, относящихся к профилю полета и индикаторам технического состояния самолета. Соответствующие данные направляют в компьютерную систему, которая имеет заданные пределы по отношению к индикаторам и записывает продолжительность и величину превышения любого предела при использовании самолета. Индикаторы отражают техническое состояние двигателя, трансмиссии, корпуса и систем самолета.
К недостаткам аналога следует отнести отсутствие коррекции данных по режимам работы двигателей при эрозионном износе, засолении и загрязнении лопаток газовоздушного тракта (ГВТ) компрессора двигателя в процессе его эксплуатации на вертолете.
Существуют способы и системы аналогичного назначения, предназначенные для вертолетов и работающие по заданным алгоритмам. Например, принятый за ближайший аналог, способ определения режимов работы двигателя с использованием указателя режимов (ИР-117Ч) для двигателя ТВ3-117ВМ, которым определяется режим работы двигателя в зависимости от давления воздуха за компрессором двигателя при заданных значениях температуры наружного воздуха и высоты полета (см. Руководство по летной эксплуатации вертолета Ми-171А1, 2005 г., стр.7-5-26; стр.7-2-3/4, рис.7.2.1).
К недостаткам работы с использованием данного прибора следует отнести отсутствие коррекции данных по режимам работы двигателей при эрозионном износе, засолении и загрязнении лопаток газовоздушного тракта компрессора двигателя, что при высокой удельной мощности вертолетных двигателей существенно влияет на суммарную мощность двигателей.
В номограмме (графике зависимости) для Руководства по летной эксплуатации вертолета Ми-171А1 по определению тяговых характеристик вертолета в координатах температуры наружного воздуха по массе вертолета и по эксплуатационным высотам полета (см. Руководство по летной эксплуатации вертолета Ми-171А1, стр.1-29/30) так же не учитывается процесс ухудшения характеристик двигателя по вышеизложенным причинам и тяговых характеристик вертолета из-за эрозии, повреждения дождем оковок носовой части лопасти в процессе их эксплуатации.
Принятая система информации, не учитывающая изменения характеристик двигателей и тяги несущего винта конкретного вертолета, по мере выработки им ресурса с использованием только тяговых характеристик по номограмме, составленной в основном для наихудшего двигателя, существенно, до 10% снижает эффективность применения вертолетов в народном хозяйстве и в военной сфере относительно предлагаемого способа.
Задачей, решаемой заявляемым изобретением, является повышение эффективности применения вертолета за счет учета статистических данных по тяговым характеристикам силовой установки конкретного вертолета в процессе эксплуатации, по которым возможен также контроль выработки ресурса основных агрегатов для своевременной их замены и ремонта по техническому состоянию.
Поставленная задача решена благодаря тому, что при эксплуатации вертолета - в соответствии с изобретением - предварительно перед началом эксплуатации вертолета осуществляют сбор исходных данных по характеристикам двигателей в соответствии с формулярами и сбор исходных данных по величине тяги несущего винта при контрольных висениях вертолета, затем в течение всего времени эксплуатации вертолета осуществляют сбор и фиксацию фактических данных по величине тяги несущего винта на режимах висения вертолета, сравнивают с помощью бортового вычислителя полученные статистические данные по тяге несущего винта с исходными величинами, и, в случае снижения величины тяги несущего винта от исходной на заданную величину, формируют с помощью бортового вычислителя сигнал на монитор о необходимости регулировки параметров двигателей до значений, обеспечивающих отклонение тяги несущего винта в пределах не более 0,5% от исходной величины, осуществляемой в автоматическом режиме или обслуживающим персоналом на земле.
Заданную величину снижения тяги несущего винта от исходной для формирования сигнала о необходимости регулировки двигателей выбирают в пределах 2-4%. Данный норматив допуска 2-4% обоснован тем, что меньшее значение приведет к частой регулировке двигателей, а большее значение ведет к суммарной потере производительности вертолета. В результате данные по тяге несущего винта, скорректированные в пределах отклонения не более 0,5% от исходной величины (путем регулировки характеристик двигателей), вводятся в память бортового вычислителя для дальнейшей эксплуатации вертолета. Периодическая корректировка тяги и мощности двигателей позволяет контролировать и вводить в расчет исходные тяговые характеристики вертолета и двигателей, на момент взлета и посадки. По изменению фактических характеристик вертолета и двигателей от исходных данных, производится контроль отклонения производительности вертолета в допустимом пределе и определяется рентабельность его эксплуатации. При ограничении регулировки двигателей и достижении предельной температуры газов двигателей возможно применение форсирования двигателей впрыском воды, понижающим температуру газов на 50°C.
Эксплуатация вертолета по данной методике будет обеспечивать возможность полного использования мощности двигателей, что позволит поднять полетную производительность вертолета в среднем до 10% от существующего порядка эксплуатации вертолетов.
Кроме того, при реализации предлагаемого способа (в соответствии с п.2 формулы изобретения) для быстрого восприятия информации в полете выводят на монитор экипажу с помощью бортового вычислителя только доли используемого от предельных значений: мощности двигателей силовой установки, тяги несущего винта и шага хвостового винта для данных условий полета, со световой сигнализацией о достижении предельных значений. То есть указывается, в частности, доля в процентном отношении от абсолютной величины располагаемой предельной мощности силовой установки, соответствующей данным условиям полета. Это обеспечит быстроту и точность принятия летчиком в полете решений по управлению вертолетом.
Для повышения точности выбора экипажем параметров полета (в соответствии с п.3 формулы изобретения) выводят на монитор результаты штурманского расчета в графическом представлении в виде зависимости дальности полета вертолета при данной массе от скорости полета, частоты вращения несущего винта и высоты полета, а также информацию о посадочной массе вертолета на конечном пункте назначения для безопасной посадки, включая отказ двигателя.
Это позволит заранее оценить безопасность полета при изменяемых внешних условиях по маршруту и возможность безопасной посадки при отказе двигателя.
Способ поясняется схемой, на которой изображены:
1 - монитор;
2 - бортовой вычислитель с контрольным блоком памяти;
3 - пульт настройки вычислителя;
4 - весовые устройства (для замера массы и центра тяжести вертолета и замера груза на внешней подвеске);
5 - набор источников информации (датчиков), способных генерировать вычислителем и выводить на монитор текущие значения параметров полета, работы силовой установки, запасы располагаемой мощности и путевого управления.
Для реализации заявляемого способа эксплуатации вертолета по техническому состоянию элементы (функциональные блоки), приведенного на схеме комплекта оборудования, осуществляют следующие функции.
На экран монитора 1 выводятся:
- доли использованной располагаемой мощности двигателей в конкретных условиях;
- доли использования располагаемого поперечного управления в конкретных условиях;
- процент наработки на взлетном и номинальном режимах;
- тяговые характеристики вертолета в координатах температуры наружного воздуха по массе вертолета и эксплуатационным высотам полета (границы полей по ограничению предельных параметров изменяются в процессе эксплуатации);
- допустимые взлетная и полезная массы и центровка вертолета;
- заданные условия взлета и посадки, допустимые взлетные массы вертолета;
- данные штурманского расчета достаточности топлива, безопасности по массе вертолета при взлете и посадке в точке назначения, включая отказ двигателя.
Бортовой вычислитель 2 имеет контрольный блок памяти, который осуществляет сбор и обработку данных и фиксацию в течение всего времени эксплуатации вертолета фактических данных по силовой установке вертолета и по тяге несущего винта на режимах висения вертолета, с регистрацией высоты и внешних условий, а также осуществляет сравнение статистических данных по тяге несущего винта с исходными, регистрацию снижения тяги от исходной на заданную величину (выбранную в диапазоне 2-4% от исходной) и формирование и вывод на монитор сигнала о необходимости регулировки параметров двигателей. При этом контрольный блок памяти сохраняет все варианты при замене расчетов для вывода на монитор при каждой замене двигателей и несущего винта (по контрольным висениям).
Пульт настройки вычислителя 3 предназначен для настройки параметров, используемых в программах бортового вычислителя 2 при замене двигателя (двигателей), несущего винта, а также с учетом упомянутой перенастройки двигателей и с учетом зафиксированных особенностей условий взлета, посадки и проведения штурманского расчета.
Весовые устройства 4 по определению полезной и взлетной масс вертолета и центра тяжести для взлета и посадки выдают информацию на бортовой вычислитель 2 (и через него на монитор 1) для контроля экипажем безопасности взлета и посадки, включая отказ двигателя.
Блок 5, обозначенный как «Набор источников информации…», включает датчики, данные измерений от которых вводятся в бортовой вычислитель 2 и которые определяют: общее время полета, высоту и температуру наружного воздуха, скорость полета вертолета, ход штока изменения угла установки лопастей хвостового винта, тензодатчики для измерения массы вертолета и его центровки при взлете, веса груза на внешней подвеске, давление воздуха за компрессором и температуры газов, частоты вращения турбокомпрессоров двигателей и несущего винта, высоту висения, температуру наружного воздуха, скорость ветра, текущую массу вертолета с остатком топлива в полете (штурманский расчет).
В соответствии с изобретением предлагаемый способ эксплуатации вертолета по техническому состоянию выполняется следующим образом. До начала эксплуатации вертолета должны быть введены в бортовой вычислитель 2 компьютерной системы вертолета и зафиксированы в блоке памяти исходные данные по характеристикам двигателей (по формулярным данным двигателей) и исходные (текущие) данные по величине тяги несущего винта на висении вертолета (по контрольным висениям).
Затем в полете в контрольный блок памяти бортового вычислителя 2 поступает упомянутая выше информация от датчиков из блоков 3, 4 и 5. Таким образом, в течение всего времени эксплуатации вертолета осуществляется статистический сбор и фиксация фактических данных по величине тяги несущего винта на режимах висения вертолета.
При этом при обработке бортовым вычислителем 2 информации, поступающей от блоков 3, 4 и 5, учитываются следующие факторы:
- показания весового устройства, установленного на шасси вертолета, и весового устройства внешней подвески;
- влияние земли при висении вертолета над землей или над платформой (решетка вместо земной поверхности);
- потери мощности двигателей из-за отбора воздуха от двигателей;
- потери мощности двигателей из-за включения противообледенительной системы вертолета (по положениям тумблеров управления системами);
- перенастройка двигателей (автоматическая или ручная на земле);
- обеспечение стабилизации замеряемых параметров двигателей за счет снижения попадания выхлопных газов на вход двигателей в режимах висения вертолета в зоне воздушной подушки (например, использование на вертолете насадка к выхлопному патрубку двигателя по патенту 2230005 для стабилизации параметров двигателя).
Бортовой вычислитель 2 с накопителем для определения тяговых характеристик вертолета, опираясь на исходные характеристики мощности двигателей и тяги несущего винта, выводит на монитор 1 номограммы. При снижении тяги несущего винта от исходной на заданную величину (выбранную в диапазоне 2-4% от исходной), например, при снижении на 3%, (по статистическим данным висений вертолета при каждом полете), вычислитель 2 выдает на монитор 1 сигнал о необходимости регулировки двигателей. Регулировку параметров двигателей осуществляют обслуживающим персоналом на земле или автоматически до получения отклонения тяги несущего винта в пределах 0,5% от исходной характеристики. Данные автоматически вводятся в накопительную часть бортового вычислителя 2. Все тяговые характеристики несущего винта вертолета выводятся на монитор 1.
Перепрограммирование (регулировка) двигателей выполняется обслуживающим персоналом или в автоматическом режиме (при поступлении командного сигнала от блока 3) с извещением о перенастройке на монитор 1 и на контрольный блок памяти бортового вычислителя 2.
Одновременно (по п.2 формулы) выводят на монитор 1 экипажу с помощью бортового вычислителя 2 доли используемых от предельных значений мощности, тяги и шага хвостового винта в конкретных условиях полета, со световой сигнализацией о достижении предельных значений. Это способствует быстрому восприятию экипажем представленной информации и точности принятия решений в полете. При этом (по п.3 формулы) в бортовом вычислителе 2, в его контрольном блоке памяти определяются зависимости дальности полета вертолета при изменении скорости, высоты и частоты вращения несущего винта и изменении внешних условий полета, которые вычислитель выдает в графическом виде на монитор 1, для точной оценки экипажем параметров полета (включая массу вертолета) и безопасности посадки в конечном пункте.
При эксплуатации вертолета в соответствии с предлагаемым способом появляется возможность получения статистических данных по циклическим нагрузкам силовой установки и планера вертолета в процессе эксплуатации. Это позволит осуществлять контроль выработки ресурса силовой установки и планера, разработку графика их замены и ремонта материальной части по техническому состоянию. Если полетная производительность вертолета снижается, и регулировка параметров двигателей не представляется уже возможным из-за износа двигателей, можно продолжить безопасную эксплуатацию при меньшей полезной нагрузке с использованием имеющегося оборудования и в соответствии с заявляемым способом.