ТРЕНАЖЕР ПОКИДАНИЯ ТОНУЩЕГО ВЕРТОЛЕТА
SIMULATOR OF LEAVING A SINKING HELICOPTER

Изобретение относится к учебно-тренировочным средствам (УТС) по подготовке экипажей и кабинного состава вертолета к действиям, необходимым для выживания в особых (аварийных и катастрофических) ситуациях, которые в силу различных причин могут возникнуть при полетах над водной поверхностью различных акваторий, в том числе, над штормовым морем. В ресурсах Internet данные УТС, которые предназначены для подготовки к действиям по покиданию вертолета (в надводном и подводном положении) при аварийной посадке воздушного судна на поверхность воды, принято называть Helicopter Underwater Egress/Escape Training (HUET).
Известен комплексный тренажер экипажа транспортно-боевого вертолета (патент РФ на полезную модель №109601 от 22.06.2011 КОМПЛЕКСНЫЙ ТРЕНАЖЕР ЭКИПАЖА ТРАНСПОРТНО-БОЕВОГО ВЕРТОЛЕТА, МПК 2006.01: G09B 9/46, Патентообладатель: Закрытое акционерное общество Центр научно-технических услуг «Динамика» (RU), содержащий носовую часть фюзеляжа реально имитируемого вертолета с кабиной командира вертолета и соединенной с кабиной командира вертолета средствами радиосвязи кабиной летчика-оператора, в которых размещены все их реальные компоненты - регулируемые сиденья с привязными ремнями, рычаги управления вертолетом и двигателями, приборные доски, панели и пульты с соответствующими реальным приборами, переключателями, табло, а также рабочее место инструктора, размещенное вне кабины командира вертолета и кабины летчика-оператора и соединенное с ними средствами радиосвязи; вычислительный комплекс, соответствующие входы-выходы которого соединены с входами-выходами кабины командира вертолета, кабины летчика-оператора и рабочего места инструктора.
Основным недостатком данного тренажера (несмотря на использование в его наименовании термина «комплексный») является отсутствие возможности отработки аварийных ситуаций, в том числе, с помощью виртуальных «падений» вертолета в воду.
Также известен тренажер для беспарашютного десантирования (патент РФ на полезную модель №139494 от 14.02.2013 ТРЕНАЖЕР ДЛЯ БЕСПАРАШЮТНОГО ДЕСАНТИРОВАНИЯ, МПК 2006.01: B64D 23/00, G09B 9/00, Патентообладатель: Тарасов Сергей Александрович (RU), включающий опорную конструкцию с установленным на ней подъемным средством, отличающийся тем, что опорная конструкция выполнена в виде П-образной фермы, на пролетной балке которой установлено с возможностью перемещения подъемное средство, например, канатного типа, оснащенное многоскоростным управляемым приводом движения и снабженное несколькими, по крайней мере, хотя бы четырьмя подвешенными на канатах и разнесенными по разным плоскостям на соответствующем расстоянии друг от друга крюковыми подвесками, синхронно перемещающимися при спуске и подъеме посредством подающих барабанов с приводами, снабженными управляемыми многоскоростными двигателями, и несущими макет вертолета, выполненный в виде размещенного в опорно-подъемном элементе его корпуса.
В случае установки опорной конструкции в помещение с бассейном данный тренажер может быть использован, помимо отработки десантирования в воду, также для отработки действий по покиданию вертолета, затонувшего в бассейне. Использование в тренажере четырех точек подвеса (за счет механизма, состоящего из четырех скрепленных в одно целое канатных электроталей) корпуса вертолета Ми-8 предотвращает самопроизвольный разворот вертолета на канатах (то есть рыскание вертолета по курсу).
В то же время использование четырехточеного подвеса при отработке действий по покиданию затонувшего вертолета является существенным недостатком, так как в данном тренажере ограничен диапазон поворота корпуса вертолета вокруг продольной оси (то есть ограничены наклоны по крену) ориентировочно всего лишь до угла ±45°, при том, что при реальном падении в воду (из-за расположения двигателей и редуктора вертолета в верхней части его корпуса), происходит затопление с поворотом корпуса вертолета, как правило, на угол ±180°.
Известно устройство для моделирования опрокидывания и затопления вертолета после удара о воду (патент Великобритании №2216859 от 18.10.1989 SIMULATOR FOR HELICOPTER DITCHING TRAINING, Int. Cl.: G09B 9/00, Applicant: The Secretary of State for Defence [GB]), состоящее из прямоугольной рамы, на которой закреплены панель фрагмента правого борта с выходным люком и настил с рядом сидений моделируемого вертолета, причем, нижняя правая часть прямоугольной рамы опирается с помощью двух подшипниковых узлов, обеспечивающих ее вращение вокруг продольной оси, на две балки, которые установлены на бортиках поперек бассейна над поверхностью воды. В исходном положении (при вертикально расположенном ряде сидений над поверхностью воды в бассейне) устройство фиксируется с помощью троса подъемного устройства (тали), вдетого в грузовую серьгу (рым-болт) в верхней части прямоугольной рамы, а также двух упорных штанг. После того как обучаемые займут свои места на сиденьях и пристегнутся ремнями, упорные штанги убираются, а подъемным устройством осуществляется стравливание троса, в результате чего под действием сил тяжести конструкции устройства с обучаемыми, смещенных относительно оси вращения, устройство опрокидывается (поворачивается против часовой стрелки вокруг продольной оси на угол до 180°) и погружается в воду. После покидания обучаемыми затонувшего «вертолета» с помощью тали осуществляется подъем с поворотом по часовой стрелке устройства в исходное положение над поверхностью воды в бассейне.
Основным недостатками данного устройства является то, что для моделируемого вертолета используется достаточно примитивный макет кабины (а именно, только панель фрагмента правого борта с выходным люком и настил с рядом сидений - вместо замкнутого объема грузовой кабины), что по сравнению с реальной аварийной обстановкой - значительно изменяет (в сторону упрощения) условия тренировок.
Также известен тренажер спасательной шлюпки (Международная патентная публикация №WO2009112864 от 17.09.2009 LIFEBOAT SIMULATOR, Int. Cl.: G01C 13/00, G09B 9/06, Applicants: Pisys Limited [GB], Henderson, Peter Iain; [GB], Allen, Raymond [GB]), в котором внутри двух пар колец закреплен макет спасательной шлюпки, поворачивающейся в воздухе вокруг продольной оси на угол по крену до ±180° с помощью двух электродвигателей, а наклон по дифференту обеспечивается четырьмя электродвигателями.
Основным недостатком данного технического решения (в случае использования его в водной среде) является применение в качестве привода кольцевых механизмов для поворота макета спасательной шлюпки вокруг продольной оси - электродвигателей, что потребует, во-первых, использования электродвигателей в защищенном (герметичном) исполнении, а во-вторых, реализации специальных мер для обеспечения электробезопасности обучаемых.
Известен метод моделирования и тренажер покидания тонущего вертолета (патент Хорватии №Р20070228 от 31.07.2009 SIMULATION METHOD AND SIMULATOR FOR HELICOPTER UNDERWATER ESCAPE TRAINING, Int. CI.: G09B 9/46 и B63B 35/50, Applicant: Adriamare Consulto D.o.o. [HR]), включающий макет кабины вертолета решетчатой конструкции, выполненной из алюминиевых прямоугольных профилей, которые соединены друг с другом с помощью сварки, с шестью посадочными местами для обучаемых и с кольцевым механизмом посредине, в верхней части которого расположен узел подвеса, со свободно вращающимися роликами, и управляемым пневматическим тормозом, обеспечивающим регулировку угла поворота по крену макета кабины вертолета в кольце, причем на нижней поверхности решетчатой конструкции установлены четыре цилиндрических резервуара с воздухом, с помощью которых во время погружения макета кабины вертолета в бассейн осуществляется его поворот в кольцевом механизме за счет выталкивающих сил (сил Архимеда, которые действуют на цилиндрические резервуары с воздухом, погруженные в жидкость) на угол до ±180°.
К основному недостатку данного технического решения следует отнести отсутствие в тренажере возможности, после покидания обучаемыми затонувшего «вертолета», возврата макета кабины вертолета из опрокинутого положения (то есть с углом по крену до ±180°) в исходное положение (для посадки следующей группы обучаемых в макет кабины вертолета), когда крен макета кабины вертолета близок нулю.
Наиболее близким по исполнению аналогом (по совокупности существенных признаков и связей между ними), принятым в качестве прототипа предлагаемого изобретения, является система гравитационного типа для покидания вертолета из-под воды (патент Филиппин №12013000071 от 28.02.2013 A SYSTEM FOR GRAVITY-TYPE HELICOPTER UNDERWATER ESCAPE TRAINING, Int. Cl.: B63B 35/50, B63G 8/40, G09B 9/00, G09B 9/46, Applicant: Consolidated Training Systems, Inc. [PH]), включающая (см. Figures 1-6 патента №12013000071) кран-балку 20, по которой перемещается на тележке электроталь 13 с грузовым крюком 16; макет кабины вертолета 11 с установленным в его центре кольцом 12, имеющим оппозитно расположенные ребра жесткости цилиндрической формы 12а, в верхней части кольца расположен модуль подвеса 14 с узлом крепления 14а, с комплектом роликов 146, свободно катящимися по внутренней цилиндрической поверхности ребер жесткости 12а, и с пневматическим тормозом 18, причем под нижней частью макета кабины вертолета 11 размещен ряд цистерн 11а; бассейн pool и панель управления 21; грузовой крюк 16 электротали 13 зафиксирован в узле крепления 14а модуля подвеса 14, а панель управления 21 с помощью электрокабеля 23а и пневмошланга 236 подключена соответственно к электротали 13 и пневматическому тормозу 18.
Для ограничения рысканья по курсу на носовой и хвостовой сторонах макета кабины вертолета 11 закреплены два фалиня (на Фиг. 1 эти фалини показаны штриховой линией, но не обозначены).
К недостаткам данного технического решения можно отнести отсутствие:
- возможности создания условий тренировок, максимально приближенных к реальным (морское волнение и сопутствующий ветер) и позволяющих реализовать методики обучения, которые значительно повышают эффективность приобретения необходимых практических навыков выживания в особых (аварийных и катастрофических) ситуациях на воде;
- возможности повышения безопасности обучаемых путем наблюдения за их действиями под водой;
- в тренажере каких-либо явных признаков (компонентов и связей между ними), обеспечивающих (после покидания обучаемыми затонувшего «вертолета») возврат макета кабины вертолета в исходное положение (угол по крену близок к нулю) из опрокинутого положения (угол по крену до ±180°).
Целью изобретения является расширение функциональных возможностей тренажера покидания тонущего вертолета.
Поставленная цель достигается тем, что в тренажер покидания тонущего вертолета, содержащий кран-балку, по которой перемещается на тележке электроталь с грузовым крюком; макет кабины вертолета с установленным в его центре кольцом, имеющим оппозитно расположенные ребра жесткости цилиндрической формы, в верхней части кольца расположен модуль подвеса с узлом крепления с комплектом роликов, свободно катящихся по внутренней цилиндрической поверхности ребер жесткости, и с пневматическим тормозом, причем под нижней частью макета кабины вертолета размещен ряд цистерн, а на хвостовой стороне макета кабины вертолета закреплен фалинь; бассейн и панель управления; грузовой крюк электротали зафиксирован в узле крепления модуля подвеса; панель управления с помощью электрокабеля и пневмошланга подключена соответственно к электротали и пневматическому тормозу введены волногенератор и видеокамеры, а на бортике бассейна размещены ветрогенераторы; панель управления с помощью соответствующих электрокабелей подключена к ветрогенераторам, волногенератору и видеокамерам; в цистернах выполнено несколько калиброванных отверстий, обеспечивающих как заполнение водой внутреннего объема цистерн при погружении макета кабины вертолета в бассейн, так и слив воды из цистерн в бассейн при нахождении макета кабины вертолета в воздухе, а на одной из боковых сторон макета кабины вертолета установлен груз, создающий начальный момент для наклона по крену макета кабины вертолета относительно его продольной оси.
Сущность изобретения состоит в том, что в предлагаемом тренажере покидания тонущего вертолета для максимального приближения условий тренировок к реальным - использованы волно- и ветрогенераторы, а также обеспечен автоматический возврат в исходное положение макета кабины вертолета после его подъема из воды бассейна.
Сущность изобретения поясняется графическими материалами.
На Фиг. 1 представлена функционально-структурная схема тренажера покидания тонущего вертолета.
На Фиг. 2 представлен чертеж общего вида цистерны макета кабины вертолета с калиброванными отверстиями на верхней и нижней поверхностях.
На Фиг. 3 представлена схема, иллюстрирующая «работу» цистерн в воде бассейна.
На Фиг. 4 представлена схема, иллюстрирующая «работу» цистерн в воздухе.
В Приложении к описанию изобретения сведены Рисунки 1-3.
На Рисунке 1 приведено фото волногенератора типа «Волновой шар» в бассейне.
На Рисунке 2 приведено фото ветрогенераторов на бортике бассейна.
На Рисунке 3 приведено изображение «Экспериментального образца тренажера покидания тонущего вертолета», включающего электроталь с грузовым крюком, кабину вертолета в кольце, модуль подвеса с узлом крепления (грузовая серьга), с комплектом роликов и с пневматическим тормозом.
Согласно Фиг. 1 тренажер покидания тонущего вертолета содержит кран-балку 1, тележку с электроталью 2, грузовой крюк 3, электрокабель тележки с электроталью 4, модуль подвеса 5, узел крепления 6, комплект роликов 7, пневматический тормоз 8, пневмошланг 9, фалинь 10, кольцо 11, макет кабины вертолета 12, груз 13, ряд цистерн 14, панель управления 15, электрокабель ветрогенераторов 16, ветрогенераторы 17, бассейн 18, волногенератор 19, видеокамеры 20, электрокабель волногенератора 21 и электрокабель видеокамер 22.
Грузовой крюк 3 тележки с электроталью 2 зафиксирован в узле крепления 6 модуля подвеса 5. Комплект роликов 7 и пневматический тормоз 8 механически взаимодействуют с кольцом 11. Фалинь 10 закреплен на хвостовой стороне макета кабины вертолета 12. Панель управления 15 с помощью пневмошланга 9 подключена и пневматическому тормозу 8, а с помощью электрокабелей 4, 16, 21 и 22 - соответственно к тележке с электроталью 2, ветрогенераторам 17, волногенератору 19 и видеокамерам 20.
Предлагаемый тренажер покидания тонущего вертолета используется по прямому назначению следующим образом.
Перед началом тренировки обучаемые занимают в макете кабины вертолета 12, установленном на полу в помещении с бассейном 18, посадочные места на сиденьях (на Фиг. 1 не показаны) и пристегиваются фиксирующими ремнями. После этого руководитель тренировки производит: автоматизировано по циклограмме (с помощью программы, исполняемой в средствах вычислительной техники панели управления 15) или вручную (путем непосредственного воздействия на кнопки, тумблеры и т.п. на панели управления 15) включение пневматического тормоза 8, подъем с помощью тележки с электроталью 2 кран-балки 1 макета кабины вертолета 12 с обучаемыми над полом помещения и его перемещение на центр бассейна 18 (см. Фиг. 1).
Далее отрабатываются следующие три основные сценария тренировки:
- покидание вертолета, зависшего над поверхностью воды;
- приводнение вертолета на поверхность воды (имитирующее приводнение на баллонеты) с последующим покиданием вертолета;
- погружение вертолета в воду с последующим покиданием вертолета.
При реализации первого сценария тренировки обучаемые осуществляют прыжки из макета кабины вертолета 12 в воду бассейна 18 с высоты, задаваемой руководителем тренировки, а при реализации второго сценария - «выпадают» через выходные проемы (двери, люки и т.п.) непосредственно на поверхность воды в бассейне 18.
С целью ограничения рыскания по курсу макета кабины вертолета 12, находящегося в воздухе, фалинь 10, закрепленный на хвостовой стороне макета кабины вертолета 12 (см. Фиг. 1), фиксируется на бортике бассейна 18.
Для максимального приближения условий тренировки к реальным в работу включаются волногенератор 19 в бассейне 18 (см. Рисунок 1 в Приложении к описанию изобретения) и ветрогенераторы 17 на бортике бассейна 18 (см. Рисунок 2 в Приложении к описанию изобретения), которые обеспечивают создание в бассейне 18 необходимых уровней волнения воды и силы ветра.
По мере приобретения обучаемыми устойчивых практических навыков выживания в воде реализуется третий сценарий тренировки, при котором последовательно отрабатываются следующие основные задачи подготовки:
- погружение вертолета в воду с последующим покиданием после его затопления в вертикальном положении (угол по крену близок к нулю);
- погружение вертолета в воду с последующим покиданием после его затопления и переворачивания на угол по крену до ±180°.
Первая задача - погружение макета кабины вертолета в воду в вертикальном положении.
Для погружения макета кабины вертолета 12 в вертикальном положении руководитель тренировки осуществляет вначале проверку нахождения пневматического тормоза 8 в состоянии «Включено» и далее опускание в воду с помощью электротали 2 макета кабины вертолета 12 в центре бассейна 18. После завершения затопления обучаемые отстегивают фиксирующие ремни своих сидений и в соответствии с порядком (индивидуальным для каждого типа вертолета), приведенным в разделе по покиданию затонувшего вертолета «Руководства по летной эксплуатации», «выплывают» через выходные проемы (двери, люки и т.п.) на поверхность воды в бассейне 18.
Для принятия своевременных мер по спасению (например, силами расчета водолазов-спасателей) руководитель тренировки осуществляет непрерывное наблюдение за действиями обучаемых под водой с помощью видеокамер 20 в бассейне 18 (см. Фиг. 1), подключенных к мониторам панели управления 15.
Вторая задача - погружение макета кабины вертолета 12 в воду с переворачиванием
Рабочий цикл
Для погружения макета кабины вертолета 12 в воду с переворачиванием, руководитель тренировки, осуществляя опускание в воду макета кабины вертолета 12 с помощью электротали 2 в центре бассейна 18, а при касании его нижней части с рядом цистерн 14 поверхности воды (см. Фиг. 3а) переводит пневматический тормоз 8 в состоянии «Отключено». После этого момент, создаваемый силой Fгруза (от груза 13, который установлен на правой стороне макета кабины вертолета 12 - см. Фиг. 1 и 3а), осуществляет начальный поворот по крену (по часовой стрелке) макета кабины вертолета 12 с кольцом 11 по комплекту роликов 7 модуля подвеса 5. После этого возникает дополнительный (нарастающий до поворота на угол +90° по крену) момент от силы Fвыталкивающая (возникающей при погружении ряда цистерн 14 с воздухом в воду - см. Фиг. 3б), который поворачивает макет кабины вертолета 12 по крену, ориентировочно на угол +180° (то есть в конечном итоге - опрокидывает его - см. Фиг. 3в).
После завершения опрокидывания обучаемые отстегивают фиксирующие ремни своих сидений и «выплывают» через выходные проемы (двери, люки и т.п.) на поверхность воды в бассейне 18.
В процессе погружения и поворота макета кабины вертолета 12 (см. Фиг. 3а и 3б) произойдет некоторое заполнение водой его цистерн 14 через калиброванные отверстия №5 и 6, при этом, «стравливание» воздуха из цистерн осуществляется через калиброванные отверстия №1, 2, 3 и 4 (см. Фиг. 2) а за время, затрачиваемое всеми обучаемыми для покидания макета кабины вертолета - цистерны 14 практически полностью заполнятся водой (см. Фиг. 3г) уже через калиброванные отверстия №1, 2, 3 и 4, при этом «стравливание» воздуха из цистерн, в этом случае осуществляется через калиброванные отверстия №5 и 6 (см. Фиг. 2).
Необходимые значения: количества цистерн в ряде цистерн 14, диаметр калиброванных отверстий №1, 2, 3, 4, 5 и 6 в цистернах и масса груза 13, устанавливаемого на боковой стороне макета кабины вертолета 12, подбираются расчетно-экспериментальным методом с учетом массогабаритных параметров макета для конкретного типа вертолета.
В случае необходимости отработки покидания вертолета при произвольном угле положения по крену руководитель тренировки (в нужный момент - до достижения угла 180°) - включает пневматический тормоз 8.
Возврат в исходное положение
При подъеме макета кабины вертолета 12 из бассейна 18 (см. Фиг. 3г) момент, создаваемый силой Fгруза, осуществляет в воздухе начальный поворот по крену (против часовой стрелки) макета кабины вертолета 12 (см. Фиг. 4а), который «подхватывается» моментом, создаваемым силой Fводы (от массы воды в цистернах 14 - см. Фиг. 4б), завершая поворот до угла по крену, близкого к нулю (см. Фиг. 4в). При этом вода из цистерн 14 сливается через калиброванные отверстия в бассейн 18, после чего тренажер готов к повторению нового рабочего цикла.
При необходимости отработки обучаемыми поворотов при погружению в воду по крену как по часовой стрелке, так и против груз 13 перевешивается на противоположный борт макета кабины вертолета 12.
Промышленная применимость изобретения определяется тем, что предлагаемый тренажер покидания тонущего вертолета может быть изготовлен на базе известных комплектующих изделий и технологического оборудования.
Основные функционально законченные компоненты предлагаемого технического решения практически реализованы в «Экспериментальном образце тренажера покидания тонущего вертолета», выполненном в масштабе 1:5 (см. Рисунок 3 в Приложении к описанию изобретения) в ООО «Центр тренажеростроения и подготовки персонала» на производственно-испытательной базе обособленного подразделения «Донской филиал Центра тренажеростроения» (г. Новочеркасск, Ростовская обл.).
Предлагаемый тренажер предназначен для осуществления эффективной практической подготовки:
- летного состава Морской Авиации ВМФ МО РФ;
- воздушных десантников и морских пехотинцев;
- летного состава Гражданской Авиации РФ;
- курсантов военных и гражданских авиационных учебных заведений;
- персонала нефтяных и газодобывающих морских платформ;
- экипажей и пассажиров любых вертолетов, совершающих дневные и ночные перелеты над водной поверхностью.
На основании вышеизложенного и по результатам проведенного патентно-информационного поиска считаем, что предлагаемый тренажер покидания тонущего вертолета отвечает критериям «Новизна», «Изобретательский уровень» и «Промышленная применимость» и может быть защищен патентом РФ на изобретение.