Разработка методики оценки тяги вертолета Ка-32 для процедуры сертификации экземпляра воздушного судна

УДК 629.735.016

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ ТЯГИ ВЕРТОЛЕТА КА-32 ДЛЯ ПРОЦЕДУРЫ СЕРТИФИКАЦИИ ЭКЗЕМПЛЯРА ВОЗДУШНОГО СУДНА

Г.Е. МАСЛЕННИКОВА, И.А. ОЗОЛ, В.П. ТУРБИН

В статье описана разработанная в ГосНИИГА методика оценки свободной тяги вертолета Ка-32, рекомендуемая к использованию при оценке летных характеристик в процедуре сертификации экземпляра ВС в эксплуатации.

Ключевые слова: взлетная масса, обороты турбокомпрессора, характеристики висения, РЛЭ вертолета Ка-32.

Оценка основных летных характеристик является важной составляющей задачи поддержания летной годности воздушных судов. Результатом оценки является сравнение характеристик, представленных в руководстве по летной эксплуатации или полученных в аэродинамических расчетах, с характеристиками экземпляра, полученными в результате обработки записи средств объективного контроля полетов экземпляров ВС, находящихся в эксплуатации. Свободная тяга является одним из основных параметров, определяющих летные характеристики вертолета. Для вертолетов, эксплуатирующихся в том числе и в условиях использования максимальновозможной тяги, для оценки величины свободной тяги используются висения у земли вне влияния воздушной подушки с полетными массами, близкими к максимально-допустимым. Эти методики описаны в соответствующих руководствах по летной эксплуатации и хорошо освоены в подразделениях ГА. Другое дело, когда висения на режимах, соответствующих максимальной тяговооруженности, не удается выполнить, т.к. для условий эксплуатации на равнинных аэродромах и при температурах наружного воздуха близких СА взлетная масса, соответствующая максимальной (взлетной) тяге, существенно превышает массу, ограниченную из условий прочности. Примером такой тяговооруженности является вертолет Ка-32. В обычных условиях эксплуатации максимальная взлетная тяга этого типа вертолета существенно выше, чем максимально допустимая по условиям прочности взлетная масса. Проверка характеристик этого типа ВС потребовала разработки специальной методики, позволяющей сделать все необходимые оценки без выхода на предельные режимы и без превышения ограничений условий эксплуатации.

Методика основана на использовании высотно-климатических характеристик двигателей и линейной экстраполяции полученных экспериментальных результатов.

Для получения достоверных результатов замер тяговых характеристик должен выполняться при скорости встречного ветра у земли не более 5 м/с.

Для вертолета выполняется висение на высоте 20 м вне зоны влияния воздушной подушки со взлетной массой 11т.

Экипажем фиксируется среднее значение частоты вращения турбокомпрессоров двигателей и остаток топлива на борту. Затем выполняются еще 2 висения с полетными массами примерно 10,3 т и 9,6 т и также фиксируется частота вращения и остаток топлива на борту. В процессе ви-сений фактическая масса вертолета, параметры работы двигателей и внешние условия (температура, давление, ветер) записываются в протокол облета.

Висения разрешается выполнять также с компактным грузом на короткой внешней подвеске. В этом случае одно висение целесообразно выполнять с полетной массой 12-12,5 т, а остальные два с массой, уменьшенной примерно на 700 и 1400 кг.

Верхняя граница оборотов турбокомпрессоров двигателей на номинальном режиме определяется по графику "С" для каждого конкретного двигателя с поправкой на барометрическое давление согласно рис. 8.1.6. РЛЭ [1]. Результаты заносятся в соответствующий раздел протокола.

Определение тяги вертолета вне зоны влияния воздушной подушки на номинальном режиме

Строится зависимость Мпол=Г(птк) (рис. 1), на этот график наносится среднее значение номинальных оборотов двигателей. Точка пересечения построенной зависимости Мпол=Г(птк) с линией пном дает величину тяги вертолета на номинальном режиме (Тном.).

Исходные данные I ч н.-.пы р .' •••ы |

Таблица

Н аэр. | Т НЕ 1 \Л/ | п взл. Факт. | п взл. тип. ] Т взл.тип. | Т ном.тип. Т ном. Факт. | -1

54 1 2| 95.2 Э8.3 13523.0 11057.3 1238Э.5

Зависимость полетной массы вертолета от фактической частоты вращения роторов турбокомпрессоров двигателей

1 4,400 1 4,200 1 4,000 = 1 3,800

I 3,600 Р 13,400 & 1 3,200 ™ 13,000

Щ 12,800 Щ 12,600

“ 12,400 1= 12,200 1 2,000

II ,800 11 ,600

91 92 93 94 95 96 97 98

Частота враицения турбокомпрессоров двигателей, [%]

экземпляр ----тренд Сэкз.)

---Максимально допустимая масса для ФУ -----взлетный режим экземпляра

---номинальный режим экземпляра Факт, тяга на ном. режиме

Рис. 1. Разработанная методика реализована в виде программы автоматизированной оценки тяговых характеристик

Величину определенной тяги необходимо сравнивать с максимально-допустимой взлетной массой, определенной по номограммам РЛЭ рис. 7.3.4. и рис. 7.3.7. (Тном.РЛЭ) [1].

Определение тяги вертолета вне зоны влияния воздушной подушки на взлетном режиме

По номограмме рис. 7.3.2., 7.3.3 и рис. 7.3.7. РЛЭ определяется величина максимальнодопустимой массы вертолета для висения вертолета вне зоны влияния воздушной подушки на взлетном режиме работы двигателей (Твзл. РЛЭ) при фактических условиях замера: температура воздуха и высота расположения площадки. На графике зависимости Мпол=Г(птк), построенном при выполнении висений, наносится величина Твзл. РЛЭ и зависимость Мпол=Г(птк) продлевается (экстраполируется) до этого уровня по оси "у". Точка пересечения зависимости Мпол=Г(птк) с линией Твзл. РЛЭ дает величину средней частоты вращения турбокомпрессоров двигателей (пвзл расч), при которых должно обеспечиваться висение вертолета с массой, соответствующей Т взл. РЛЭ. Полученные таким образом значения оборотов сравниваются с оборотами взлетного режима для каждого конкретного двигателя по графику "Аард" с поправкой на барометрическое давление на площадке согласно рис. 8.1.6 РЛЭ [1]. Если эти обороты находятся в зоне взлетных оборотов, представленных на графике "Аард", то величина взлетной тяги соответствует заявленной в РЛЭ, если превышают максимально-допустимые, то величина тяги меньше заявленной в РЛЭ. Фактическая величина тяги вертолета на взлетном режиме в этом случае определяется как

точка пересечения зависимости М пол=ґ(птк) и линии максимальной средней частоты вращения двигателей, взятой из графика "Аард" с учетом поправки на давление.

Если замер тяги выполняется при висении со встречным ветром, то для получения более достоверной оценки тяговых характеристик максимально-допустимая масса на номинальном (Т ном.РЛЭ) и взлетном (Т взл.РЛЭ) режимах, определенная по номограммам РЛЭ рис. 7.3.2, 7.3.3. и рис. 7.3.4, увеличивается на 60 кг на каждый 1м/с встречной составляющей ветра. Эта поправка вносится только при выполнении расчетов взлетной и номинальной тяги.

При определении максимально допустимой массы вертолета для выполнения полета необходимо пользоваться рекомендациями РЛЭ, где расчет взлетной массы выполняется без учета скорости ветра.

Порядок работы программы:

1. Подготовка и ввод исходных данных. Общий вид окна программы и спецификация входных данных представлены на рис. 2.

Йсуоднь'е данньїе іІ Результаты расчета ]

Н о м и н а л ьные о б о р от ы ту р б о к о м пре ссор а

Г

Мтк 1 -го двигаггеля Нтк 2-го двигателя

93

"ЭЗ

—Взлетные обороты турбокомпрессор.

[

Ытк 1 -го двигателя Ытк 2-го двигателя

Э5.2

95.2

Режим работы ПОС

включено (*" выключено

П а р а м ет р ь і ат м о с Ф е р ь і

Т емперагура воздуна 1 градус С

Атмосферное давление Г 757 мм.рг.ст.

Скорость ветра 2 м/с

[%]

[X]

[кг]

N | Ытк1 I Ытк2 I Мпол

1 91 91 12000

2 94 94 12500

з \2 9Є 96 13100

Пи

Рис. 2. Входные данные для расчёта свободной тяги ^-32

2. Расчет характеристик экземпляра производится на основе зависимости М пол=Г(итк) (рис. 1).

3. Расчет типовых характеристик производится на основе линейно-регрессионных зависимостей, полученных моделированием данных РЛЭ.

Т

НОМ .РЛЭ

Т =-1.243363988  И760 - 0.112478754  Тнв +15.21755908, Тнв >-10,Т1 < Тз Т = -0.285155881  Н -0.022750284  Тнв +10.7135297, Тнв £-10

2 760 9

Т = -0.292912807  Н +10.95304676, Тнв > -10,Т > Т

3 760 9 >13

'Т = -0.106874947  Тнв -1.486109977  Н760 +16.75838359, Тнв < 0,Т1 < Тз Т = \т = -0.012383531  Тнв-0.116937981  Н 2 +13.40114134, Тнв < 0

ВЗЛ .РЛЭ 2 760 ’

Т = -0.0558  Н3 -0.0181  Н 2 -0.0932  Н +13.408, Тнв < 0,Т > Т

3 760 760 760 1 3

4. Сравнение типовых характеристик с характеристиками экземпляра и принятие решения о соответствии характеристик экземпляра характеристикам типа.

Соответствие тяги вертолёта данным РЛЭ определяется значением критерия ЛГНОМ . Если ЛТном > 2% , то тяга вертолёта соответствует данным РЛЭ

Г - Г

ЛТ ______ НОМ.рлэ_НОМ .экз в 100^^

ном . г

НОМ .РЛЭ

ЛИТЕРАТУРА

1. Руководство по летной эксплуатации вертолета Ка-32. - М.: МГА, 1987.

2. Акимов и др. Летные испытания вертолетов. - М.: Машиностроение, 1980.

DEVELOPMENT OF METHODS FOR ESTIMATING ROD THE KA-32 CERTIFICATION PROCEDURE

Maslennikova G.E., Ozol I.A., Turbin V.P.

This article describes a technique developed in GosNIIGA free estimate thrust of the Ka-32, recommended for use when the wind blows in the evaluation of flight characteristics in the certification procedure in the instance.

Key words: take-off weight, speed of the turbocharger, the characteristics of hovering, AFM Ka-32.

Сведения об авторах

Масленникова Галина Евгеньевна, окончила МАИ (1977), доктор технических наук, начальник отдела ГосНИИ ГА, автор более 50 научных работ, область научных интересов - изменение летных характеристик ВС ГА в процессе эксплуатации.

Озол Игорь Анатольевич, 1981 г.р., окончил МАИ (2004), инженер НЦПЛГ ВС ГосНИИ ГА, автор 5 научных работ, область научных интересов - построение и анализ математических моделей для оценки летно-технических характеристик ВС, исследование изменения характеристик вертолетов в процессе эксплуатации.

Турбин Валерий Петрович, 1946 г.р., окончил МАИ (1970), заместитель начальника отдела ГосНИИ ГА, автор более 10 научных работ, область научных интересов - исследование летных характеристик вертолетов в процессе эксплуатации.