Спасительное HUMSтво

03.12.2009

Желание предотвратить разрушение жизненно важных узлов и агрегатов родилось вместе с появлением вертолетов. Умные головы выдумывали различные способы оценки ухудшения технического состояния (визуальные индикаторы зон повышенной вибрации, контроль обрыва болтов соединений шпангоутов и т.п.). Однако надежное и достоверное выявление ухудшения состояния вертолета сдерживалось объективными причинами (отсутствие датчиков, преобразователей, накопителей, компьютеров, программного обеспечения и алгоритмов оценки). В конце XX столетия многие преграды были решены и на свет появились объединенные системы контроля и оценки состояния узлов и агрегатов вертолетов. Первыми пользователями новых систем стали военные вертолетчики (наличие финансовых средств и большой парк тяжелых вертолетов). Бесспорными лидерами по внедрению современных систем контроля технического состояния, получивших названия HUMS (Health & Usage Monitoring Systems), стали американские военные вертолетчики.

К 2015 году крупнейший эксплуатант военных вертолетов – армия США (сухопутные войска – СВ) собирается оснастить системой контроля технического состояния весь парк своих вертолетов. Серьезная заявка, если учитывать, что из 3300 вертолетов боевых частей системой HUMS оснащено менее 20%. Планы по внедрению перспективных технологий пришлись на времена, когда налет армейской авиации возрос в 3–4 раза по сравнению с мирным временем, а это дает все основания полагать, что полученные преимущества могут быть огромными.

История HUMS берет свое начало в 70-х годах, когда Минобороны Великобритании приступило к изучению способов улучшения поиска отказов валоприводов. Контроль за уровнем вибраций позволил получить наглядную индикацию приближения будущего отказа, предоставляя информацию о состоянии основных узлов и агрегатов и возможность раннего обнаружения, необходимого инженерно-техническому составу для принятия решения о замене.

СВ США приступили к оценке HUMS на своих вертолетах Black Hawk в 2001 году вслед за вертолетами ВМС США SH-60 и КМП CH-53E Super Stallion. Впервые HUMS приняли участие в боевых действиях в 2003 году в ходе иракской кампании, когда интегрированные системы фирмы Goodrich были установлены на 20 вертолетах UH-60 Black Hawk. За 12 месяцев подразделение, в котором эксплуатировались вертолеты UH-60 HUMS, установило рекорд по налету. Статистика впечатляет: установка системы позволила сэкономить до $45 млн затраты на техническое обслуживание (материально-технические средства и трудозатраты) и летную эксплуатацию. В ходе конференции Heli-Power & Police Aviation в 2008 году были обнародованы следующие цифры: установка систем позволила сэкономить 130 тыс. человеко-часов, выполнить на 27% больше задач при уровне исправности техники около 89%.

По недавно опубликованной информации, в настоящее время около 300 вертолетов UH-60 и AH-64 оснащены системами HUMS (эта цифра постоянно увеличивается). В конечном итоге все вертолеты – от Kiowa Warrior до Chinook – будут оборудованы HUMS. Этот план лишь часть большой программы СВ ЭТС (эксплуатация по техническому состоянию) по реформированию системы логистического обеспечения, главная цель которой – повышение боевой готовности и сокращение расходов на эксплуатацию за счет улучшения качества диагностирования, повышения точности прогнозирования остатка срока службы узла или агрегата, формирования поставок по реальной необходимости. Сформулированная задача по трансформации ТОиР АА заключается в переходе с промышленного этапа на этап информационный.

Ключевым элементом современной HUMS является программное обеспечение (ПО), которое анализирует информацию, поступающую от различных датчиков (акселерометров), установленных на двигателях и трансмиссии, и накапливающуюся бортовыми регистраторами. У большинства вертолетов порядка двух десятков датчиков, которые выдают большой объем первичных, сырых данных в реальном масштабе времени. В основном системы опрашивают датчики несколько раз за время полета, через определенные промежутки времени (с заданной периодичностью). По объему это несколько мегабайт, которые обрабатываются таким образом, чтобы они могли легко передаваться в конце полета (или в конце летного дня). А ПО занимается поиском отклонений, которые могут дать возможность для раннего обнаружения и предупреждения отказа. С другой стороны, они могут выдавать и ложную информацию (ложное срабатывание), что может привести к ТОиР, в котором нет необходимости, и соответственно к увеличению расходов. Сегодня ПО достигло такого уровня, когда производители заявляют об уровне надежности (достоверности) около 70%, а с учетом анализа данных – до 85%. Кроме того, эксплуатанты большого парка вертолетов могут получить преимущества так называемой библиотеки отказов (архивные данные) – она формирует руководство к предупреждению отказов.

Одно из самых интересных решений в рамках плана перехода СВ США на ЭТС – идея оснастить системой HUMS вертолеты Kiowa Warrior. Гражданские эксплуатанты и компании даже с большим количеством однодвигательных вертолетов обычно не устанавливают HUMS на такие типы вертолетов из-за проблем с массой и стоимостью, предпочитая использовать их на более дорогих и более сложных двухдвигательных машинах. Kiowa никогда на оснащался HUMS. В середине 80-х вертолет получил базовую систему контроля, но она не позволяет контролировать и диагностировать уровень вибраций. Первоначально планировалось, что Kiowa продолжит эксплуатироваться с этим оборудованием вплоть до окончания срока службы. Однако в конце прошлого года, когда была закрыта программа нового разведывательно-ударного вертолета ARH, ситуация изменилась. В настоящее время 10 вертолетов Kiowa из состава национальной гвардии штата Теннеси оборудованы HUMS в рамках демонстрационной пилотской программы. В декабре СВ выпустили технические требования к будущей системе, предназначенной для установки на весь парк Kiowa. Система массой около 8 кг должна быть взаимосвязана с интерфейсом и взаимодействовать с существующей и будущей системой ТОиР СВ. Предполагается, что HUMS будет контролировать 29 агрегатов, в том числе 11 подшипников. Военные надеются, что система позволит снизить количество невыполнения (срыва) заданий и повысит качество диагностирования и прогнозирования состояния парка, учитывая возраст вертолетов.

На боевые вертолеты Apache устанавливается более сложная и, следовательно, более дорогостоящая система. Выпускаемая Honeywell продукция устанавливается на AH-64D и может заменять более ранние модели. Интересно, что она уже позволила предотвратить несколько опасных отказов подшипников рулевого винта на вертолетах AH-64 Apache, которые не были и не могли быть обнаружены визуально. Анализ дефектов подтвердил, что дальнейшее развитие повреждения (продолжение эксплуатации) с большой долей вероятности могло привести к отказу (разрушению) подшипника. По полученным HUMS данным были выпущены новые алгоритмы диагностирования. Модернизированные алгоритмы позволили выявить еще несколько аналогичных случаев, а проведенные инспекции подтвердили «находки» HUMS.

HUMS в России

У нас первыми ласточками с HUMS стали 4 вертолета Ми-8МТВ-1 (начиная с 2001 года), которые сахалинская компания «Авиашельф» оборудовала бортовой системой контроля и диагностики (БСКД). Новая система была установлена по заказу компании «Сахалин Энерджи» для полетов вертолетов по проекту «Сахалин-2», хотя реальным инициатором этой доработки стал британский оператор Bristow Group. Разработка велась при участии ЦИАМ им. П.И. Баранова. Два года назад первый российский комплект БСКД в качестве элемента комплектации появился на Ми-8. Руководство ОАО «МВЗ им. М.Л. Миля» считает это и своим достижением, ведь теперь всерьез можно говорить о новых эксплуатационных горизонтах главного вертолета фирмы. Эксперимент прошел удачно, тем более что Институт моторостроения имеет разнообразный опыт таких разработок. Восемь лет назад ОАО «Красный Октябрь» внедрило для испытания вертолетных редукторов (изначально для Ка-226) комплект первой отечественной бортовой широкополосной виброизмерительной аппаратуры и компьютерный модуль диагностики редукторов (МДР БСКД). Система была разработана и изготовлена по совместному техзаданию ЦИАМ им. П.И. Баранова и ОАО «Камов». Его создатели в 2002 году были даже отмечены премией им. А.Г. Ивченко.

БСКД компании «Авиашельф» удалось превратить его в практический инструмент. БСКД осуществляет контроль технического состояния узлов и агрегатов вертолета путем контроля уровня вибраций шестерен, подшипников и валов и сравнения с исходными характеристиками. Система способна выявлять дефекты и предупреждать возможные отказы. Установка систем позволила не только повысить уровень безопасности полетов в столь сложном регионе, как Сахалин, но и накопить достаточно большой объем данных. Сегодня предпринимаются шаги для более эффективного использования этой информации.

Ясно, что HUMS – мощное средство поддержания летной годности большого парка вертолетов, и уже не обязательно только средних и дорогих. С повышением эффективности системы и снижением массы этот вопрос будет снят, и тогда даже легкие однодвигательные вертолеты смогут извлечь преимущества системы.