Три способа увеличить ресурс и эффективность вертолетов

21.12.2012

Сегодня для российских эксплуатантов отечественной вертолетной техники не теряет, а, наоборот, только набирает актуальности тема снижения затрат на содержание летательных аппаратов и повышения эффективности их использования через реализацию принципа «эксплуатации по техническому состоянию».

Казалось бы, многократно озвученная проблема взаимодействия разработчиков с послепродажными клиентами остается проблемой, несмотря доступную уже несколько лет в России западную практику обслуживания. Доступную, разумеется, для тех, кто стал владельцем иностранной вертолетной техники. Вместе с тем, на заграничном постпродажном ландшафте помимо обязательств и политики разработчиков и производителей уверенно развивается рынок услуг по повышению ресурсной отдачи вертолетных агрегатов и оборудования. Кроме недешевых систем контроля технического состояния HUMS (Health & Usage Monitoring Systems), которые массово начали применять на боевых вертолетах, существует предложение более доступных и простых контролирующих систем. (Притом, что военным это приносит экономию более $ 100 млн. в год.) В России существует успешный опыт в оборудовании подобной системой  вертолетов авиакомпании «Авиашельф», аналогичное решение разрабатывается для новых вертолетов Ми-38 и Ка-62, и это не единственные примеры «русского ответа», но в перспективе ставка должна быть сделана на создание по-настоящему универсальных продуктов, способных закрыть большую часть российского вертолетного парка.

Экономия – это модульность, удобство, унификация

Надо признать, что трудности перехода на эксплуатацию по техническому состоянию российской техники (в частности, двигателей) были заложены еще в момент проектирования ее прототипов, когда вопрос об экономной эксплуатации не стоял. Даже новые силовые установки продолжают нести на себе прежние родовые отметины, когда в технических заданиях на двигатели не формулировались требования по модульности, контролепригодности и диагностике.

Еще одна проблема, тормозящая внедрение систем диагностики текущего состояния двигателей как элемента эксплуатации по техническому состоянию, – сложность организации постоянного мониторинга системы со стороны экипажа. Основная задача экипажа – обеспечить точное выполнение полетного задания, поэтому любая дополнительная нагрузка на него не приводит к повышению качества пилотирования. Следовательно, требуются автономные, простые в эксплуатации системы контроля, оповещающие экипаж о проблемах в случаях выхода агрегатов вертолета на режимы, близкие к критическим.

Наконец, унификация систем контроля для разных типов вертолетной техники. Здесь пока еще нет полной уверенности в наличии путей решения задачи: сложности кроются в отсутствии согласованного мнения между заказчиками и разработчиками на разработку таких систем, их внедрение и развитие. Проще говоря, основной причиной проблемы является отсутствие единой технической политики по системам контроля технического состояния у регулятора.

Не все так плохо

Известно, что наиболее прогрессивные зарубежные вертолетные двигатели еще с 1970-х годов создавались с учетом ресурсного проектирования. Оно в частности, учитывает снижение прочности материалов в процессе эксплуатации, обеспечивает высокую контролепригодность и эксплуатационную технологичность. В результате обеспечивается возможность выполнения различного рода операций по восстановлению двигателей. Это обеспечивает более высокие показатели надежности по отказам, устраняемым в процессе эксплуатации.

Относительно комфортности эксплуатации систем контроля состояния силовых установок экипажами в полете также существуют ряд перспективных теоретических и практических наработок. К примеру, известны патенты на изобретение, зарегистрированные в России, суть которых заключается в тактильном оповещении экипажа о перенапряжении газотурбинного двигателя вертолета. Так согласно одному и них, зарегистрированных в Федеральной службе по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам Российской Федерации в 2010 году (дата начала отсчета срока действия патента 2005 год, автор Грин Рэндал А. (US), патентообладатель «Сэйф флайт инструмент корпорешн» (US), система включает рычаг общего шага и устройство тактильной предупредительной сигнализации (вибратор, присоединенный к рычагу общего шага). Также в состав системы входят средства хранения данных и средства ввода профиля безопасной температуры на выходе турбины, средства для измерения фактической температуры на выходе турбины во время запуска газотурбинного двигателя и для измерения температуры на выходе турбины и других фактических параметров во время полета вертолета. Любопытно, что в ответ на приближение опасного состояния увеличивается частота и амплитуда предупредительной сигнализации. Технический результат заключается в обеспечении безошибочного тактильного предупреждения и исключения повреждений газотурбинного двигателя. Таким образом, летчик предупрежден о необходимости осуществления корректирующих действий до наступления серьезных последствий. И это не единственная российская разработка в этой области. 

К сожалению, сегодня комплекс теоретических и практических пробелов диагностики в реальном времени сдерживает положительный импульс в практическом внедрении идеологии «эксплуатация по техническому состоянию» по отношению к подавляющему большинству отечественных вертолетов, эксплуатируемых в России. Помимо недоработок и ограничений с учетом требований по модульности, контролепригодности и диагностики, здесь играет роль и стоимость двигателей, в том числе и ремонтных, — гораздо более низкая, нежели импортные агрегаты. То есть объективно ситуация работает против внедрения современных технологий. И переломить ее возможно лишь в «административном», «приказном» стиле, либо с помощью готовых решений, демонстрирующих значительную экономию и увеличение эффективности вертолетов при использовании на них современных систем контроля.

Пример, который может стать заразительным

«Приказные» методы внедрения тех или иных систем оправданы в военной отрасли, в том числе в ее авиационном секторе, а вот положительные примеры, имеющие экономический эффект, могут выдержать испытание лишь на полигоне коммерческой авиации. Если HUMS для вертолета UH-60 оказался весьма дорогой игрушкой даже для Минобороны США и пока им оборудованы 25% боевых машин с планом переоборудования остальных в ближайшие четыре года, то продукция небольшой американской фирмы AKV Inc. оказалась и доступной и весьма результативной для рядовых гражданских эксплуатантов вертолетов. Кстати, сертификат типа на разработанный ею прибор контроля состояния двигателей вертолетов был получен еще в 2003 году.

Джонатан Ганн, руководитель AKV Inc., в бытность пилотом вертолета Eurocopter AS350 с двигателем Turbomeca Arriel 1 серии начал обдумывать использование системы по определению ресурса двигателя в соответствии с его наработкой в 1999 году. До этого он летал на вертолетах Bell, оборудованных двигателями Allison/Rolls-Royce 250, срок службы компонентов которых определялся в часах работы и циклах запуска. Дело в том, что на двигателях Turbomeca Arriel используются более сложные циклические методы подсчета для определения срока эксплуатации, которые учитывают, как существенные изменения мощности, так и неудавшиеся запуски. Преимущества такого метода заключаются в том, что двигатели, используемые, к примеру, на вертолетах, эксплуатируемых на лесозаготовках, испытывают значительно большие нагрузки, чем те, которые установлены на пассажирских воздушных судах, обеспечивающих сообщение между аэропортами.

В целом, более точное отслеживание износа двигателя помогает операторам сохранять значительные средства. Хотя для пилотов дополнительный контроль лишь добавляет новые сложности. Дело в том, что их главная задача – летать.

Обдумывая идею упрощения подсчетов и сокращения нагрузки на пилотов, Ганн, имевший кроме всего прочего специальность инженера-электрика, увидел возможность разработки простого и не дорогого электронного устройства, которое автоматически может использовать оптимальные методы подсчета.

В результате сертификат типа на свой первый счетчик циклов нагрузки для вертолетного двигателя Ганн получил от федеральной авиационной администрации США (FAA) в 2003 году, после чего организовал свой бизнес по продаже счетчиков в рамках компании AKV Inc. Изделия тут же стали популярными. Этому способствовала простота установки их на вертолете, наличие читаемого и понятного дисплея, а также приемлемая цена, обеспечивающая доступность. Первый счетчик был продан чуть более чем за $ 3000.

Сегодня линейка изделий, выпускаемых компанией AKV, включает в себя счетчики для двигателей Arriel-1 и Honeywell (ранее Lycoming) для вертолетов AS350, разных модификаций вертолетов Bell, а также UH-1 (в том числе Eurocopter EC145 и UH-72A Lakota).

Добившись большого успеха в вертолетном туристическом секторе, а также на машинах, используемых правоохранительными органами, Ганн в настоящее время активно выводит продукцию своей компании на другие рынки, в том числе занятые воздушными медицинскими операторами (вертолет EC145), а также армейский, который насчитывает сотни вертолетов UH-72.

Опыт работы AKV Inc. с компанией Turbomeca привел к тому, что теперь компания Ганна уже на момент создания своих изделий заранее учитывает все изменения в двигателях, произведенных Turbomeca. Кроме того, в настоящее время ведется работа с Turbomeca по включению в число контролируемых параметров газовой турбины двигателей, а также возможности использования банка Интернет-услуг и технологий в рамках централизованного онлайн обслуживания базы данных.

Система мониторинга ETM1000, предлагаемая компанией Ганна, уже имеет сертификат типа FAA и министерства транспорта Канады для вертолетов AS350 AStars с двигателями Arriel 1 и LTS101. Версии для одномоторных вертолетов Bell и других моделей будет предложена в ближайшее время.

ETM1000 непрерывно отслеживает и записывает все параметры двигателя и трансмиссии, в том числе мощность турбины, обороты ротора, измеряет температура газа и крутящий момент при значениях, превышающих эксплуатационные ограничения. Она также записывает температуру наружного воздуха, высоту полета и значения воздушной скорости. Все эти данные записываются на съемную карту SD с целью дальнейшего изучения с использованием пакета Microsoft-Excel на основе специального программного обеспечения.

ETM1000 включает в себя специальные извещатели, устанавливаемые на приборной панели кабины вертолета, которые должны предупреждать пилотов при приближении отслеживаемых параметров к критическим значениям. Кроме того, существует возможность использования спутниковых систем для передачи параметров на вертолетную базу. Как и счетчики AKV система ETM1000 проста в установке, подключается к существующим на планере и двигателях системам, является программируемой, что дает возможность операторам получать те данные, которые им необходимы. Все это обеспечило возможность использования ее департаментом полиции Лос-Анджелеса и других операторов.

В ожидании импульса

Таким образом, к настоящему времени в наличии имеются и элементы концепции внедрения системы эксплуатации по техническому состоянию, и весьма успешные примеры ее практической реализации. Остается надеяться, что все это в определенный момент времени даст серьезный импульс для разработки и внедрения в российской вертолетной авиации если уж не системы в целом, то хотя бы отдельных ее элементов, таких, как устройства контроля состояния силовых установок экипажами в полете. То, что это приведет к значительной экономии и повышению безопасности при эксплуатации коммерческих вертолетов, сомневаться не приходится.