«Инженерная газета» № 6-7, 2015
Заместитель генерального конструктора ОАО «Московский вертолетный завод им. М.Л. Миля», академик РИА Александр Бельский
В последние годы все более очевидным становится тот факт, что в условиях интенсивной эксплуатации вертолетов, использование систем мониторинга технического состояния (наземный и полетный бортовой контроль, диагностика и прогностика) способно обеспечить существенное сокращение затрат на эксплуатацию вертолетов, их техническое обслуживание и ремонт за счет перевода парка вертолетов на их техническую эксплуатацию по состоянию.
С ноября 2013 г. ИКАО ввело в действие новое Приложение к Конвенции по управлению безопасностью полетов и третью редакцию Руководства по управлению безопасностью полетов. Акцент смещается от предотвращения в будущем выявленных происшествий и прецедентов к превентивной работе по управлению рисками в течение всего жизненного цикла воздушных судов, включая этап разработки.
Каждой организации, предоставляющей авиационную продукцию и/или услуги в области авиации, вменено в обязанность заниматься выявлением опасных факторов-предпосылок к авиационным происшествиям, вырабатывать меры по снижению порождаемых ими факторов риска до приемлемого уровня, организовывать постоянный мониторинг за реализацией принимаемых мер.
В настоящее время отечественная практика перевода вертолетов на техническую эксплуатацию по состоянию отстает от мировой, где уже несколько лет как на гражданских так и на военных вертолетах используются и совершенствуются системы мониторинга, включающие процедуры наземного и бортового механизмов контроля и диагностики, а в ближайшее время – и прогностики их технического состояния.
Таким образом, отставание в разработках отечественных вертолетных систем мониторинга технического состояния (МТС) в условиях глобального авиационного рынка объективно не способствует повышению конкурентоспособности наших экспортируемых вертолетов.
Необходимо отметить, что ведущиеся в настоящее время разработки отдельных элементов и датчиков систем контроля и диагностики состояния агрегатов, систем и оборудования вертолетов не скоординированы и не закреплены за единым системным техническим интегратором. Не сформированы и единые стандарты для оценки надежности и достоверности диагностирования текущего состояния агрегатов, двигателей, других систем и критических элементов вертолета, а также качества топлива, исходя из необходимого уровня требований для «нормальной» эксплуатации вертолета по состоянию, а также стандарты сопряжения разнородных информационных каналов и датчиков, диагностирующих состояние отдельных систем и оборудования.
Системы мониторинга технического состояния нового поколения для вертолетов должны создаваться с возможностью адаптации оборудования к различным задачам или конкретным типам вертолетов и интегрироваться с системами спутниковой связи для оперативной передачи данных наземным службам контроля безопасности полётов в реальном масштабе времени.
Внедрение систем МТС для вертолетов и другой авиационной техники должно быть нацелено на решение целевой задачи – комплексного мониторинга в реальном времени воздушных судов с оценкой показателей летной годности авиационных парков или группировок.
Руководствуясь общими мировыми концептуальными подходами для создания, внедрения, совершенствования и развития бортовых систем мониторинга (т.е. бортовых и наземных средств контроля и диагностики), а также в целях достижения конкурентоспособности отечественных систем мониторинга, необходимо решить задачи реализации ряда «противоречивых требований», в частности:
– система МТС должна быть полнофункциональной по своим возможностям (обеспечивать контроль состояния всех критичных элементов вертолета);
– система МТС должна объединять (интегрировать) различные комплектации средств контроля и диагностики;
– система МТС должна обеспечивать оперативную адаптацию системы к новым типам вертолетов и их эксплуатацию по состоянию.
До реализации указанных требований на промышленных образцах систем МТС, целесообразно создание ее базового варианта, с возможностью дальнейшей разработки унифицированной линейки МТС, легко адаптируемых на конкретных типах вертолетов. Такой подход является системным и практическим реализуемым путем модульного построения системы МТС с открытой архитектурой и с единым центральным информационно-вычислительным ядром, способным обрабатывать информационные потоки, управлять различным уровнем комплектования МТС периферийными измерительными элементами.
Важно отметить, что реализуемость системы МТС, как подсистемы комплекса бортового оборудования (КБО) вертолета должна отвечать требованиям и функциям, предъявляемым к обеспечению безопасности пилотирования, в частности, обеспечивающих предотвращение критических полетных режимов и автоматический контроль в полете общих эксплуатационных и летных ограничений.
Комплексирование информации от разнородных измерительных каналов и датчиков и оперативную обработку потоковой информации в условиях реального полета вертолета возлагается на информационно-вычислительный модуль МТС, структурно-функциональное организация которого должна отвечать современным требованиям построения бортовых систем технического обслуживания воздушных судов, реализуемых по схеме цифрового информационного обмена в рамках общепринятого в авиации международного стандарта ARINC 624.
Таким образом, системный подход и современные решения при построении систем МТС, а также применение мировых стандартов типа ARINC 624, позволят успешно сертифицировать базовый вариант отечественной системы МТС в качестве универсального средства диагностики и прогностики технического состояния на двух – трёх типах модернизируемых или новых вертолётов.
Следует отметить, что практическая реализуемость изложенного концептуального подхода и создание базового варианта системы МТС,обеспечит в достаточно короткий срок получение объективных предпосылок для создания конкурентоспособного российского варианта системы МТС с перспективой дальнейшего применения на всех типах отечественных вертолетов или для адаптации на другой авиационной технике. Возможность оснащения отечественной системой МТС в штатном или опциональном вариантах и с необходимой конфигурацией разных типов российских вертолетов, позволит минимизировать технические риски по ее адаптации и летной оценке, а также снизить финансовые затраты и сократить сроки на внедрение в производство.
Но, даже для создания базового варианта системы МТС, потребуется скоординированная работа отраслевых авиационных НИИ, конструкторских бюро предприятий-разработчиков вертолётной техники, а также инновационных инжиниринговых компаний, специализирующихся в данной сфере. Для обеспечения конкурентоспособности российской системы МТС необходимо найти прорывные технические решения, и методы освоения критических технологий, как для реализации пилотного проекта, так и для развития бортовых систем МТС, в будущем.
Важно сформировать также комплексные планы НИР и развития стендовой базы в данной области для включения их в Национальный план развития науки и технологий в авиастроении на период до 2020 года, разработать программу освоения критических технологий и реализовать, в рамках инновационного проекта по модернизации конкретного вертолета, отработку технических решений и технологий создания отечественной системы МТС, с летной экспериментальной оценкой в условиях, максимально приближенных к штатной эксплуатации вертолетов.
Для этого целесообразно организовать и провести ряд организационно-технических мероприятий, включая:
– создание совета главных конструкторов по системам МТС ВТ в рамках комплекса работ, направленных на создание интегрированной системы повышения безопасности пилотирования (ИСОБП) вертолетов;
– разработку нормативно-технической документации по планированию и управлению технической эксплуатацией вертолетов по состоянию и проведение летной оценки и испытаний системы.
– разработку и внедрение стандартов проектирования системы МТС ВТ, исходя из требований международных авиационных стандартов.
Практическая реализация системы МТС в перспективных проектах вертолетных комплексов должна быть направлена на решение задач, связанных с проблемными вопросами обеспечения безопасного пилотирования ВТ, включая:
– комплексирование разнородной информации от всех контролируемых элементов и локализацию в полете их отказов;
– предотвращение критических полетных режимов за счет информации от датчиков измерения виброрежимов в критических точках силовых агрегатов вертолета;
– оптимальное управление вертолетом в критических режимах полета за счет экспертных систем реального времени, построенных на «ресурсных» моделях вертолёта для различных условий эксплуатации;
– автоматический контроль в полете общих эксплуатационных и летных ограничений в виде комплексов взаимосвязанных параметров, с оценкой близости и скорости приближения их к граничной области;
– объективную диагностику и прогностику развития критических напряженно-деформированных и ресурсных показателей агрегатов и силовых конструкций вертолета за счет применения трехкомпонентных вибродатчиков и возможности реконструкции их пространственно-временных параметров;
– выявление зон повышенного трещинообразования в конструктивных элементах вертолета;
– контроль уровня и распределения нагрузок на шасси за счёт использования высокочувствительных тензодатчиков измерения веса вертолета;
– диагностику и прогноз развития предотказных состояний функциональных агрегатов и систем вертолета, реализуемых алгоритмами специального программного обеспечения;
– поддержку экипажа в условиях реального полета по действиям в опасных (особых) ситуациях подсистемой визуальной осведомленности, реализованной комплексированием и синтезированием информации от различных каналов технического зрения.
Изложенный подход для реализации МТС ВТ, а также решение указанных выше проблемных задач, является одним из ключевым аспектов при создании бортовой интегрированной системы обеспечения безопасности пилотирования (ИСОБП), как для вновь создаваемой, так и модернизируемой ВТ. Датчики и подсистемы ИСОБП, обеспечивающие выполнение специальных функций полетного контроля и безопасного пилотирования ВТ, будут значительно расширять имеющиеся возможности КБО ВТ. А также решать такие задачи, как обзор закабинного пространства, выявление признаков (предупреждение) критических полётных режимов, мониторинг ТС агрегатов, механизмов, систем, конструкций и т.п., контроль соблюдения эксплуатационных ограничений, контроль состояния и эффективности действий экипажа в опасных ситуациях.
Важно отметить то обстоятельство, что Российская инженерная академия вносит свой теоретический и практический вклад в создание современной отечественной системы МТС ВТ. Научно-инженерным коллективом академии под руководством вице-президента А.А.Сперанского теоретически обоснована и практически отработана универсальная волновая информационная технология (ВИТ) для оценки диагностических параметров текущего состояния и эксплуатационных ресурсных характеристик агрегатов, силовых конструкций и систем ВТ.
Обладая универсальностью, ВИТ может быть распространена и на другие виды авиационной техники, транспортные системы, а также любые сложные динамические и техногенные объекты. Технология и созданные на ее основе многомерные датчики измерений в настоящее время проходят экспериментальную отработку на модернизируемых типах ВТ. Внедрение ВИТ в систему МТС должно обеспечить существенное повышение информативности и достоверности диагностических параметров текущего состояния механизмов и агрегатов ВТ, дать реальную оценку и прогнозы неблагоприятного развития напряженно-деформированных состояний конструкционных элементов и материалов.
ВИТ, несомненно, можно отнести к «прорывной» технологии. Внедрение ВИТ в систему МТС ВТ (как функциональную подсистему ИСОБП КБО ВТ) позволит обеспечить технологическую независимость в данном сегменте диагностических авиационных средств, поднять уровень безопасности пилотирования и способствовать повышению конкурентоспособности российских вертолетов на глобальном мировом рынке авиационной техники.