CC BY
218
УДК 629.7.072.5
ОСНОВЫ ПРИМЕНЕНИЯ МОТОПАРАПЛАНОВ И ПАРАЛЕТОВ В ПОИСКОВО-СПАСАТЕЛЬНОМ ОБЕСПЕЧЕНИИ ПОЛЕТОВ
ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ
И.В. НИКИТИН, В.А. ЛАПИН
В статье дан анализ состояния поисково-спасательного обеспечения (ПСО) гражданской авиации (ГА) в настоящее время, обоснована необходимость внедрения новой техники и технологий ПСО, приведена характеристика сверхлегких летательных аппаратов с мягким крылом: мотопарапланов и паралетов и проведена оценка их потенциальных возможностей при использовании в ПСО.
Ключевые слова: сверхлегкие летательные аппараты, мотопарапланы, паралеты, поисково-спасательные работы.
Происходящие в России в последние два десятилетия социально-экономические процессы обусловили значительное сокращение многих авиационных подразделений и служб, в том числе и в системе ПСО. При этом уровень подготовки летного состава и авиационных спасателей также снизился, техника и спасательное снаряжение быстро стареют, а оснащенность подразделений аварийно-спасательным имуществом сегодня составляет не более 30 % - 40 % от потребного. Обозначен серьезный дефицит ресурсных возможностей, что подтверждает критичность состояния ПСО и обусловливает необходимость совершенствования и внедрения новых методов и технологий. Все это не могло не сказаться на результатах поисково-спасательных работ (ПСР) в экстремальных ситуациях.
Таким образом, актуальным является решение задачи обновления технологий ПСО полетов в соответствии с возможностями по его совершенствованию, с учетом новых технических средств - сверхлегких летательных аппаратов (СЛА), в частности, мотопарапланов и паралетов. Такое решение обеспечивает возможность сокращения ресурсов и времени при выполнении поисковых и эвакуационных работ и повышение их эффективности.
Целью проводимых исследований является совершенствование технологии проведения поисково-спасательных операций при обеспечении полетов ГА в современных условиях.
Современное развитие техники и технологий позволяет использовать СЛА для повышения эффективности ПСО в ГА особенно при возникновении чрезвычайных обстоятельств, когда требуется эффективное использование всех имеющихся сил и средств для достижения поставленных задач. Применение парашюта в качестве спасательного средства в авиации в начале двадцатого века явилось следствием прямой необходимости и произошло вопреки мнению отдельных авторитетов того времени. В настоящее время невозможно представить современный авиакомплекс без совершенных катапультных спасательных систем, безотказно работающих на любой высоте и скорости полета и спасающих жизни летчиков. В то же время поисковоспасательное обеспечение полетов в настоящее время остается на уровне 70-х - 80-х годов прошлого века. Логично предположить, что моральное и техническое отставание ПСО ГА от современного уровня развития авиации может привести к недопустимым потерям летного состава и пассажиров в аварийных ситуациях. Статистика авиакатастроф последних лет также подтверждает актуальность вопроса по обеспечению поиска, спасания и эвакуации. Это особенно важно в ситуациях, когда проведение ПСР существующими штатными силами и средствами будет невозможно по причине отсутствия таковых либо ввиду заведомо недопустимого риска их использования. Учитывая подобную негативную тенденцию развития событий в современных условиях, приходим к выводу о необходимости совершенствования возможностей
ПСО ГА. В оптимальном варианте новое техническое средство спасания должно быть способным вести поиск автономно. При этом целесообразно рассматривать совмещение функции поискового и транспортно-эвакуационного СЛА, который обладает достаточной дальностью, скоростью полета и способностью десантировать объекты ПСО парашютным способом и автоматически выполнять посадку на любую поверхность в районе бедствия. На большое удаление от мест базирования такой СЛА может быть доставлен поисково-спасательным ВС. СЛА способен стать оптимальным средством, повышающим эффективность поисково-спасательного обеспечения полетов гражданской авиации. Кроме того, он может обеспечить повышенную маневренность специалистам поисковых наземных команд при локализации чрезвычайных ситуаций различного характера в зависимости от масштабов проводимых операций.
Оценивая обеспеченность ПСО ГА в настоящее время, следует отметить следующие факторы и тенденции.
Во-первых, в последние 15 - 20 лет новая спецтехника в ПСО полетов практически не поступала. Очевидно моральное и материальное старение. Следовательно, ограничены исследования в области новых технологий ПСО.
Во-вторых, по данным ИКАО показатель числа авиационных происшествий на 100 тысяч часов налета (на самолетах 1 - 3 классов) возрос с 0,65 до 1,38, а среднее количество ПСР в России уменьшилось в 5,5 раз, хотя среднее количество погибших снизилось только в 2,5 раза (с 2000 г. по 2009 г). Таким образом, тяжесть авиационных происшествий сохраняется, а количество длительных ПСР не сокращается.
В-третьих, последние 20 лет ознаменованы значительным сокращением поисковоспасательных подразделений, команд и специальных ВС (с 300 до 120 единиц), кроме того, проведено значительное реформирование российской системы авиационной поисковоспасательной службы (АПСС). Это привело к тому, что прикрытие всей территории России в поисково-спасательном отношении составляет 60 % - 70 % самолетами ПСС и 25 % - 30 % вертолетами от необходимого количества для надежного, гарантированного обеспечения. Данное положение дел свидетельствует о необходимости широкого внедрения новой техники и технологий.
Оценивая эффективность предлагаемых решений, следует отметить, что обоснованная структурная схема системы ПСО позволяет повысить ее эффективность на 15 % - 25 % (включая процесс поиска, обнаружения, сопровождения и дальнейшей эвакуации экипажа и специальных материалов с места бедствия), тем самым увеличив резерв времени для медицинского обеспечения полетов.
Предлагаемые решения обеспечивают выполнение задач ПСО при существовании проблем поисково-спасательного и эвакуационного обеспечения полетов авиации.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
1) анализ современного состояния поисково-спасательного обеспечения и применяемых методов поиска ЛА;
2) разработка технологии выполнения поисково-спасательных и эвакуационных операций с применением СЛА;
3) рассмотрение технологий применения и разработка тактических приемов поиска и спасания и самоспасания экипажей с применением СЛА;
4) анализ функционирования ПСО полетов с учетом СЛА на основе единого технологического процесса ведения этих работ;
5) разработка модели функционирования поисково-спасательного обеспечения полетов с учетом технологий СЛА в современных условиях;
6) оценка эффективности предлагаемых решений.
Наиболее существенные результаты работы заключаются в том, что раскрыты возможности СЛА и разработаны новые технологии их применения в ПСО полетов в современных условиях.
На основе анализа отечественного и зарубежного опыта применения СЛА можно сделать следующие выводы:
1. Технология применения пилотируемых и беспилотных СЛА в интересах поиска и спасания потерпевших бедствие повышает возможности ПСО полетов.
2. Модель рационального варианта применения СЛА для решения задач поиска, спасания и оказания помощи пострадавшим в чрезвычайных ситуациях показывает возможное повышение эффективности ПСО полетов на 15 % - 25 %.
3. Рекомендации по повышению эффективности ПСО полетов, а также при оказании помощи пострадавшим в чрезвычайных ситуациях на основе применения пилотируемых и беспилотных СЛА являются целесообразными для повышения эффективности ПСО полетов ГА. В качестве нового дополнительного технического средства для повышения эффективности ПСО ГА предлагаются мотопарапланы и паралеты.
Натурное моделирование производилось путем выполнения полетов на мотопарапланах и паралетах с выполнением отдельных элементов ПСО. В качестве модели базирования средств поиска и спасания использовался аэродром Монино, а в качестве площадок имитации аварийной ситуации - площадки в районе аэродрома Монино и на территории РГ НИИ-ЦПК им. Ю. А. Гагарина. В качестве поисково-спасательных СЛА использовались пилотируемые паралеты (одноместный и двухместный) и беспилотный минипараплан.
Параплан - сверхлегкий планер без жестких элементов конструкции и шасси, аэродинамическая несущая поверхность которого формируется под воздействием обтекающего воздушного потока, а управление за счет частичного изменения формы несущей поверхности.
Это самый молодой класс СЛА. Получил широкое распространение с начала 90-х годов. Количество парапланов, находящихся сегодня в эксплуатации в Российской Федерации, можно оценить цифрой приблизительно в 2000 экземпляров. Большинство из них мелкосерийного производства, изготовлены в клубах СЛА как копии хорошо зарекомендовавших себя единичных образцов или серийных моделей. Масса конструкции 4 кг - 10 кг, скорость полета 20 км/ч -40 км/час, площадь крыла 20 м2 - 40 м2, размах крыла до 10 м, экипаж до 2 человек. Этот уникальный летательный аппарат может уместиться в дамской сумочке. В то же время рекорд дальности полета на параплане, установленный канадцем Уиллом Гаддоу (Will Gadd), составляет 423 км.
Мотопараплан - моторный параплан без шасси.
В последние годы этот класс СЛА бурно развивается. Он имеет много достоинств: не нужен аэродром, СЛА легко транспортируется, легко управляется. Недостаток - высокие требования к физической форме пилота.
Масса конструкции мотопарапланов 30 кг - 70 кг, скорость полета 30 км/час - 50 км/час,
2 2
площадь крыла 20 м - 40 м , размах крыла до 10 м, экипаж до 2 человек. Сегодня количество этих СЛА в России можно оценить цифрой 1000 - 1500 экземпляров.
Паралет - моторный параплан, взлет и посадка которого производится с использованием колесного, лыжного, поплавкового или другого шасси.
Этот класс СЛА, так же как и мотопараплан, получил динамичное развитие в последние годы. От пилота паралета уже не требуется иметь для старта хорошую физическую форму.
Масса конструкции паралетов составляет 70 кг - 300 кг, скорость полета 40 км/час -70 км/час, площадь крыла 20 м2 - 40 м2, размах крыла до 10 м, экипаж до 2 человек. Количество СЛА этого класса в России можно оценить цифрой 200 - 400 экземпляров [1].
Общий вид паралета показан на рис. 1.
Рис. 1. Общий вид типового паралета с элементами конструкции
Паралет может иметь универсальное быстросъемное колесное, лыжное или поплавковое шасси и использоваться для перемещения по земной и водной поверхности в качестве амфибии со скоростью до 100 км/ч. На функциональном модуле (ФМ) может устанавливаться дополнительное оборудование: кассеты с беспилотными СЛА, радиомаяки, поисковые фото и кинокамеры. Конструкция ФМ выполнена из труб титанового сплава, является быстроразборной и малогабаритной. В сложенном виде ФМ помещается в стандартный парашютный контейнер. Аппарат может находиться на борту поискового вертолета, самолета либо на внешней подвеске под обтекателем. В случае необходимости контейнер с паралетом может десантироваться парашютным способом к месту бедствия с применением штатных парашютных систем. Данная схема является типовой и для применения в ПСО имеет унифицированные узлы установки специального оборудования. В сложенном виде умещается в багажник легкового автомобиля.
В качестве силовой установки применяется 2-х и 4-тактные бензиновые двигатели мощностью 20 л.с. - 50 л.с. с толкающим воздушным винтом в ограждении. Тяга винтомоторной группы от 50 кгс до 150 кгс. Расход топлива 5 л/ч - 10 л/ч. Емкость топливного бака варьируется от 10 л до 100 л. Экипаж 1 - 2 человека. Полезная нагрузка до 200 кг. На подготовку к полету двухместного паралета требуется технологическое время от 15 до 30 минут.
Управление паралетом в воздухе осуществляется посредством двух строп управления крылом, а двигателем - посредством РУД. Управление может быть ручное, ножное и совмещенное, посредством автопилота, совмещенным со спутниковой навигацией, радиоуправлением.
При движении по земле паралет управляется носовым рулевым колесом, сектором газа и тормозом. На ФМ могут устанавливаться обтекатели и днище или закрытая кабина.
Немаловажный фактор для пилота - отсутствие рефлекса обратного управления (в отличие от дельталетов), т.е. летные и парашютные навыки способствуют успешному освоению пилотирования паралета. Стандартная схема паралета уже сегодня позволяет успешно выполнять задачи поиска и спасания без существенных доработок серийного образца. Это подчеркивает универсальность системы и говорит об экономичности применения в современных условиях. При использовании подобных аппаратов совместно с поисковым ВС реально повышается эффективность обследования поисковых площадей в различных метеоусловиях.
На рис. 2 представлена одна из возможных моделей воздушного поиска с применением СЛА.
Рис. 2. Моделирование воздушного поиска с применением СЛА (вариант)
В процессе моделирования важны пространственные показатели, которые характеризуют процесс поиска с точки зрения достижения результата по отношению к затратам. Имеются в виду временные и материальные затраты. Повышение эффективности ПСО путем применения СЛА предполагается, в том числе, за счет меньшей стоимости летного часа и самого поискового средства при условии качественного решения задачи. В процессе воздушного визуального поиска главным показателем является величина площади визуального обследования:
8С ВИЗ ПС ВС + СЛА = WвиЗ ' 0-шах ПС ВС - 2ДРП + -тах СЛА ' ^СЛА) (1)
Эффективность воздушного визуального поиска можно существенно повысить простым дополнением применяемых поисковых средств в виде СЛА.
8с ВИЗ ПС ВС + СЛА = WвИЗ ПС ВС ' (шах ПС ВС - 2-Дрп) + WвИЗ СЛА ' -шах СЛА ' ^СЛА, (2)
8с ВИЗ ПС ВС + СЛА = 8с ВИЗ ПС ВС + 8с ВИЗ СЛА. (3)
Показателем повышения эффективности поиска будет увеличение обследуемой площади в районе поиска:
А8с = СЛА ' 1шах СЛА ' ^СЛА , (4)
где: 8с ВИЗ ПС ВС + СЛА - величина общей обследуемой площади воздушным визуальным поиском ПС ВС и СЛА совместно; WВИЗ ПС ВС - поисковая производительность (визуального воздушного
поиска); -шах ПС ВС - максимальное время полета (ПС ВС и СЛА соответственно); 21дрп - двойное дополнительное резервное время полета; КСЛА - количество СЛА.
Сравнительные показатели стоимости решения поисковых задач паралетами и легкими вертолетами, полученные в результате аналитического и натурного моделирования, дают основание ожидать, что повышение эффективности работ составит от 25 до 50 процентов при решении задач по сравнению с вертолетами в процессе проведения ПСР.
Современное состояние и опыт эксплуатации паралетов показывает, что паралет с массой конструкции до 150 кг перемещает по воздуху людей и грузы общей массой до 250 кг со скоростью до 60 км/час на расстояния до 200 км при высоте полета от 10 м до 4000 м. Полеты могут выполняться днем и ночью при ветре до 10 м/сек. При отсутствии значительной турбулентности и атмосферных осадков паралет может взлетать и садиться практически на любой внеаэро-дромной площадке. Взлетная и посадочная дистанции составляют от 30 м до 50 м. В наземном варианте передвижения паралет с убранным в бортовой контейнер крылом может двигаться по твердому покрытию, рыхлому грунту, песку, мокрому снегу со скоростью до 100 км/час.
Основные преимущества паралета как летательного аппарата:
- способность лететь в положении устойчивого равновесия;
- малая удельная нагрузка на крыло, позволяющая поддерживать и набирать высоту за счет термических и динамических атмосферных потоков;
- способность полностью гасить вертикальную и горизонтальную составляющие воздушной скорости путем аэродинамического "подрыва" при приземлении, т.е. безопасно садиться практически на любую поверхность;
- способность безопасно планировать и приземляться при отказе двигателя;
- малая минимальная полетная скорость, позволяющая сравнительно безопасно летать на предельно малых высотах, над пересеченной местностью при наличии угрозы столкновения с наземным препятствием или поверхностью, в том числе в условиях плохой видимости;
- производить беспарашютное десантирование людей и грузов, а также их "подхват" с земли или воды на бреющем полете, либо посредством троса с заданной высоты;
- отсутствие в крыле параплана жестких элементов конструкции, что позволяет его легко складывать в ограниченный объем;
- способность крыла вводиться в действие парашютным способом, что позволяет десантировать паралет с борта носителя (с самолетов, вертолетов, аэростатов, дирижаблей и т. д.);
- большая весовая отдача;
- простота управления, что позволяет сравнительно легко обучать пилотированию паралетом лиц, не имеющих летной подготовки, путем соответствующего инструктажа, устанавливать на паралет простейшую автоматизированную систему управления парашютного типа (2-канальную, типа АСДГ), возможно совмещение с системой спутниковой навигации и радиоуправление.
Другая особенность паралета - способность взлетать без двигателя, используя перепад высоты и разгон под действием собственной массы по наклонной поверхности. Это преимущество особенно важно в горной местности. На равнине паралет способен осуществлять взлет и набор высоты способом буксировки лебедкой или транспортным средством. Аналогично можно использовать для взлета и набора высоты силу встречного ветра - режим воздушного змея. Наконец, паралет способен совершать длительные парящие полеты, используя термические и динамические воздушные потоки. Таким образом, паралет имеет свойства и преимущества, которые делают его в ряде случаев безальтернативным средством спасания, например, в горах. Учитывая малый вес и размеры конструкции, удобство транспортировки и хранения в сложенном виде, а также способность десантироваться к месту бедствия парашютным способом, приходим к выводу о перспективности этого класса СЛА как средства ПСО. К недостаткам СЛА с мягким крылом можно отнести ограничения по ветру и осадкам, что несколько снижает их эксплуатационные возможности.
Таким образом, внедрение в практику разработанных рекомендаций и предложений по совершенствованию средств поиска и спасания и тактических приемов их применения позволит повысить эффективность проводимых мероприятий ПСО полетов ГА с использованием СЛА в результате на 15 % - 25 %.
ЛИТЕРАТУРА
1. Никитин И.В. Классификация сверхлегких летательных аппаратов и анализ состояния сверхлегкой авиации в России // Научный Вестник МГТУ ГА, серия Аэромеханика, прочность, поддержание летной годности, № 103, 2006. - С. 82 - 88.
PRINCIPLS OF THE APPLICATION OF PARAMOTORS AND PARAMOTOR TRIKES IN THE SEARC-AND-RESCUE ENSURING OF THE CIVIL AVIATION FLIGHTS
Nikitin I.V., Lapin V.A.
This article gives an analysis of the today’s state of search-and-rescue ensuring system (SAR) of the Civil Aviation (CA). The necessity to apply new engineering and technology of SAR is grounded. References of the microlights with soft wings: paramotors and paramotor trikes and their potential possibilities for the SAR are listed and estimated.
Key words: superlight aircraft, motor paraplane, paralet, search-and-rescue.
Сведения об авторах
Никитин Игорь Валентинович, 1953 г.р., окончил МИИГА (1979), доктор технических наук, ведущий научный сотрудник, научный руководитель СКБ МГТУ ГА, автор более 80 научных работ, область научных интересов - сверхлегкая авиация, проектирование и конструкция, сертификация и испытания, применение сверхлегких воздушных судов в народном хозяйстве, аэродинамика и динамика полета.
Лапин Владимир Анатольевич, 1965 г.р., окончил Брянский государственный университет (1996), Калужское летно-техническое училище (2001), государственный инспектор ФСНСТ МТ РФ, руководитель авиационного клуба Военно-воздушной академии им. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина, летчик-инструктор СЛА, автор 10 научных работ, область научных интересов - сверхлегкая авиация, проектирование и конструкция, летная эксплуатация и эффективность применения сверхлегких воздушных судов, аэродинамика и динамика полета, методы испытаний.
