CC BY
81
2009
НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА серия Аэромеханика и прочность
№ 138
УДК 629.735.07
ОПРЕДЕЛЕНИЕ БЕЗОПАСНЫХ ВЫСОТ ВИСЕНИЯ ВЕРТОЛЕТА МИ-8 В КОНКРЕТНЫХ УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ
В.И. БУГАЙ, В.А. ИВЧИН Статья представлена доктором технических наук, профессором Кублановым М.С.
С помощью математического моделирования получены значения безопасной высоты висения и предельные значения массы вертолета Ми-8 при различных внешних условиях.
Цель данного исследования - найти влияние конкретных условий эксплуатации на высоту, с которой обеспечивается безопасное приземление вертолета после отказа одного двигателя. Для этого был поставлен и проведен вычислительный эксперимент (ВЭ) с помощью созданной сотрудниками кафедры АКПЛА МГТУ ГА Системы математического моделирования динамики полета летательных аппаратов (СММ ДП ЛА) [1 - 4]. Редакция СММ ДП ЛА для вертолета Ми-8МТВ создана на основе алгоритмов аэродинамической модели вертолета Ми-8МТВ, разработанной ОАО "Московский вертолетный завод им. М. Л. Миля".
В [5] было показано, что существуют резервы расширения ожидаемых условий эксплуатации вертолета Ми-8МТВ. Плотность воздуха, определяемая температурой и высотой расположения взлетно-посадочной площадки, могут существенно изменить конфигурацию опасной зоны И-У, заданной руководством по летной эксплуатации [6] (рис. 1) для всех без исключения условий, в том числе и крайних. Для получения количественных оценок этого явления проведен ВЭ по определению допустимых высот висения по соображениям безопасного приземления вертолета после отказа одного двигателя (точка 1 зоны И-У на рис. 1).
Скорость, км/ч
Рис. 1
Указанный ВЭ проводился по следующему сценарию модельного полета:
- начальная точка: Н = 12,63 м, і = 30 с,
- выход на висение на задаваемой высоте (Н1 варьировалась),
- отказ одного двигателя на і = 50 с,
- сброс шага НВ до задаваемого значения (варьировалось от 1 до 4) в момент достижения вертикальной скоростью задаваемого значения (варьировалось от -0,5 м/с до -0,1 м/с),
- "подрыв" - дача шага НВ до 14,75,
- окончание расчетов при выполнении одного из условий: касание (есть нагрузка на шасси), высота меньше 2 см, время > 100 с.
Для определения максимальной допустимой высоты висения Н1 (от колес шасси до поверхности земли) рассчитывалось безопасное вертикальное снижение из нижней точки 1 левой опасной зоны Н-V (рис. 1). Условием безопасного приземления принято наличие возможности у пилота так управлять полетом, чтобы значение вертикальной скорости снижения в момент касания земли не превысило 2,5 м/с. Для отыскания такой возможности в вычислительном эксперименте перебирались все возможные варианты управления вертолетом (см. выше сценарий модельного полета). Таких вариантов траекторий в общей сложности просчитано и проанализировано около 10000.
В целях исследований ВЭ включал в себя варианты полетов со значениями высоты расположения взлетно-посадочной площадки Наэр (м), температуры атмосферы 1;атм (°С) и массы вертолета т (кг), указанными в табл. 1. В правой части этой таблицы указана найденная безопасная высота Н1 исследованного вертикального снижения, т.е. положение точки 1 левой опасной зоны на диаграмме Н^.
Таблица 1
Безопасная высота висения вертолета Ми-8МТВ
, м О. Л К ^атм, °С т, кг Ні, м
1 0 МСА 9000 ¥
2 10000 ¥
3 11000 18,0
4 13000 12,7
5 - О о 9000 ¥
6 11000 ¥
7 12000 20,5
8 13000 16,7
9 1000 МСА 9000 ¥
10 11000 21,5
11 13000 10,7
12 -40° 9000 ¥
13 11000 24,0
14 13000 15,0
15 2000 МСА 9000 (¥)*
16 11000 19,4
17 12400** 10,0
18 -40° 9000 ¥
19 11000 22,0
20 13000 12,0
21 3000 МСА 9000 39,5
22 11000 13,0
23 11500** 10,0
24 -40° 9000 39,5
25 11000 16,8
26 12200** 10
* - в случае 2000 м, МСА, 9000 кг снижение после отказа с большой высоты (вплоть до 50 м) происходит медленно, и на высоте около 5 м вертолет зависает при одном работающем двигателе вследствие экранного эффекта близости земли.
** - выявлены значения максимально допустимой массы вертолета для висения над землей на Н = 10 м и безопасного снижения после отказа одного двигателя.
Для этих же внешних условий при отказе одного двигателя найдены предельные значения массы вертолета тв для уверенного висения над землей на высоте Н = 10 м и для безопасного приземления без "подрыва" тб, представленные в табл. 2.
Таблица 2
Предельные допустимые значения массы вертолета Ми-8МТВ
, м & э Я? 1атм, °С г м т тб, кг
0 МСА 9100 11300
1 О о 9800 12300
1000 МСА 9000 11100
-40° 9600 11900
2000 МСА 8700 10800
-40° 9100 11300
3000 МСА 8100 10100
-40° 8200 10200
Заметим, что на высоте местности более 2000 м висение вертолета после отказа одного двигателя практически (в эксплуатационном диапазоне значений массы) невозможно.
Полученные материалы расчетов можно представить графически для более наглядного понимания исследуемых явлений. На рис. 2 показаны графики изменения максимальной высоты безопасного висения в зависимости от температуры наружного воздуха, барометрической высоты площадки и полетной массы вертолета.
40 “ 35 | § 30 5 о « 25 0 £ 20 3 5 15 1 10 ш 5 0 -6 Наэр = 0 40 Е 35 к 5 8 30 5 в ат 25 то й 20 £ £ 15 [ 10 Ш 5 0 -6 Наэр = 1000 м
0 1 1 0
- - -О - тв = 11000 кг - - тв = 13000 кг — тв = 11000 кг
— тв = 13000 кг
} -—о
0 -5 0 -4 0 -3 Темп 0 -2 ература н 0 -1 аружного 0 воздуха, 1 град 02 03 0 -5 0 -4 0 -3 Темп 0 -2 ература н 0 -1 аружного 00 воздуха, 1 град 02 03
40 Е 35 к 5 § 30 5 о « 25 0 2 20 § 5 15 1 10 ш 5 0 -6 Наэр = 2000 м 40 Е 35 к 5 8 30 5 в ат 25 то 2 20 § 5 15 I 10 ш 5 0 -6 Наэр = 3000 м
- — тв = 11000 кг 0 | 1 --Ж--тв = 9000 кг - -ЕЗ- - тв = 11000 кг О тв = 11500 кг О тв = 12200 кг — 0
о тв = 1240 0 кг
— —
3
'' “-а
0- 0 -4 0 -3 Темп 0 -2 ература н 0 -1 аружного 0 воздуха, 01 град 02 03 0- 0 -4 0 -3 Темп 0- ература н 0 -1 аружного 0 воздуха, 01 град 02 03
Рис. 2
На графиках жирной линией отмечена безопасная высота висения, указанная в РЛЭ вертолета Ми-8МТВ (точка 1 рис. 1). Из графиков видно, что безопасная высота висения, равная 10 м, соответствует только отдельным сочетаниям параметров (1;атм, Наэр, тв). В то же время для других сочетаний (1;атм, Наэр, тв) допустима большая высота безопасного висения, что позволяет расширить взлетнопосадочные возможности вертолета и, следовательно, условия его эксплуатации.
Из анализа полученных результатов можно сделать следующие выводы:
1) На высоте местности 3000 м во всех погодных условиях влияние экрана земли настолько слабо, что приводит к необходимости ограничения безопасной высоты висения даже для практически пустого вертолета (варианты 21, 24 табл. 1).
2) При массе вертолета, незначительно превышающей тв (табл. 2), его можно безопасно посадить без "подрыва", плавным маневром с последующим использованием влияния экрана земли на высоте около 5 м (вариант 15 табл. 1).
3) При массе вертолета, незначительно меньшей тб (табл. 2), становится критической возможность гашения вертикальной скорости снижения с большой высоты до высоты 5 м, где помогает влияние экрана земли. Поэтому безопасная высота висения Н1 оказывается близкой к 20 м (варианты 3, 7, 10, 13, 16, 19 табл. 1).
4) Различные сочетания параметров (1нв, Н<5ар, Мв) обеспечивают разную безопасную высоту висения с точки зрения посадки при одном отказавшем двигателе. Учет этого обстоятельства позволяет расширить эксплуатационные возможности вертолета в некотором диапазоне ожидаемых условий эксплуатации.
Безусловно, следует отметить, что полученные числовые результаты могут служить лишь ориентиром для дальнейших исследований возможности расширения ожидаемых условий эксплуатации, в том числе и с помощью летных испытаний, без которых их внедрение невозможно.
ЛИТЕРАТУРА
1. Система математического моделирования динамики полета воздушных судов на базе персональных ЭВМ: Отчет о НИР (промежуточный) / Моск. ин-т инженеров гражд. авиации (МИИГА); Руководитель В.Г. Ципенко. Ответственный исполнитель М. С. Кубланов. - № ГР 01910018045; Инв. № 02910024435 - М., 1991.
2. Разработка общих рекомендаций по летной эксплуатации самолета Ил-96-300 в ожидаемых условиях эксплуатации и режимах, выходящих за ожидаемые условия эксплуатации, на этапах взлета, захода на посадку и посадки: Отчет о НИР (заключительный) / Моск. гос. технич. ун-т гражд. авиации (МГТУ ГА); Руководитель В.Г. Ципенко. Ответственный исполнитель М.С. Кубланов. - № ГР 01930010176; Инв. № 02940003177 - М., 1993.
3. Кубланов М. С. Идентификация математической модели по данным летных испытаний самолета Ил-96-300 // Решение прикладных задач летной эксплуатации ВС методами математического моделирования. - М.: МГТУ ГА, 1993. - С. 3 - 10.
4. Кубланов М.С. Разработка теории и методов повышения уровня адекватности математических моделей на основе идентификации параметров движения для обеспечения летной эксплуатации самолетов гражданской авиации: Дисс. д-ра техн. наук. - М., 2000.
5. Бугай В.И., Ивчин В.А. Выявление возможностей расширения ожидаемых условий эксплуатации вертолета Ми-8 на больших высотах и при низких температурах // Научный Вестник МГТУ ГА, серия Аэромеханика и прочность, № 125, 2008.
6. Руководство по летной эксплуатации вертолета Ми-8МТВ. Введено в действие отделом летной эксплуатации Департамента воздушного транспорта Министерства транспорта Российской Федерации 14 мая 1994 г. - М.: Воздушный транспорт, 1994.
DEFINITION OF HELICOPTER MI-8 SAFE HOVERING ALTITUDE AT CURRENT
OPERATING CONDITIONS
Bugay V.I., Ivchin V.A.
There are defined safe hovering altitude and maximum mass of helicopter Mi-8 by means of mathematical modeling.
Сведения об авторах
Бугай Виктор Иванович, 1953 г.р., окончил КИИ ГА (1983), начальник Управления инспекции по безопасности полетов и расследования авиационных событий Федерального агентства воздушного транспорта Министерства транспорта РФ, соискатель кафедры аэродинамики, конструкции и прочности ЛА МГТУ ГА, автор 9 научных работ, область научных интересов - летная эксплуатация и безопасность полетов вертолетов.
Ивчин Валерий Андреевич, 1951 г.р., окончил МАИ им. С. Орджоникидзе (1974), кандидат технических наук, начальник отдела аэродинамики и динамики вертолета ОАО "Московский вертолетный завод им. М. Л. Миля", автор более 30 научных работ, область научных интересов - аэродинамика, динамика вертолета, математическое моделирование вертолета, экспериментальные исследования аэродинамики винтов вертолета.
