CC BY
275
2010
НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА серия Аэромеханика и прочность
№ 151
УДК 629.735.07
ОСОБЕННОСТИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ВЕРТОЛЕТОВ С ГРУЗОМ НА ВНЕШНЕЙ ПОДВЕСКЕ
В.В. ЕФИМОВ
Статья представлена доктором технических наук, профессором Ципенко В.Г.
Представлены результаты анализа основных причин авиационных происшествий и инцидентов при эксплуатации вертолетов с грузом на внешней подвеске.
Ключевые слова: безопасность, вертолет с грузом на внешней подвеске, причины авиационных происшествий.
Безопасность полетов летательных аппаратов (ЛА), в том числе вертолетов с грузом на внешней подвеске (ВП), является одним из важнейших свойств авиационной транспортной системы, обеспечивающей выполнение полетов.
Несмотря на многочисленные исследования и мероприятия, направленные на повышение безопасности полетов (БП), аварийность в гражданской авиации (ГА) России остается высокой. На рис. 1 приведены данные по авиационным происшествиям (АП) в России за последние 10 лет [1]. Из этих данных следует, что аварийность на вертолетах существенно выше, чем на самолетах.
Рис. 1. Сравнение количества авиационных происшествий с самолетами и вертолетами
Основные причины АП делятся на три группы [2, 3]:
- человеческий фактор;
- отказы авиационной техники;
- нерасчетные условия эксплуатации.
Это так называемые неблагоприятные факторы, которые приводят к возникновению особых ситуаций (ОС), которые являются источником АП и авиационных инцидентов (АИ).
На долю человеческого фактора приходится, как правило, около 70 % АП [2, 4]. АП, связанные с отказами авиационной техники, составляют около 20 %, а с нерасчетными условиями эксплуатации - соответственно 10 % [2].
Основную долю среди причин АП с вертолетами, относящихся к человеческому фактору, составляют различного рода недостатки в работе экипажей (около 60 %), а именно: нарушение установленных правил выполнения полетов, неадекватное принятие решений по выходу из возникшей особой ситуации, допущение ошибок в технике пилотирования, нарушение технологии работ в полете и отсутствие должного взаимодействия в экипаже, неправильная эксплуатация авиационной техники в полете, нарушения требований документации, регламентирующей летную деятельность, неумение экипажа правильно выбрать с воздуха посадочную площадку.
В докладе [5] отмечается, что анализ не снижающейся аварийности вертолетов показывает, что АП происходят, как правило, в результате сочетания неудовлетворительной подготовки экипажа к выполнению задания, недостаточного контроля экипажа за высотой и скоростью полета при заходе на посадку, неадекватных действий экипажа по прекращению снижения и своевременному уходу на второй круг при отсутствии видимости земных ориентиров, неудовлетворительной организации и обеспечения полетов.
Около 10 % АП обусловлено ошибками персонала, обслуживающего полеты. Здесь имеются в виду ошибки работников системы управления воздушным движением, аэродромных служб и др.
На БП существенно влияют отказы авиационной техники. Около половины всех АИ связаны именно с отказами [1]. Отказы авиационной техники возникают в основном вследствие конструктивно-производственных недостатков (КПН) и некачественного технического обслуживания и ремонта ЛА [3].
На БП также сильно сказывается попадание ЛА в нерасчетные условия эксплуатации по причинам, не связанным с человеческим фактором и с отказами техники (воздействие повышенной атмосферной турбулентности, резкое непрогнозируемое ухудшение метеоусловий, столкновения с птицами, воздействие града, воздействие разрядов атмосферного электричества, эксплуатация при наличии накопившихся повреждений конструкции и др. [6 - 8]).
Рассмотренные выше неблагоприятные факторы оказывают свое негативное воздействие и на БП вертолетов с ВП. При этом сама ВП является дополнительным источником ОС. Наиболее полный и подробный анализ функционирования системы "вертолет - экипаж - груз на ВП" в условиях воздействия неблагоприятных факторов был проведен Паршенцевым С. А. и представлен в работах [9 - 13].
На основе данных, собранных Паршенцевым С. А., можно составить следующее распределение ОС по группам неблагоприятных факторов:
- человеческий фактор - 55 %;
- отказы авиационной техники (в том числе систем ВП груза) - 33 %;
- нерасчетные условия эксплуатации - 8 %;
- неустановленные причины - 4 %.
Таким образом, человеческий фактор, как и следовало ожидать, является основным источником ОС при полетах вертолетов с грузом на ВП.
Из 55 % ОС, связанных с человеческим фактором, 23 % - это ошибки экипажа, которые можно разделить на [14]:
- ошибки пилотирования и неправильные решения, принятые в полете;
- сознательные нарушения правил выполнения полетов.
Наличие груза на ВП приводит к усложнению техники пилотирования вертолета, что предъявляет повышенные требования к квалификации членов экипажа.
Ошибки при пилотировании и неправильные решения в полете характеризуют уровень профессиональной подготовки летного состава (качество обучения летного состава, состояние программ подготовки, качество летно-методического сопровождения).
В работе [9] Паршенцевым С. А. вскрыты основные причины ошибочных действий экипажа при выполнении авиационных строительно-монтажных работ (АСМР) и транспортировке груза на ВП:
- недостатки в организации подготовки, выполнении и обеспечении полетов на АСМР и работах, связанных с транспортировкой грузов на ВП;
- незнание экипажем основных принципов пилотирования вертолета на АСМР;
- нарушение технологии работы и неудовлетворительное взаимодействие в экипаже;
- ошибки и нарушения, связанные с потерей экипажем контроля над пространственным положением при попадании в снежный (пыльный) вихрь, а также ошибки в пилотировании вертолета при маневрировании вблизи препятствий;
- ошибки экипажей при работе с системами ЛА;
- недостаточная скорость реакции пилота на команды, подаваемые ему бортовым оператором ВП или наземным руководителем полетов на АСМР;
- ошибки при оценке скорости и направления ветра при взлете (посадке) вертолета с грузом на ВП и маневрировании вертолета над монтажным стыком.
Для вертолетов с грузом на внешней подвеске дополнительным источником АП и АИ являются ошибки вспомогательного персонала при подготовке груза (23 % ОС), наиболее характерными из которых являются [9, 15]:
- применение неисправных грузозахватных приспособлений, ТС, тросов и строповочных элементов;
- нарушение правил и схем строповки груза, подлежащего перевозке на внешней подвеске вертолета;
- невыполнение требований Проекта производства работ по взвешиванию и контрольной сборке секций (укрупненных блоков) объекта монтажа, подлежащих подъему и установке вертолетом, перед началом работ.
К основным причинам данных ошибок и нарушений вспомогательного персонала относятся:
- недостатки в организации работ и контроле над их выполнением со стороны руководящего состава персонала строительной организации;
- невыполнение требований руководителя работ и экипажа в процессе выполнения АСМР;
- отсутствие опыта выполнения АСМР и низкие профессиональные качества персонала.
Среди отказов техники при выполнении АСМР и транспортировке груза на ВП, наиболее
частыми причинами ОС являются [9, 15]:
- отказы силовой установки (14 %);
- отказы системы управления (3 %);
- отказы воздушных винтов (1 %);
- отказы функциональных систем вертолета (1 %);
- отказы систем ВП (14 %).
Для вертолета, совершающего работы с грузом на внешней подвеске, отказ двигателя практически всегда приводит к тяжелым последствиям [9, 12]. Это связано с тем, что вертолет в данном случае находится в зоне опасных сочетаний высоты Н и приборной скорости Упр полета (зона "А" на рис. 2). Границы опасной зоны "А" определяются возможностями вертолета совершить безопасную посадку с одним отказавшим двигателем. Нижняя граница этой зоны определяет предельное значение высоты висения, с которой возможна безопасная посадка при отказе одного двигателя без горизонтального разгона вертолета.
Н, м 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10
0
Рис. 2. Зоны опасных сочетаний высоты и скорости полета вертолета Ми-8МТВ
Как видно из рис. 2 [16], для вертолета Ми-8МТВ на режиме висения нижняя граница опасной зоны "А" составляет 10 м. Однако при проведении АСМР высота висения очень часто находится в опасном диапазоне 10 м - 100 м. Даже своевременный сброс груза и выполнение разгона вертолета с целью развить горизонтальную скорость не гарантируют безопасного завершения полета, т.к. при полете с одним работающим двигателем такой разгон будет сопровождаться значительной потерей высоты, что может привести к столкновению с землей.
К таким же последствиям может привести и отказ тех систем вертолета, без которых продолжение управляемого полета невозможно.
К отказам систем ВП можно отнести следующие [9]:
- отказы замков подвески (самопроизвольное раскрытие или нераскрытие в нужный момент);
- обрывы тросов;
- выходы из строя средств стабилизации груза;
- отказы систем азимутальной фиксации (САФ) и азимутальной ориентации (САО) груза.
Самопроизвольное раскрытие замка подвески и обрыв троса приводят не только к потере
груза, но и могут стать причиной аварии или даже катастрофы вертолета. Во-первых, в таких случаях происходит резкое изменение действующей перегрузки из-за того, что появляется существенная разность между силой тяги НВ и весом вертолета. Любой вертолет имеет ограничения по действующей перегрузке, которое может быть в данном случае превышено. Во-вторых, оборвавшийся трос за счет своей упругости может подскочить вверх и попасть в НВ или РВ, повредить остекление фонаря кабины пилотов, нанеся им травмы.
Нераскрытие замка ВП в нужный момент также может иметь тяжелые последствия, приведя, например, к невозможности произвести аварийный сброс груза.
Выход из строя средств стабилизации при транспортировке груза на большой скорости может вызвать его прогрессирующее раскачивание, что при невозможности погасить возникшие колебания потребует аварийного сброса груза.
Отказы САФ и САО также могут привести к вышеперечисленным последствиям. Отсутствие возможности произвести азимутальную ориентацию груза с помощью САО дополнительно может привести к срыву АСМР.
Из вышеизложенного следует, что некоторые отказы систем ВП могут привести к попаданию вертолета в нерасчетные условия эксплуатации.
Воздействие внешней среды также сильно сказывается на БП вертолетов с грузом на ВП. Неблагоприятные внешние условия оказывают весьма разнообразные по своим последствиям воздействия на вертолет и груз на его ВП. Повышенная турбулентность атмосферы (сильный ветер, вертикальные и горизонтальные порывы, сдвиг ветра на малых высотах, осадки, спутный след и т.п.) вызывает изменение сил и моментов, действующих на вертолет, и приводит к возмущенному его движению. Такое же воздействие атмосферная турбулентность оказывает и на груз, находящийся на ВП вертолета. В результате силового взаимодействия вертолета и груза происходит их взаимное перемещение, которое, как правило, представляет собой колебательный процесс, далеко не всегда затухающий.
Существует целый ряд свойств внешней среды, которые могут приводить к таким явлениям, как электрические воздействия на вертолет, его обледенение, влияние температурных аномалий в атмосфере на энерговооруженность вертолета и столкновение с птицами. Эти явления служат причинами определенной доли АП и АИ (до 10 % всех АП и АИ).
Необходимо отметить, что факторы внешней среды, как таковые, далеко не всегда являются причинами АП и АИ. Гораздо чаще они сопутствуют ошибкам пилотов, отказам АТ и тем самым существенно усугубляют ОС. Поэтому часто неблагоприятные внешние воздействия не находят отражения в докладах экипажа о результатах полета, если эти воздействия были эффективно и своевременно скомпенсированы при возникновении ОС в полете.
На рис. 3 показана блок-схема, обобщающая проведенный анализ, на основании которого можно заключить, что наличие ВП является дополнительным источником ОС, усложняет технику пилотирования и является дополнительным источником отказов. Кроме того, вероятность возникновения ОС при воздействиях внешней среды на систему "вертолет - груз на ВП" значительно выше, чем при воздействии на изолированный вертолет.
Неблагоприятные факторы при выполнении полетов с грузом на ВП
Человеческий
фактор
Ошибки экипажа
Потеря контроля над пространственным положением вертолета и груза Ошибки пилотирования вблизи препятствий Ошибки при работе с системами вертолета и ТС Ошибки при оценке скорости и направления ветра и др._________________
Ошибки наземного персонала
Отказы АТ
Отказы силовой установки
Отказы системы управления
—| Отказы воздушных винтов
Отказы функциональных систем
Применение неисправных грузозахватных и др. приспособлений Нарушение правил и схем строповки груза
Невыполнение требований Проекта производства работ и др.
Рис. 3.
Отказы систем ВП
Отказы замков подвески ОбрЬЕЕ тросов
Выход из строя средств стабилизации груза Отказы САФ и CAO и др.
Нерасчетные условия эксплуатации
Повышенная атмосферная турбуле нтность
Резкое ухудшение метеоусловий
Обледенение вертолета и груза на ВП
Воздействие града, грозы
Столкновение с птицами
Накопившиеся
повреждения
К анализу неблагоприятных факторов
ЛИТЕРАТУРА
1. Анализы состояния безопасности полетов в гражданской авиации Российской Федерации в 1997 - 2005 гг.
- М.: ФАВТ МТ РФ, 2006.
2. Анцелиович Л. Л. Надежность, безопасность и живучесть самолета. - М.: Машиностроение, 1985.
3. Володко А.М. Вертолет в особой ситуации. - М.: Транспорт, 1992.
4. Состояние безопасности полетов в гражданской авиации государств-участников "Соглашения о гражданской авиации и об использовании воздушного пространства" в 2006 году (доклад Межгосударственного авиационного комитета) Материалы доклада рассмотрены и одобрены на 25-й сессии Совета по авиации и использованию воздушного пространства 6 декабря 2006 г.
5. Состояние безопасности полетов в гражданской авиации государств-участников "Соглашения о гражданской авиации и об использовании воздушного пространства" в 2007 году (доклад Межгосударственного авиационного комитета), февраль 2008 г.
6. Исследование проблемы обеспечения безопасности полетов при выполнении авиационных работ с применением специальных технических средств: отчет о НИР (промежуточный) / руководитель Кубланов М.С. № ГР 01200607252; Инв. № 02200607365. - М.: МГТУ ГА, 2006.
7. Миль М.Л. Как создать вертолет, нужный людям. - М.: Машиностроение, 1999.
8. Калачев Г.С. Самолет, летчик и безопасность полета. - М.: Машиностроение, 1979.
9. Козловский В.Б. и др. Вертолет с грузом на внешней подвеске / В.Б. Козловский, С.А. Паршенцев, В.В. Ефимов / под ред. В.Б. Козловского. - М.: Машиностроение / Машиностроение-Полет, 2008.
10. Паршенцев С. А. Надежность функционирования системы "экипаж - вертолет - груз на внешней подвеске" в условиях развития неблагоприятного фактора // Полет. 2005. № 4.
11. Паршенцев С. А. Новые авиационные технологии строительства высотных сооружений // Монтажные и специальные работы в строительстве. 2005. № 8.
12. Паршенцев С.А., Асовский В.П., Худоленко О.В. Исследование возможности безопасного завершения полета вертолета с грузом на внешней подвеске при отказе одного двигателя // Научный Вестник МГТУ ГА, серия Аэромеханика и прочность, № 72, 2004.
13. Паршенцев С.А. Об одном способе оценки безопасности полета вертолета с грузом на внешней подвеске при воздействии неблагоприятного фактора // Научный Вестник МГТУ ГА, серия Аэромеханика и прочность, № 97, 2006.
14. Информация о состоянии безопасности полетов и проблемах обеспечения безопасности полетов в гражданской авиации российской федерации. Утв. зам. руковод. Федеральной службы по надзору в сфере транспорта Е.Н. Лобачевым 6 октября 2006 года.
15. Паршенцев С.А. Разработка комплексных методов исследования летной эксплуатации вертолетов на строительно-монтажных и транспортных работах с использованием внешней подвески: автореф. дис. ... техн. наук.
- М., 2005.
16. Руководство по летной эксплуатации вертолета Ми-8МТВ (с дополнениями и изменениями). Введено в действие отделом летной эксплуатации Департамента воздушного транспорта Министерства транспорта Российской Федерации 14 мая 1994 г.
FEATURES OF PROVIDING OF HELICOPTERS EXPLOITATION SAFETY WITH CARGO
ON EXTERNAL SLING
Efimov V.V.
The results of analysis of principal reasons of aviation incidents during exploitation of helicopters with a cargo on an external sling are presented.
Сведения об авторе
Ефимов Вадим Викторович, 1965 г.р., окончил МАИ им. С. Орджоникидзе (1988), кандидат технических наук, доцент кафедры аэродинамики, конструкции и прочности ЛА МГТУ ГА, автор более 30 научных работ, область научных интересов - математическое моделирование динамики летательных аппаратов, системотехника, эффективность летательных аппаратов.
