CC BY
204
УДК 338.45.01
Демин Сергей Сергеевич
доктор экономических наук, доцент
ssdemin@maiLru
Sergey S. Dеmin
Doctor of Economics, associate professor ssdemin@mail.ru
ВЕРТОЛЕТОСТРОЕНИЕ В РОССИИ: ТЕНДЕНЦИИ ИННОВАЦИОННОЙ МОДЕРНИЗАЦИИ
HELICOPTER IN RUSSIA: TRENDS INNOVATIVE MODERNIZATION
Аннотация. В данной статье произведен анализ и определены основные тенденции развития вертолетостроения России. Рассмотрены инновационные аспекты модернизации гражданских вертолетов при осуществлении авиационной деятельности. По итогам проведенного исследования отмечено, что характер инновационной модернизации в вертолетостроении должен затронуть не только конструкторов и разработчиков авиационной техники, но и смежные сектора транспортной отрасли.
Ключевые слова: инновации, инновационная модернизация, тенденции развития вертолетостроения, авиация, деятельность, гражданские вертолеты.
Annotation. This article was analyzed and determined the main trends in the development of the helicopter industry in Russia. Considered innovative aspects of modernization of civil helicopters in the implementation of aviation activity. According to the results of the survey indicated that the nature of innovative modernization of the helicopter should address not only the designers and developers of aircraft, but also the adjacent sector of the transport industry.
Keywords: innovation, innovative modernization, development trends of the aviation industry, aviation, operations, civil helicopters.
Экономика России вынужденно переходит на инновационную модель экономического развития. Экспортно-сырьевая модель, существовавшая последние десятилетия, показала свою неэффективность и уязвимость, особенно с введением экономических санкций и увеличением мировой добычи нефти. В настоящее время нужны инновационные решения и подходы, которые, с одной стороны, обеспечивали бы рост научных исследований и разработок, с другой стороны - востребованность данных исследований среди предпринимательского сообщества. Бизнес не будет вкладывать денежные средства в инновационную деятельность, если у него нет уверенности, что он получит быстрый доход. И научные организации, и промышленные предприятия прямо заинтересованы в том, чтобы инновационные исследования и разработки носили прикладной и
востребованный характер, отличались быстрой окупаемостью и простотой внедрения.
Одним из ведущих секторов транспортной отрасли России является вер-толетостроение. Российское вертолетостроение развивается в контексте развития авиационной промышленности в целом. Развитие характеризуется стабильной динамикой и ростом экономических показателей. Закономерно растет и прибыль в данном секторе экономики: согласно данным из открытых источников, в период с 2008 по 2013 год выручка от производства гражданских и военных вертолетов увеличилась с 31 миллионов до 138 миллионов рублей [3].
Современная вертолетная техника, особенно военная, как и во времена бывшего СССР, представляет собой надежные и высококачественные экземпляры воздушных судов с улучшенными тактико-техническими характеристиками, отвечающим всем современным требованиям. При этом проводимая отечественными производителями ценовая политика позволяет им конкурировать с лучшими мировыми аналогами. Например, портфель твёрдых заказов - как экспортных, так и внутренних - на продукцию ведущего предприятия отечественного вертолетостроения - акционерного общества «Вертолёты России», на период до 2020 года уже составляет 870 вертолётов на общую сумму 388 миллиардов рублей [4].
Основную долю поставок вертолетной техники составляют воздушные суда военного назначения, как правило, в рамках государственного оборонного заказа. Поставки гражданских вертолетных судов значительно отстают от военных.
Несомненно, что данный перекос следует устранить как можно быстрее, чтобы обеспечить сбалансированное развитие вертолетного сектора, стабильное производство гражданской авиационной техники в перспективе. С учетом роста современных вызовов, требуется существенным образом не только увеличить выпуск и поставки наших гражданских вертолетов, как для собственных нужд, так и для экспорта, но и выпускать современную инновационную продукцию мирового уровня. Для целевой поддержки данного сектора гражданского вертолётостроения из федерального бюджета планируется выделить до 2020 года около 36 млрд. рублей по двум федеральным целевым программам. Первая программа - это федеральная целевая программа развития гражданской авиационной техники до 2015 года, и вторая программа - государственная программа развития авиации до 2025 года [5].
Представляется важным, чтобы выделенные финансовые средства принесли не только увеличение промышленного производства, но и произвели си-нергетический эффект в развитии всего сектора вертолетостроения. Использование научно-технологических заделов на будущее; применение и использование инновационных подходов и использование новых технологий и материалов позволят обеспечить качественный рост вертолетного производства.
В этих условиях проведение инновационной модернизации вертолето-строения, особенно гражданской его части, является необходимым условием потенциального развития транспортной отрасли в целом.
Можно выделить основные тенденции инновационной модернизации данного сектора.
Тенденции развития летательных аппаратов. Облик летательных аппаратов, включая схемные и компоновочные решения, а также используемые тип конструкции и силовой установки, будет формироваться в основном под влиянием требований безопасности эксплуатации и достижения высоких технико-экономических характеристик.
На сегодня эволюционные способы улучшения летно-технических характеристик летательных аппаратов классических схем близки к исчерпанию. В связи с этим в перспективе следует ожидать перехода к нетрадиционным компоновкам летательных аппаратов, связанным с видами интеграции винта и фюзеляжа, силовой установки и планера.
Следует ожидать также создания нового поколения сверхбыстрых вертолетов гражданского назначения, а также вертолетов с высокой грузоподъемностью. Наиболее кардинальным шагом в области перехода на новые виды топлива может стать переход к экологически чистому жидководородному топливу. Использование жидкого водорода в качестве топлива, принимая во внимание особенности использования криогенной техники, способно привести к существенному изменению облика летательных аппаратов будущего.
Одним из перспективных направлений развития авиационной техники является создание универсальных летательных аппаратов, меняющих свою конфигурацию в зависимости от условий полета и вида решаемой задачи. Магистральным направлением создания авиации будущего является развитие винтокрылых летательных аппаратов с нестандартным расположением винта. Ожидается создание нового поколения надежных и экономичных конвертопланов [2].
Тенденции развития аэродинамики. Основным приоритетом развития вычислительной аэродинамики станет интеграция. Программные продукты станут неотъемлемой частью технологической цепочки предварительного проектирования и прогноза в вертолетостроении, на смену унитарным программам расчета придут многодисциплинарные программные комплексы, предназначенные для поиска оптимальных решений. Оптимизационные подходы станут неотъемлемой частью любого программного продукта.
При решении сложных задач приоритет будет отдаваться комплексному использованию методов аэродинамики и прочности. Безусловным приоритетом развития вертолетной промышленности станет решение задач реагирующих многофазных сред, что позволит продвинуться вперед при исследовании процессов горения в камерах сгорания летательных аппаратов различного назначения.
В среднесрочной перспективе ориентиром является возможность получения оптимальных решений в многодисциплинарной постановке с упрощением физических моделей среды. В период до 2020 года, вероятно, произойдет отказ от упрощений физических моделей среды, лучшим станет
подход, включающий многодисциплинарную оптимизацию в нелинейной постановке.
В отдаленном будущем (2040 год) появятся интеллектуальные системы, которые изменят само понятие оптимизации за счет перехода к принципам, близким к образу мысли человека (применение нейротехнологий). Произойдет существенное усложнение модели среды, которая будет отвечать критериям нелинейности, анизотропии и многофазности. Ожидается глубокая интеграция расчетных и экспериментальных методов исследования.
Тенденции развития прочности. Долгосрочными тенденциями развития научного направления «прочность вертолетных летательных аппаратов» являются интеграция на методическом и программном уровне процессов проектирования, расчета, проведения испытаний (экспериментов) и создание эффективных методов, алгоритмов и программ вычислительной прочности для многодисциплинарного анализа и оптимизации конструкций вертолетных летательных аппаратов, выполненных из композиционных материалов, металлов и комбинированных материалов.
В интересах разработки перспективных технологий получения достоверной информации о реальном состоянии конструкции в ходе эксплуатации следует ожидать разработки научно-методических основ по использованию встроенных систем мониторинга напряженно-деформированного состояния конструкции, встроенных систем неразрушающего контроля для конструкций из ПКМ и перспективных материалов.
В целях разработки технологий управления нагруженностью конструкции следует ожидать разработки научно-методических основ:
• учета индивидуальных повреждений летательных аппаратов;
• расчетно-экспериментального определения свойств;
• перспективных материалов с учетом эксплуатационных воздействий;
• учета индивидуальной нагруженности по напряжениям в значимых местах конструкции.
Тенденции развития силовых установок. Дальнейшее улучшение авиационных двигателей для вертолетов гражданской авиации в рамках традиционных компоновок сопряжено с возрастающими трудностями при относительно невысоком итоговом эффекте.
В области силовых установок винтокрылых летательных аппаратов основное внимание будет сосредоточено на формировании двигателей и трансмиссий скоростных вертолетов и конвертируемых летательных аппаратов.
Прогнозируются следующие направления «прорывного» улучшения показателей вертолетных двигателей:
• комплексное применение перспективных композиционных материалов различных типов, обеспечивающее радикальное повышение температуры газа в двигателях с неохлаждаемой горячей частью;
• отказ от использования в двигателе механического привода агрегатов через коробку передач и переход на использование электроприводных агрегатов, питающихся от встроенного высокооборотного генератора;
• исключение из конструкции двигателя масляной системы, применение в двигателе роторных опор нетрадиционного типа, включая неметаллические композитные, газовые, электромагнитные, не требующих масляного охлаждения).
На более отдаленную перспективу рассматривается концепция «электрического вертолета» с электрическим приводом несущего и вспомогательного винтов. Двигатель предполагается использовать в качестве газотурбинного привода электрического генератора. Кроме того, исследуются интегральные силовые установки (ИСУ), в которых ТРДД с регулируемым вентилятором, несущий винт и тракт выхлопной системы двигателя объединены в единую структуру [1].
Тенденции развития интегрированной модульной авионики. Долгосрочной тенденцией развития авионики является создание комплексов бортового оборудования на базе концепции интегрированной модульной авионики (ИМА). Открытая модульная архитектура позволяет использовать новые модули с прежним программным обеспечением, вставлять новые аппаратные модули, запускать новые приложения, изменять аппаратуру или программы. Использование общих ресурсов позволяет уменьшить массогабаритные характеристики комплекса, использование однотипных модулей облегчает техническое обслуживание, уменьшается стоимость оборудования. ИМА нового поколения будет обладать способностью автоматического диагностирования технического состояния комплекса бортового оборудования (КБО), а в дальнейшем и ЛА в целом (использование рассредоточенных по самолету датчиков, контролирующих состояние компонентов и систем, а также процессов обработки информации, позволяющих предсказывать возможное ухудшение этого состояния в будущем).
Приоритетными направлениями при создании аппаратуры является использование сверх больших интегральных схем (СБИС), создание высокоразвитых интеллектуальных бортовых вычислительных систем (использование элементов искусственного интеллекта).
В перспективе ожидается разработка базового необслуживаемого КБО с управляемой избыточностью вычислительной среды и модульно обособленными оконечными системами бортового радиоэлектронного оборудования, обладающими свойствами самовосстановления в межрегламентные периоды. Внедрение подобного КБО позволит радикально сократить стоимость и время обслуживания, достичь предельно возможных показателей надежности и безопасности.
Ожидается создание КБО на основе концепций ИМА и авионики необслуживаемого бортового оборудования (АНБО), распространение концепции АНБО на все самолетные системы (электроснабжения, управления двигателем, автоматического управления и т.д.) и их интеграция на базе информационно-вычислительной среды. Будет реализована структурно-
модульная декомпозиция основных самолетных систем с целью их дальнейшей межсистемной информационной интеграции на базе периферийных вычислительных сетей.
Тенденции развития бортовых навигационных систем. В настоящее время мировые тенденции развития инерциальных навигационных систем свидетельствуют о практически полном переходе к идеологии бесплатформенных инерциальных систем (БИНС).
Переход на технологию БИНС определяется тем, что такие системы обладают:
• большей информативностью по сравнению с платформенными;
• сокращенным временем автономной начальной выставки;
• уменьшением массогабаритных параметров системы;
• уменьшением энергопотребления и повышением технического ресурса;
• на порядки снижают стоимость жизненного цикла системы.
В среднесрочной перспективе перспективным направлением является создание волнового твердотельного гироскопа (ВТГ).
Учитывая также общие тенденции по созданию пространственно -обособленных информационно интегрированных комплексов бортового оборудования с управляемой избыточностью, будут проводиться работы, направленные на формирование принципов и подходов, а также технологий по созданию функционально-распределенных БИНС.
В долгосрочной перспективе основными направлениями совершенствования БИНС будут являться снижение массогабаритных характеристик, увеличение энергоэффективности, снижение стоимости, интеграция с другими навигационными системами с целью обеспечения точности и надежности навигации, пилотирования, выполнения авиационных работ и боевого применения авиационного вооружения на уровне отказоустойчивых КБО с управляемой избыточностью.
Тенденции развития информационно-управляющих систем. Перспективными тенденциями развития систем индикации летательных аппаратов является дальнейшее развитие средств индикации на приборных досках и, как альтернативное направление, использование перспективных систем нашлемной индикации. В рамках первого направления ожидается увеличение в размерах экранов индикаторов с одновременным сокращением их количества, концентрация на одном экране всей индикации («виртуальная приборная доска»). Дальней перспективой развития информационно-управляющего поля кабины является использование средств воспроизведения звука и речи, тактильных систем, создание виртуальной кабины.
Объединение визуальных, звуковых и тактильных средств в единую систему позволит создать виртуальную кабину. Один из принципов, реализуемых в виртуальной кабине - мультимодальность. Этот принцип подразумевает использование для передачи информации не только визуального, но и других сенсорных каналов пилота, а для передачи управляющих воздействий от пилота к ЛА - не только ручного управления, но и
альтернативных способов: управления голосом, взглядом, движениями рук и головы. В виртуальной кабине будут появляться и исчезать приборы и элементы управляющего поля в зависимости от решаемой задачи, изменения ситуации и появления угроз.
Альтернативой индикации на приборной доске является интенсивно развиваемая нашлемная индикация, позволяющая в перспективе сосредоточить всю визуальную информацию, подаваемую члену экипажа, в весьма ограниченной по размерам лицевой части шлема. Нашлемная система индикации будущего будет цветной, бинокулярной, с высоким разрешением и широким полем зрения.
Тенденции развития систем автоматического управления. Повышение эффективности и безопасности полета летательного аппарата (воздушного движения) определяется качеством (эффективностью) управления ЛА. Качество управления определяется полнотой и достоверностью располагаемой информации о параметрах движения (скорость, высота, перегрузка, угловое положение), об окружающей обстановке, способностью оператора полета определять задачи полета и задачи управления, эффективностью управляющих воздействий.
Направлениями развития систем управления является создание бортовой интеллектуальной системы прогнозирования и обеспечения безопасности полёта воздушного судна в сложных (многофакторных) условиях, включая предупреждение критических режимов полета, предупреждение об опасностях различного рода, интеграция с наземными системами УВД. Ключевым направлением является создание эффективных систем управления двигателем, создание отказоустойчивой системы управления оборудованием общего назначения и ее интеграция в комплекс бортового оборудования летательного аппарата. Долгосрочной целью развития систем управления летательными аппаратами является создание полностью автоматической комплексной системы управления (КСУ).
Тенденции развития авиационных материалов. Реализация стратегических направлений развития материалов и технологий создания конструкций в интересах развития вертолетостроения, двигателестроения и агрегатостроения позволит: увеличить ресурсы вертолета и двигателя; снизить массу вертолетных летательных аппаратов; снизить стоимость материалов в вертолетостроении за счет эффективных технологий их получения и т.п.
Инновационные направления развития материалов, соответствующих основным мировым тенденциям развития вертолетной техники, включают:
• керамические материалы и композиты;
• моно- и нано- кристаллические материалы, материалы с заданными свойствами, включая современные ультротвердые, жаро- и высокопрочные, сверхлегкие материалы и покрытия;
• наносоставы с улучшенными конструкционными свойствами;
• антикоррозионные материалы и матричные композиционные материалы на основе легких металлических сплавов;
• нанополимеры и связующие для композиционных материалов;
• высокопрочные конструкционные композиционные материалы, в т. ч. гибридного типа [6].
Таким образом, для инновационного развития вертолетостроения следует выйти за привычные рамки понимания развития отрасли. Именно на стыке различных секторов промышленности, их конвергенции следует искать прорывные решения в модернизации данного сектора. Достижение стратегических целей государства по обеспечению транспортной доступности территории всей страны невозможно без развития вертолетостроения, создания новых образцов вертолетной техники, основанных на применении современных инновационных технологий.
В целях эффективного использования денежных средств, израсходованных на проведение НИОКР в вертолетостроении, представляется, что результаты выполненных работ должны носить более прикладной, инновационно - направленный характер, и быть оформлены в виде опытных образцов, полезных моделей, программ и технологий и т.п. На данные результаты следует оформлять права интеллектуальной собственности в соответствии с международным и российским законодательством для последующего широкого внедрения во всем секторе вертолетостроения.
Характер инновационной модернизации в вертолетостроении должен затронуть не только конструкторов и разработчиков авиационной техники, но и смежные сектора транспортной отрасли. Вопросы корреляции производителей и эксплуатантов авиационной техники являются важнейшей задачей, обуславливающей инновационную направленность всего авиационного производства. Отечественное вертолетостроение получило уникальный шанс для своего развития. Наша страна, как и весь мир, стремительно расширяет сферы применения вертолетной техники, что, несомненно, влияет на жизнедеятельность всего мирового сообщества.
Литература:
1. Скибин В.А., Солонин В.И., Ланшин А.И. Прогноз развития науки и технологий в авиационном двигателестроении. Двигатель. 2011. № 5 (77), С. 2-6.
2. Форсайт развития авиационной науки и технологий до 2030 года и дальнейшую перспективу. 2012. Общая часть, С. 2-3.
3. Электронный ресурс: http://rostec.ru/news/4513399.
4. Электронный ресурс: http://www.kremlin.ru/news/19061.
5. Электронный ресурс: http://finance.rambler.ru/news/economics/133841600.html.
6. Электронный ресурс: http://kk.convdocs.org/docs/index-10642.html?page=8.
Literature:
1. Skibin VA SOLONIN VI, AI Lanshin Forecast of development of science and technology in the aircraft engine. Engine. 2011. № 5 (77), Р. 2-6.
2. Forsyth of aviation science and technology up to 2030 and beyond. 2012. General Part, Р. 2-3.
3. Electronic resource: http://rostec.ru/news/4513399.
4.Electronic resource: http://www.kremlin.ru/news/19061
5. Electronic resource: http://finance. rambler.ru/news/economics/133841600.html
6. Electronic resource: http://kk.convdocs.org/docs/index-10642.html?page=8
