Международный Институт Проблем Риска
"..все наши труды о тебе, для тебя, человек.."
Единственный ВУЗ в России по проблемам риска
Научные разработки







Предотвращение режима «вихревого кольца»

***

БОРТОВАЯ АНАЛИТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ РИСКАМИ ПОЛЕТА ВЕРТОЛЕТА

_____

Материалы по системе можно скачать тут, PDF. In English- PDF, sur le français PDF, auf dem Deutschen PDF

_____

Материалы по испытанию системы аэромеханического контроля (САК-Zh) (перейти на страницу).

На настоящий момент ни в России, ни за рубежом не существует приборов, индицирующих тягу несущего винта, коэффициент подъемной силы лопасти несущего винта, осевой скорости воздушного потока несущего винта. Однако именно эти параметры позволяют осуществлять управление рисками попадания в «вихревое кольцо», возникновения срывного флаттера (разрушения лопасти), превышения тяги несущего винта ее допустимой величины.


Целью разработанной системы является расширение функциональных возможностей и безопасности полета вертолета.


Цель достигаетсяпутем измерения перепада давления непосредственно на одной из лопастей несущего винта вертолета в трех специально выбранных точках на хорде профиля и на некотором (заранее выбранном) расстоянии от оси вращения, которые обеспечиваются авторским способом по выбору места расположения датчиков перепада давления. Полученная с датчиков перепада давления информация обрабатывается согласно полученным формульным соотношениям, обеспечивая контроль искомых параметров состояния вертолета.

Внедрение предложенной системы не только повышает экономическую эффективность эксплуатации вертолета, но позволяет решать ряд основных задач обеспечения безопасности пилотирования вертолетапутем удовлетворения ограничениям:

— по прочности конструкции лопасти несущего винта; 

— на несущие возможности винта, в том числе по углу атаки; 

— по скорости срывного флаттера путем применения активной системы; 

— шарнирных моментов на лопасти; 

— предотвращение режима «вихревого кольца».


«Вихревое кольцо» — это особая область режимов со срывным обтеканием несущего винта, которая выводит из области эксплуатационных ограничений. Из-за нестабильности процессов, реализуемых в этом режиме, аэродинамические и прочностные характеристики, воздействующие на несущий винт, весьма неопределенны, контроль их, особенно в области «вихревого кольца», практически невозможен современными средствами, а потому предотвращение катастрофы затруднено. Межгосударственный авиационный комитет в своем докладе: «Состояние безопасности полетов в ГА государств-участников («Соглашения о ГА и об использовании воздушного пространства») в 2006 году отмечает «Практически ежегодно происходят авиационные происшествия с вертолетами из-за потери скорости и попадания в режим «вихревого кольца», что свидетельствует о недостаточном уровне знаний условий попадания вертолета в этот режим и происходящих физических процессов, а также об отсутствии навыков у летного состава по пилотированию вертолета для выхода из подобных ситуаций». 

В основу данной системы положен патент на аэромеханический способ измерения воздушно-скоростных параметров траектории полета, полученный в 2006 году.


Функции системы и контролируемые параметры

Бортовая аналитическая система управления рисками полета вертолета позволит осуществлять измерение следующих параметров состояния вертолета в полете:

— контроль и ограничение тяги несущего винта вертолета и массы вертолета в различных режимах полета;

— контроль и ограничение допустимого (критического) значения коэффициента подъемной силы лопасти несущего винта вертолета;

— осевой скорости воздушного потока, обтекающего лопасть, предотвращая попадание в вихревое кольцо;

— продольной Vx и поперечной Vz скоростей движения вертолета;

— контроля и ограничения угла атаки лопасти несущего винта.

Таким образом, бортовая аналитическая система позволяет предотвратить следующие риски:

— попадание в «вихревое кольцо»;

— возникновение срывного флаттера (разрушение лопасти);

— превышение тяги несущего виннта ее допустимой величины;

— превышение продольной Vx и поперечной Vz скоростей допустимых значений при посадке в условиях плохой видимости высоты.


Теоретические основы функционирования системы

В основу построения системы аэромеханического контроля положены новые функциональные зависимости между перепадом давления, возникающим при полете на верхней и нижней несущей поверхностях лопасти несущего винта вертолета и полем аэродинамической силы, полученные теоретическим и подтвержденные экспериментальным путем в процессе продувок и летных испытаний.

При этом система осуществляет:

— измерение параметров состояния вертолета, подлежащих ограничению из условия безопасности полета;

— определение критических (допустимых) значений ограничиваемого параметра с учетом возмущающих факторов, обуславливающих риск полета.


Работа системы основана на контроле параметров, создаваемых воздушным потоком в виде поля сил аэродинамического давления. При этом создаются условия контроля, когда реализуются нестандартные условия обтекания, контроль которых с помощью существующих систем с целью идентификации области опасных и безопасных состояний вертолета невозможен.

Так, например, для предотвращения критических состояний вертолета, а в итоге катастроф, необходимо контролировать угол атаки лопасти αл и скорость воздушного потока, обтекающей лопасти Vл. Отметим, что современные средства не обеспечивают такого контроля.


Конструкция системы

Отличительной особенностью системы является использование новейших научно-технических разработок.

Конструктивно система включает:

— датчики перепадов давления, установленные в специальных блоках,

— блок согласования и преобразования: аналог-код (число),

— блок управления, вычисления и анализа,

— указатели измеренных и допустимых значений контролируемых и ограничиваемых параметров.

При этом система разработана таким образом, что позволяет учитывать особенности взаимосвязи и взаимовлияния двух систем контроля и управления, формируемых

— экипажем вертолета, т. е. рассматривается человеческий фактор, в том числе, ошибки интеллектуальной деятельности человека;

— системой аэромеханического контроля.


Возможности системы

Система позволяет: 

— измерять тягу несущего винта вертолета в полете, что обеспечивает возможность создания единой системы измерения массы и центровки вертолета на земле и в полете с использованием единого вычислителя и средств отображения информации;

— измерять скорость полета вертолета, начиная с нулевой, продольной и боковой компоненты Vх и Vz соответственно, что обеспечивает повышение безопасности посадки (пилотирования), особенно в условиях снежной поверхности;

— измерять угол атаки αл и коэффициент подъемной силы Сул лопасти несущего винта вертолета, что обеспечивает возможность предотвращения срыва потока, обусловленного требованиями маневренности и желанием эксплуатирующих организаций перевозить грузы максимально возможного веса;

— контролировать флаттер лопасти в различных условиях и режимах полета;

— контролировать скоростной напор на лопасти несущего винта, что обуславливает возможность предотвращать его опасные значения.


Уровень техники в предметной области, оценка конкурирующих и альтернативных технологий

Работы по созданию системы были начаты в 1982 г. Работы проводились в рамках научно-исследовательской лаборатории Казанского авиационного института (научный руководитель — Живетин В.Б.). В работе принимали участие: 5-е отделение ЦАГИ, Ульяновское конструкторское бюро приборостроения, научно-исследовательский институт авиационного оборудования; Казанское научно-производственное предприятие «Вертолеты-МИ». Система планировалась к внедрению на вертолетах Ми, Ка, однако финансовый тупик в то время (1992 г.) не позволил организовать их серийный выпуск.

В 1992 году на этапе завершения работ был изготовлен экспериментальный образец системы аналогового типа, выполненный на дискретных элементах, который прошел летные испытания. Разработанная система аэромеханического контроля САК-Zh получила хорошую оценку ведущих ОКБ в области авиастроения и вертолетостроения: ОКБ им. С.В. Ильюшина, ОКБ им. А.Н. Туполева, Центральный аэрогидродинамический институт (ЦАГИ), ОКБ им. Миля, ОКБ им. Камова, ММЗ «Скорость», ОКБ им. Сухого.