автореферат диссертации по транспорту, 05.22.14, диссертация на тему:Разработка комплексных методов исследования летной эксплуатации вертолетов на строительно-монтажных и транспортных работах с использованием внешней подвески

На правах рукописи

Паршенцев Сергей Алексеевич

РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСНЫХ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ ЛЕТНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ВЕРТОЛЕТОВ НА СТРОИТЕЛЬНО-МОНТАЖНЫХ И ТРАНСПОРТНЫХ РАБОТАХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВНЕШНЕЙ ПОДВЕСКИ

Специальность 05.22.14 — эксплуатация воздушного транспорта

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2004 г.

Работа выполнена в Московском государственном техническом университете гражданской авиации и в Открытом акционерном обществе Научно-производственная компания «Применение авиации в народном хозяйстве»

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ:

Генеральный директор ОАО НПК «ПАНХ», заслуженный работник транспорта Российской Федерации, доктор технических наук Козловский В.Б.

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

- доктор технических наук, с.н с. МГТУ ГА Усков Владимир Павлович;

- к.т.н. ВВИА им. Н. Е.Жуковского Еременко Сергей Михайлович.

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ:

Государственный научно-исследовательский институт гражданской авиации.

Защита состоится 24 марта 2005 г. в 15 часов на заседании диссертационного Совета Д 223.011.01 в Московском государственном техническом университете гражданской авиации по адресу: 125993, ГСП-3, Москва, А-493, Кронштадтский бульвар, дом 20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат разослан "_"_200 г.

Заверенный отзыв в двух экземплярах высылать по вышеуказанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного Совета.

Ученый секретарь Диссертационного Совета доктор технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из наиболее характерных условий экономического развития большинства стран мира является непрерывное возрастание грузооборота. В настоящее время наряду с увеличением объема перевозок изменились как качественные, так и количественные характеристики самих грузов. Возникла потребность транспортировки и монтажа неделимых грузов большой массы, имеющих повышенную материальную, социальную и другую ценность. Новые задачи предопределили быстрое развитие воздушного транспорта (ВТ), и, прежде всего создание мощных вертолетов, способных не только перевозить крупногабаритные грузы на значительные расстояния, но и выполнять их точную установку на возводимых объектах.

Эффективное решение этих задач стало возможным благодаря проведению глубоких исследований по вопросам изучения взаимодействия летчика с вертолетом и вертолета со средой, а также путем совершенствования способов и средств проведения указанных технологических операций.

Первые теоретические и практические исследования возможности применения вертолетов на АСМР и транспортных работах с использованием ВП проводились в середине пятидесятых годов коллективами ученых в вертолетных КБ М.Л.Миля и Н.И.Камова, а так же на базе кафедры «Конструкции и проектирования вертолетов» МАИ. В исследованиях этого направления принимали участие Братухин И.П., Лесников Н.П., Вильдгрубе Л.С., Шайдаков В.И., Маслов А.Д.

Весомый вклад в разработку современных методов транспортировки грузов на ВП и проведения АСМР внесли такие известные ученые, как Логачев Ю.Г., Козловский В.Б., Исаев С.А., Бутылкин И.П. Рощин В.Ф., Барон Р.И.

Проведенный анализ результатов отечественных и зарубежных исследований показал, что вопросы исследования особенностей пилотирования вертолета на монтажных работах, а так же оценка прогнозируемого и фактического уровня безопасности полетов (БП) на АСМР, как и выбор оптимальных режимов полета на этом одном из самых сложных видов авиационных работ, в настоящее время еще малоизучены. Комплексный подход к

РОС НАЦИОНАЛ БИБЛИОТЕК

»"шЯ/У .

«

анализу функционирования системы «экипаж - вертолет - объект монтажа» в ожидаемых условиях эксплуатации и особых ситуациях полета, обобщение результатов теоретических и летных экспериментов, опыта летной деятельности авиапредприятий и отдельных специалистов на данном виде работ еще не получили адекватного освещения в специальной технической литературе. Можно с уверенностью утверждать, что работ, в которых широко и полно освещались бы указанные вопросы с позиций системного подхода, явно недостаточно, хотя потребность в них велика. Предлагаемая диссертационная работа призвана восполнить имеющийся пробел в рассматриваемой проблеме.

Таким образом, в предлагаемой работе решается важная и актуальная народно-хозяйственная проблема транспортировки грузов и проведения АСМР с помощью вертолетов путем использования методов математического моделирования движения ЛА, разработки новых и совершенствования современных комплексных теоретических и экспериментальных методов исследования

Цель работы и задачи исследования Цель работы - разработка комплексных методов исследования и решения широкого спектра практических задач летной эксплуатации вертолетов на АСМР и транспортных работах с использованием ВП.

В работе решаются следующие задачи'

— разработка технологий и способов выполнения вертолетами АСМР,

— разработка теоретических методов исследования движения вертолета при выполнении АСМР с учетом эксплуатационных ограничений;

— разработка математической модели (ММ) функционирования системы «экипаж - вертолет - объект монтажа» в условиях развития неблагоприятного фактора или их сочетаний в полете;

— разработка методов летных исследований (ЛИ), ТС и уровня специального оборудования для экспериментального определения параметров основных режимов полета системы «экипаж - вертолет -объект монтажа»;

— разработка требований, рекомендаций и предложений по применению вертолетов на АСМР.

Объект исследования — система «экипаж - вертолет - объект монтажа» при выполнении транспортных и АСМР.

Методы исследований. Для решения задач, поставленных в

диссертационной работе, используется аналитические методы и широкий спектр методов ММ, методы решения систем обыкновенных дифференциальных и трансцендентных уравнений, методы теории вероятностей и математической статистики, методы летного эксперимента и математической обработки результатов.

Научная новизна работы заключается в следующем:

— разработана концепция технологий и способов выполнения АСМР вертолетами с использованием ВП;

— предложены методы пилотирования вертолета на АСМР и выявлены основные причины характерных ошибок в действиях экипажа;

— разработан метод исследования колебаний груза на ВП;

— разработана ММ системы азимутальной ориентации и стабилизации груза на ВП вертолета;

— разработан расчетный метод визуализации строительной оси монтажных объектов при выполнении АСМР с применением вертолета;

— разработан расчетный метод определения параметров буксируемой мягкой оболочки на ВП вертолета;

— разработан расчетный метод определения параметров полета вертолета с грузом на ВП при отказе одного двигателя;

— разработана ММ действий экипажа и динамики полета вертолета с грузом на ВП в условиях развития неблагоприятного фактора или их сочетаний;

— разработаны требования, рекомендации и предложения по применению вертолетов на АСМР и транспортных работах с использованием ВП.

Достоверность_результатов_исследований обеспечивается

непосредственным сравнением численных расчетов с результатами ЛИ и продувок в аэродинамических трубах ^^.

Практическая иенностъ диссертационной работы заключается в том, что она позволяет:

— расширить границы исследования поведения вертолета с грузом на ВП на

различных этапах полета и сделать ЛИ более безопасными и качественными, что в конечном итоге должно привести к повышению уровня БП;

— обеспечить экономию ресурсов за счет сокращения ЛИ, стендовых и трубных испытаний, проводить анализ особых ситуаций в полете с целью определения предельных возможностей полета вертолета с грузом на ВП;

— проанализировать возможные причины АП;

— оценить значения и влияние внешних эксплуатационных факторов, не регистрируемых в конкретных условиях полета;

— выявить границы безопасных условий полета и возможность снижения летных ограничений;

— определить оптимальные режимы полета вертолета с грузом на ВП по минимуму затрат топлива, времени или эксплуатационных затрат с учетом полного комплекса эксплуатационных ограничений;

— разработать дополнительные предложения по технике пилотирования вертолета с грузом на ВП;

— разработать рекомендации по обучению и тренировке экипажей вертолетов к выполнению АСМР и работам по транспортировке груза на ВП на различных этапах полета;

— использовать результаты проведенных исследований при разработке и совершенствовании руководящих и нормирующих документов по летной эксплуатации вертолетов с грузом на ВП.

Апробаиия работы. Результаты выполненных исследований докладывались и получили положительную оценку на VI Форуме «Российского вертолетного общества» (г.Москва, 2004 г.), на заседаниях кафедральных семинаров МГГУГА, на НТС ОАО НПК «ПАНХ», а также обсуждались на отраслевых научно-технических и летно-технических конференциях.

Реализация и внедрение результатов работы. Основные научные результаты, полученные в диссертационной работе, использованы и внедрены в научных организациях и эксплуатационных предприятиях ГА в виде инструкций и методик по обеспечению эффективности и безопасности выполнения транспортных и АСМР с помощью вертолетов, утвержденных руководящими органами ГА и авиационной промышленности. Результаты диссертационной

работы были использованы в учебных пособиях по курсам эффективности систем ГА, аэродинамики, динамики полета, БП и ЛЭ в Академии ГА , МГТУ ГА, ОАО НПК «ПАНХ», АУЦ ОАО «СПАРК» и ГосНИИГА. Реализация результатов работы подтверждается актами внедрения.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 11 печатных работ, 1 тезисы научно-технической конференции, 2 научно-технических отчета.

Структура и объем диссертационной работы. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников из 79 наименований (из них 7 на иностранных языках) и приложения. Основная часть работы изложена на 192 страницах машинописного текста. Общий объем работы составляет 297 страниц, 13 таблиц, 80 иллюстраций.

СОДЕРЖАНИЕРАБОТЫ

Во введении сформулирована проблема исследования, обоснована ее актуальность, определены цели и содержание поставленных задач, выполнен краткий обзор современного состояния объекта исследования.

В первой главе работы рассмотрены различные виды транспортных и АСМР, выполняемых вертолетами во многих отраслях экономики. Дан анализ состояния отечественного вертолетного парка для проведения указанных видов работ. Установлено, что наибольшую экономическую эффективность при выполнении прогнозируемых объемов АСМР и работ по перевозке грузов на ВП должен был обеспечить парк вертолетов грузоподъемностью: 1000-1500, 40005000, 10000-12000, 17000-20000 и 45000-55000 кг. Приведен прогноз по возможным поставкам авиационной промышленностью вертолетов отечественным авиапредприятиям ГА до 2015 года.

Определено, что в таких условиях основным и приоритетным направлением в развитии вертолетной авиации для выполнения АСМР должна стать тенденция к модернизации уже хорошо зарекомендовавших себя в эксплуатации вертолетов, доукомплектование их новейшим оборудованием и ТС, предназначенными значительно повысить их эффективность применения на

АСМР за счет сокращения сроков выполнения работ и снижения расходов «Заказчика» по сравнению с наземными средствами.

Выявлены основные особенности и проблемы транспортировки грузов и проведения АСМР с помощью вертолетов. Здесь же рассмотрены возможные методы пилотирования вертолета на АСМР и определены основные причины характерных ошибок в действиях экипажа. Установлено, что модель безопасного функционирования системы «экипаж - вертолет - объект монтажа» в значительной мере зависит от уровня профессиональной подготовки основного и вспомогательного персонала, связанного с организацией, выполнением и обеспечением полетов на АСМР (рис. 1).

На основании изучения основных проблем проведения АСМР и транспортировки грузов на ВП обоснована необходимость разработки новых ТС, устройств и приспособлений, позволяющих значительно повысить эффективность их применения для данного класса работ. Аргументирована рекомендация по проведению всесторонних комплексных исследований сложной динамической системы «экипаж - вертолет — объект монтажа» и поведения системы с точки зрения управляемости, устойчивости и маневренности, которые должны включать ЛИ, продувки в AT, испытания на натурных стендах и ММ.

В конце главы сформулированы основные выводы, вытекающие из поставленной цели и проведенного анализа проблемы.

Вторая глава посвящена разработке и применению теоретических методов исследования движения вертолета с грузом на ВП при выполнении АСМР. Рассмотрен механизм возникновения колебаний груза на ВП и изложен подход к способу его стабилизации в полете. Выполненными исследованиями установлено, что изменение баланса аэродинамических сил, вызванного воздействием на систему «экипаж - вертолет - объект монтажа» некоторых внешних возмущений или ошибок в пилотировании вертолета, приводят к возникновению различных по форме колебаний груза на ВП, имеющих все основные признаки физического маятника.

Здесь же обосновывается подход к разработке системы азимутальной ориентации (САО) и стабилизации груза на ВП вертолета. Принятые выше допущения и физические модели позволили разработать инженерные методы расчета усилий, действующих на груз и тросы САО, оборудованной переходными звеньями от одноточечного крепления на вертолете к бифилярному на грузе (рис.

2,3).

с

т

Т|

в

Рис.2. Схема сил, действующих на груз и тросы бифнлярнов внешней подвески

Установлено, что при закрутке системы тросов ВП на угол (р величина восстанавливающего груз усилия Т( определяется из выражения:

о5ш <р

Г,

5>п<р

(1)

2 фг-а2 -Ь2 +2аЬСо$ч> ' О -Д2-1 + 2 рСону'

где Х = 11а\ р^Ь/а", и = Т,1С- относительные безразмерные коэффициенты.

Анализ формулы (1), а также результаты выполненных теоретических расчетов относительного возвращающего груз усилия (и) для различных безразмерных геометрических параметров (Л) и ((3) позволили установить линейную графическую зависимость и=€(<р), представленную на рис.4. Восстанавливающий момент, возвращающий груз на бифилярном подвесе в положение равновесия определяется по следующей формуле:

аЬЯтф

М, =2ЬТ,

ф2 -а1 -Ь +2аЬСо5р

Рис. 3. Бифилярная тросовая внешняя подвеска вертолета Ка-32

Рис. 4. График зависимости относительного усилия от угла закрутки груза и размеров тросов внешней подвески

На основании полученных теоретических зависимостей и экспериментальных данных были построены графики М, = /(а) и е} = Дат) (рис. 5).

Откуда следует, что с увеличением угла а между тросами ВП наблюдается тенденция к повышению стабильности поведения груза на бифилярной ВП, т.к. для увеличения значений угла </> «закрутки» груза на тросах

ВП относительно положения равновесия, при котором восстанавливающие силы и моменты равны нулю, требуются повышенные значения углового ускорения в .

3000,00

»г £

| 2500,00 X

§ 2000,00 а

ж _

5 * 1500,00

3

| 1000,00 е

I 500,00 3,30 0,00

0 15 20 40 50 60 90

Угол между тросами ВП, град

Рис 5. Изменение значений момента М1 и углового ускорения груза г^от величины угла а между тросами бяфилярной внешней подвески

Здесь же предложен метод визуализации строительной оси монтажных объектов, затеняющих экипажу телесный угол обзора монтажной зоны.

В данной главе разработан и подтвержден исследованиями в аэродинамической трубе и в ЛИ метод определения параметров буксируемой мягкой оболочки на ВП вертолета (рис.6).

Выявлено, что при выполнении полетов с ВСУ на тросовой ВП с постоянной скоростью в спокойной атмосфере (или при наличии любого постоянного горизонтального ветрового обтекания емкости) угол между тросом ВП и вертикальной осью не может превышать величину 50° во всем диапазоне скоростей горизонтального полета (111) вертолета.

Получены предельные оценки возможного нестационарного поведения системы в целом, исключающие возможность попадания буксируемой мягкой оболочки в рулевой винт (РВ) вертолета при порывах ветра до 30 м/с. В случае ветровых порывов большей интенсивности (от 40 м/с и более) определен

характерный интервал времени с момента начала порыва ветра до момента катастрофического отклонения троса от равновесного положения в опасную зону РВ, который составляет не более 3 с (рис.7).

Рисб. Расчетам модель движения мягкой оболочки на внешней подвеске вертолета при воздействии воздушного потока

Рис.7. Угол отклонения троса внешней подвески от вертикали в условиях вертикального порыва ветра

Здесь же обосновывается подход к определению параметров полета вертолета с грузом на ВП при отказе одного двигателя в ГП, на режимах висения и вертикального маневрирования, характерных для выполнения АСМР. Для указанных режимов определена максимальная полетная масса вертолета Ми-8МТВ при использовании чрезвычайного режима (ЧР) одного работающего двигателя, установлены наивыгоднейшие скорости ГП, вертикальные скорости при наборе высоты и снижении. С учетом эксплуатационных ограничений определена максимальная дальность полета вертолета для гарантированного выполнения безопасной транспортировки особо важного груза (ОВГ) на ВП в случае отказа одного двигателя в полете, которая составляет при

У=120 км/ч).

Третья глава посвящена анализу действий экипажа в полете вертолета с грузом на ВП как в ожидаемых условиях эксплуатации, так и при возникновении особых ситуаций в полете. Рассмотрены некоторые аспекты деятельности экипажа на АСМР и его характеристики как коллективного оператора. Разработана

структура моделей действий пилота и рассмотрены ее характеристики для особой ситуации (возникновения прогрессирующих маятникообразных колебаний груза на ВП вертолета Ка-32), при которой наблюдается быстрое изменение параметров движения вертолета, и при этом не исключена возможность в случае неудачных действий выхода одного или нескольких параметров за установленные эксплуатационные ограничения.

Из рассматриваемых действий пилота в сложившейся ситуации можно выделить три этапа: первый - запаздывание по времени с вмешательством в управление (пилот вмешивается в управление отклонением ручки циклического шага, спустя время 1в—0,3 с после возникновения НФ);

второй - парирование нарастания параметров движения угловой скорости Тх и угла крена у (отклонив ручку циклического шага (РЦШ), пилот выдерживает ее в выбранном положении до тех пор, пока угол крена не начнет изменяться к исходному значению);

третий - стабилизация параметров движения (корректирующие движения органами управления вертолета, направленные на стабилизацию нулевых значений Тхлу).

Указанным закономерностям в двигательных реакциях пилота соответствует модель действий, схема которой приведена на рис. 8.

В приведенной на рис. 8 схеме пилот стремиться компенсировать свою инерционность путем создания форсирующих, упреждающих сигналов. Этим и объясняется наличие динамического звена с передаточной функцией вида: Тгр+1. Поэтому результирующую передаточной функции 3-го звена пилота можно

представить в следующем виде : где - коэффициент

усиления пилота; - постоянная времени форсирующего звена пилота; постоянная времени инерционного апериодического звена пилота.

Из приведенного соотношения следует, чем больше количество информации поступает пилоту по различным каналам потока информации в системе «экипаж-вертолет-объект монтажа» и менее совершенное оборудование вертолета,

выполняющего АСМР или транспортировку груза на ВП, тем более инерционным является звено.

Рис 8. Схема модели возможных действий пилота по парированию прогрессирующих колебаний груза на ВП.

Здесь же представлен метод оценки БП вертолета с грузом на ВП при воздействии неблагоприятного фактора (НФ) с помощью аналитических решений.

Проведенные исследования позволили на основе комплексного подхода, включающего в себя ММ, экспериментальные исследования в AT и ЛИ, разработать такие ММ движения ЛА с грузом на ВП, которые дают возможность обосновать инструкции и правила проведения работ в широком диапазоне условий эксплуатации различных типов ЛА.

Далее в работе приводится оценка адекватности предложенных ММ путем сравнения результатов ЛИ параметров полета вертолета с грузом на ВП с результатами расчетов по представленным ММ. На рис.9 показано сравнение значений угла тангажа вертолета на режиме висения, полученных в ЛИ (ЛИ — сплошная линия) и расчетами на ММ (пунктирная линия), а на рис.10 — на режиме ГП. Достаточная близость результатов, обеспечивающая точность 10+12 %, свидетельствует о достаточно высокой степени адекватности ММ динамики полета системы «экипаж - вертолет - объект монтажа».

время,с

1 г

0,00 -0,01 -0,02 -0,03 -0,04

NN. N

X.

-ЛИ — -мм

Рис9. Изменение угла тангажа на режиме висения

Рис.10. Изменение угла тангажа в горизонтальном полете

В четвертой главе основное внимание уделено теоретическому и экспериментальному обоснованию применения различных видов ТС и их компоновки на отечественных вертолетах. Представлены результаты

экспериментальных исследований основных режимов полета вертолета при выполнении АСМР и транспортировки различных грузов на ВП, полученные на основании предложенных методов исследований.

Здесь же приведены результаты экспериментальных исследований параметров полета вертолета при аварийном сбросе груза с ВП на режимах висения и в ГП, а также приводятся результаты летных испытаний опытного образца САО груза на ВП вертолета Ка-32 (рис. 11 -13).

Проведенные ЛИ опытного образца САО, хорошо согласующиеся с теоретическими исследованиями (от 0,7 до 35 % по отдельным параметрам), позволили сделать следующие выводы: — принятая схема САО в бифилярной подвеске обеспечивает стабильное положение грузов на ВП и возможность поворота груза на необходимый угол на режиме висения вертолета;

— с увеличением значений угла между ветвями бифилярного подвеса от 0° до 90° (при параллельном расположении тросов ВП) значительно возрастает устойчивость системы, т.е. ее способность сопротивляться изменению первоначальной геометрической формы;

— выбранный в качестве реверсивного привода электромеханизм УР-10-2С обеспечивает повороты груза с угловой скоростью до 2 град/с и угловым ускорением не более 0,5 град/с2, при которых в элементах САО не возникает

критических нагрузок, и в то же время обеспечивается оперативное управление грузом при его наведении на проектные отметки.

Ри с 12. Измерение крутящего момента на валу привода САО

1-юмьпеюй тшэодввшкшегр. 2 -рычат. 3 -промежуточный ««л привоза, 4,3 -зубчата» цшщядрвчеяии передач». б -упорный подлипших, 7 • ставка, 8 -шянао! ил САО, 9 -переходное звена, 10 -шит, II -распорная бит, 12 •ерггог, 13 - пнат вившей ооаискн; 14 - эжирашкл; 15- груз, псдготвдлшный к монтажу

шжжжт&итшмш

Рис 13. Крепление САО к вертолету

Очевидно, что при подготовке к выполнению АСМР должны быть реализованы все необходимые условия, обеспечивающие абсолютную БП вертолета и высокую степень защиты ОВГ, перевозимого на ВП. Указанные условия в настоящее время не отражены в «Руководстве по летной эксплуатации вертолета Ми-8АМТ», что, по мнению автора, серьезно сужает диапазон применения вертолета и снижает эффективность проведения строительно-монтажных, аварийно-спасательных (АСР) и медико-эвакуационных работ (МЭР) с его использованием. Для того чтобы повысить конкурентоспособность вертолета на рынке авиационных работ, потребовалось вновь оценить предельные технические возможности Ми-8АМТ (Ми-8МТВ) и определить условия, при которых обеспечиваются требования АП-29 к взлетно-посадочным характеристикам (ВПХ) и характеристикам полета по маршруту с грузом на ВП в случае отказа одного двигателя.

В рамках поставленной цели было выполнено 4 полета общей продолжительностью 1ч 05 мин при метеоусловиях близким к МСА. Полетная масса вертолета в каждом полете ограничивалась значением 9800 кг, при котором, согласно выполненных ранее расчетов, обеспечивалась возможность перехода вертолета из режима ГП к снижению по пологой глиссаде и его уверенное зависание в течении 10 + 15 с на высоте 50 м, характерной для безопасной укладки (установки) груза, перевозимого на ВП длинной 45 м. Проведенные ЛИ позволили сделать следующие выводы:

— возможность выполнения режима висения вертолета Ми-8АМТ вне зоны влияния эффекта «воздушной подушки» с полетной массой 9,8 т и одним работающим на ЧР двигателем, обеспечивают условия безопасного завершения полета вертолета с ОВГ на ВП в случае отказа одного двигателя в ГП и на режимах вертикального маневрирования (рис.14);

" 200,0

9 180,0

| «ОЛ

с 140,0

" 120,0

" 100,0

* «0,0

- во,о

I 40,0

* 20,0 >' ОД

ОАО 040120 2:00 2:40 320 4Я0 4:40 520 вЮО 6*0 720 «,с

Рис 14. Параметры полета вертолета Ми-8АМТ при имитации отказа (выключение) одного двигателя в горизонтальном полете

-на режимах вертикального маневрирования запас мощности

работающего на ЧР двигателя достаточен для обеспечения вертикального набора высоты при значениях с

кратковременным падением оборотов НВ до значений (рис. 15);

— время использования ЧР двигателя ТВЗ-117ВМ на режиме висения с при одном работающем двигателе не превышает 2,5

мин.

5-40 5:45 5:50 5.55 6:00 605 6:10 6:15 6:20 6:25 6:30 ^

Рис 15. Параметры полета вертолета Ми-8АМТ на режиме висения на высоте 50 м при выключении одного двигателя

Пятая глава является обобщающим итогом исследований диссертационной работы. В ней изложены основные положения требований к оценке соответствия общих характеристик технологий выполнения АСМР и транспортных работ вертолетами с использованием ВП. По результатам расчетов и исследований, выполненных по предложенным методам, даны рекомендации по выбору оптимальных режимов полета вертолета на АСМР.

Полученные в работе результаты использованы при разработке программы теоретической, тренажерной и летной подготовки экипажей к выполнению АСМР и полетам по перевозки грузов на ВП.

В данной главе сформированы основные технические требования к созданию специализированного вертолета крановой модификации, оборудованного дополнительной кабиной летчика с электродистанционным управлением (ЭДСУ), бифилярной ВП, системой стабилизации вертолета по тросу ВП и рядом других систем. Особое внимание уделено проблемам обеспечения БП, охраны труда и экологической безопасности при выполнении АСМР.

В заключении отмечается, что проведенные в диссертации исследования и полученные результаты позволяют повысить эффективность эксплуатации и обеспечить БП вертолетов при транспортировке грузов на ВП и при проведении АСМР путем применения усовершенствованных комплексных методов исследования, включающих в себя математическое и натурное моделирование, а также ЛИ.

Проведенные в диссертации исследования проблемы ЛЭ вертолетов для транспортировки грузов на ВП и выполнения АСМР в отраслях экономики позволили получить следующие результаты.

1. Проведен анализ существующих технологий и способов выполнения АСМР и транспортных работ с использованием ВП. Показано, что при исследовании вопросов повышения эффективности и обеспечения БП при выполнении АСМР подлежат все факторы и условия, связанные с разработкой основных требований к транспортировке грузов на ВП с учетом БП и охраны труда.

2. Разработаны теоретические методы исследования движения (функционирования) системы «экипаж - вертолет - объект монтажа», позволяющие получить оценки возможности применения вертолетов на АСМР и транспортных работах с использованием ВП:

- метод исследования колебаний груза на ВП вертолета;

- математическая модель системы азимутальной ориентации и стабилизации груза на ВП вертолета;

- метод визуализации строительной оси монтажных объектов при выполнении АСМР с применением вертолета;

- метод определения параметров буксируемой мягкой оболочки на ВП вертолета;

- метод определения параметров полета вертолета с грузом на ВП при отказе одного двигателя в ГП, на режимах висения и вертикального маневрирования;

3. Разработана ММ действий экипажа вертолета в полете с грузом на ВП, позволяющая решать задачи количественной оценки способности системы «экипаж - вертолет - объект монтажа» обеспечивать программные, расчетные параметры полета.

4. Предложена универсальная ММ пространственного движения вертолета с грузом на ВП для исследования динамики полета системы «экипаж - вертолет -объект монтажа» в ожидаемых условиях и особых ситуациях, а также определять предельные безопасные режимы полета.

5. Получены оценки БП вертолета с грузом на ВП при воздействии неблагоприятного фактора.

6. Проведена большая серия ЛИ основных режимов полета вертолета с грузом на ВП, которая совместно с теоретическими исследованиями послужила основой для разработки рекомендаций и предложений по возможному применению вертолетов на АСМР.

Полученные в работе решения позволяют значительно расширить диапазон работ для повышения информативности поведения системы «экипаж -вертолет - объект монтажа» в ожидаемых и особых ситуациях полета при сохранении или уменьшении объема ЛИ, а также выдавать рекомендации по обеспечению безопасности и эффективности полетов, расширению летных ограничений и их соответствию нормам летной годности вертолетов.

Некоторые результаты исследований переданы в ГосНИИГА, предприятия авиационной промышленности, авиационные предприятия ГА и учебные заведения, что подтверждается соответствующими актами внедрения.

Основные публикации по теме диссертации:

Основное содержание диссертации отражено в 14 печатных научных работах, наиболее важные из которых перечислены ниже.

1. Асовский В.П., Паршенцев СА, Худоленко О.В. Исследование возможности безопасного завершения полета вертолета с грузом на внешней подвеске при отказе одного двигателя // Научный вестник Ml ТУ ГА Серия аэромеханика и прочность. - 2004. - № 72. - С. 23 - 27.

2. Асовский В.П., Паршенцев СА, Худоленко О.В. Проблемы и особенности использования вертолетов для спасения людей // Сб. науч. тр. VI Форум «Российского вертолетного общества». - М.: МАИ, 2004. - Разд. VII - С. 81 -85.

3. Асовский В.П., Паршенцев С.А., Худоленко О.В. Проблемы и особенности использования вертолетов для спасения людей. VI Форум «Российского вертолетного общества». Тезисы докладов. М., 2004. С.2.

4. Козловский В.Б., Паршенцев С. А. Исследование поведения груза на внешней подвеске вертолета и способы его стабилизации в полете // Научный вестник MГТУГА

Сер. Аэромеханика и прочность. - М, 2004. - №72. - С.97-101.

5. Козловский В.Б., Паршенцев С.А, Солуянов Ю.М. Система стабилизации и азимутальной ориентации груза на внешней подвеске вертолета Ми-26 // Научный вестник М1 ТУ ГА Сер. Аэромеханика и прочность. - М, 2004. -№72.-С.102-107.

6. Паршенцев С.А. Анализ причин катастрофы вертолета Ми-26Т в Читинской области 03.05.2003 г. // Научный вестник МГТУ ГА. Серия аэромеханика и прочность. - 2004. - № 72. - С. 91 - 96

7. Паршенцев С.А Воздушный монтажник. Риск можно исключить // Вертолет. - 2003. - № 3 - С. 16 -19.

8. Паршенцев С.А. Лес, огонь и водосливное устройство // Вертолет. - 2003. -№2-С.30-33

9. Паршенцев С.А. Надежность Ми-26 вне подозрений // Вертолет. - 2004. -№3-С. 46-48.

10. Паршенцев С.А Новые технологии монтажа // Вертолет. - 2004. -№ 1-С. 30-33.

П. Паршенцев С.А Системы стабилизации и азимутальной ориентации груза на внешней подвеске вертолетов для выполнения АСМР // «Полет». 2004. № 12. С. 50-53.

12. Паршенцев С.А Трагедия под Читой: комментарий специалиста // Вертолет. - 2003. - № 2 - С. 34 - 35.

13. Разработка рекомендаций по совершенствованию серийной с/х аппаратуры самолетов и вертолетов в условиях эксплуатационных нредприятий ГА: Отчет о НИР (заключительный)/ ВНИИ ПАНХ ГА; исп. Паршенцев С.А. и др., рук. работ Глебов Н.В. - № ГР 80049538- Краснодар, 1982. - 60 с.

14. Авиационный способ прокладки в лесах заградительной полосы перспективными огнегасящими химическими веществами: Отчет о НИР (заключительный)/ ВНИИ ПАНХ ГА; исп. Паршенцев С.А. и др., рук. работ Гумба М.О. - № ГР 76044681-Краснода" 1980 - 43с

С.А Паршенцев

Подписано в печать 29.12.04 г. Печать офсетная Формат 60x84/16 1,1 уч -изд. л.

1,25 печ. л Заказ №1353/ Тираж 70 экз.

Московский государственныйтехническийуниверситетГА 125933 Москва, Кронштадтский бульвар, д 20 Редакционно-издательский отдел 125493 Москва, ул. Пулковская, д. 6а

© Московский государственный технический университет ГА, 2004

i--47 3

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ И СПОСОБОВ ВЫПОЛНЕНИЯ ВЕРТОЛЕТАМИ АВИАЦИОННЫХ СТРОИТЕЛЬНО-МОНТАЖНЫХ И ТРАНСПОРТНЫХ РАБОТ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВНЕШНЕЙ ПОДВЕСКИ.

1.1. Вводные замечания.

1.2. Способы и технологические схемы выполнения АСМР.

1.2.1. Способ свободного монтажа.

1.2.2. Монтаж способом поворота.

1.2.3. Демонтаж конструкций.

1.2.4. Работы с гибкими элементами.

1.3. Состояние отечественного вертолетного парка для выполнения АСМР.

1.4. Влияние различных эксплуатационных факторов и внешних условий на выполнение АСМР.

1.4.1. Влияние метеорологических условий в районе выполнения АСМР и рельефа местности.

1.4.2. Анализ методов пилотирования вертолета на АСМР и основные причины характерных ошибок в действиях экипажа.

1.4.2.1. Косвенный метод.

1.4.2.2. Прямой метод.

1.4.2.3. Характерные отклонения, ошибки в действиях экипажа и их причины при выполнении АСМР вертолетом и полетах с грузом на внешней подвеске.

1.4.3. Влияние уровня подготовки вспомогательного персонала, состояние авиационной техники, технических средств и специального оборудования вертолетов на эффективность и безопасность полетов при проведении АСМР.

1.5. Методы исследования безопасности и эффективности применения вертолетов при выполнении АСМР с использованием внешней подвески.

1.6. Выводы по главе 1.

2. РАЗРАБОТКА И ПРИМЕНЕНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ ВЕРТОЛЕТА ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ

АСМР С ГРУЗОМ НА ВНЕШНЕЙ ПОДВЕСКЕ.

2.1. Постановка задачи.

2.2. Метод исследования колебаний груза на внешней подвеске.

2.2.1. Механизм возникновения колебаний груза на внешней подвеске.

2.2.2. Особенности взаимодействия груза на внешней подвеске вертолета и струи воздушного потока от несущего винта.

2.2.3. Продольная балансировка двухмассовой динамической системы "вертолет - груз".

2.3. Разработка математической модели системы азимутальной ориентации и стабилизации груза на внешней подвеске вертолета.

2.3.1. Усилия, действующие на груз и тросы внешней подвески

2.3.2. Оценка влияния геометрических размеров подвески на относительное вращающее усилие.

2.3.3. Определение крутильных колебаний груза на бифилярной внешней подвеске.

2.3.4. Динамические нагрузки в элементах САО.

2.3.5. Динамический момент на выходном валу САО при пуске или торможении системы.

2.4. Разработка метода визуализации строительной оси монтажных объектов при выполнении АСМР с применением вертолета.

2.5. Разработка метода определения параметров движения мягкой оболочки, буксируемой на внешней подвеске вертолета.

2.6. Разработка метода определения парметров полета вертолета с грузом на внешней подвеске при отказе одного двигателя в горизонтальном полете, на режимах висения и вертикального маневрирования.

2.6.1. Вводные замечания.

2.6.2. Расчет максимально допустимой полетной массы вертолета при отказе одного двигателя на режимах висения и горизонтального полета с грузом на внешней подвеске.

2.7. Выводы по главе 2.

3. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ДИНАМИКИ ПОЛЕТА ВЕРТОЛЕТА С ГРУЗОМ НА ВНЕШНЕЙ ПОДВЕСКЕ И ДЕЙСТВИЙ ЭКИПАЖА В УСЛОВИЯХ ВОЗНИКНОВЕНИЯ НЕБЛАГОПРИЯТНОГО ФАКТОРА.

3.1. Вводные замечания.

3.2. Математическая модель полета вертолета с грузом на внешней подвеске

3.3. Структура моделей действий экипажа и ее характеристики.

3.4. Характеристики времени запаздывания пилота по парированию последствий воздействия неблагоприятного фактора.

3.5. Оценка безопасности полета вертолета с грузом на внешней подвеске при воздействии неблагоприятного фактора.

3.5.1 Определение располагаемого времени пилота при возмущенном движении по крену.

3.5.2. Определение располагаемого времени пилота при возмущенном движении по тангажу.

3.6. Выводы по главе 3.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОСНОВНЫХ РЕЖИМОВ ПОЛЕТА ВЕРТОЛЕТА ПРИ ТРАНСПОРТИРОВКЕ ГРУЗА НА ВНЕШНЕЙ ПОДВЕСКЕ И ВЫПОЛНЕНИИ АСМР

4.1. Постановка задачи.

4.2. Методы, технические средства и уровень специального оборудования для экспериментального определения параметров полета вертолета и их соответствие технологическим схемам АСМР.

4.3. Экспериментальные исследования параметров полета вертолета при аварийном сбросе груза с внешней подвески на режимах висения и в горизонтальном полете.

4.4. Экспериментальные исследования опытного образца САО.

4.4.1. Система средств измерений, оборудования и специальной контрольно записывающей аппаратуры при проведении ЛИ.

4.4.2. Методика проведения первого этапа ЛИ.

4.4.3. Методика проведения второго этапа ЛИ.

4.4.4. Результаты экспериментального исследования.

4.4.5. Сравнение результатов теоретических расчетов с результатами экспериментального исследования.

4.4.6. Обобщение результатов исследований опытного образца САО.

4.5. Летные исследования параметров полета вертолета с грузом на внешней подвеске при отказе одного двигателя на режимах висения и горизонтального полета.

4.5.1. Цели о объект летных исследований.

4.5.2. Методика проведения летных исследований.

4.5.2.1. Наземная подготовка.

4.5.2.2. Методика выполнения полетов.

4.5.3. Метеоусловия при проведении ЛИ и особенности выполнения полетов.

4.5.4 Параметры полета вертолета Ми-8АМТ при имитации отказа (дросселировании) одного двигателя в горизонтальном полете с грузом на внешней подвеске.

4.5.5. Параметры полета вертолета Ми-8АМТ при имитации отказа (выключении) одного двигателя в горизонтальном полете с грузом на внешней подвеске.

4.5.6. Параметры полета вертолета Ми-8АМТ при имитации отказа (дросселировании) одного двигателя на режиме висения с грузом на внешней подвеске.

4.6. Выводы по главе 4.

5. РАЗРАБОТКА ТРЕБОВАНИЙ, РЕКОМЕНДАЦИЙ И ПРЕДЛОЖЕНИЙ ПО ПРИМЕНЕНИЮ ВЕРТОЛЕТОВ НА АВИАЦИОННЫХ СТРОИТЕЛЬНО-МОНТАЖНЫХ РАБОТАХ.

5.1. Вводные замечания.

5.2. Разработка требований к профессиональной подготовке летного состава и рекомендаций по выбору рациональных режимов полета вертолета на авиационных строительно-монтажных работах.

5.2.1. Требования к профессиональному уровню летного состава и его теоретической, тренажерной и летной подготовке к выполнению строительно-монтажных работ.

5.2.2. Разработка рекомендаций к выбору оптимальных режимов полета вертолета при проведении строительно-монтажных работ.

5.3. Разработка требований к воздушным судам, техническим средствам и специальному оборудованию для выполнения строительно-монтажных и транспортных работ с использованием внешней подвески.

5.3.1. Требования к воздушным судам для выполнения авиационных строительно-монтажных работ.

5.3.2. Разработка требований к техническим средствам и специальному оборудованию вертолетов для выполнения авиационных строительно-монтажных работ.

5.4. Разработка требований и предложений к обеспечению охраны труда и экологической безопасности при выполнении авиационных строительно-монтажных работ.

5.5. Выводы по главе 5.

Воздушные перевозки играют существенную роль в экономике любого современного государства, а также в развитии его международных связей. Россия с ее огромной территорией, значительная часть которой труднодоступна для других видов транспорта, заинтересована в постоянном расширении и совершенствовании сети своих воздушных линий и увеличении объема авиаперевозок.

В настоящее время наряду с ростом грузооборота изменились качественные и количественные характеристики самих грузов. Возникла потребность транспортировки и монтажа неделимых грузов большой массы, имеющих повышенную материальную, социальную и другую ценность. Новые задачи предопределили быстрое развитие воздушного транспорта, и, прежде всего создание мощных вертолетов, способных не только перевозить крупногабаритные грузы на значительные расстояния, но и выполнять их точную установку на возводимых объектах.

Эффективное решение этих задач стало возможным благодаря проведению глубоких научно-технических исследований по вопросам изучения взаимодействия летчика с вертолетом и вертолета со средой, а также путем совершенствования способов и средств проведения указанных технологических операций. Существенную роль при этом играют успехи отечественной науки в области создания средств регистрации, сбора и обработки полетной ' информации, вычислительной техники, компьютерных технологий и метрологии. Все вместе взятое позволяет в настоящее время весьма детально изучить динамику управляемого движения вертолета с грузом на ВП и определить наиболее оптимальные режимы полета вертолета на АСМР.

Технический уровень современного вертолета, наличие многообразных взаимосвязей между различными службами при подготовке и выполнении полетов, выдвигают для решения проблемы обеспечения безопасности и л эффективности проведения АСМР и работ, связанных с транспортировкой грузов на ВП, в качестве непременного условия системный подход, учитывающий взаимосвязь компонентов системы «экипаж - вертолет - объект монтажа» во взаимодействии с другими системами и внесистемными факторами. Поэтому система «экипаж — вертолет — объект монтажа» рассматривается в настоящей работе как центральная и является объектом исследования.

При проведении АСМР всегда встает вопрос о рациональном использовании летного времени, сокращении количества непроизводительных полетов и снижении расходов на их выполнение. Это достигается тщательной подготовкой к выполнению данного вида работ, использованием совершенных технологий, ТС, устройств и приспособлений, а так же выбором эффективных методов и режимов полета вертолета. Анализ результатов отечественных и зарубежных исследований [19, 45, 62, 67] показал, что проблема изучения особенностей пилотирования вертолета на монтажных работах, а так же оценка прогнозируемого и фактического уровня безопасности полетов на АСМР, как и выбор рациональных режимов полета на этом одном из самых сложных видов авиационных работ, в настоящее время изучена недостаточно.

Глубокий анализ функционирования системы «экипаж — вертолет -объект монтажа», обобщение результатов теоретических и летных экспериментов, опыта летной деятельности авиапредприятий и отдельных специалистов на данном виде работ позволит значительно расширить диапазон применения вертолета на АСМР, а выводы и рекомендации по предотвращению авиационных происшествий на уровне экипажа предоставят возможность прогнозировать поведение системы в критических ситуациях.

Создание модели функционирования системы «экипаж — вертолет -объект монтажа» адекватной реальной деятельности, является необходимым условием развития теории ЛЭ вертолета. Поэтому одной из задач настоящих исследований является разработка ММ полета вертолета на АСМР и работах, связанных с перевозкой груза на внешней подвеске вертолета.

Оптимизация режимов полета вертолета на АСМР позволит решить многие вопросы, связанные с деятельностью экипажа в процессе выполнения указанных работ (обоснованное количество членов экипажа на АСМР и распределение между ними функциональных обязанностей, совершенствование деятельности в ожидаемых условиях и особых ситуациях).

К основным задачам оптимизации системы «экипаж — вертолет - объект монтажа» можно отнести:

1. Отбор и разработку требований к профессиональной подготовке экипажа и вспомогательного персонала, осуществляющего деятельность по организации, выполнению и обеспечению полетов на АСМР;

2. Выявление соответствия характеристик вертолета и возможностей экипажа при выполнении АСМР;

3. Разработку требований к созданию оптимального алгоритма деятельности экипажа на борту вертолета, выполняющего АСМР и работы, связанные с транспортировкой грузов на внешней подвеске.

Основными критериями эффективности ЛЭ вертолетов являются уровень безопасности полетов и показатели экономичности. В связи с этим вопросы формализованного описания и количественной оценки эффективности и надежности функционирования системы «экипаж - вертолет - объект монтажа», а также задачи оптимизации ЛЭ вертолетов привлекают все возрастающее внимание, как исследователей, так и специалистов эксплуатационников.

Первые теоретические и практические исследования возможности применения вертолетов на АСМР и транспортных работах с использованием ВП проводились в середине пятидесятых годов коллективами ученых в вертолетных КБ М.Л.Миля и Н.И.Камова, а так же на базе кафедры «Конструкции и проектирования вертолетов» МАИ. В исследованиях этого направления принимали участие Братухин И.П., Лесников Н.П., Вильдгрубе Л.С., Шайдаков В.И., Маслов А.Д.

В связи с широкими масштабами промышленно-территориального освоения труднодоступных районов Севера, Сибири и Дальнего Востока в семидесятые годы группой ученых МАИ под руководством В.И. Шайдакова и Ю.С. Богданова была успешно проведена работа по оптимизации параметров вертолетов различного назначения на основе многокритериальной оценки их эффективности. Весомый вклад в разработку современных методов транспортировки грузов на ВП и проведения АСМР внесли такие известные ученые, как Логачев Ю.Г., Козловский В.Б., Исаев С.А., Бутылкин И.П., Рощин В.Ф., Барон Р.И. Среди активных научных организаций по проведению исследований в области использования вертолетов для выполнения транспортных операций и АСМР можно отметить ОАО НПК «ПАНХ», МАИ, МГТУ ГА и КБ Авиационной Промышленности, а также отдельных энтузиастов-изобретателей. Работа этих коллективов направлена на поиск новых конструктивных решений по созданию технических средств и технологий для проведения АСМР, оценки возможностей вертолетов при их использовании в различных отраслях народного хозяйства и технико-экономическое обоснование их преимуществ перед другими ЛА. Однако, в виду отсутствия целевого финансирования, работы в этом направлении еще далеки от завершения.

Анализ литературы, посвященный современному состоянию подотрасли ПАНХ и роли науки в ее развитии позволяет сделать вывод о том, что в настоящее время испытывается существенный недостаток материалов, связанных с разработкой новых комплексных методов исследования проблемы транспортировки грузов на ВП, проведения АСМР и изучения особенностей ЛЭ вертолетов на этих видах авиационных работ.

Предлагаемая работа должна восполнить серьезный пробел в рассматриваемой проблеме.

Таким образом, в диссертации решается важная и актуальная народнохозяйственная задача, связанная с изучением особенностей выполнения АСМР и транспортировки грузов на ВП вертолетов путем применения методов математического моделирования движения JIA, разработки новых и совершенствования современных теоретических и экспериментальных методов исследования. Анализ результатов, полученных качественным и объективным способами исследования данной проблемы на общей методической основе, позволит взаимно сопоставить аналитические оценки с количественными показателями и, следовательно, повысить достоверность рекомендаций и выводов по особенностям пилотирования вертолета на АСМР.

Цель работы и задачи исследования. Цель работы — разработка комплексных методов исследования и решения широкого спектра практических задач летной эксплуатации вертолетов на АСМР и транспортных работах с использованием ВП.

В работе решаются следующие задачи: разработка концепции технологий и способов выполнения вертолетами АСМР с использованием ВП; разработка теоретических методов исследования движения вертолета при выполнении АСМР с учетом эксплуатационных ограничений; разработка ММ функционирования системы «экипаж - вертолет -объект монтажа» в условиях развития неблагоприятного фактора или их сочетаний в полете; разработка методов ЛИ, ТС и уровня специального оборудования для экспериментального определения параметров основных режимов полета системы «экипаж — вертолет — объект монтажа»; разработка требований, рекомендаций и предложений по применению вертолетов на АСМР.

Объект исследования — система «экипаж - вертолет - объект монтажа» при выполнении транспортных и строительно-монтажных работ.

Методы исследований. Для решения задач, поставленных в диссертационной работе, используется аналитические методы и широкий спектр методов математического моделирования, методы решения систем обыкновенных дифференциальных и трансцендентных уравнений, методы теории вероятностей и математической статистики, методы летного эксперимента и математической обработки результатов.

Научная новизна работы заключается в следующем: разработана концепция технологий и способов выполнения АСМР вертолетами с использованием ВП; предложены методы пилотирования вертолета на АСМР и выявлены основные причины характерных ошибок в действиях экипажа; разработан метод исследования колебаний груза на ВП; разработана ММ системы азимутальной ориентации и стабилизации груза на ВП вертолета; разработан расчетный метод визуализации строительной оси монтажных объектов при выполнении АСМР с применением вертолета; разработан расчетный метод определения параметров буксируемой мягкой оболочки на ВП вертолета; разработан расчетный метод определения параметров полета вертолета с грузом на ВП при отказе одного двигателя; разработана ММ действий экипажа и динамики полета вертолета с грузом на ВП в условиях развития неблагоприятного фактора или их сочетаний; разработаны методики проведения ЛИ, технические средства и специальное оборудование для экспериментального определения параметров полета вертолета с грузом на ВП; разработаны рекомендации и предложения по применению вертолетов на АСМР и транспортных работах с использованием ВП.

Достоверность результатов исследований обеспечивается непосредственным сравнением численных расчетов с результатами ЛИ и продувок в аэродинамических трубах.

Практическая ценность диссертационной работы заключается в том, что она позволяет: расширить границы исследования поведения вертолета с грузом на ВП на различных этапах полета и сделать ЛИ более безопасными и качественными, что в конечном итоге должно привести к повышению уровня БП; обеспечить экономию ресурсов за счет сокращения ЛИ, стендовых и трубных испытаний, проводить анализ особых ситуаций в полете с целью определения предельных возможностей полета вертолета с грузом на ВП; проанализировать возможные причины АП; оценить значения и влияние внешних эксплуатационных факторов, не регистрируемых в конкретных условиях полета; выявить границы безопасных условий полета и возможность снижения летных ограничений; определить оптимальные режимы полета вертолета с грузом на ВП по минимуму затрат топлива, времени или эксплуатационных затрат с учетом полного комплекса эксплуатационных ограничений; разработать дополнительные предложения по технике пилотирования вертолета с грузом на ВП; разработать рекомендации по обучению и тренировке экипажей вертолетов к выполнению АСМР и работам по транспортировке груза на ВП на различных этапах полета; использовать результаты проведенных исследований при разработке и совершенствовании руководящих и нормирующих документов по летной эксплуатации вертолетов с грузом на ВП.

Апробация работы. Результаты выполненных исследований докладывались и получили положительную оценку на VI Форуме «Российского вертолетного общества» (г.Москва, 2004 г.), на заседаниях кафедральных семинаров МГТУГА, на НТС ОАО НПК «ПАНХ», а также обсуждались на отраслевых научно-технических и летно-технических конференциях.

Реализация и внедрение результатов работы. Основные научные результаты, полученные в диссертационной работе, использованы и внедрены в научных организациях и эксплуатационных предприятиях ГА в виде инструкций и методик по обеспечению эффективности и безопасности выполнения транспортных и АСМР с помощью вертолетов, утвержденных руководящими органами ГА и авиационной промышленности, а также при обучении летного состава. Результаты диссертационной работы были использованы в учебных пособиях по курсам эффективности систем ГА, аэродинамики, динамики полета, безопасности полетов и летной эксплуатации в АГА, МГТУ ГА, ОАО «СПАРК» и ГосНИИГА. Реализация результатов работы подтверждается актами внедрения.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 11 печатных работ, 1 тезисы научно-технической конференции, 2 научно-технических отчета.

Структура и объем диссертационной работы. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников из 79 наименований (из них 7 на иностранных языках) и приложения. Основная часть работы изложена на 192 страницах машинописного текста. Общий объем работы составляет 297 страниц, 13 таблиц, 80 иллюстраций.

5.5. Выводы по главе 5

1. Разработаны основные требования к профессиональному уровню летного состава, его теоретической, тренажерной и летной подготовки к выполнению строительно-монтажных работ.

2. Определены основные функции экипажа при подготовке и проведении АСМР.

3. Установлены оценочные критерии соответствия пилотажных тренажеров требованиям профессиональной подготовки экипажей к полетам с грузом на ВП и выполнению АСМР.

4. Разработаны рекомендации по обучению и тренировке экипажей вертолетов на пилотажных тренажерных комплексах к выполнению полетов с грузом на ВП и проведению АСМР.

5. Разработаны рекомендации по выбору оптимальных режимов полета вертолета при проведении АСМР.

6. Определен перечень основных расчетных случаев возникновения опасных колебаний груза на ВП, приводящих к его аварийному сбросу.

7. Установлено, что наиболее совершенным с технической точки зрения является вариант модификации транспортного вертолета с установленной внизу носовой части фюзеляжа дополнительной кабины для пилота-оператора ВП. Вместе с тем экономически выгодной оказывается разработка не универсального вертолета для выполнения транспортных и крановых операций, а специализированного вертолета-крана с максимально возможным уровнем унификации с другими серийными ВС.

8. Разработаны требования к перспективному вертолету-крану, которые определяют его как достаточно высокоспециализированный вертолет, создание которого потребует реализации специальной программы. Однако средства, вложенные в создание такого вертолета, дадут значительный результат за счет повышения эффективности его применения на операциях по транспортировке грузов на ВП и проведению АСМР.

9. Установлено, что общим критерием в оценке целесообразности выбора ТС при выполнении АСМР и перевозке грузов на ВП вертолетов является его полное соответствие функциональному назначению и удовлетворению выбранным критериям оптимизации (минимальная масса, стоимость производства, надежность и эксплуатационная технологичность).

10. Разработаны требования, рекомендации и предложения по охране труда и экологической безопасности при проведении АСМР.

11. Определены основные критерии по введению ограничений на продолжительность рабочего времени для членов экипажей вертолетов, выполняющих АСМР.

12. Установлено, что в целях повышения уровня экологической безопасности вертолетов на АСМР необходима разработка специальных нормативно - методических актов, пригодных для эффективного экологического регулирования, а также введение дополнительного контроля при сертификации и лицензировании деятельности авиапредприятий со стороны ГС ГА.

264

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований возможности применения вертолетов на АСМР и транспортных работах с использованием ВП получены следующие результаты.

1. Проведен анализ существующих технологий и способов выполнения АСМР и транспортных работ с использованием ВП. Показано, что при исследовании вопросов повышения эффективности и обеспечения БП при выполнении АСМР вертолетами с грузом на ВП подлежат все факторы и условия, связанные с разработкой основных требований к транспортировке грузов на ВП и проведению АСМР с учетом БП и охраны труда. Для решения поставленных задач необходим большой объем ЛИ и теоретических исследований, что диктует требование разработки и внедрения новых математических методов исследования и анализа их результатов.

2. Разработаны теоретические методы исследования движения (функционирования) системы «экипаж - вертолет — объект монтажа», позволяющие получить оценки возможности применения вертолетов на АСМР и транспортных работах с использованием ВП:

- метод исследования колебаний груза на ВП вертолета;

- математическая модель системы азимутальной ориентации и стабилизации груза на ВП вертолета;

- метод визуализации строительной оси монтажных объектов при выполнении АСМР с применением вертолета;

- метод определения параметров буксируемой мягкой оболочки на ВП вертолета;

- метод определения параметров полета вертолета с грузом на ВП при отказе одного двигателя в ГП, на режимах висения и вертикального маневрирования.

3. Разработана ММ действий экипажа вертолета в полете с грузом на ВП, позволяющая решать задачи количественной оценки способности системы экипаж - вертолет — объект монтажа» обеспечивать программные, расчетные параметры полета.

4. Предложена универсальная ММ пространственного движения вертолета с грузом на ВП для исследования динамики полета системы «экипаж вертолет — объект монтажа» в ожидаемых условиях и особых ситуациях, а также для определения предельных безопасных режимов полета вертолета.

5. Получены оценки БП вертолета с грузом на ВП при воздействии неблагоприятного фактора.

6. Проведена большая серия ЛИ основных режимов полета вертолета с грузом на ВП, которая совместно с теоретическими исследованиями послужила основой для разработки рекомендаций и предложений по возможному применению вертолетов на АСМР.

7. На основе полученных результатов разработаны рекомендации и предложения по эффективному использованию вертолетов на АСМР с соблюдением требований экологии и БП.

Полученные в работе решения позволяют значительно расширить диапазон работ для повышения информативности поведения системы «экипаж вертолет — объект монтажа» в ожидаемых и особых ситуациях полета при сохранении или уменьшении объема ЛИ, а также выдавать рекомендации по обеспечению безопасности и эффективности полетов, расширению летных ограничений и их соответствию нормам летной годности вертолетов.

Некоторые результаты исследований переданы в ГосНИИГА, предприятия авиационной промышленности, авиационные предприятия ГА и учебные заведения, в предприятия ОАО РАО «ЕЭС России» и в предприятия телекоммуникаций и связи, что подтверждается соответствующими актами внедрения.

2 66

1. Акимов А.И. Аэродинамика и летные характеристики вертолетов. - М.: Машиностроение, 1988.- 144 с.

2. Акимов А.И., Берестов Л.М., Михеев Р.А. Летные испытания вертолетов. 2-е изд., перераб. и доп. — М: Машиностроение, 1994. - 408 е.: ил.

3. Алифанов О.М., Вабищевич П.Н., Михайлов В.В. и др. Основы идентификации и проектирования тепловых процессов и систем: Учебное пособие. — М.: Логос, 2001. — 395 с.

4. Асовский В.П., Козловский В.Б., Худоленко О.В. Применение вертолетов в отраслях экономики: состояние, проблемы и перспективы // Сб. науч. тр. VI Форум «Российского вертолетного общества». — М.: МАИ, 2004. Разд. VII - С.71 - 80.

5. Асовский В.П., Паршенцев С.А., Худоленко О.В. Проблемы и особенности использования вертолетов для спасения людей // Сб. науч. тр. VI Форум «Российского вертолетного общества». М.: МАИ, 2004. -Разд. VII - С.81 - 85.

6. Астапенко П.Д., Баранов A.M., Шварев И.М. Погода и полеты самолетов и вертолетов. Л.: Гидрометеоиздат, 1980. - 280с.

7. Баранов A.M. Облака и безопасность полетов. Л.: Гидрометеоиздат, 1983. -С. 134-137.

8. Белоцерковский С.М. ЭВМ в науке, авиации, жизни. — М.: Машиностроение, 1993. — 285 с.

9. Белоцерковский С.М., Локтев Б.Е., Ништ М.И. Исследование на ЭВМ аэродинамических и аэроупругих характеристик винтов вертолетов. — М.: Машиностроение, 1992. — 220 с.

10. Богданов А.Д., Калинин Н.П., Кривко А.И. Турбовальный двигатель ТВЗ-117ВМ (конструкция и техническое обслуживание): Учебное пособие, М.: Воздушный транспорт, 2000. 392 с.

11. Браверман А.С., Вайнтруб А.П. Динамика вертолета. Предельные режимы полета. М.: Машиностроение, 1988.- 280 с.

12. Бутылкин И.П., Купцов В.Д., Е.П.Морозов Монтаж стальных высотных опор с помощью грузоподъемных кранов и вертолетов // Монтажные и специальные работы в строительстве. 2001. - № 6 - С.2 — 5.

13. Бутылкин И.П., Морозов Е.П., Данюк В.М. Монтаж новых опор радиорелейных линий // Монтажные и специальные работы в строительстве.-2001. -№ 10-С.10- 13.

14. Васильченко К.К., Кочетков Ю.А., Леонов В.А., Поплавский Б.К. Структурная идентификация математической модели движения самолетов. — М.: Машиностроение, 1993. — 351 с.

15. Васин И.Ф., Прокофьев А.И. Личностный фактор и безопасность полетов. В кн.: Оптимизация процессов функционирования авиационной транспортной системы. Межвузовский тематический сборник. Л., изд. ОЛАГА. 1980, с. 9 - 16.

16. Вертолетный мир России. — Казань, Издательство «Вертолет», 2003. — 176 с.

17. Володко A.M. Основы летной эксплуатации вертолетов. Аэродинамика. -М.: Транспорт, 1984. 256 с.

18. Вопросы кибернетики. Проблемы создания и применения математических моделей в авиации / Под ред. Белоцерковского С.М. — М.: Кибернетика, 1983. — 168 с.

19. Горяченко В.Д. Элементы теории колебаний: Учеб. пособие для вузов. -2-е изд., перераб. и доп. — М.: Высш.шк.; 2001. — 395 с.

20. Далин В.Н., Михеев С.В. Конструкция вертолетов: Учебник. — М.: Изд-во МАИ, 2001. 352 е.: ил.

21. Исследование поведения водосливного устройства ВСУ-15 на тросовой подвеске под воздействием ветровых нагрузок: Отчет о НИР / Инст. механики МГУ; Руководитель С.В. Гувернюк М., 2003. - 42 с.

22. Козловский В.Б. Теоретические и методологические основы эксплуатации летательных аппаратов при выполнении строительно-монтажных работ и транспортировке грузов на внешней подвеске: Дисс. на соискание уч. степ. докт. техн. наук Краснодар, 2004. — 379 с.

23. Козловский В.Б., Кубланов М.С. Математическая модель полета вертолета с грузом на внешней подвеске // Научный вестник МГТУ ГА. Серия аэромеханика и прочность. 2004. - № 72. - С.5 - 9

24. Козловский В.Б., Паршенцев С.А. Исследование поведения груза на внешней подвеске вертолета и способы его стабилизации в полете // Научный вестник МГТУ ГА. Серия аэромеханика и прочность. — 2004. -№ 72. — С.97- 101

25. Козловский В.Б., Паршенцев С.А., Солуянов Ю.М. Система стабилизации и азимутальной ориентации груза на внешней подвеске вертолета Ми-26 // Научный вестник МГТУ ГА. Серия аэромеханика и прочность. 2004. - № 72. - С. 102 - 107

26. Козловский В.Б., Худоленко О.В. Как возродить ПАНХ? // Гражданская авиация. — 2002. — №12. — С. 15—17.

27. Колемаев В.А., Калинина В.Н. Теория вероятностей и математическая статистика: Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. - М: ЮНИТИ -ДАНА, 2003.-352 с.

28. Кубланов М.С. Основные принципы математического моделирования динамики полета летательных аппаратов // Научный вестник МГТУ ГА. Сер. Аэромеханика и прочность. — М.: МГТУ ГА, 2001. — №37. — С.11—15.

29. Мазин И.П. Физические основы обледенения самолетов. — М.: Гидрометеоиздат, 1957. 120 с.

30. Ми-8АМТ. Руководство по летной эксплуатации. ( с дополнениями и изменениями), Изд. № 63915/4 М: МГА, 1994.

31. Микинелов А.Л., Чепига В.Е., Шахвердов В.Г. Летная эксплуатация воздушных судов — М.: Машиностроение, 1986. 216с., ил.

32. Миль М.Л. Как создать вертолет, нужный людям. — М.: Машиностроение, 1989. — 167 с.

33. Михеев В.Р., Катышев Г.И. Сикорский. СПб.: Политехника, 2003. -618 е.: ил.

34. Михеев С.В. Проблемы совершенствования несущего винта перспективного вертолета // Сборник докладов Института машиноведения, 2002. 9с.

35. Натальин В.М., Матвеев Ю.И. Аэродинамические особенности возникновения автоколебаний на вертолете Ми-8 и методы их устранения/ Сб. научных трудов аспирантов и молодых ученых. Санкт-Петербург, АГА, 1998. - т. 1.

36. Ништ М.И. Вычислительная аэродинамика: Учебное пособие. — Иркутск: ИВАИИ, 2001. — 41 с.

37. Нормы летной годности транспортной категории винтокрылых аппаратов. Авиационные правила. 4.29. Межгосударственный авиационный комитет, 1995.

38. Носарев И.М. Аэродинамические исследования парашютов при различных углах атаки. // Труды ЦАГИ. 1976. - Вып. 1735. - 41с.

39. Отработка технологии монтажа конструкций через проемы в крышах промышленных зданий. Акт по результатам летных испытаний №543-90 / НПК «ПАНХ»; Руководитель Козловский В.Б. — №73.37.63. — Краснодар, 1988. —22 с.

40. Паршенцев С.А. Анализ причин катастрофы вертолета Ми-26Т в Читинской области 03.05.2003 г. // Научный вестник МГТУ ГА. Серия аэромеханика и прочность. 2004. - № 72. - С. 91 - 96

41. Паршенцев С.А. Воздушный монтажник. Риск можно исключить // Вертолет. 2003 . - № 3 - С. 16 - 19.

42. Паршенцев С.А. Новые технологии монтажа // Вертолет. 2004. - № 1 -С. 30-33.

43. Паршенцев С.А. Системы стабилизации и азимутальной ориентации груза на внешней подвеске вертолетов для выполнения АСМР // Общероссийский научно-технический журнал «Полет». 2004. № 10. С. 50-53.

44. Паршенцев С.А. Трагедия под Читой: комментарий специалиста // Вертолет. 2003. - № 2 - С. 34 - 35.

45. Предложения в Целевую комплексную программу транспортировки грузов на внешней подвеске вертолетов на 1990—1993 гг. (ЦКП «Вертолеты»). Утв. Начальником ГУАРПУ МГА Л.В.Ильчуком, 06.03.1990 г.

46. Применение авиации в отраслях экономики / Автор — сост. B.C. Деревянко. Краснодар: «Сов. Кубань», 2002. - 488 е.: ил.

47. Применение информации метеорологических спутников в анализе и прогнозе особых явлений погоды для авиации. (Пособие для синоптиков АМСГ, ЗАМЦ и МГАМЦ.) / К.Г.Абрамович, Г.С. Булдовский, А.А.Васильев и др. Л.: Гидрометеоиздат, 1974. - 60 с.

48. Рацимор М.Я. Вертикальное распределение горизонтальной видимости под облаками и в облаках. Труды ЦИП, 1966 — Вып. 157 - С. 57 — 70.

49. Самородова В.М. Пульсация сдвига ветра в нижнем 25-метровом слое атмосферы. В кн.: Влияние внешних воздействий среды на безопасность полетов воздушных судов. - Труды ГосНИИ ГА, 1981. — Вып. 206.-С. 56-66.

50. Симарский А.А., Михайлов А.П. Математическое моделирование: Идеи. Методы. Примеры. 2-е изд., испр. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002. - 320 с.

51. Создание и применение математических моделей самолетов / Под ред. С.М.Белоцерковского. — М.: Наука, 1984. — 143 с.

52. Солуянов Ю.М. Демонтаж дымовых труб с применением вертолетов // Монтажные и специальные работы в строительстве. — 2000. № 3 — С.2 -8.

53. Солуянов Ю.М. Замена технологических трубопроводов с помощью вертолетов // Монтажные и специальные работы в строительстве. — 2000. -№9-С.12- 17.

54. Солуянов Ю.М. Монтаж водонапорных резервуаров с помощью вертолетов // Монтажные и специальные работы в строительстве. 2000. - № 5 - С.2 - 5.

55. Технология работ в электросетевом строительстве с применением вертолетов. М., 1982 - 103 с.

56. Трофимова Т.И. Курс физики: Учеб. пособие для вузов, 6-е изд., стер. — М.: Высшая школа, 1999. 542 с.

57. Трунов O.K. Об условиях поражений летательных аппаратов атмосферным электричеством и некоторых общих требованиях к противомолниевой защите. — Труды ГосНИИ ГА, 1975. — Вып. 124 С. 3 -19.

58. Трунов O.K. Физико-аэродинамическое исследование проблемы обледенения летательных аппаратов. Труды ГосНИИ ГА, 1981. - Вып. 206.-C.3-39.

59. Турбовальный двигатель ТВЗ-117. Руководство по технической эксплуатации. Книга 3. Отличительные особенности двигателя ТВЗ-117ВМ-М.: 1986.-206 с.

60. Федеральные авиационные правила «Правила выполнения вертолетами авиационных строительно-монтажных работ»: Первая редакция / НПК «ПАНХ»; Руководитель Солуянов Ю.М. — № 383. — Краснодар, 2001. — 88 с.

61. Хлебников А.А. Гражданской авиации страны — 80 лет // Вертолет. -2003. — № 1 С. 4 — 8.

62. Целевая комплексная программа совершенствования транспортировки грузов на внешней подвеске вертолетов на 1990—1993 гг. (ЦКП «Вертолеты») / Козловский В.Б., Сумовский Н.А. — М., 1990. — 15 с.

63. Яблонский А.А., Никифорова В.М. Курс теоретической механики: Учебник. 9-е изд., стер. СПб.: Издательство «Лань», 2002. — 768 с.

64. Colucci F. К-МАХ At Work // Vertiflite. Vol.41, No.5 - Sept./Oct- 1995. -P.32-36.

65. Federal Aviation Regulation. 14 CFR Part 29 (FAR 29). Published January 1991. Department of Transportation, Federal Aviation Administration.

66. Horton D. Gulf Power Company upgrades existing power lines with the help of the S-64 Air-Crane helicopter //An Erickson Air-Crane Release 2002-www.erickson-aircrane.com/powerline.asp.

67. Iseler, L., and De Maio, J., "An Analysis of US Civil Rotorcraft Accidents by Cost and Injury (1990-1996)", NASA TM in press.

68. Ogden M. Picking trough the wreckage // Helicopter world. Vol.20, No.4 -May 2001-P. 22-25.

69. Pawlak W.I. Practical Method of Dynamic Objects Identification. Part I -Small Perturbation Method // Transactions of the Institute of Aviation -No. 170-171 2002 - P. 65-72.

70. Smith D.J. A Russian renaissance // Helicopter world. Vol.20, No.5 - June 2001 - P. 38-40.