СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ВЕРТОЛЕТА Российский патент 2015 года по МПК B64F5/00 B64C27/04 G01L3/24 

Изобретение относится к авиационной технике, а именно к определению и визуализации основных параметров, относящихся к техническому состоянию систем вертолета при эксплуатации, поддержанию тяговых характеристик конкретного вертолета и обеспечению пилотов информацией для повышения безопасности выполнения полетов.

Известна система контролирования технического состояния самолета (EP заявка №0407179, B64D 43/00, публ. 1991), содержащая компьютерную систему обработки данных, относящихся к профилю полета и индикаторам технического состояния самолета. Соответствующие данные направляют в компьютерную систему, которая имеет заданные пределы по отношению к индикаторам и записывает продолжительность и величину превышения любого предела при использовании самолета. Индикаторы отражают техническое состояние двигателя, трансмиссии, корпуса и систем самолета.

К недостаткам аналога следует отнести отсутствие коррекции данных по режимам работы двигателей при эрозионном износе, засолении и загрязнении лопаток газовоздушного тракта (ГВТ) компрессора двигателя в процессе его эксплуатации на вертолете.

Существуют способы и системы аналогичного назначения, предназначенные для вертолетов и работающие по заданным алгоритмам. Например, принятый за ближайший аналог, способ определения режимов работы двигателя с использованием указателя режимов (ИР-117Ч) для двигателя ТВ3-117ВМ, которым определяется режим работы двигателя в зависимости от давления воздуха за компрессором двигателя при заданных значениях температуры наружного воздуха и высоты полета (см. Руководство по летной эксплуатации вертолета Ми-171А1, 2005 г., стр.7-5-26; стр.7-2-3/4, рис.7.2.1).

К недостаткам работы с использованием данного прибора следует отнести отсутствие коррекции данных по режимам работы двигателей при эрозионном износе, засолении и загрязнении лопаток газовоздушного тракта компрессора двигателя, что при высокой удельной мощности вертолетных двигателей существенно влияет на суммарную мощность двигателей.

В номограмме (графике зависимости) для Руководства по летной эксплуатации вертолета Ми-171А1 по определению тяговых характеристик вертолета в координатах температуры наружного воздуха по массе вертолета и по эксплуатационным высотам полета (см. Руководство по летной эксплуатации вертолета Ми-171А1, стр.1-29/30) так же не учитывается процесс ухудшения характеристик двигателя по вышеизложенным причинам и тяговых характеристик вертолета из-за эрозии, повреждения дождем оковок носовой части лопасти в процессе их эксплуатации.

Принятая система информации, не учитывающая изменения характеристик двигателей и тяги несущего винта конкретного вертолета, по мере выработки им ресурса с использованием только тяговых характеристик по номограмме, составленной в основном для наихудшего двигателя, существенно, до 10% снижает эффективность применения вертолетов в народном хозяйстве и в военной сфере относительно предлагаемого способа.

Задачей, решаемой заявляемым изобретением, является повышение эффективности применения вертолета за счет учета статистических данных по тяговым характеристикам силовой установки конкретного вертолета в процессе эксплуатации, по которым возможен также контроль выработки ресурса основных агрегатов для своевременной их замены и ремонта по техническому состоянию.

Поставленная задача решена благодаря тому, что при эксплуатации вертолета - в соответствии с изобретением - предварительно перед началом эксплуатации вертолета осуществляют сбор исходных данных по характеристикам двигателей в соответствии с формулярами и сбор исходных данных по величине тяги несущего винта при контрольных висениях вертолета, затем в течение всего времени эксплуатации вертолета осуществляют сбор и фиксацию фактических данных по величине тяги несущего винта на режимах висения вертолета, сравнивают с помощью бортового вычислителя полученные статистические данные по тяге несущего винта с исходными величинами, и, в случае снижения величины тяги несущего винта от исходной на заданную величину, формируют с помощью бортового вычислителя сигнал на монитор о необходимости регулировки параметров двигателей до значений, обеспечивающих отклонение тяги несущего винта в пределах не более 0,5% от исходной величины, осуществляемой в автоматическом режиме или обслуживающим персоналом на земле.

Заданную величину снижения тяги несущего винта от исходной для формирования сигнала о необходимости регулировки двигателей выбирают в пределах 2-4%. Данный норматив допуска 2-4% обоснован тем, что меньшее значение приведет к частой регулировке двигателей, а большее значение ведет к суммарной потере производительности вертолета. В результате данные по тяге несущего винта, скорректированные в пределах отклонения не более 0,5% от исходной величины (путем регулировки характеристик двигателей), вводятся в память бортового вычислителя для дальнейшей эксплуатации вертолета. Периодическая корректировка тяги и мощности двигателей позволяет контролировать и вводить в расчет исходные тяговые характеристики вертолета и двигателей, на момент взлета и посадки. По изменению фактических характеристик вертолета и двигателей от исходных данных, производится контроль отклонения производительности вертолета в допустимом пределе и определяется рентабельность его эксплуатации. При ограничении регулировки двигателей и достижении предельной температуры газов двигателей возможно применение форсирования двигателей впрыском воды, понижающим температуру газов на 50°C.

Эксплуатация вертолета по данной методике будет обеспечивать возможность полного использования мощности двигателей, что позволит поднять полетную производительность вертолета в среднем до 10% от существующего порядка эксплуатации вертолетов.

Кроме того, при реализации предлагаемого способа (в соответствии с п.2 формулы изобретения) для быстрого восприятия информации в полете выводят на монитор экипажу с помощью бортового вычислителя только доли используемого от предельных значений: мощности двигателей силовой установки, тяги несущего винта и шага хвостового винта для данных условий полета, со световой сигнализацией о достижении предельных значений. То есть указывается, в частности, доля в процентном отношении от абсолютной величины располагаемой предельной мощности силовой установки, соответствующей данным условиям полета. Это обеспечит быстроту и точность принятия летчиком в полете решений по управлению вертолетом.

Для повышения точности выбора экипажем параметров полета (в соответствии с п.3 формулы изобретения) выводят на монитор результаты штурманского расчета в графическом представлении в виде зависимости дальности полета вертолета при данной массе от скорости полета, частоты вращения несущего винта и высоты полета, а также информацию о посадочной массе вертолета на конечном пункте назначения для безопасной посадки, включая отказ двигателя.

Это позволит заранее оценить безопасность полета при изменяемых внешних условиях по маршруту и возможность безопасной посадки при отказе двигателя.

Способ поясняется схемой, на которой изображены:

1 - монитор;

2 - бортовой вычислитель с контрольным блоком памяти;

3 - пульт настройки вычислителя;

4 - весовые устройства (для замера массы и центра тяжести вертолета и замера груза на внешней подвеске);

5 - набор источников информации (датчиков), способных генерировать вычислителем и выводить на монитор текущие значения параметров полета, работы силовой установки, запасы располагаемой мощности и путевого управления.

Для реализации заявляемого способа эксплуатации вертолета по техническому состоянию элементы (функциональные блоки), приведенного на схеме комплекта оборудования, осуществляют следующие функции.

На экран монитора 1 выводятся:

- доли использованной располагаемой мощности двигателей в конкретных условиях;

- доли использования располагаемого поперечного управления в конкретных условиях;

- процент наработки на взлетном и номинальном режимах;

- тяговые характеристики вертолета в координатах температуры наружного воздуха по массе вертолета и эксплуатационным высотам полета (границы полей по ограничению предельных параметров изменяются в процессе эксплуатации);

- допустимые взлетная и полезная массы и центровка вертолета;

- заданные условия взлета и посадки, допустимые взлетные массы вертолета;

- данные штурманского расчета достаточности топлива, безопасности по массе вертолета при взлете и посадке в точке назначения, включая отказ двигателя.

Бортовой вычислитель 2 имеет контрольный блок памяти, который осуществляет сбор и обработку данных и фиксацию в течение всего времени эксплуатации вертолета фактических данных по силовой установке вертолета и по тяге несущего винта на режимах висения вертолета, с регистрацией высоты и внешних условий, а также осуществляет сравнение статистических данных по тяге несущего винта с исходными, регистрацию снижения тяги от исходной на заданную величину (выбранную в диапазоне 2-4% от исходной) и формирование и вывод на монитор сигнала о необходимости регулировки параметров двигателей. При этом контрольный блок памяти сохраняет все варианты при замене расчетов для вывода на монитор при каждой замене двигателей и несущего винта (по контрольным висениям).

Пульт настройки вычислителя 3 предназначен для настройки параметров, используемых в программах бортового вычислителя 2 при замене двигателя (двигателей), несущего винта, а также с учетом упомянутой перенастройки двигателей и с учетом зафиксированных особенностей условий взлета, посадки и проведения штурманского расчета.

Весовые устройства 4 по определению полезной и взлетной масс вертолета и центра тяжести для взлета и посадки выдают информацию на бортовой вычислитель 2 (и через него на монитор 1) для контроля экипажем безопасности взлета и посадки, включая отказ двигателя.

Блок 5, обозначенный как «Набор источников информации…», включает датчики, данные измерений от которых вводятся в бортовой вычислитель 2 и которые определяют: общее время полета, высоту и температуру наружного воздуха, скорость полета вертолета, ход штока изменения угла установки лопастей хвостового винта, тензодатчики для измерения массы вертолета и его центровки при взлете, веса груза на внешней подвеске, давление воздуха за компрессором и температуры газов, частоты вращения турбокомпрессоров двигателей и несущего винта, высоту висения, температуру наружного воздуха, скорость ветра, текущую массу вертолета с остатком топлива в полете (штурманский расчет).

В соответствии с изобретением предлагаемый способ эксплуатации вертолета по техническому состоянию выполняется следующим образом. До начала эксплуатации вертолета должны быть введены в бортовой вычислитель 2 компьютерной системы вертолета и зафиксированы в блоке памяти исходные данные по характеристикам двигателей (по формулярным данным двигателей) и исходные (текущие) данные по величине тяги несущего винта на висении вертолета (по контрольным висениям).

Затем в полете в контрольный блок памяти бортового вычислителя 2 поступает упомянутая выше информация от датчиков из блоков 3, 4 и 5. Таким образом, в течение всего времени эксплуатации вертолета осуществляется статистический сбор и фиксация фактических данных по величине тяги несущего винта на режимах висения вертолета.

При этом при обработке бортовым вычислителем 2 информации, поступающей от блоков 3, 4 и 5, учитываются следующие факторы:

- показания весового устройства, установленного на шасси вертолета, и весового устройства внешней подвески;

- влияние земли при висении вертолета над землей или над платформой (решетка вместо земной поверхности);

- потери мощности двигателей из-за отбора воздуха от двигателей;

- потери мощности двигателей из-за включения противообледенительной системы вертолета (по положениям тумблеров управления системами);

- перенастройка двигателей (автоматическая или ручная на земле);

- обеспечение стабилизации замеряемых параметров двигателей за счет снижения попадания выхлопных газов на вход двигателей в режимах висения вертолета в зоне воздушной подушки (например, использование на вертолете насадка к выхлопному патрубку двигателя по патенту 2230005 для стабилизации параметров двигателя).

Бортовой вычислитель 2 с накопителем для определения тяговых характеристик вертолета, опираясь на исходные характеристики мощности двигателей и тяги несущего винта, выводит на монитор 1 номограммы. При снижении тяги несущего винта от исходной на заданную величину (выбранную в диапазоне 2-4% от исходной), например, при снижении на 3%, (по статистическим данным висений вертолета при каждом полете), вычислитель 2 выдает на монитор 1 сигнал о необходимости регулировки двигателей. Регулировку параметров двигателей осуществляют обслуживающим персоналом на земле или автоматически до получения отклонения тяги несущего винта в пределах 0,5% от исходной характеристики. Данные автоматически вводятся в накопительную часть бортового вычислителя 2. Все тяговые характеристики несущего винта вертолета выводятся на монитор 1.

Перепрограммирование (регулировка) двигателей выполняется обслуживающим персоналом или в автоматическом режиме (при поступлении командного сигнала от блока 3) с извещением о перенастройке на монитор 1 и на контрольный блок памяти бортового вычислителя 2.

Одновременно (по п.2 формулы) выводят на монитор 1 экипажу с помощью бортового вычислителя 2 доли используемых от предельных значений мощности, тяги и шага хвостового винта в конкретных условиях полета, со световой сигнализацией о достижении предельных значений. Это способствует быстрому восприятию экипажем представленной информации и точности принятия решений в полете. При этом (по п.3 формулы) в бортовом вычислителе 2, в его контрольном блоке памяти определяются зависимости дальности полета вертолета при изменении скорости, высоты и частоты вращения несущего винта и изменении внешних условий полета, которые вычислитель выдает в графическом виде на монитор 1, для точной оценки экипажем параметров полета (включая массу вертолета) и безопасности посадки в конечном пункте.

При эксплуатации вертолета в соответствии с предлагаемым способом появляется возможность получения статистических данных по циклическим нагрузкам силовой установки и планера вертолета в процессе эксплуатации. Это позволит осуществлять контроль выработки ресурса силовой установки и планера, разработку графика их замены и ремонта материальной части по техническому состоянию. Если полетная производительность вертолета снижается, и регулировка параметров двигателей не представляется уже возможным из-за износа двигателей, можно продолжить безопасную эксплуатацию при меньшей полезной нагрузке с использованием имеющегося оборудования и в соответствии с заявляемым способом.

Изобретение относится к области авиации, в частности к способам контроля технического состояния авиационной техники. Способ эксплуатации вертолета заключается в том, что при каждом полете осуществляют контроль фактической тяги несущего винта вертолета, причем предварительно перед началом эксплуатации вертолета осуществляют сбор исходных данных по характеристикам двигателей силовой установки в соответствии с формулярами и сбор исходных данных по величине тяги несущего винта при контрольных висениях вертолета. В течение всего времени эксплуатации вертолета осуществляют сбор и фиксацию фактических данных по величине тяги несущего винта на режимах висения вертолета, сравнивают с помощью бортового вычислителя полученные статистические данные по тяге несущего винта с исходными величинами и, в случае снижения величины тяги несущего винта от исходной на заданную величину, формируют с помощью бортового вычислителя сигнал на монитор о необходимости регулировки параметров двигателей до значений, обеспечивающих отклонение тяги несущего винта в пределах 0,5% от исходной величины. Регулирование параметров двигателя осуществляется или в автоматическом режиме, или обслуживающим персоналом на земле. Достигается повышение эффективности применения вертолета. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ эксплуатации вертолета, отличающийся тем, что при каждом полете осуществляют контроль фактической тяги несущего винта вертолета, причем предварительно перед началом эксплуатации вертолета осуществляют сбор исходных данных по характеристикам двигателей силовой установки в соответствии с формулярами и сбор исходных данных по величине тяги несущего винта при контрольных висениях вертолета, затем в течение всего времени эксплуатации вертолета осуществляют сбор и фиксацию фактических данных по величине тяги несущего винта на режимах висения вертолета, сравнивают с помощью бортового вычислителя полученные статистические данные по тяге несущего винта с исходными величинами, и в случае снижения величины тяги несущего винта от исходной на заданную величину формируют с помощью бортового вычислителя сигнал на монитор о необходимости регулировки параметров двигателей до значений, обеспечивающих отклонение тяги несущего винта в пределах 0,5% от исходной величины, осуществляемой в автоматическом режиме или обслуживающим персоналом на земле.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для быстрого восприятия информации в полете выводят на монитор экипажу с помощью бортового вычислителя только доли используемых от предельных значений: мощности двигателей силовой установки, тяги несущего винта и шага хвостового винта для данных условий полета, со световой сигнализацией о достижении предельных значений.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для повышения точности выбора экипажем параметров полета, выводят на монитор результаты штурманского расчета в графическом представлении в виде зависимости дальности полета при данной массе вертолета от скорости полета, частоты вращения несущего винта и высоты полета, а также информацию о посадочной массе вертолета на конечном пункте назначения для безопасной посадки, включая отказ двигателя.