Читателям > Каталог книг издательства "Москва" > ВЕРТОЛЕТЫ РОССИИ vs ВЕРТОЛЕТЫ МИРА > Вертолет так же неисчерпаем, как атом
Первым серийным вертолетом, оснащенным автопилотом, стал вертолет HUP-2 американского конструктора Фрэнка Пясецкого. Автопилот модели SperryA-12 управлял тангажем, курсом и рысканием, не вмешиваясь в управление высотой. В 1952 году вертолет HUP-2 поступил на вооружение ВМС США. Усовершенствованный автопилот с функцией стабилизации высоты был установлен на предназначенный для Корпуса морской пехоты вертолет Игоря Сикорского S-56, который взлетел 18 декабря 1953 года.
В России в 1957 году автопилотами модели АП-31 стали оборудовать боевой вертолет конструкции Михаила Миля Ми-4. Автопилот осуществлял управление относительно всех трех осей и по высоте. Аналогичный автопилот в 1961 году разработали в ОКБ Николая Камова для противолодочного вертолета Ка-25. Серийно эта машина начала производиться в 1965 году и была принята на вооружение в 1971 году.
В настоящее время в России разработку и выпуск систем автоматического управления, пилотажных и пилотажно-навигационных комплексов для различных типов летательных аппаратов осуществляет организованное в 1947 году в городе Саратове Конструкторское бюро промышленной автоматики (АО КБПА, генеральный директор А.Н. Попов). Бортовые комплексы нового поколения строятся на унифицированном вычислителе ВУП-У, сертифицированном по DO-178B.
В 1978 в США основана компания S-TECcorporation, специализирующаяся на разработке автопилотов для небольших и средних самолетов и вертолетов. Компания S-TECсorporetion, штаб квартира которой расположена в городе Минерал-Уэлс штата Техас (MineralWells, Texac), получила более 1500 серификатов FAAдля более, чем 1000 типов воздушных судов, поставила более 40 000 систем автопилотав, том числе для вертолетов AgustaWestland, Bell, Sikorsky. С апреля 2014 года S-TEC является частью аэрокосмической и оборонной корпорации GenesysAerosystemsGroup, Inc.Эксклюзивным дистрибьютором американских автопилотов в России стала компания Helatica, главный объект деятельности которой заключается в дооборудовании автопилотами эксплуатируемых в России и странах СНГ легких вертолетов западного производства.
Легкие вертолеты оснащают автопилотами и на Западе. На авиасалоне 2014 года в Фарнборо компания BellHelicopter представила новый автопилот для вертолета Bell 407GX, интегрированный с комплексом авионики Garmin100H с системами предупреждения столкновения с землей, системой синтетического видения и другими.
Парировать развиваемый несущим винтом реактивный момент можно другим несущим винтом, вращающимся в противоположном направлении. Другой, классический, способ – устанавливать на конце специальной хвостовой балки рулевой винт (пропеллер) с горизонтально направленной силой тяги. В авиамоделях для этой цели иногда применяют прикрепленные к фюзеляжу профилированные аэродинамические поверхности, которые работают от индуктивного потока несущего винта.
В 1945 году на британской модели автожира СиерваW9 было испытано устройство, которое для парирования реактивного момента использовало вытекающую из конца хвостовой балки реактивную струю выхлопных газов двигателя.
Систему NOTAR начали разрабатывать инженеры американской компании HughesHelicopters (позднее вошла в фирмуMcDonnell-Douglas) в 1975 году. Первым аппаратом, на котором была применена эта система, стал экспериментальный образец вертолета OH-6A, который совершил первый полет 17 декабря 1981 года. Конструктивно система представляла собой установленный внутри хвостовой балки вентилятор с приводом от редуктора силовой установки, который нагнетал воздух в концевую часть хвостовой балки. Струи сжатого воздуха вытекали из поворотного струйного руля, образованного в хвостовой балке, и в соответствии с эффектом, открытым румынским ученым Анри Коандэ, отклонялись к стенкам хвостовой балки, смешиваясь с движением пограничного слоя от индуктивного потока несущего винта. В той части хвостовой балки, где скорости складывались, согласно закону Бернулли возникала зона пониженного давления и, соответственно, боковая сила, создающая разворачивающий момент, противоположный реактивному. Поворот струйного руля обеспечивал необходимое путевое управление. Результаты испытаний экспериментального OH-6A использованы для разработки семейства вертолетов MD 520N, MD 530NDefender, MD 630N, MD 600N.
Система NOTAR позволяет избавиться от небезопасного в эксплуатации рулевого винта и снижает шумность вертолета.
Испытания аналогичной системы на российском вертолете Ка-26 выявили чрезмерную энергозатратность работы струйного устройства, нестабильность циркуляционного обтекания хвостовой балки, худшую, сравнительно с традиционной схемой, управляемость вертолета.
Большого распространения система NOTAR не получила.
Рожденная инициативой сотрудников калифорнийской авиабазы испытательного центра NASAДрайден (Dryden) цифровая электродистанционная система управления воздушным судном впервые была испытана 25 мая 1972 года на модифицированном самолете F-8C. Передача управляющих сигналов от рычагов в кабине пилотов к исполнительным приводам рулевых аэродинамических поверхностей в виде электрических сигналов позволяет реализовать физически невозможные для человека быстродействующие алгоритмы управления, в некоторых случаях улучшить массогабаритные показатели, упростить техническое обслуживание. Чтобы исключить возможность катастрофических отказов, ЭДСУ делают с многократным резервированием.
Система Fly-by-Wire с тройным резервированием реализована на американских вертолетах V-22 Osprey, S-92F, CH-53K, Bell 525. 17 августа 1999 года в России совершил первый полет оснащенный ЭДСУ вертолет АНСАТ. Система также имела тройное резервирование, что не спасло АНСАТ от катастрофы, произошедшей в Республике Корея 27 июня 2008 года. Сертификат АР МАК на вертолет был отозван, конструкторам пришлось возвратиться к традиционной гидромеханической системе.
При этом на соосном вертолете «наступающие» лопасти верхнего и нижнего несущих винтов движутся в противофазе, и «опрокидывающие» моменты от действия на вертолет развиваемых ими подъемных сил уравновешивают друг друга. Это позволяет безболезненно отказаться от шарнирной подвески лопастей, а сами лопасти сделать жесткими, подобно крыльям самолета. Повышенная жесткость лопастей уменьшает деформационную составляющую махового движения, что уменьшает опасность схлестывания вращающихся в противоположных направлениях лопастей и позволяет сблизить плоскости вращения верхнего и нижнего несущих винтов с соответствующим уменьшением вредного профильного сопротивления соосной несущей системы.
В рамках программы АВС был разработан вертолет S-69 с одним ГТД, мощностью 1850 л.с. для привода во вращение несущей системы, и двумя установленными по бокам фюзеляжаТРД с тягой по 1350 кг для развития дополнительной пропульсивной силы. Максимальная полетная масса аппарата составляла около 5 000 кг. Первый полет вертолет S-69 совершил 26 июля 1973, в ходе испытаний второго образца в марте 1977 года достигнута скорость горизонтального полета 441 км/ч, а при пологом планировании 487 км/ч.
Следующий способ реализации компанией Sikorsky концепции АВС – соосный вертолет S-97 Raider, у которого дополнительная пропульсивная сила создается не реактивными двигателями, а установленным в хвостовой части фюзеляжа толкающим винтом. Максимальная полетная масса вертолета 4990 кг, взлетная мощность двигателя 2600 л.с. Первый полет вертолет совершил 22 мая 2015 года в районе Уэст-Палм Бич (Флорида). Достигнутая в ходе испытаний максимальная скорость горизонтального полета 407 км/ч. Планируется достичь максимальной скорости 450 км/ч.
По мере развития авиации для соответствия все возрастающим стандартам безопасности полета в условиях постоянного расширения диапазона условий эксплуатации воздушные суда оснащались все большим числом приборов. Множество индикаторов, шкал и символов занимало все большее пространство кабины, пилотам требовалось все больше времени, чтобы «переварить» всю располагаемую информацию. По инициативе NASA в США началась разработка систем с использованием электронных индикаторов, в которые встраивались «устройства отбора информации». При этом с экрана автоматически снимались ненужные в определенные моменты индикаторы и значки. Пилот мог концентрироваться на существенных факторах полета.
Приборное оборудование вертолета Ка-62
Впервые такая система, получившая название GlassCockpit (Стеклянная кабина), была реализована в 1979 году на самолете MD-80. Стеклянная кабина стала возможной благодаря появлению жидкокристаллических дисплеев. Первооткрыватель соответствующей технологии – французский ученый, лауреат Нобелевской премии в области физики Пьер Жиль де Жен (Pierre-GillesdeGennes). Изобретатель современной версии жидкокристаллического дисплея американский ученый Джеймс Ли Фергасон (JamesLeeFergason), который получил на свое изобретение патент в 1971 году. В настоящее время стеклянные кабины присущи большинству современных самолетов и вертолетов.
Использовать уровень вибраций в качестве индикатора технического состояния редуктора предложили специалисты Министерства обороны Великобритании в 70-х годах прошлого столетия. Здесь и в США начали разрабатывать системы контроля технического состояния, использующие десятки пьезоэлектрических датчиков вибрации, установленных на корпусе редуктора таким образом, чтобы было можно получить сигналы от всех значимых с точки зрения надежности деталей. В системе, получившей название Healthand Usage Monitoring System (HUMS), предусматривался электронный блок, связанный с выходами датчиков вибраций и осуществляющий цифровую обработку вибросигналов. Тренды, полученные в результате обработки сигналов, сопоставление текущих показателей с полученными при лабораторных исследованиях предельно допустимыми значениями позволяют диагностировать приближение опасного отказного состояния. Первыми пользователями HUMS стали американские военные вертолеты, а также тяжелые вертолеты, активно использующиеся в интересах морской нефтегазодобывающей промышленности.
Системы HUMS начали активно разрабатываться в США в 80-х годах прошлого столетия. К перспективному делу подключались компании SmithsIndustries, Goodrich, Honeywell. Различные версии HUMS установлены на вертолеты Chinook, Eurocopter Super Puma, Bell 412, Bell-Agusta 609, EH-101, UH-60 BlackHawk, SikorskyS-61, S-76, SH-60, CH-53ESuperStallion. Компания Smiths поставила более 400 систем HUMS, которые налетали два миллиона часов. К настоящему времени HUMS оснащено более 600 военных вертолетов (в том числе 300 вертолетов UH-60 и AH-64, 10 вертолетов Kiowa Warrior из состава национальной гвардии). Устанавливаются HUMS и на гражданские вертолеты, причем не только на тяжелые, типа S-76C++ и S-92, но и на сравнительно легкие Bell 206, Bell 407,EC145, BK117 C2 и другие.
Системы HUMS постоянно модернизируются. Добавляются функции балансировки несущего винта, передачи данных на землю в режиме «он лайн», в перечень регистрируемых параметров добавляются скорость вращения и температура турбины двигателя, крутящий момент на валу редуктора, высота, скорость и другие данные полета. Появляются облегченные, менее дорогие модели, как, например, система HelicopterVibrationMonitoring (HVM) для Bell 412.
В России системы, подобные HUMS, разрабатывают, изготавливают и внедряют в эксплуатацию специалисты ЦИАМ при активном участии начальника отделения, к.т.н. В.В. Голованова. В 2001 году сахалинская компания «АВИАШЕЛЬФ» оборудовала бортовой системой контроля и диагностики (БСКД)4 вертолет Ми-8МТВ-1. Санкт-Петербургский «Красный Октябрь» внедрил для испытания вертолетных редукторов разработанный по совместному техническому заданию ЦИАМ и АО «КАМОВ» комплект отечественной бортовой широкополосной виброизмерительной аппаратуры и компьютерный модуль диагностики редукторов (МДР БСКД). На повестке дня – штатная комплектация отечественных вертолетов системами БСКД или HUMS.
Сигналы GPWS (TAWS) об опасной близости земли формируются исходя из оценки истинной высоты полета (определенной по радиовысотомеру), вертикальной скорости, положения относительно глиссады и конфигурации воздушного судна, т.е. положения шасси и механизации крыла.
Новое поколение системы, разработанной Honeywell в 1997 году, получило название EGPWS (Enhanced-GPWS, улучшенная). В EGPWS добавлена функция оценки угрозы столкновения с препятствиями по курсу полета- FLTA (Forward Looking Terrain Avoidance). В состав EGPWS входит информация о препятствиях вокруг основных аэродромов, данные рельефа по региону полетов, которые выводятся на навигационные дисплеи в кабине экипажа.
С 2011 года действует следующее правило ФАП-128:
5.76. Вертолеты с максимальной взлетной массой свыше 3100 кг и иные воздушные суда с максимальной взлетной массой свыше 5700 кг, или на борту которых разрешена перевозка более 9 пассажиров, оборудуются системой предупреждения о близости земли (GPWS) с функцией оценки рельефа местности в направлении полета, автоматически предоставляющей летному экипажу воздушного судна предупреждения о потенциально опасной близости земной поверхности. С 1 декабря 2013 года EGPWS установлена на всех задействованных ООН вертолетах Ми-8МТВ и Ми-26.
ГРУППА КОМПАНИЙ ТРАНЗАС
Компания «Транзас» основана в 1990 году группой инженеров и моряков. Вскоре после своего основания стала одной из первых в мире организаций, разрабатывающих электронно-картографические и навигационные системы для морских судов и авиации. В настоящее время в группу компаний «Транзас», президентом которой является Николай Юрьевич Лебедев, входят компании ЗАО «Транзас», ЗАО «Кронштадт», ЗАО «Транзас Технологии», ЗАО «Транзас Евразия». Главный офис расположен в Санкт-Петербурге, имеются представительства в 190 странах, офисы в городах Буэнос-Айрес, Портсмут, Гамбург, Афины, Копенгаген, Мумбаи, Генуя, Шанхай, Рига, Дубай, Гдыня, Сингапур, Сиэтл, Стамбул, Николаев, Ницца, Гетеборг.
Компания ЗАО «Транзас» разрабатывает для российского вертолета Ка-62 разнообразное приборное оборудование: систему раннего предупреждения приближения к земле ТТА-12Н, бортовой цифровой вычислитель ВЦ-3, устройство управления ТDC-17А-12Н, многофункциональный пульт управления МФПУ-1, многофункциональные индикаторы TDS-12, TDS-84.
Вертолет любит летать невысоко над землей. Не потому что боится высоты. Просто вблизи земли вертолету уготовлена самая необходимая работа, с которой не может справиться никакое другое воздушное судно.
Одними из самых коварных ловушек, которые подстерегают низко летящий вертолет, являются провода. Малозаметные в сумерках, они совсем теряют видимость в солнечных лучах. Столкновению с проводами способствует внезапное изменение метеоусловий, потеря пространственной ориентации, полет в нарушение правил, на недопустимо низкой высоте.
В отчете FAA 2008 года «Safety Study of Wire Strike Device Installed on Civil and Military Helicopters» приведены данные о летных происшествиях вертолетов из-за столкновений с проводами. Согласно отчету, за 10 лет, с 1994 по 2003 год, в гражданском вертолетном парке США, попадающем под действие свода федеральных норм 14 CFR Part 91, 133, 135, 137, при суммарном налете 21712000 часов произошло 1911 инцидентов, из них 320 катастроф, в которых погибло 566 человек. В том числе из-за столкновений с проводами, произошло124 инцидента, 29 катастроф. Налет на катастрофу, вызванную столкновением с проводами, составил 700 000 часов.
В России, в период с 2000 по 2016 год, с гражданскими вертолетами произошло 84 катастрофы, из них 6 из-за столкновений с проводами (налет на катастрофу 1 000 000 часов). Две наиболее резонансные катастрофы произошли в 2002 году. 28 апреля 2002 года в районе озера Ойское Буйбинского перевала Красноярского края, в 50 км от поселка Абакан губернатор Красноярского края Александр Лебедь в сопровождении высокопоставленных чиновников и прессы (всего на борту вертолета Ми-8 находилось 17 пассажиров и два члена экипажа) летел на открытие горнолыжной трассы. Полет проходил с огибанием рельефа местности и снижением высоты полета до 50 метров. В связи с ухудшением погодных условий и затрудненной визуальной ориентировкой место бортмеханика, в нарушение правил, занял один из пассажиров, который помогал экипажу придерживаться автотрассы. Заметив провода ЛЭП, пилот резко отклонил ручку циклического шага в крайнее положение «от себя», затем в противоположном направлении «на себя». Лопасти несущего винта схлестнулись с хвостовой балкой, практически одновременно вертолет столкнулся с проводами ЛЭП, висящими на высоте 35 метров. Оборванный провод намотался на несущий винт, вертолет потерял управляемость и рухнул на заснеженную землю. 8 человек, включая генерала А. Лебедя, погибли.
В том же 2002 году 15 сентября в подмосковном Ногинске вертолет Ка-26, пилотируемый заслуженным летчиком-испытателем, полковником в отставке Владимиром Александровичем Лавровым, уходя от столкновения с птицами, задел винтом телевизионный кабель, перекинутый с одного дома на другой. Трос намотался на автомат перекоса и заклинил управление. Вертолет упал в нескольких десятках метров от домов. От удара топливо в баках загорелось, произошел взрыв. Все находящиеся на борту 5 человек, включая 10-летнего ребенка, погибли.
Чтобы избежать гибельных последствий от встречи с проводами предложено несколько способов. Фирма Bristol разработала систему Wirestrikeprotectionsystem (WSPS) ввиде резаков, установленных в верхней части кабины экипажа и под кабиной. «Тросорезы» эффективны, если скорость вертолета не ниже 55 км/ч, а угол между направлением полета и тросом не менее 60 градусов. В период 1980-1990 годов на вертолетах армии США происходило порядка 10-20 столкновений с проводами в год. В 2000 годы, после установки WSPS на 25% парка, эта цифра снизилась до двух - четырех, гибель людей практически прекратилась. В последнее время все большее внимание уделяется разработке радиолокационных систем, которые «видят» провода и формируют для пилота соответствующую информационную картинку. Одна из таких систем, Laser Obstacle Avoidance System (LOAM), использует безопасные для зрения эрбиевые лазеры (Erbiumlaser). LOAM способна обнаруживать провода или другие тонкие объекты и отображать местность вдоль траектории полета.
С 2006 года LOAM устанавливается на вертолеты EH-101, NH90-TTH, AW-101 CSAR. На вертолетахUH-101, Lynx, AB-212, EC-130 выполняются испытательные полеты.
Применение пассивных или активных средств защиты от проводов на российских вертолетах пока не замечено.
Нет ничего хуже для вертолета, совершающего полет на небольшой высоте, паче того, в горах, чем попасть в ситуацию «не видно ни зги». Существует, конечно, метеослужба, благоприятный прогноз погоды, метеолокатор. Но погода в горах изменчива, вот ярко светила луна, и вдруг все заволокло облаками, туманом.
Американская компания Honeywell провела масштабные исследования, результатом которых стала EVS/SVS (Enhanced Vision System/Synthetic Vision System – система улучшенного (синтетического) видения, или по-другому SmartView, которая позволяет в режиме реального времени получать детализированные изображения ландшафта и окружающих воздушное судно наземных объектов. EVS – это специальная инфракрасная камера, которая передает сведения, отображаемые на дисплее у пилота. Наложение этой картинки поверх цифрового изображения ландшафта, обеспечиваемого системой синтетического видения SVS, дает пилотам полную ситуационную осведомленность. Дисплей также отображает общую информацию о полете: высоту, скорость и направление. Система синтетического видения предоставляет пилотам трехмерное (3D) изображение ландшафта. Дисплей подключен к системе GPS, что позволяет пилотам видеть, где они находятся по отношению к окружающему ландшафту. EVS/SVS использует цифровую базу данных, содержащую изображения ландшафта.
Система работает через встроенные пилотажные дисплеи от Honeywell (IPFD), представляющие собой ЖК-экраны, установленные на приборной панели кабины пилота, к которым уже привыкли летчики – знакомый интерфейс, под который не надо подстраиваться заново, который не отвлекает и позволяет сконцентрироваться на непосредственном управлении.
Для вертолетов систему синтетического видения по заданию Министерства обороны США разрабатывает компания Rockwell Collins. Контракт предусматривает создание системы, воспроизводящей изображение в формате 3D при помощи многофункционального радара с интегрированным программным обеспечением, позволяющим совместить объемные изображения препятствий и земной поверхности с «картинкой» локатора.
К настоящему времени компания Rockwell Collins успешно испытала на вертолетах Black Hawk свои технологии синтетического видения, считающиеся достаточно эффективными и мало затратными. Для реализации функции синтетического видения в комплекте авионики Pro Line Fusion использован интегрированный процессор AMD Radeon E2400.
В России систему улучшенного и синтезированного видения для пилотов гражданкой авиации разрабатывают специалисты Государственного научно-исследовательского института авиационных систем (ГосНИИАС), ООО «Квантово-оптические системы», АО «Научно-конструкторское бюро вычислительных систем», АО «Раменское приборостроительное конструкторское бюро».
Среди десятков технологий, которые используются при разработке вертолетного оборудования, найдется всего несколько, по которым российская электронная промышленность удерживает передовые позиции. ГОЭС – гиростабилизированные оптико-электронные системы – пример современных, отечественных конкурентоспособных устройств.
Системы ГОЭС предназначены для поиска, обнаружения и распознавания наземных, воздушных и надводных целей, они могут наводить на цель управляемые ракеты, автоматически сопровождать несколько подвижных и неподвижных объектов, выполнять функции экологического мониторинга, полицейские функции, поисково-спасательные операции.
Состав ГОЭС определяется его назначением. Обычно ГОЭС состоит из нескольких модулей: тепловизор, цветная камера, лазерный дальномер, видеопроцессор, инерциальный и другие модули.
Разработка российских оптико-электронных систем для образцов вооружения Советской армии началась в городе Климовске в НИИ стрелково-пушечного вооружения авиации – НИИСПВА (ныне Акционерное общество «Центральный научно-исследовательский институт точного машиностроения» - АО «ЦНИИТОЧМАШ»). Приказ об организации института был подписан Наркомом вооружения СССР 17 мая 1944 года. В конце века в институте была создана лазерно-лучевая система управления ПТРК «Корнет», автоматизированная телевизионная система обнаружения и сопровождения целей для ударного вертолета Ка-50.
Различные модели ГОЭС разрабатывает Уральский оптико-механический завод имени Э.С. Яламова («ПО «УОМЗ»). Это предприятие было основано в 1837 году как фирма «Швабе». В 1916 году оно стало АО «Геофизика». Действующее название предприятие получило в 1988 году. Разработанные УОМЗ модели ГОЭС-321, -332, - 344, - 451, ТОЭС-520 устанавливаются на ударных вертолетах Ка-50, Ка-52, Ми-24, на гражданских Ми-8.
В 2014 году расположенная в Минске частная компания «КБ ИНДЕЛА» (основана в 1996 году главным конструктором Чудаковым В.В.) запустила в серийное производство беспилотный авиационный комплекс «INDELA-SKY», оснащенный гиростабилизированной оптико-электронной системой "INDELA OGD-20HIR".
В отличие от традиционных способов слесарной, фрезерной, токарной обработки, при которых детали создаются удалением «лишнего» материала, 3D-принтер работает по принципу добавления материала. Соответствующие технологии получили название «аддитивных» - от английского add– добавлять.
К настоящему времени разработано и апробировано несколько аддитивных технологий.
В стереолитографии исходным материалом служит жидкий фотополимер, в который добавляется реагент-отвердитель.
При выборочном лазерном спекании в качестве исходных материалов может использоваться металл, пластик, керамика, стекло, воск.
В методе многоструйного моделирования материал нагревается до температуры плавления, подается через сопла малого диаметра, наносится послойно и застывает.
Есть технологии с послойным склеиванием пленок, послойным наплавлением и т.д.
Теперь конструктор в процессе компьютерного проектирования в любой момент может распечатать модель детали, выявить возможные недостатки, внести в проект необходимые изменения.
3D-принтеры позволяют создавать детали, годные для практического применения. Такие детали могут быть легче и прочнее своих аналогов, изготовленных традиционным путем. Аддитиввные технологии сокращают производственные циклы, дают новые возможности при разработке конструкций сложной формы и с высокими требованиями к точности изготовления.
В США активно внедряет аддитивные технологии компания BellHelicopter. В августе 2016 года ВМС США осуществили успешные испытания конвертоплана Osprey MV-22, в котором были установлены титановые кронштейны крепления двигателя к крылу, изготовленные методом послойного лазерного спекания.
Предполагается, что в будущем некоторые запасные части конструкции можно будет печатать непосредственно в местах базирования конвертолплана. «Вертолеты России» впервые представили свои достижения в области аддитивных технологий на прошедшей в Екатеринбурге выставке «Иннопром-2016». На стенде холдинга были показаны несколько силовых и несиловых деталей, напечатанных на 3D-принтере.
Однако искусственному интеллекту ничто человеческое не чуждо – он тоже может ошибаться, давать сбой. Поэтому пока последнее слово остается за пилотом. Системы управления вертолетом проектируются таким образом, чтобы пилот всегда мог пересилить автоматику. Несовершенный Человек, даже если его зовут Андреас Любитц, считается совершенней созданной им совершенной Машины.
Тогда, чтобы по максимуму использовать возможности Искусственного Интеллекта, не конкурируя при этом с человеческим разумом, конструкторы напрочь убирают из пилотской кабины человека.
Если не считать многочисленные малоразмерные дроны, заведомо не способные нести человека, впервые идея беспилотного полета вертолета была реализована 17 декабря 2011 года в Афганистане - беспилотная версия вертолета KamanK-MAXуспешно доставила на внешней подвеске полторы тонны продовольствия на базу CombatOutpostPayne. Полет проходил по данным системы GPS, сигналам радиомаяков, с вмешательством в управление, при необходимости, наземного оператора. Возможность не рисковать жизнями военнослужащих при полетах над территорией, контролируемой террористами Аль-Каиды, не могла не привлечь внимание командования ВВС США. Беспилотные Kaman стали регулярно посылать на задания. Беспилотники освоили ночные полеты, сбрасывали грузы с точностью трех метров. К февралю 2013 года два K-MAX совершили над афганскими горами 600 полетов, доставив по назначению 900 тонн различных грузов. Во время транспортных операций с одним беспилотником произошла авария, по всей видимости, из-за сбоя в программном обеспечении.
Еще один проект беспилотного вертолета известен по названием Matrix. Американская компания Sikorsky создала летающую лабораторию на базе вертолета S-76 для отработки автономной системы управления, которая в перспективе могла бы полностью заменить человека в управлении винтокрылой машиной. Доклад о проекте Matrix состоялся 12 августа в Вашингтоне на конференции Международной ассоциации беспилотных систем. 24 мая 2016 года вертолетS-76, оборудованный системой Aircrew LaborIn-Cockpit Automation System (ALIAS), совершил 30-мильный автономный полет из Стратфорда (Stradfort, Konnekticut) в аэропорт Робертсон (Robertson, Plainville). Полет контролировался наземным экипажем.
Цель первого этапа внедрения ALIAS – уменьшить состав летного экипажа, снизить психофизиологическую нагрузку на пилота, повысить безопасность полета. Оснащенные искусственным интеллектом вертолеты смогут продолжить полет даже в тех случаях, когда команды от пилота по каким-то причинам перестали поступать. Система ALIAS сможет в автоматическом режиме посадить вертолет на палубу корабля в штормовых условиях или на земную площадку во время разыгравшейся песчаной бури.
В России для нужд Морской авиации ВМФ создается беспилотный вертолет, способный осуществлять целеуказание средствам поражения, картографировать местность, искать потерпевшие бедствие экипажи воздушных и морских судов.
Почти все новейшие технологии, придающие вертолету современный качественный уровень, родились в США. Фундамент американских технологических достижений – Кремниевая долина (SiliconValley), представляющая собой конгломерат трех десятков городов, нескольких университетов, тысяч компаний, корпораций и их представительств, расположенных в Калифорнии, на юге Сан-Франциско, с условной столицей городом Сан-Хосе. До глобальной урбанизации это место представляло собой цветущие сады и называлось «Долиной услады сердца». В 60-70-х годах в романтической долине начало развиваться производство кремниевых полупроводников, что, микросхем и, на их основе, программного обеспечения и электронной техники, что, в конечном счете, произвело компьютерную революцию и ускоренную индустриализацию с доминированием IT- технологий.
В России нечто подобное создается не натуральным образом, силой естественных потребностей и возможностей, а натужными усилиями государства. Федеральный закон РФ «Об инновационном центре «Сколково» подписан президентом Российской Федерации 28 сентября 2010 года. Грех жаловаться – на создание экономических условий для компаний, развивающих в деревне Сколково Одинцовского района Московской области телекоммуникации и космос, информационные и нанотехнологии, государство выделяет немалые средства.
Однако в США дела вертолетные развиваются более мощно и шустрее, изобретательская, новационная мысль пульсирует чаще и полнее. Не избалованные опекой и финансовой подкормкой со стороны государства частные вертолетные компании крутятся из всех своих вертолетных сил, максимально мобилизуют и стимулируют творческий потенциал сотрудников.
Российским ОКБ, НИИ, серийным заводам не нужно особенно беспокоится за свое финансовой благополучие. Холдинг «Вертолеты России» успешно доит средства государственного бюджета, распределяет финансовые потоки и струйки по городам и весям, не забывая себя, любимого. Для стимулирования отечественных разработок предлагается учредить премию Президента в области вертолетных инноваций.
Вертолет так же неисчерпаем, как атом
Укрощение строптивого
Первым серийным вертолетом, оснащенным автопилотом, стал вертолет HUP-2 американского конструктора Фрэнка Пясецкого. Автопилот модели SperryA-12 управлял тангажем, курсом и рысканием, не вмешиваясь в управление высотой. В 1952 году вертолет HUP-2 поступил на вооружение ВМС США. Усовершенствованный автопилот с функцией стабилизации высоты был установлен на предназначенный для Корпуса морской пехоты вертолет Игоря Сикорского S-56, который взлетел 18 декабря 1953 года.
В России в 1957 году автопилотами модели АП-31 стали оборудовать боевой вертолет конструкции Михаила Миля Ми-4. Автопилот осуществлял управление относительно всех трех осей и по высоте. Аналогичный автопилот в 1961 году разработали в ОКБ Николая Камова для противолодочного вертолета Ка-25. Серийно эта машина начала производиться в 1965 году и была принята на вооружение в 1971 году.
В настоящее время в России разработку и выпуск систем автоматического управления, пилотажных и пилотажно-навигационных комплексов для различных типов летательных аппаратов осуществляет организованное в 1947 году в городе Саратове Конструкторское бюро промышленной автоматики (АО КБПА, генеральный директор А.Н. Попов). Бортовые комплексы нового поколения строятся на унифицированном вычислителе ВУП-У, сертифицированном по DO-178B.
В 1978 в США основана компания S-TECcorporation, специализирующаяся на разработке автопилотов для небольших и средних самолетов и вертолетов. Компания S-TECсorporetion, штаб квартира которой расположена в городе Минерал-Уэлс штата Техас (MineralWells, Texac), получила более 1500 серификатов FAAдля более, чем 1000 типов воздушных судов, поставила более 40 000 систем автопилотав, том числе для вертолетов AgustaWestland, Bell, Sikorsky. С апреля 2014 года S-TEC является частью аэрокосмической и оборонной корпорации GenesysAerosystemsGroup, Inc.Эксклюзивным дистрибьютором американских автопилотов в России стала компания Helatica, главный объект деятельности которой заключается в дооборудовании автопилотами эксплуатируемых в России и странах СНГ легких вертолетов западного производства.
Легкие вертолеты оснащают автопилотами и на Западе. На авиасалоне 2014 года в Фарнборо компания BellHelicopter представила новый автопилот для вертолета Bell 407GX, интегрированный с комплексом авионики Garmin100H с системами предупреждения столкновения с землей, системой синтетического видения и другими.
NOTAR – No Tail Rotor
Парировать развиваемый несущим винтом реактивный момент можно другим несущим винтом, вращающимся в противоположном направлении. Другой, классический, способ – устанавливать на конце специальной хвостовой балки рулевой винт (пропеллер) с горизонтально направленной силой тяги. В авиамоделях для этой цели иногда применяют прикрепленные к фюзеляжу профилированные аэродинамические поверхности, которые работают от индуктивного потока несущего винта.
В 1945 году на британской модели автожира СиерваW9 было испытано устройство, которое для парирования реактивного момента использовало вытекающую из конца хвостовой балки реактивную струю выхлопных газов двигателя.
Систему NOTAR начали разрабатывать инженеры американской компании HughesHelicopters (позднее вошла в фирмуMcDonnell-Douglas) в 1975 году. Первым аппаратом, на котором была применена эта система, стал экспериментальный образец вертолета OH-6A, который совершил первый полет 17 декабря 1981 года. Конструктивно система представляла собой установленный внутри хвостовой балки вентилятор с приводом от редуктора силовой установки, который нагнетал воздух в концевую часть хвостовой балки. Струи сжатого воздуха вытекали из поворотного струйного руля, образованного в хвостовой балке, и в соответствии с эффектом, открытым румынским ученым Анри Коандэ, отклонялись к стенкам хвостовой балки, смешиваясь с движением пограничного слоя от индуктивного потока несущего винта. В той части хвостовой балки, где скорости складывались, согласно закону Бернулли возникала зона пониженного давления и, соответственно, боковая сила, создающая разворачивающий момент, противоположный реактивному. Поворот струйного руля обеспечивал необходимое путевое управление. Результаты испытаний экспериментального OH-6A использованы для разработки семейства вертолетов MD 520N, MD 530NDefender, MD 630N, MD 600N.
Система NOTAR позволяет избавиться от небезопасного в эксплуатации рулевого винта и снижает шумность вертолета. Испытания аналогичной системы на российском вертолете Ка-26 выявили чрезмерную энергозатратность работы струйного устройства, нестабильность циркуляционного обтекания хвостовой балки, худшую, сравнительно с традиционной схемой, управляемость вертолета.
Большого распространения система NOTAR не получила.
Fly-by-Wire
Рожденная инициативой сотрудников калифорнийской авиабазы испытательного центра NASAДрайден (Dryden) цифровая электродистанционная система управления воздушным судном впервые была испытана 25 мая 1972 года на модифицированном самолете F-8C. Передача управляющих сигналов от рычагов в кабине пилотов к исполнительным приводам рулевых аэродинамических поверхностей в виде электрических сигналов позволяет реализовать физически невозможные для человека быстродействующие алгоритмы управления, в некоторых случаях улучшить массогабаритные показатели, упростить техническое обслуживание. Чтобы исключить возможность катастрофических отказов, ЭДСУ делают с многократным резервированием.Система Fly-by-Wire с тройным резервированием реализована на американских вертолетах V-22 Osprey, S-92F, CH-53K, Bell 525. 17 августа 1999 года в России совершил первый полет оснащенный ЭДСУ вертолет АНСАТ. Система также имела тройное резервирование, что не спасло АНСАТ от катастрофы, произошедшей в Республике Корея 27 июня 2008 года. Сертификат АР МАК на вертолет был отозван, конструкторам пришлось возвратиться к традиционной гидромеханической системе.
Advancing Blade Concept (ABC)
При этом на соосном вертолете «наступающие» лопасти верхнего и нижнего несущих винтов движутся в противофазе, и «опрокидывающие» моменты от действия на вертолет развиваемых ими подъемных сил уравновешивают друг друга. Это позволяет безболезненно отказаться от шарнирной подвески лопастей, а сами лопасти сделать жесткими, подобно крыльям самолета. Повышенная жесткость лопастей уменьшает деформационную составляющую махового движения, что уменьшает опасность схлестывания вращающихся в противоположных направлениях лопастей и позволяет сблизить плоскости вращения верхнего и нижнего несущих винтов с соответствующим уменьшением вредного профильного сопротивления соосной несущей системы.
В рамках программы АВС был разработан вертолет S-69 с одним ГТД, мощностью 1850 л.с. для привода во вращение несущей системы, и двумя установленными по бокам фюзеляжаТРД с тягой по 1350 кг для развития дополнительной пропульсивной силы. Максимальная полетная масса аппарата составляла около 5 000 кг. Первый полет вертолет S-69 совершил 26 июля 1973, в ходе испытаний второго образца в марте 1977 года достигнута скорость горизонтального полета 441 км/ч, а при пологом планировании 487 км/ч.
Следующий способ реализации компанией Sikorsky концепции АВС – соосный вертолет S-97 Raider, у которого дополнительная пропульсивная сила создается не реактивными двигателями, а установленным в хвостовой части фюзеляжа толкающим винтом. Максимальная полетная масса вертолета 4990 кг, взлетная мощность двигателя 2600 л.с. Первый полет вертолет совершил 22 мая 2015 года в районе Уэст-Палм Бич (Флорида). Достигнутая в ходе испытаний максимальная скорость горизонтального полета 407 км/ч. Планируется достичь максимальной скорости 450 км/ч.Glass cockpit
По мере развития авиации для соответствия все возрастающим стандартам безопасности полета в условиях постоянного расширения диапазона условий эксплуатации воздушные суда оснащались все большим числом приборов. Множество индикаторов, шкал и символов занимало все большее пространство кабины, пилотам требовалось все больше времени, чтобы «переварить» всю располагаемую информацию. По инициативе NASA в США началась разработка систем с использованием электронных индикаторов, в которые встраивались «устройства отбора информации». При этом с экрана автоматически снимались ненужные в определенные моменты индикаторы и значки. Пилот мог концентрироваться на существенных факторах полета.
Приборное оборудование вертолета Ка-62Впервые такая система, получившая название GlassCockpit (Стеклянная кабина), была реализована в 1979 году на самолете MD-80. Стеклянная кабина стала возможной благодаря появлению жидкокристаллических дисплеев. Первооткрыватель соответствующей технологии – французский ученый, лауреат Нобелевской премии в области физики Пьер Жиль де Жен (Pierre-GillesdeGennes). Изобретатель современной версии жидкокристаллического дисплея американский ученый Джеймс Ли Фергасон (JamesLeeFergason), который получил на свое изобретение патент в 1971 году. В настоящее время стеклянные кабины присущи большинству современных самолетов и вертолетов.
На страже отказа
Использовать уровень вибраций в качестве индикатора технического состояния редуктора предложили специалисты Министерства обороны Великобритании в 70-х годах прошлого столетия. Здесь и в США начали разрабатывать системы контроля технического состояния, использующие десятки пьезоэлектрических датчиков вибрации, установленных на корпусе редуктора таким образом, чтобы было можно получить сигналы от всех значимых с точки зрения надежности деталей. В системе, получившей название Healthand Usage Monitoring System (HUMS), предусматривался электронный блок, связанный с выходами датчиков вибраций и осуществляющий цифровую обработку вибросигналов. Тренды, полученные в результате обработки сигналов, сопоставление текущих показателей с полученными при лабораторных исследованиях предельно допустимыми значениями позволяют диагностировать приближение опасного отказного состояния. Первыми пользователями HUMS стали американские военные вертолеты, а также тяжелые вертолеты, активно использующиеся в интересах морской нефтегазодобывающей промышленности.Системы HUMS начали активно разрабатываться в США в 80-х годах прошлого столетия. К перспективному делу подключались компании SmithsIndustries, Goodrich, Honeywell. Различные версии HUMS установлены на вертолеты Chinook, Eurocopter Super Puma, Bell 412, Bell-Agusta 609, EH-101, UH-60 BlackHawk, SikorskyS-61, S-76, SH-60, CH-53ESuperStallion. Компания Smiths поставила более 400 систем HUMS, которые налетали два миллиона часов. К настоящему времени HUMS оснащено более 600 военных вертолетов (в том числе 300 вертолетов UH-60 и AH-64, 10 вертолетов Kiowa Warrior из состава национальной гвардии). Устанавливаются HUMS и на гражданские вертолеты, причем не только на тяжелые, типа S-76C++ и S-92, но и на сравнительно легкие Bell 206, Bell 407,EC145, BK117 C2 и другие.
Системы HUMS постоянно модернизируются. Добавляются функции балансировки несущего винта, передачи данных на землю в режиме «он лайн», в перечень регистрируемых параметров добавляются скорость вращения и температура турбины двигателя, крутящий момент на валу редуктора, высота, скорость и другие данные полета. Появляются облегченные, менее дорогие модели, как, например, система HelicopterVibrationMonitoring (HVM) для Bell 412.
В России системы, подобные HUMS, разрабатывают, изготавливают и внедряют в эксплуатацию специалисты ЦИАМ при активном участии начальника отделения, к.т.н. В.В. Голованова. В 2001 году сахалинская компания «АВИАШЕЛЬФ» оборудовала бортовой системой контроля и диагностики (БСКД)4 вертолет Ми-8МТВ-1. Санкт-Петербургский «Красный Октябрь» внедрил для испытания вертолетных редукторов разработанный по совместному техническому заданию ЦИАМ и АО «КАМОВ» комплект отечественной бортовой широкополосной виброизмерительной аппаратуры и компьютерный модуль диагностики редукторов (МДР БСКД). На повестке дня – штатная комплектация отечественных вертолетов системами БСКД или HUMS.
Земля!
Сигналы GPWS (TAWS) об опасной близости земли формируются исходя из оценки истинной высоты полета (определенной по радиовысотомеру), вертикальной скорости, положения относительно глиссады и конфигурации воздушного судна, т.е. положения шасси и механизации крыла.
Новое поколение системы, разработанной Honeywell в 1997 году, получило название EGPWS (Enhanced-GPWS, улучшенная). В EGPWS добавлена функция оценки угрозы столкновения с препятствиями по курсу полета- FLTA (Forward Looking Terrain Avoidance). В состав EGPWS входит информация о препятствиях вокруг основных аэродромов, данные рельефа по региону полетов, которые выводятся на навигационные дисплеи в кабине экипажа.
С 2011 года действует следующее правило ФАП-128:
5.76. Вертолеты с максимальной взлетной массой свыше 3100 кг и иные воздушные суда с максимальной взлетной массой свыше 5700 кг, или на борту которых разрешена перевозка более 9 пассажиров, оборудуются системой предупреждения о близости земли (GPWS) с функцией оценки рельефа местности в направлении полета, автоматически предоставляющей летному экипажу воздушного судна предупреждения о потенциально опасной близости земной поверхности. С 1 декабря 2013 года EGPWS установлена на всех задействованных ООН вертолетах Ми-8МТВ и Ми-26.
ГРУППА КОМПАНИЙ ТРАНЗАС
TRANsport Safety Systems
Компания «Транзас» основана в 1990 году группой инженеров и моряков. Вскоре после своего основания стала одной из первых в мире организаций, разрабатывающих электронно-картографические и навигационные системы для морских судов и авиации. В настоящее время в группу компаний «Транзас», президентом которой является Николай Юрьевич Лебедев, входят компании ЗАО «Транзас», ЗАО «Кронштадт», ЗАО «Транзас Технологии», ЗАО «Транзас Евразия». Главный офис расположен в Санкт-Петербурге, имеются представительства в 190 странах, офисы в городах Буэнос-Айрес, Портсмут, Гамбург, Афины, Копенгаген, Мумбаи, Генуя, Шанхай, Рига, Дубай, Гдыня, Сингапур, Сиэтл, Стамбул, Николаев, Ницца, Гетеборг.
Компания ЗАО «Транзас» разрабатывает для российского вертолета Ка-62 разнообразное приборное оборудование: систему раннего предупреждения приближения к земле ТТА-12Н, бортовой цифровой вычислитель ВЦ-3, устройство управления ТDC-17А-12Н, многофункциональный пульт управления МФПУ-1, многофункциональные индикаторы TDS-12, TDS-84.Провод невидимка
Вертолет любит летать невысоко над землей. Не потому что боится высоты. Просто вблизи земли вертолету уготовлена самая необходимая работа, с которой не может справиться никакое другое воздушное судно.Одними из самых коварных ловушек, которые подстерегают низко летящий вертолет, являются провода. Малозаметные в сумерках, они совсем теряют видимость в солнечных лучах. Столкновению с проводами способствует внезапное изменение метеоусловий, потеря пространственной ориентации, полет в нарушение правил, на недопустимо низкой высоте.
В отчете FAA 2008 года «Safety Study of Wire Strike Device Installed on Civil and Military Helicopters» приведены данные о летных происшествиях вертолетов из-за столкновений с проводами. Согласно отчету, за 10 лет, с 1994 по 2003 год, в гражданском вертолетном парке США, попадающем под действие свода федеральных норм 14 CFR Part 91, 133, 135, 137, при суммарном налете 21712000 часов произошло 1911 инцидентов, из них 320 катастроф, в которых погибло 566 человек. В том числе из-за столкновений с проводами, произошло124 инцидента, 29 катастроф. Налет на катастрофу, вызванную столкновением с проводами, составил 700 000 часов.
В России, в период с 2000 по 2016 год, с гражданскими вертолетами произошло 84 катастрофы, из них 6 из-за столкновений с проводами (налет на катастрофу 1 000 000 часов). Две наиболее резонансные катастрофы произошли в 2002 году. 28 апреля 2002 года в районе озера Ойское Буйбинского перевала Красноярского края, в 50 км от поселка Абакан губернатор Красноярского края Александр Лебедь в сопровождении высокопоставленных чиновников и прессы (всего на борту вертолета Ми-8 находилось 17 пассажиров и два члена экипажа) летел на открытие горнолыжной трассы. Полет проходил с огибанием рельефа местности и снижением высоты полета до 50 метров. В связи с ухудшением погодных условий и затрудненной визуальной ориентировкой место бортмеханика, в нарушение правил, занял один из пассажиров, который помогал экипажу придерживаться автотрассы. Заметив провода ЛЭП, пилот резко отклонил ручку циклического шага в крайнее положение «от себя», затем в противоположном направлении «на себя». Лопасти несущего винта схлестнулись с хвостовой балкой, практически одновременно вертолет столкнулся с проводами ЛЭП, висящими на высоте 35 метров. Оборванный провод намотался на несущий винт, вертолет потерял управляемость и рухнул на заснеженную землю. 8 человек, включая генерала А. Лебедя, погибли.
В том же 2002 году 15 сентября в подмосковном Ногинске вертолет Ка-26, пилотируемый заслуженным летчиком-испытателем, полковником в отставке Владимиром Александровичем Лавровым, уходя от столкновения с птицами, задел винтом телевизионный кабель, перекинутый с одного дома на другой. Трос намотался на автомат перекоса и заклинил управление. Вертолет упал в нескольких десятках метров от домов. От удара топливо в баках загорелось, произошел взрыв. Все находящиеся на борту 5 человек, включая 10-летнего ребенка, погибли.
Чтобы избежать гибельных последствий от встречи с проводами предложено несколько способов. Фирма Bristol разработала систему Wirestrikeprotectionsystem (WSPS) ввиде резаков, установленных в верхней части кабины экипажа и под кабиной. «Тросорезы» эффективны, если скорость вертолета не ниже 55 км/ч, а угол между направлением полета и тросом не менее 60 градусов. В период 1980-1990 годов на вертолетах армии США происходило порядка 10-20 столкновений с проводами в год. В 2000 годы, после установки WSPS на 25% парка, эта цифра снизилась до двух - четырех, гибель людей практически прекратилась. В последнее время все большее внимание уделяется разработке радиолокационных систем, которые «видят» провода и формируют для пилота соответствующую информационную картинку. Одна из таких систем, Laser Obstacle Avoidance System (LOAM), использует безопасные для зрения эрбиевые лазеры (Erbiumlaser). LOAM способна обнаруживать провода или другие тонкие объекты и отображать местность вдоль траектории полета.
С 2006 года LOAM устанавливается на вертолеты EH-101, NH90-TTH, AW-101 CSAR. На вертолетахUH-101, Lynx, AB-212, EC-130 выполняются испытательные полеты.Применение пассивных или активных средств защиты от проводов на российских вертолетах пока не замечено.
Сквозь облака и туман
Нет ничего хуже для вертолета, совершающего полет на небольшой высоте, паче того, в горах, чем попасть в ситуацию «не видно ни зги». Существует, конечно, метеослужба, благоприятный прогноз погоды, метеолокатор. Но погода в горах изменчива, вот ярко светила луна, и вдруг все заволокло облаками, туманом.Американская компания Honeywell провела масштабные исследования, результатом которых стала EVS/SVS (Enhanced Vision System/Synthetic Vision System – система улучшенного (синтетического) видения, или по-другому SmartView, которая позволяет в режиме реального времени получать детализированные изображения ландшафта и окружающих воздушное судно наземных объектов. EVS – это специальная инфракрасная камера, которая передает сведения, отображаемые на дисплее у пилота. Наложение этой картинки поверх цифрового изображения ландшафта, обеспечиваемого системой синтетического видения SVS, дает пилотам полную ситуационную осведомленность. Дисплей также отображает общую информацию о полете: высоту, скорость и направление. Система синтетического видения предоставляет пилотам трехмерное (3D) изображение ландшафта. Дисплей подключен к системе GPS, что позволяет пилотам видеть, где они находятся по отношению к окружающему ландшафту. EVS/SVS использует цифровую базу данных, содержащую изображения ландшафта.
Система работает через встроенные пилотажные дисплеи от Honeywell (IPFD), представляющие собой ЖК-экраны, установленные на приборной панели кабины пилота, к которым уже привыкли летчики – знакомый интерфейс, под который не надо подстраиваться заново, который не отвлекает и позволяет сконцентрироваться на непосредственном управлении.
Для вертолетов систему синтетического видения по заданию Министерства обороны США разрабатывает компания Rockwell Collins. Контракт предусматривает создание системы, воспроизводящей изображение в формате 3D при помощи многофункционального радара с интегрированным программным обеспечением, позволяющим совместить объемные изображения препятствий и земной поверхности с «картинкой» локатора.
К настоящему времени компания Rockwell Collins успешно испытала на вертолетах Black Hawk свои технологии синтетического видения, считающиеся достаточно эффективными и мало затратными. Для реализации функции синтетического видения в комплекте авионики Pro Line Fusion использован интегрированный процессор AMD Radeon E2400.
В России систему улучшенного и синтезированного видения для пилотов гражданкой авиации разрабатывают специалисты Государственного научно-исследовательского института авиационных систем (ГосНИИАС), ООО «Квантово-оптические системы», АО «Научно-конструкторское бюро вычислительных систем», АО «Раменское приборостроительное конструкторское бюро».
ГОЭС
Среди десятков технологий, которые используются при разработке вертолетного оборудования, найдется всего несколько, по которым российская электронная промышленность удерживает передовые позиции. ГОЭС – гиростабилизированные оптико-электронные системы – пример современных, отечественных конкурентоспособных устройств.Системы ГОЭС предназначены для поиска, обнаружения и распознавания наземных, воздушных и надводных целей, они могут наводить на цель управляемые ракеты, автоматически сопровождать несколько подвижных и неподвижных объектов, выполнять функции экологического мониторинга, полицейские функции, поисково-спасательные операции.
Состав ГОЭС определяется его назначением. Обычно ГОЭС состоит из нескольких модулей: тепловизор, цветная камера, лазерный дальномер, видеопроцессор, инерциальный и другие модули.
Разработка российских оптико-электронных систем для образцов вооружения Советской армии началась в городе Климовске в НИИ стрелково-пушечного вооружения авиации – НИИСПВА (ныне Акционерное общество «Центральный научно-исследовательский институт точного машиностроения» - АО «ЦНИИТОЧМАШ»). Приказ об организации института был подписан Наркомом вооружения СССР 17 мая 1944 года. В конце века в институте была создана лазерно-лучевая система управления ПТРК «Корнет», автоматизированная телевизионная система обнаружения и сопровождения целей для ударного вертолета Ка-50.
Различные модели ГОЭС разрабатывает Уральский оптико-механический завод имени Э.С. Яламова («ПО «УОМЗ»). Это предприятие было основано в 1837 году как фирма «Швабе». В 1916 году оно стало АО «Геофизика». Действующее название предприятие получило в 1988 году. Разработанные УОМЗ модели ГОЭС-321, -332, - 344, - 451, ТОЭС-520 устанавливаются на ударных вертолетах Ка-50, Ка-52, Ми-24, на гражданских Ми-8.
В 2014 году расположенная в Минске частная компания «КБ ИНДЕЛА» (основана в 1996 году главным конструктором Чудаковым В.В.) запустила в серийное производство беспилотный авиационный комплекс «INDELA-SKY», оснащенный гиростабилизированной оптико-электронной системой "INDELA OGD-20HIR".Аддитивные технологии
В отличие от традиционных способов слесарной, фрезерной, токарной обработки, при которых детали создаются удалением «лишнего» материала, 3D-принтер работает по принципу добавления материала. Соответствующие технологии получили название «аддитивных» - от английского add– добавлять.
К настоящему времени разработано и апробировано несколько аддитивных технологий.
В стереолитографии исходным материалом служит жидкий фотополимер, в который добавляется реагент-отвердитель.
При выборочном лазерном спекании в качестве исходных материалов может использоваться металл, пластик, керамика, стекло, воск.
В методе многоструйного моделирования материал нагревается до температуры плавления, подается через сопла малого диаметра, наносится послойно и застывает.
Есть технологии с послойным склеиванием пленок, послойным наплавлением и т.д.
Теперь конструктор в процессе компьютерного проектирования в любой момент может распечатать модель детали, выявить возможные недостатки, внести в проект необходимые изменения. 3D-принтеры позволяют создавать детали, годные для практического применения. Такие детали могут быть легче и прочнее своих аналогов, изготовленных традиционным путем. Аддитиввные технологии сокращают производственные циклы, дают новые возможности при разработке конструкций сложной формы и с высокими требованиями к точности изготовления.
В США активно внедряет аддитивные технологии компания BellHelicopter. В августе 2016 года ВМС США осуществили успешные испытания конвертоплана Osprey MV-22, в котором были установлены титановые кронштейны крепления двигателя к крылу, изготовленные методом послойного лазерного спекания.
Предполагается, что в будущем некоторые запасные части конструкции можно будет печатать непосредственно в местах базирования конвертолплана. «Вертолеты России» впервые представили свои достижения в области аддитивных технологий на прошедшей в Екатеринбурге выставке «Иннопром-2016». На стенде холдинга были показаны несколько силовых и несиловых деталей, напечатанных на 3D-принтере.
Ничто человеческое не чуждо
Однако искусственному интеллекту ничто человеческое не чуждо – он тоже может ошибаться, давать сбой. Поэтому пока последнее слово остается за пилотом. Системы управления вертолетом проектируются таким образом, чтобы пилот всегда мог пересилить автоматику. Несовершенный Человек, даже если его зовут Андреас Любитц, считается совершенней созданной им совершенной Машины. Тогда, чтобы по максимуму использовать возможности Искусственного Интеллекта, не конкурируя при этом с человеческим разумом, конструкторы напрочь убирают из пилотской кабины человека.
Если не считать многочисленные малоразмерные дроны, заведомо не способные нести человека, впервые идея беспилотного полета вертолета была реализована 17 декабря 2011 года в Афганистане - беспилотная версия вертолета KamanK-MAXуспешно доставила на внешней подвеске полторы тонны продовольствия на базу CombatOutpostPayne. Полет проходил по данным системы GPS, сигналам радиомаяков, с вмешательством в управление, при необходимости, наземного оператора. Возможность не рисковать жизнями военнослужащих при полетах над территорией, контролируемой террористами Аль-Каиды, не могла не привлечь внимание командования ВВС США. Беспилотные Kaman стали регулярно посылать на задания. Беспилотники освоили ночные полеты, сбрасывали грузы с точностью трех метров. К февралю 2013 года два K-MAX совершили над афганскими горами 600 полетов, доставив по назначению 900 тонн различных грузов. Во время транспортных операций с одним беспилотником произошла авария, по всей видимости, из-за сбоя в программном обеспечении.
Еще один проект беспилотного вертолета известен по названием Matrix. Американская компания Sikorsky создала летающую лабораторию на базе вертолета S-76 для отработки автономной системы управления, которая в перспективе могла бы полностью заменить человека в управлении винтокрылой машиной. Доклад о проекте Matrix состоялся 12 августа в Вашингтоне на конференции Международной ассоциации беспилотных систем. 24 мая 2016 года вертолетS-76, оборудованный системой Aircrew LaborIn-Cockpit Automation System (ALIAS), совершил 30-мильный автономный полет из Стратфорда (Stradfort, Konnekticut) в аэропорт Робертсон (Robertson, Plainville). Полет контролировался наземным экипажем.Цель первого этапа внедрения ALIAS – уменьшить состав летного экипажа, снизить психофизиологическую нагрузку на пилота, повысить безопасность полета. Оснащенные искусственным интеллектом вертолеты смогут продолжить полет даже в тех случаях, когда команды от пилота по каким-то причинам перестали поступать. Система ALIAS сможет в автоматическом режиме посадить вертолет на палубу корабля в штормовых условиях или на земную площадку во время разыгравшейся песчаной бури.
В России для нужд Морской авиации ВМФ создается беспилотный вертолет, способный осуществлять целеуказание средствам поражения, картографировать местность, искать потерпевшие бедствие экипажи воздушных и морских судов.
Серенады кремниевой долины
Почти все новейшие технологии, придающие вертолету современный качественный уровень, родились в США. Фундамент американских технологических достижений – Кремниевая долина (SiliconValley), представляющая собой конгломерат трех десятков городов, нескольких университетов, тысяч компаний, корпораций и их представительств, расположенных в Калифорнии, на юге Сан-Франциско, с условной столицей городом Сан-Хосе. До глобальной урбанизации это место представляло собой цветущие сады и называлось «Долиной услады сердца». В 60-70-х годах в романтической долине начало развиваться производство кремниевых полупроводников, что, микросхем и, на их основе, программного обеспечения и электронной техники, что, в конечном счете, произвело компьютерную революцию и ускоренную индустриализацию с доминированием IT- технологий.
В России нечто подобное создается не натуральным образом, силой естественных потребностей и возможностей, а натужными усилиями государства. Федеральный закон РФ «Об инновационном центре «Сколково» подписан президентом Российской Федерации 28 сентября 2010 года. Грех жаловаться – на создание экономических условий для компаний, развивающих в деревне Сколково Одинцовского района Московской области телекоммуникации и космос, информационные и нанотехнологии, государство выделяет немалые средства. Однако в США дела вертолетные развиваются более мощно и шустрее, изобретательская, новационная мысль пульсирует чаще и полнее. Не избалованные опекой и финансовой подкормкой со стороны государства частные вертолетные компании крутятся из всех своих вертолетных сил, максимально мобилизуют и стимулируют творческий потенциал сотрудников.
Российским ОКБ, НИИ, серийным заводам не нужно особенно беспокоится за свое финансовой благополучие. Холдинг «Вертолеты России» успешно доит средства государственного бюджета, распределяет финансовые потоки и струйки по городам и весям, не забывая себя, любимого. Для стимулирования отечественных разработок предлагается учредить премию Президента в области вертолетных инноваций.
