ТАНТК им. Г.М. Бериева

Основателем этого предприятия был Бериев Георгий Михайлович. Этот авиационный комплекс занимается разработкой и внедрением гидросамолетов, амфибий. Современными самолетами этого предприятия являются самолет амфибия А-40 с массой 86 тонн и многоцелевой самолет Бе-200. Самолет А-40 в пожарном варианте на скорости 250 км/ч сбрасывает 25 тонн воды.

О мощности авиационной промышленности свидетельствует темп выпуска самолетов во время Великой Отечественной войны. Всего за время войны было выпущено 137269 самолетов, в том числе по годам: 1942 год – 25436 самолетов, 1943 – 34900 самолетов, 1944 – 40300 самолетов, за полугодие 1945 года – 2090 самолетов. В этом числе было выпущено типов самолетов: штурмовиков Ил – свыше 39000 штук, истребителей Як – свыше 36000 штук, истребителей Ла – 22000 штук (Ла-5, Ла-7), истребителей МиГ-3 – 3300 штук, пикирующих бомбардировщиков Пе-2 – 11427 штук.

Долговечность – свойство изделия сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонта.

В технической документации изделий чаще всего указываются технический ресурс, средняя наработка до отказа, назначенный ресурс, назначенный срок службы, гарантийный срок службы.

Важно отметить, что все эти характеристики изделия должны обладать способностью быть испытанными и измеренными, быть доказуемыми.

Технический ресурс – наработка изделия от начала его эксплуатации или ее возобновления после ремонта определенного вида до перехода в предельное состояние.

Предельное состояние – состояние изделия, при котором его дальнейшее применение по назначению недопустимо или нецелесообразно, либо восстановление его исправного состояния невозможно или нецелесообразно.

Средняя наработка до отказа – математическое ожидание наработки изделия до первого отказа.

Назначенный ресурс – суммарная наработка изделия, при достижении которой применение по назначению должно быть прекращено.

Назначенный срок службы – календарная продолжительность эксплуатации изделия при достижении которой применение по назначению должно быть прекращено.

Гарантийный срок – часть назначенного ресурса, в течение которого завод-изготовитель несет материальную ответственность в процессе эксплуатации изделия (в течение гарантийного срока ремонт и замена производятся заводом без затрат для потребителя).

Параметры надежности назначаются, прежде всего, из соображений безопасности полета самолета, экономичности его разработки, изготовления и эксплуатации и конкурентоспособности. Эти показатели для аппаратуры конкретного самолета назначаются, исходя из его основных показателей. Желательно, чтобы приборы и системы имели назначенные ресурс и срок службы такие же, что и самолет (как говорят – "по планеру").

По мере совершенствования техники и технологии величины надежностных характеристик растут. Например, на базе мирового опыта эксплуатации установлено, что назначенный ресурс в настоящее время должен быть:

- 60 000 летных часов – для гражданских самолетов (таблица 1.1);

- 3 000 - 5 000 летных часов – для легких самолетов;

- 15 000 – для гражданских вертолетов.

Другие характеристики для гражданского самолета следующие:

- гарантийный срок хранения – 2 - 5 лет;

-общий срок службы – 20 – 25 лет;

-гарантийная наработка соответствует одному году наработки или около 2 000 летных часов в среднем.

Это ориентировочные показатели качества, которые устанавливаются в ТЗ. В дальнейшем они уточняются по мере накопления серийного выпуска и эксплуатации изделия.

Примеры:

Самолет Ил-62. Назначенный ресурс 35000 летных часов, назначенный срок службы 25 лет.

Самолет Як-42. Назначенный ресурс 20000 летных часов, назначенный срок службы 20 лет.

Самолет Ту-204. Назначенный ресурс 60000 летных часов, назначенный срок службы 20 лет.

Самолет Ил-96. Назначенный ресурс 60000 летных часов, назначенный срок службы 20 лет.

Военные самолеты, особенно истребители, имеют относительно низкие назначенные показатели надежности.

Таблица 1.1

В зависимости от характера отказов, их частоты повторения на самолете возникают различные особые ситуации: усложнение условий полета, сложная ситуация, аварийная ситуация и катастрофическая ситуация [4].

Самая сложная и опасная ситуация это катастрофическая особая ситуация, характеризующаяся тем, что при ее возникновении предотвращение гибели людей оказывается практически невозможным (гибель хотя бы одного человека через 10 часов после полета). Эта особая ситуация должна быть практически невероятная, с вероятностью ее появления менее Р=10^-9. Разработчик изделия должен знать, не участвует ли оно в создании такой ситуации.

Обеспечение необходимой надежности самолета – задача сложная и комплексная. Инженеры говорят, что надежность закладывается в конструкции, обеспечивается в производстве и поддерживается в эксплуатации:

,

где Р_к – надежность конструкции, Р_п – надежность производства, Р_э – надежность эксплуатации.

Безопасность полета самолета необходимо обеспечивать совместными усилиями, как это сказано в НЛГС-3, НЛГВ-2. Борт самолета должен быть так оборудован и таким количеством реальных приборов и систем, чтобы обеспечивался необходимый уровень безопасности полетов, то есть полет без риска для жизни экипажа и пассажиров.

Основными факторами для этого являются:

- высокая надежность планера самолета;

- высокая надежность двигателя и каждого прибора и системы;

- высокая квалификация летчиков, их дисциплина;

- высокая квалификация обслуживающего персонала, его дисциплина;

- оптимальное комплектование приборов и систем;

- наличие специальных средств и систем безопасности.

За критерии безопасности в мировой практике приняты:

- либо относительный показатель по числу погибших пассажиров на 100 миллионов пассажиро-километр;

- либо количество катастроф на 100 миллионов километров налета самолета;

- либо количество катастроф на 100 тысяч часов налета парка однотипных самолетов;

- либо количество катастроф на 100 тысяч посадок.

В гражданской пассажирской авиации принят первый критерий – по числу погибших пассажиров. Ниже приведена таблица 1.2 катастроф за период с 1955 г. по 1989 г. За этот период заметно улучшился критерий безопасности, однако абсолютное количество погибших пассажиров не уменьшилось, что объясняется ростом пассажиро-емкости новых широкофюзеляжных самолетов типов Боинг, Ил, А-300, Ил-86, Як-42.

Отметим, что современные уровни назначенных ресурсов подтверждены практической наработкой отечественных и зарубежных самолетов, о чем свидетельствует таблица 1.1.

Причинами катастроф могу быть не только технические (отказ оборудования или поломка самолета), но и другие. К ним можно отнести следующее:

- человеческий фактор, который составляет (80 – 85) % от общего числа причин катастроф. Объясняется это недисциплинированностью на 20 %, низкой профессиональной подготовкой на 50 %, отклонением здоровья на 5 % и др.;

- террористические акты, число которых обычно растет по мере осложнения обстановки в мире. Так, в 1985 году их было 10, в 1970 – 13, в 1975 – 24. В 1970 году было убито 100 террористов, в 1973 – 222 террориста, в 1985 – 437 террориста;

- поражение самолета молнией. Статистика утверждает, что каждый самолет в год подвергается удару молнии, особенно на высотах полета от 1,5 до 12 км. При этом ток по корпусу самолета достигает 50 000 А с длительностью от 2 до 50 мкс;

- встреча с птицами и др.

Разработчики авиационных приборов и систем могут активно способствовать повышению критерия безопасности. Для этого существуют следующие научно-технические направления:

- внедрение технических средств, способствующих уменьшению рабочей напряженности пилотов;

- совершенствование систем отображения информации;

- совершенствование систем оповещения и предупреждения и предотвращения критических ситуаций;

- внедрение систем спасения пилотов и членов экипажа вплоть до принудительной эвакуации;

- внедрение электронного члена экипажа, способного в критических ситуациях заменять пилота, постоянно контролируя его состояние по следующим признакам: частота мигания глаз, диаметр глазного зрачка, ритм сердца, напряженность голоса, качество речи, электрическое сопротивление кожи, мышечное напряжение и др.

Рис. 1.1. Показатель безопасности

Таблица 1.2 демонстрирует критерий безопасности по данным ИКАО за длительный период – с 1955 по 1989 год.

Таблица 1.2

Авиационные происшествия за 1955 – 1989 гг. в странах ИКАО с СССР

Глава 2

ГИПОТЕЗЫ И ЗАКОНЫ АЭРОДИНАМИКИ.
КЛАССИФИКАЦИЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

Строение атмосферы

Атмосфера является средой полета различных летательных аппаратов. Она имеет сложное строение, однако условно ее делят на слои с указанием их особенностей. Наиболее характерными и интересными для авиастроителей имеют слои тропосфера, стратосфера, ионосфера и экзосфера [12 – 15, 19 – 20].

Тропосфера – часть атмосферы, граничащая с Землей (H = 10 – 17 км), где заметно тепловое излучение земной поверхности, где температура заметно уменьшается с удалением от Земли. В тропосфере образуются облака, дуют ветры, тут находится вся испаренная влага, меняется влажность, температура, направление ветра.

На верхней границе тропосферы температура остается постоянной. Далее по высоте располагается стратосфера. В стратосфере температура почти постоянна (~ до 30 км). Ветры там имеют постоянные направления и направлены против вращения Земли (происходит расслоение нижних и верхних слоев воздуха вследствие малого сцепления частиц воздуха).

Ионосфера характеризуется наличием свободных ионов и электронов и непрерывным повышением температуры. Границы ионосферы непостоянны (H ≈ до 200 км).

Экзосфера не имеет вообще границ. Это переходная зона от земной атмосферы к межпланетному пространству (H = от ~ 500 до 1000 км). Известно что:

50 % массы атмосферы расположено на высотах 0 – 5,5 км;

75 % массы атмосферы расположено на высотах 0 – 10 км;

94 % массы атмосферы расположено на высотах 0 – 20 км над уровнем моря.

Масса атмосферы составляет 1/1000000 массы Земли.

Свойства земной атмосферы и происходящие в ней явления изучает наука, называемая метеорологией. Свойства атмосферы используются нами для измерения высоты и скорости полета. От них зависят условия работы пилотов самолетов, тяга двигателя, подъемная сила самолета. Для устранения усложнений в полете (а то и катастроф) необходимо изучение аномальных явлений в атмосфере.

К аномальным явлениям относятся грозы, горизонтальные и вертикальные порывы ветра, турбулентные движения воздуха. Струйные течения воздуха могут быть со скоростью от 100 до 700 км/ч.

Воздух атмосферы является смесью газов: 78 % азота (N₂), 21 % кислорода (O₂), 0,94 % аргона (A₂), 0,03 углекислого газа (CO₂), 0,01 % водорода (H₂) 0,01 % неона (Ne₂) 0,01 % гелия (He₂), 1,2 % пара. На высотах 30 – 50 км имеется озон (O₃). Максимальное его количество находится на высоте ~ 35 км и составляет 0,00075 %, тогда как у Земли его только 0,00001 %. Фактически воздух состоит из отдельных молекул газов и не является сплошной средой (особенно на больших высотах).

Для практических целей авиационные науки нуждаются в установлении закона изменения с высотой основных параметров: как плотность, давление, температура воздуха, скорость звука, вязкость. Но эти параметры зависят еще и от времени года и суток, от случайных явлений в природе. При испытаниях приборов, систем и самолетов требуется проводить сравнение результатов в одинаковых условиях. Так возникла необходимость создания условной стандартной атмосферы (СА), являющейся схемой действительной атмосферы, в которой отсутствуют колебания, вызванные метеорологическими или астрономическими факторами.

На параметры стандартной атмосферы действуют государственные стандарты: ГОСТ 4401-81 (Атмосфера стандартная. Параметры), ГОСТ 3295-73 (Таблицы гипсометрические для геопотенциальных высот до 50000 м. Параметры), ГОСТ 5212-74 (Таблица аэродинамическая. Динамические давления и температуры торможения воздуха для скорости полета от 10 до 4000 км/ч. Параметры) и др. [31 – 33]. В отличие от стандартной атмосферы существуют атмосферы справочные, учитывающие широту местности и время года.

В стандартной атмосфере принимаются стандартными исходные параметры: ускорение свободного падения g_с = 9,80665 м/с²; скорость звука a_с = 340,294 м/с; средняя длина свободного пробега частиц воздуха l_с = 66,328∙10^-9 м; давление P_с = 101325,0 Па (760 мм рт. ст.), температура Кельвина T_с = 288,15 К; кинематическая вязкость ν_с = 14,607∙10^-6 м²/с; динамическая вязкость μ_с = 17,894∙10^-6 Па∙с; плотность весовая γ_с = 1,2250 кг/м³; плотность массовая

.

Закон изменения температуры воздуха на высотах от нуля до 11000 метров над уровнем моря следующий:

, (2.1)

где T_н – абсолютная температура воздуха на высоте Н; а – температурный градиент, равный 0,0065 °С/м; Н – высота над уровнем моря; Т₀ = 288 °К. Для Н > 11000 м T_н = 216,5 °К = const. Изменение барометрического давления для высот Н < 11000 м:

, (2.2)

где P_н – давление на высоте Н; P_о = 760 мм рт. ст.; ν_о – весовая плотность (1,2255 кг/м³); а – температурный градиент (0,0065 °С/м).

Важнейшей характеристикой воздуха является его влажность. Относительная влажность может быть определена по формуле

, (2.3)

где R – относительная влажность; q – абсолютная влажность – количество пара в граммах, содержащееся в 1 м³; Q – количество насыщающих паров при данной температуре в г/м³.

Предел насыщения воздуха водяными парами в зависимости от температуры приведен в таблице 2.1.

Таблица 2.1

Важно обратить внимание на то, что при понижении температуры воздуха наступает перенасыщение, пар превращается в капли воды [13]. Самолетостроители и разработчики приборов и систем должны это учитывать в своей практике. В связи с этим явлением внутри самолета накапливается большое количество воды, которая пагубно влияет на работоспособность техники.