Глава 4 содержит стандарты, применимые к:
- дозвуковым реактивным самолетам, для которых заявка на сертификат типа подана 1 января 2006 года или позже
- винтовым самолетам массой более 8618 кг, для которых заявка на сертификат типа подана 1 января 2006 года или позже.
Глава 5 содержит стандарты, применимые к винтовым самолетам массой более 5700 кг, для которых заявка на сертификат типа подана до 1 января 1985 года.
Глава 6 содержит стандарты, применимые к винтовым самолетам массой не более 8618 кг, для которых заявка на сертификат типа подана 17 ноября 1988 года или позже.
Глава 7 содержит стандарты, применимые к винтовым самолетам короткого взлета и посадки (КВП). (зарезервирована, стандарты еще не сформулированы.)
Глава 8 содержит стандарты, применимые к вертолетам.
Глава 9 содержит стандарты, применимые к вспомогательным силовым установкам (ВСУ) и связанных с ними бортовыми системами во время работы в наземных условиях.
Глава 10 содержит стандарты, применимые к винтовым самолетам массой не более 8618 кг, заявка на сертификат типа которых или модифицированного варианта подана 17 ноября 1988 года или позже.
Глава 11 содержит стандарты, применимые к вертолетам с максимальной сертифицированной взлетной массой не более 3175 кг.
Глава 12 содержит стандарты, применимые к сверхзвуковым самолетам. (предлагается сертифицировать сверхзвуковые самолеты по стандартам Главы 2.)
Глава 13 содержит стандарты, применимые к воздушным судам с поворотными винтами. (зарезервирована, стандарты еще не сформулированы.)
Каждая из данных глав Приложения 16, являясь юридическим документом, содержит описание области применимости формулируемого стандарта, перечень необходимых сертификационных измерений, их методов и местоположения контрольных точек измерений, нормы по шуму, предъявляемые данной главой к определенному типу летательных аппаратов, а также другие разделы.
В рамках заседаний САЕР/8, предварявших 37 Ассамблею ИКАО, были выработаны целевые технологические показатели снижения шума и эмиссии. Согласно прогнозу в среднесрочной перспективе (2018 год) достижимый прогресс снижения шума в классе региональных самолетов оценивается в 13,0 EPNдБ, для класса БСМС – в 21,0 EPNдБ. В дальнесрочной перспективе (2028 год) достижимый прогресс снижения шума в классе региональных самолетов оценивается в 20,0 EPNдБ, для класса БСМС – в 22,5 EPNдБ, для класса ДМС (с 2-мя двигателями) – 24,5 EPNдБ.
Звуковой удар
Впервые технические и экономические проблемы эксплуатации СПС были поставлены в сентябре 1962 года на 14 Ассамблее ИКАО в резолюции А14-7. Временной отрезок постановки самой проблемы звуковых ударов совпадает со временем начала работ по созданию первого поколения СПС. Далее эти положения были вновь подтверждены в сентябре 1968 года на 16 Ассамблее ИКАО в резолюции А16-4, где было указано, что политика ИКАО должна способствовать исключению всех вредных последствий эксплуатации СПС, в частности, исходящих от шума на местности и звукового удара. Данная резолюция была принята за три месяца до первого испытательного полета первого СПС Ту-144 (31 декабря 1968 года). Первый вылет Concorde состоялся 2 марта 1969 года.
В 1969 году ИКАО активно занималось формированием основ международного контроля звуковых ударов СПС. Была создана экспертная группа ИКАО с целью выработки предложений по нормированию звуковых ударов. Работа данной экспертной группы не привела к выработке какой-либо метрики нормирования звуковых ударов, но было выработано предложение о неприемлемости звуковых ударов СПС в принципе. Тем не менее, экспертная группа сделала шаг в направлении разработки метрик нормирования звуковых ударов, предложив в октябре 1970 года в Монреале план всесторонних исследований влияния звуковых ударов на людей, животных, сооружения и территории в целом, закрепленный в документе 8894, SBP/II. Данный план состоял из четырех последовательных этапов, которые необходимо было реализовать для разработки международных стандартов по звуковым ударам. На первой стадии предполагалось проведение научных исследований самих звуковых ударов, способов их измерения, а также психофизических последствий воздействия звуковых ударов на людей и животных. Далее предполагалась разработка количественных метрик описания звуковых ударов и определение верхних параметров, при которых звуковые удары становятся неприемлемыми. На конечной стадии предполагалось создание международных стандартов по нормированию звуковых ударов.
В марте 1971 года Совет ИКАО преобразовал экспертную группу в Комитет по звуковому удару, который до июня 1973 года реализовывал план экспертной группы. Итогом работы Комитета стали четыре документа «Projected SST Routes», «Review of Technical Data», «Legal/Operational Aspects» и «Effects on Sonic Boom on Human Beings», представленные в июне 1973 года в документе 9064, SBC/2. Однако выработать предельные допустимые значения звуковых ударов в рамках данной деятельности не удалось, что и было отмечено в указанном документе. Далее деятельность Комитета по звуковому удару была прекращена, а саму проблему Совет ИКАО передал в ведение Технической Комиссии по СПС (Technical Panel on Supersonic Transport Operations).
В течение 1973 и 1974 Комиссия по СПС продолжала предшествующие усилия по выработке руководящих материалов в области звуковых ударов. Итогом деятельности Комиссии стал циркуляр ИКАО 126-AN/91 «Guidance Material on SST Aircraft Operations», в котором были представлены результаты исследований звукового удара, включая данные, полученные из летных экспериментов. Деятельность Комиссии по СПС привела к введению в январе 1975 года Главы 12 тома 1 Приложения 16 по нормированию шума СПС на местности. Однако выработать в рамках данного процесса параметры нормирования звуковых ударов СПС не удалось.
Данное статус-кво имело место до конца XX века. В сентябре 2001 года на 33-й Ассамблее ИКАО была принята резолюция А33-7, в которой в Приложении G подтверждается основное положение, сформулированное в резолюции А16-4: звуковые удары, создаваемые СПС, не должны оказывать неприемлемые воздействия на людей, животных, сооружения и территории в целом. Никаких количественных метрик нормирующих параметры воздействия звуковых ударов предложено не было.
Как видно, в течение нескольких десятилетий мировому сообществу не удалось сформулировать критерии приемлемых уровней восприятия звуковых ударов, создаваемых СПС. Этому обстоятельству способствовало принятие в США в марте 1973 года закона 14 CFR § 91.817 о звуковом ударе, создаваемом СПС (U.S. regulations on Civil Aircraft Sonic Boom). Данный закон устанавливает «нулевой вариант» не допускаются полеты гражданских самолетов над территорией США с числами Маха, превышающими 1, то есть создание звуковых ударов при полете гражданских самолетов просто запрещается. Данный закон действует до сих пор, а его принятие стало следствием признания факта существенной значимости вреда, наносимого звуковым ударом, создаваемым СПС.
CAEP/7 ИКАО, действовавший в период 2002-2006 годов, возобновил работу в области разработки нормирования звуковых ударов, нацелив её на исследование возможности создания легких административных сверхзвуковых самолетов. В качестве инструмента выполнения указанной задачи была создана Целевая группа по сверхзвуковым воздушным судам (SSTG) Рабочей группы 1 (WG 1). Задача Целевой группы состояла в продвижении работы по пунктам программы (с N.06 по N.10 в соответствии с добавлением B), связанным с шумом сверхзвуковых воздушных судов, как это было определено на CAEP/7. Деятельность Целевой группы была продолжена в период 2007-2010 годов в рамках работы CAEP/8 ИКАО. Одним из важнейших результатов деятельности Целевой группы стало создание Дорожной карты работ в области воздействия звуковых ударов и задание CAEP/9 от 37-ой Ассамблеи ИКАО направить научные усилия на определение критериев приемлемости звукового удара, которые позволят начать работу над стандартами звукового удара.
ПЛАНЫ ЛИДЕРОВ МИРОВОГО АВИАСТРОЕНИЯ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ АВИАТЕХНИКИ
САМОЛЕТЫ
За время существования гражданской авиации самолеты постоянно совершенствовались и к настоящему моменту достигли высокого технического уровня, который определяет главные конкурентные качества новых гражданских самолетов, к их числу относятся:
- надежность
- экономическая эффективность
- экологическая эффективность
Важнейшим показателем, характеризующим конкурентоспособность самолета, является возможность обеспечить перевозку наибольшей коммерческой нагрузки на наибольшую дальность при минимальном расходе топлива.
По данным Airbus, за минувшие 40 лет расход топлива самолетов и следовательно выбросы C02 уменьшились на 70%, шум – на 75%. Расход некоторых современных самолетов составляет порядка 3 литров топлива на перевозку одного пассажира на 100 километров. Современные самолеты способны преодолеть в три раза большее расстояние, используя то же количество топлива, чем 30 лет назад. Существенно возросла надежность, позволившая добиться значительного улучшения безопасности полетов.
По данным Airbus, около 70% всего мирового парка гражданских магистральных самолетов 2011 года можно отнести к судам так называемого «нового поколения» Это такие летательные аппараты как a320, 737NG, a330 и a380.
Будучи разными по типажу, они построены на современном научно-технологическом базисе с применением наилучших из освоенных технологий (двигатели большой степени двухконтурности, улучшенная аэродинамика, композиционные материалы и др.), которые обеспечивают им высокую надежность, топливную эффективность, соответствие всем международным экологическим требованиям. В зарубежных материалах самолеты такого уровня обозначаются как самолеты современного поколения N.
Авиационная индустрия продолжает работать над совершенствованием воздушных судов. Для этого требуется разработка новых технологий и поиска новых решений – процесса, в котором авиационной науке отводится важная роль.
Страны-лидеры мирового авиастроения ставят долгосрочные цели развития гражданской авиации и реализуют научно-технические планы их достижения.
Так, в объединенной Европе для реализация «Видения для аэронавтики-2020» (Vision-2020) разработан Стратегический план исследований (Strategic Research Agenda). В 2011 году было опубликовано «Видение-2050», в котором сформулировны цели развития европейской гражданской авиации на ближайшие 40 лет.
В США одобрен правительством и реализуется «Национальный план исследований и разработок в аэронавтике», в котором указывается, что в 2015 году будут созданы летательные аппараты поколения N+1, в период 2020-2025 годов появятся самолеты поколения N+2, а на 2030-2035 года намечено появления самолетов поколения N+3, которые будут обладать радикально улучшенными характеристиками.
Некоторые важные цели, которые страны-лидеры ставят перед собой в области совершенствования гражданских самолетов, приведены в таблице:
|
|
2015
|
2020
|
2030
|
2050
|
Безопасность
|
USA
|
|
Снижение аварийности в 5 раз
|
|
|
EUR
|
|
Снижение аварийности в 5 раз
|
|
Менее одного происшествия на 10 миллионов коммерческих рейсов
|
CO2
|
USA (расход топлива)
|
-33%
|
-40%
|
-70% и более
|
|
EUR
|
|
- 50%
|
|
-75%
|
NOx
|
USA
|
-65%
|
-78%
|
-78% и более
|
|
EUR
|
|
-80%
|
|
-90%
|
Шум (запас относительно главы 4 ИКАО)
|
USA
|
-32 dB
|
- 42 dB
|
Уровень шума, сопоставимый с городским
|
|
EUR
|
|
- 30 dB
|
|
-65%
|
При этом необходимо отметить, что, по убеждению многих специалистов, приведенные выше амбициозные целевые показатели, в частности в области авиаэкологии, заложенные в национальный план США и европейские программы Vision 2020 и Vision 2050, носят в определенной степени политический, желаемый характер и не подтверждаются разрабатываемыми на настоящий момент времени реальными технологиями.
ВКЛА
Развитие мирового вертолетостроения охватывает пять поколений вертолетов. В период 2016-2025 гг. можно ожидать создание вертолетов 6-го поколения. Мировое вертолетостроение сконцентрировано в трех центрах - в США, Западной Европе и России.
Основной миссией вертолетов 1-го поколения (середина 40-х и начало 50-х годов) было освоение вертикального взлета и посадки, а также устойчивого режима висения. Это было поколение однодвигательных поршневых вертолетов.
Вертолеты 2-го поколения получили новые качества за счет газотурбинных двигателей, применение которых позволило существенно увеличить грузоподъемность и весовую отдачу, скорость и дальность полета, и в конечном итоге - транспортную производительность.
Появление вертолетов 3-го поколения в конце 60-х и начале 70-х годов было обусловлено развитием вертолетостроения по всем направлениям, и, характеризовалось, прежде всего, созданием нового поколения газотурбинных вертолетов. Практически во всех классах вертолетов это привело к резкому улучшению летных характеристик (были достигнуты максимальные крейсерские скорости полета около 270 км/ч, потолки висения на уровне 2000 м.)
Качественным отличием вертолетов 4-го поколения стали улучшенные эксплуатационные характеристики. В их числе существенно уменьшенные расходы топлива, увеличенные межремонтные ресурсы планера, агрегатов и двигателей, значительно уменьшенная трудоемкость технического обслуживания, внедрение элементов обслуживания по техническому состоянию, использование пилотажно-навигационного и радиосвязного оборудования, позволяющего выполнять фрагменты полета и заходы на посадку в автоматическом режиме. Это обеспечило более высокую экономическую эффективность эксплуатации и безопасность полетов.
Современные вертолеты 5-го поколения (появление которых началось в 90-х годах) изначально ориентированы на создание базового гражданского варианта вертолета, либо предусматривают доработку с учетом требований к гражданской модификации. Их создание осуществляется с учетом выполнения международных норм по безопасности полетов, воздействию на окружающую среду и качеству перевозочного процесса. Характерными для вертолетов 5-го поколения техническими усовершенствованиями являются:
- новое поколение вертолетных профилей; проектирование компоновок несущих винтов с увеличенной круткой и эффективными концевыми частями лопастей, снижающих волновое сопротивление и шум при повышенных скоростях полета; упрощение конструкции втулок несущего винта и снижение их аэродинамического сопротивления, составляющего до 50 % для вертолетов предыдущих поколений; новая форма фюзеляжа и убирающееся шасси;
- внедрение композиционных материалов, что обеспечило возможность реализации более совершенных профилей, обеспечивающих высокое аэродинамическое качество несущего винта (НВ) в широком диапазоне чисел Маха и различных условиях обтекания, новых конструкций втулок НВ;
- внедрение на гражданских вертолетах двигателей нового поколения, имеющих меньший на 15-30 % удельный расход топлива и меньшую на 25-40 % удельную массу, межремонтные ресурсы составляющие не менее 3 000 летных часов;
- расширение функциональных возможностей бортового радиоэлектронного оборудования. Наряду с пилотажно-навигационными задачами (выполнение автоматизированного полета по заданному маршруту, захода на посадку, входа и выхода из режима висения) также решаются задачи мониторинга технического состояния планера, двигателя, систем и агрегатов, как в масштабе реального времени с отображением на цветных многофункциональных индикаторах, так и для последующей наземной обработки.
Лидеры мирового вертолетостроения ведут исследования по созданию вертолетов 6-го поколения. Производители вертолетов стараются соблюдать баланс между жесткими требованиями по защите окружающей среды и потребностями заказчиков в сочетании с повышением безопасности полетов и снижением эксплуатационных расходов.
Исследования в Европе ведутся в следующих областях:
- активное управление лопастями несущего винта с целью повышения его эффективности и снижения уровня создаваемого шума, уменьшения лобового сопротивления втулки несущего винта и мотогондол двигателей;
- разработка новой архитектуры электросистем, в том числе преобразования тепла от двигателей, редукторов и БРЭО в электроэнергию,
- разработка легкого вертолета с дизельным двигателем.
На рисунках приведены некоторые целевые показатели по снижению выбросов CO2, NOx, а также снижению шума, которые планирует достичь Европа к 2020 году (по сравнению с уровнем 2000 года).
Исследования в США (NASA) по вертолетной тематике проводятся по четырем основным направлениям:
- разработка несущего винта с уменьшенной на 50% частотой вращения для снижения шумности;
- внедрение активного управления лопастями;
- снижение уровня шума в салоне за счет технологий, используемых на реактивных самолетах бизнес-класса;
- разработка технологий для перспективного гражданского тяжелого вертолета вместимостью порядка 90 пассажиров и крейсерской скоростью 487 км/ч.
Некоторые целевые показатели США для винтокрылых ЛА (в том числе военных) (по сравнению с уровнем 2005 года)
2015
|
2020
|
>2020
|
Увеличить тяговооруженность (+40%) и уменьшить шум редуктора несущего винта
(–15 dB)
|
Увеличить тяговооруженность (+70%) и уменьшить шум редуктора несущего винта
(–20 dB)
|
|
Уменьшить вибрационные нагрузки на 20%, улучшить эффективность горизонтального полета на 2%
|
Уменьшить вибрационные нагрузки на 25%, улучшить эффективность горизонтального полета на 5%
|
Уменьшить вибрационные нагрузки на 30%, улучшить эффективность горизонтального полета на 10%
|
Увеличить эффективность висения на 4%
|
Увеличить эффективность висения на 7%
|
Увеличить эффективность висения на 10%
|
|
|
Продемонстрировать уменьшение воспринимаемого шума на 50%
|
Подводя итог обзору тенденций развития технологий в области вертолетостроения можно перечислить основные технические средства и целевые уровни, достижение которых обеспечит конкурентоспособность отечественных перспективных вертолетов:
1. Новый уровень безопасности полетов
- двигатели с цифровой системой управления FADEC, ЭДСУ, отказоустойчивые редукторы (30 минут работы без смазки);
- системы предупреждения опасных ситуаций (включая системы предупреждения об опасном сближении с землей и воздушными судами в воздухе, обнаружения и облета препятствий );
- обеспечение мониторинга жизненно важных технических систем вертолета в полете в реальном масштабе времени;
- энергопоглощающая и безопасная конструкция
2. Новый уровень экономичности
- повышение топливной эффективности вертолетов на 20-25%;
- снижение операционных эксплуатационных расходов на 30-40%;
3. Новый уровень экологичности
- снижение на 7-10 дБ шума на местности;
- снижение эмиссии вредных веществ в атмосферу на 60-70%
4. Инновационные технологии
- усовершенствованная несущая система возможно с газоструйной системой управления позволяющая увеличить крейсерскую скорость полета до 400 км/час и более;
- интеллектуальный комплекс бортового оборудования, системы синтетического видения и отображения информации;
5. Новый уровень потребительских качеств
- уровень шума в кабине не более 70 дБ (малошумные винты и редукторы);
- системы активного подавления вибраций (снижение вибраций на 30% по отношению к существующему уровню);
- комфортное размещение пассажиров (на уровне региональных самолетов).
ЦЕЛИ ОТЕЧЕСТВЕННОЙ АВИАЦИОННОЙ НАУКИ
Под редакцией А.Ю.Уджуху (ЦАГИ)
Российская авиационная наукой ставит перед собой следующие приоритетные цели:
безопасность полетов
экономичность
экологичность
время поездки
расширенные условия базирования
комфорт
авиационная безопасность
Безопасность полетов
является ёмким понятием, зависящим от надежности всех звеньев, задействованных в процессах разработки, производства и эксплуатации гражданской авиатехники. Недостатки каждого звена могут приводить к системным проблемам, что будет сказываться на безопасности перевозок.
|
