Главный враг вертолётчиков

Снижение с большой вертикальной скоростью, столкновение с поверхностью с перегрузкой до 15-18G, разрушение конструкции, разлив топлива и возгорание... такой сценарий авиационного происшествия с вертолётом является достаточно распространённым и одним из наиболее губительных, так как экипаж и пассажиры, получившие травмы в результате падения, уже зачастую не могут самостоятельно выбраться из огненного кольца. Как показали исследования, проведённые зарубежными специалистами, до 60-70% человеческих жертв в результате катастроф вертолётов происходит из-за пожара, спровоцированного разливом топлива. И коль скоро проблема обнаружена, необходимо было найти адекватное решение. Однако до настоящего времени серийных авариестойких топливных систем в России не существует.

Впервые в мировой практике требование о необходимости комплектации вертолётов авариестойкими топливными системами было сформулировано в первой половине 1990-х, опять же за рубежом. Впоследствии необходимость наличия аналогичных систем была отражена и в подготовленных Авиационным регистром Межгосударственного авиационного комитета авиационных правилах АП-29, статья 952 которых гласит, что конструкция топливных баков при заданной величине перегрузки не должна иметь таких разрушений, которые могли бы вызвать течь топлива на источник возгорания.

Создание нового поколения вертолётов, ориентированных на использование в коммерческих перевозках, поставило вопрос о необходимости оснащения их современной топливной системой, в полной мере отвечающей сертификационным требованиям. Именно поэтому разработчики вертолетов обратились в холдинг "Технодинамика" с предложением представить систему для перспективных воздушных судов, вспоминает директор Центра проектирования "Технодинамики" Виктор Николенко. "Поскольку дело новое, при постановке задачи было предложено, что мы сначала делаем НИР, которая покажет, что "Технодинамика" способна разрабатывать такие системы. И далее уже будем с разработчиками ВС непосредственно договариваться о внедрении на борт", - рассказал он.

После постановки задачи, а произошло это почти два года назад, разработчик приступил к сбору информации о имеющихся наработках как в России, так и за рубежом. По словам В.Николенко, "задача состоит из нескольких частей: первая - собственно разработка системы с заданными требованиями и необходимыми конструктивными особенностями, вторая часть - нахождение отечественных материалов, которые отвечают требованиям, предъявляемым к компонентам данной системы, и третья - экспериментальная часть по изготовлению и испытаниям тех элементов, которые входят в авариестойкую топливную систему".

В поисках партнёров и уникальных материалов

Топливная система, упрощённо, состоит из топливных баков, трубопроводных элементов и различных агрегатов, обеспечивающих заправку и перекачку топлива. Для того, чтобы изготовить баки с требуемыми параметрами, "Технодинамика" привлекла партнёров из Ульяновска - ЗАО "Туполев-проект". Совместно были проведены поиски стойких к разрыву и проколу материалов, которые обеспечат работоспособность бака при заданных условиях нагружения и в широком диапазоне температур.

Конструктивно бак выполнен из нескольких слоёв тяжёлых текстильных тканей, соединённых клеем. В качестве основы, обеспечивающей высокие параметры, применена ткань с крученными полиамидными нитями, которая имеет прочностные характеристики лучшие, чем у известных зарубежных аналогов.

Важным этапом подготовки к созданию бака стало проведение расчётов и моделирование процессов, возникающих при ударе бака о преграду внутри отсека вертолёта. Привлечённые специалисты из Саровского инженерного центра расчётами подтвердили правильность выбора материала и соответствие прочностных характеристик заданной модели. "Предварительно мы провели расчёт с саровцами, и по его результатам убедились в том, что прочностные характеристики материалов, которые мы подобрали для работы, позволяют выдержать заданные условия нагружения при падении, с сохранением целостности бака и его свойств, при авариях", - рассказал В.Николенко.

Пролить считанные граммы

Вторая задача при создании авариестойких топливных систем - создание специальных агрегатов, расположенных вне баков. Их особенность заключается в том, что они не должны допускать разлива топлива при повреждении трубопроводов. Достигается это при выполнении двух требований: прежде всего, необходимо обеспечить разрушение системы в заранее определённых местах, а затем, при разрушении трубопровода в нужном месте, должно происходить автоматическое перекрытие его освободившейся части от утечки топлива.

Организация так называемых "слабых мест" в инженерной практике хорошо известна, да и обыватели зачастую сталкиваются с такими решениями, меняя плавкие предохранители или пробки. Сложнее реализовать такое решение в вертолёте: особенности режимов его эксплуатации таковы, что конструкция воздушного судна постоянно находится под воздействием вибраций и перегрузок при посадке, однако в штатной ситуации все агрегаты и топливопроводы должны оставаться целыми. При превышении заданной нагрузки - в данном случае усилие должно оказаться свыше 150 кг - агрегат должен разрушиться в определённом конструктором месте (и только в нем).

После разрушения агрегатов должны автоматически сработать клапаны, которые предотвратят вытекание топлива. В агрегате имеется цилиндрический участок, с двух сторон которого расположены клапаны. В нормальной ситуации они удерживаются от закрытия специальным устройством - "распоркой". При разрушении цилиндра (а его наружная поверхность имеет сужение в том месте, где он должен разрушиться) ломается и распорка, после чего под давлением топлива, либо пружин, оба клапана немедленно закрываются. Тем самым достигается автоматическое перекрытие освободившейся части трубопровода от утечки топлива.

По словам В.Николенко, проектировщиками было выбрано восемь разрушаемых узлов: несколько фитингов и различные клапаны. Эти агрегаты для проведения испытаний были изготовлены по пять штук. "Технодинамика" спроектировала и изготовила все агрегаты, и в течение всего октября на уфимском предприятии "Гидравлика" в несколько этапов проводились их испытания. "Сначала опрессовка на герметичность, проверка течи в открытом и закрытом положении клапанов, климатические испытания при минусовых и плюсовых температурах, виброиспытания и испытания на разрушение, - рассказывает директор Центра проектирования. - В результате испытаний выяснилось, что набор агрегатов прошёл испытания практически успешно, они соответствуют всем требованиям, которые нам были выданы".

С высоты - на бетон

Расчёты проведены, созданы четыре образца бака для натурных испытаний. В образцах всё соответствует требованиям, которые предъявляются к топливной системе вертолётов. В бак интегрированы закладные элементы: клапаны, заправочная горловина и так далее. Впрочем, интегрированы - звучит буднично, но за этим словом стоит напряжённая работа конструкторов. Закладные элементы при ударе могут смещаться друг относительно друга, но при этом они не должны ни разрывать оболочку бака, ни повреждаться. "Основные два элемента, на которые пришлось потратить много времени, это собственно заливная горловина, довольно мощный патрубок, и смещаться он может значительно. Второе, достаточно тонкое устройство - отстойник в баке. Была проведена большая работа, подобрана оснастка для выклеивания и формирования бака на соответствующие опалубки. Опалубки опробовали нескольких сортов, по очереди отказывались от неподходящих. После ряда экспериментов остановились на полимерных опалубках, на которых бак собирается и потом проходит процедуру вулканизации в печи", - делится воспоминаниями В.Николенко. Даже такой, казалось бы, тривиальный вопрос, как крепление бака к силовой конструкции отсека, в котором размещён топливный бак, потребовал сложного инженерного решения. Баки крепятся текстильными застёжками - типа волоконных застёжек-липучек.

Далее необходимо провести испытания, в которых будут имитироваться условия жёсткой посадки. Согласно требованиям Авиационных правил АП-29, система должна выдерживать падение с высоты 65 футов, то есть около 15,2 метров. Бак крепится внутри металлоконструкции, имитирующей отсек вертолёта. Конструкция весом в полторы тонны, из которых тонна - это подкрашенная бриллиантовым зелёным вода, поднимается краном. Команда, замок расцепляется, и конструкция с грохотом обрушивается на бетон. Датчики, расположенные на баке, фиксируют перегрузки в 20G. Разливов топлива не обнаружено. Четвёртое испытание прошло успешно.

"Проведённые испытания показали, что во всех четырёх случаях конструкция сработала удовлетворительно, течь отсутствует во всех этих элементах, - рассказывает директор Центра проектирования. - Прочность тканевого материала, из которого сделан бак, сохраняется. Межбаковые соединения не страдают. Встроенная арматура тоже остаётся целой. Собственно, задача выполнена в той части, что при подобного рода воздействиях за счёт повреждений бака мы не проливаем ни капли топлива".

Коммерческие перспективы

Завершение испытаний, по сути, означает, что этап научно-исследовательской работы пройдён. "Таким образом, у нас на сегодняшний день имеются в наличии все основные элементы авариестойкой топливной системы: баки, закладная арматура, соединение с трубопроводами и весь набор агрегатов, которые должны в тех или иных местах предотвращать утечки топлива при возможных разрушениях, при авариях", - констатирует В.Николенко.

Учитывая, что инициаторами проекта были отечественные вертолетостроители, можно предположить, что новая отечественная система пропишется на российских бортах. Но есть ли перспективы на международном рынке? Генеральный директор холдинга "Технодинамика" Максим Кузюк уверен, что есть, и неплохие. "Задачи, которые мы решили, фактически соответствуют нормам, которые указаны в сертификационных документах EASA, - напоминает он. - Мы должны сделать систему с теми же характеристиками, что и у конкурентов, и она, как минимум, будет дешевле. При нынешней ситуации на рынке это большой плюс". В частности, по словам генерального директора, интерес к этой работе проявили представители иностранных производителей. "Они выразили заинтересованность в работах по данному направлению, - рассказал М.Кузюк. - В первую очередь их волнует вопрос стоимости системы, потому что качественно их требования соответствуют продукту, который мы разрабатываем".

До конца года "Технодинамике" предстоит завершить подготовку отчётов по проверенной НИР. Параллельно компания защищает результаты исследований. Уже подготовлены две заявки на получение свидетельства на изобретение, ещё два таких документа - в работе. Кроме того, в процессе интеграции системы на борт вертолётов могут быть найдены новые решения, которые также потребуют защиты. Но это уже следующий этап работы....