WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

 

На правах рукописи

Паршенцев Сергей Алексеевич

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ И ПРАКТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСТРЕННЫХ АВИАЦИОННЫХ РАБОТ С ПРИМЕНЕНИЕМ ВНЕШНЕЙ ПОДВЕСКИ ВЕРТОЛЕТОВ

Специальность 05.22.14 – Эксплуатация воздушного транспорта

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Москва 2009 г.

Работа выполнена в Московском государственном техническом университете гражданской авиации.

Научный консультант - Заслуженный работник транспорта РФ, доктор технических наук  Козловский Владимир Борисович

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

доктор технических наук, профессор Желанников Александр Иванович;

доктор технических наук, профессор Калугин Владимир Тимофеевич;

доктор технических наук, профессор Коняев Евгений Алексеевич.

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ:

Государственный научно-исследовательский институт гражданской авиации

Защита состоится  2009  г. в часов на заседании диссертационного Совета Д 223.011.01 в Московском государственном техническом университете гражданской авиации по адресу: 125993, ГСП-3, Москва, А-493, Кронштадтский бульвар, дом 20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан  "______" ______________  2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного Совета

доктор технических наук,

профессор                                                                        Камзолов С.К.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Масштабы и глубина проблем, стоящих перед государством, в связи с происходящими природными и техногенными бедствиями убеждают, что одна из самых актуальных задач – создание комплексной системы предотвращения катастроф различного характера, разработка эффективных  организационно-технологических методов и технических средств (ТС)  для ликвидации их последствий, а также защиты населения и территорий от них. В реализации этих задач  важное место отводиться  гражданской авиации (ГА), как важной составной части единой транспортной системы страны. Летательные аппараты (ЛА) могут эффективно использоваться при тушении пожаров, предотвращении и локализации последствий нефтяного и промышленного загрязнения окружающей среды, мониторинге радиационного загрязнения, выполнении полицейских функций и при многих других авиационных работах (АР), отличных по своему целевому назначению и технологическому характеру.

Наиболее масштабной частью при ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций (ЧС) является восстановление объектов производственного и социального назначения, строительство жилья, восстановление дорожной сети, линий электропередачи и связи. Основную роль в решении данного вопроса, как правило, отводится строительному производству, которое вынуждено функционировать в экстремальных условиях, характеризующихся жесткими, а иногда и чрезвычайно жесткими сроками, а также внезапностью и непредсказуемостью постоянно меняющихся ситуаций. Кроме того, специфика организации работ в ЧС требует сосредоточения значительных материальных средств и людских ресурсов в очаге экстремальной ситуации в предельно сжатые сроки. Это с особой актуальностью диктует необходимость использования авиации для перевозки людей и оперативной доставки необходимых грузов к месту ликвидации ЧС.

Общепризнанно, что с позиции эффективности  бесспорное преимущество среди альтернативных вариантов организации оперативной доставки (в т.ч. монтажа) грузов в труднодоступных, малонаселенных и слабоосвоенных регионах принадлежит вертолету. Для особых географических, климатических и экономических условий России эта авиационная техника (АТ) давно уже стала естественным компонентом высотного строительства, особенно в регионах Севера, Сибири, Дальнего Востока или районах с высокогорной местностью. Современные вертолеты могут не только качественно дополнить наземные грузоподъемные и транспортные механизмы, но и способствуют повышению эффективности проведения строительных, ремонтно-восстановительных и монтажно-демонтажных работ, особенно в условиях непрерывно действующих производств, за счет сокращения сроков их проведения, снижения затрат на перебазирование наземной грузоподъемной техники, сооружение временных подъездных путей и дорог.

Очевидно, что необходимость оперативного противодействия последствиям опасных природных или техногенных процессов создала условия для пересмотра и уточнения  уже существующего подхода к использованию вертолетов на транспортных, авиационных строительно-монтажных (АСМР) и аварийно-восстановительных работах (АВР). Однако, целостная концепция решения рассматриваемой проблемы еще не сформирована. Что касается строительства экстренных (чрезвычайно срочных)  и технологически сложных объектов (в том числе высотных зданий и промышленных объектов в экстремальных условиях) с применением ЛА, то соответствующие теоретические разработки и обобщение опыта такого строительства в отечественной практике проведения АСМР пока отсутствуют.

Первые теоретические и практические исследования возможности применения вертолетов на АР с использованием внешней подвески (ВП) проводились в середине пятидесятых годов коллективами ученых  в вертолетных КБ М.Л.Миля и Н.И. Камова, а так же на базе кафедры «Конструкции и проектирования вертолетов» МАИ. В исследованиях этого направления принимали участие Братухин И.П., Вильдгрубе Л.С., Лесников Н.П., Маслов А.Д., Шайдаков В.И. В связи с широкими масштабами промышленно-территориального освоения труднодоступных районов Севера, Сибири и Дальнего Востока в семидесятые годы группой ученых МАИ под руководством В.И. Шайдакова и Ю.С. Богданова была успешно проведена работа по оптимизации параметров вертолетов различного назначения на основе многокритериальной оценки их эффективности.

Весомый вклад в разработку современных методов транспортировки грузов на ВП и проведения АСМР внесли такие известные ученые, как Бутылкин И.П., Илькун В.В., Исаев С.А., Козловский В.Б., Логачев Ю.Г., Рощин В.Ф., Сухинин В.Н. Среди активных научных организаций по проведению исследований в области использования вертолетов для выполнения аварийно-спасательных работ (АСР), транспортных операций и АСМР можно отметить ОАО НПК «ПАНХ», МАИ, МГТУ ГА, СПб ГУ ГА и КБ авиационной промышленности, а также отдельных энтузиастов-изобретателей. Работа этих коллективов направлена на поиск новых конструктивных решений по созданию технических средств и технологий для проведения АР, оценки возможностей вертолетов при их использовании в различных отраслях народного хозяйства и технико-экономическое обоснование их преимуществ перед другими ЛА.

Отдавая должное значимости результатов уже проведенных исследований, нужно подчеркнуть, что дальнейшая разработка и оформление в научно-прикладную концепцию методологии, форм, методов и  механизмов проведения экстренного строительства, восстановления объектов в экстремальных условиях и ликвидации последствий ЧС с применением ЛА остаются чрезвычайно значимыми и важными проблемами. Особенность  их состоит в том, что в последние годы во всем мире наряду с ростом природных и техногенных катастроф происходит рост межнациональных конфликтов, проявлений международного терроризма и связанные с ними разрушительные воздействия на промышленные и гражданские объекты.

В этих условиях наиболее приоритетными становятся задачи разработки перспективных технологических методов и специальных ТС для проведения АВР, возведения экстренных и экономически важных объектов, модернизация существующих и создание новых образцов специальной АТ, а также получение объективной и всесторонней информации о специфике выполнения данного вида АР. Отсутствие подобных исследований являлось бы серьезным препятствием для развития перспективных вертолетных программ, привело бы к  значительным экономическим потерям, а иногда и к возможному срыву своевременного решения важных государственных задач.  Можно с уверенностью утверждать, что без новых фундаментальных исследований и учета уже опубликованных результатов, но пока не нашедших широкого применения, какого-либо существенного прогресса в решении этой проблемы не может быть вообще. Поэтому совершенствование существующих и разработка новых ТС, методов и технологий АВР, экстренных АСМР, АСР и  медико-эвакуационных работ (МЭР) с более широкими рамками их применимости, повышение надежности, экономичности и безопасности их проведения является актуальной и своевременной задачей.

Предлагаемая работа должна восполнить серьезный пробел в рассматриваемой проблеме. 

Таким образом, в диссертации решается важная научно-техническая и хозяйственная проблема, связанная с изучением особенностей летной эксплуатации (ЛЭ)  вертолетов при проведении АР, которые объединяет чрезвычайная срочность, непредвиденность, экстремальные организационно-технологические или особые экономические условия проведения, путем применения математического моделирования движения ЛА, разработки новых и совершенствования современных теоретических и экспериментальных методов исследования.

Цель работы и задачи исследования.  Цель работы – экспериментальное и научное обоснование существующих и перспективных технических решений повышения безопасности полетов (БП) вертолетов при выполнении экстренны АР,  совершенствование существующих и разработка новых методов и технологий их проведения.

В соответствии с поставленной целью в диссертации решаются следующие задачи:

— системный анализ традиционных технологий, методов и моделей ТС, используемых для проведения АР с применением ВП вертолетов;

— разработка методологических основ решения технических, технологических и организационных задач по применению вертолетов для проведения экстренных АСМР, АВР (АСР), МЭР  и других видов АР, которые объединяет чрезвычайная срочность, непредвиденность, экстремальные организационно-технологические или особые экономические условия проведения;

—  определение границ безопасных условий полета ЛА  при ТГВП в экстремальных условиях и возможности снижения действующих летных ограничений;

— разработка теоретических методов исследования системы "экипаж – вертолет  – объект монтажа (груз на ВП) – внешняя среда" («Э-ВС-ГВП-С»), позволяющих получить оценки возможности применения вертолетов для проведения экстренных  АР с использованием ВП;

— поиск путей повышения динамической устойчивости  и надежности функционирования системы «Э-ВС-ГВП-С» в различных условиях эксплуатации;

— совершенствование подходов к многовариантному созданию эффективных ТС, технологических методов, приемов и процедур проведения экстренных АР с применением ВП вертолетов;

— определение рациональных путей улучшения основных аэродинамических характеристик (АХ) существующих ТС, применяемых для выполнения АР, и разработка предложений по максимальному приближению их значений к теоретически возможным значениям;

—  разработка требований, рекомендаций и предложений по ЛЭ вертолетов при проведении экстренных АР.

Объект исследования — система «Э-ВС-ГВП-С» при выполнении экстренных АСМР, АВР (АСР), МЭР  и других видов АР, которые объединяет чрезвычайная срочность, непредвиденность, экстремальные организационно-технологические или особые экономические условия проведения.

Методы исследований.  Для решения задач, поставленных в диссертационной работе, используется широкий спектр методов математического моделирования динамики полета, методы линейного и дифференциального программирования, теории вероятностей и математической статистики, методы летного эксперимента и математической обработки результатов.

Научная новизна исследования. Научная новизна диссертации состоит в разработке и комплексном обосновании концептуальных подходов к проведению экстренных АР в условиях ликвидации последствий ЧС, в том числе к возведению чрезвычайно срочных и технологически сложных объектов с применением ЛА.

Наиболее существенные научные результаты диссертационного исследования заключаются в следующем:

— определены основные системообразующие факторы развития методов экстренного строительства объектов с применением ЛА, предложены методологические подходы к решению широкого спектра практических задач по эффективной и безопасной эксплуатации вертолетов на АР, связанных с использованием ВП;

— разработана совокупность принципов, форм и процессов управления авиационным соединением при использовании ЛА для возведения экстренных объектов. Все эти компоненты составляют систему организационно-технологического менеджмента и обеспечивают  эффективность управления экстренными АР, адекватно меняющегося экстремальным условиям;

— исследована, предложена классификация ТС и определены критерии оценки целесообразности их выбора для проведения экстренных АР с применением ВП вертолетов;

— сформирована единая концепция разработки систем для азимутальной ориентации (САО), фиксации (САФ) груза на ВП вертолета в воздушном  потоке при выполнении АСМР (ТГВП), которая открывает возможности глубокой унификации семейства САО (САФ) при одновременном полном обеспечении необходимых индивидуальных свойств каждой модификации;

—  разработан метод количественной оценки предела использования САО груза на бифилярной ВП по максимальному его моменту инерции, что в условиях крайне ограниченных сроков выполнения экстренных АСМР (АВР) является чрезвычайно важной практической задачей;

— разработана расчетно-экспериментальная методика определения скорости потока от несущего винта (НВ), основанная на использовании экспериментальных данных об индуктивном потоке НВ на различных режимах полета и известных зависимостях вертикальной скорости от радиуса под плоскостью НВ;

— предложен метод разработки ТС, ориентирующих (стабилизирующих) груз на бифилярной ВП, основанный на принципе использования свободной кинетической энергии воздушного потока, индуцированного НВ вертолета;

— разработан метод моделирования разброса с ТС на ВП вертолета жидких и твердых частиц формы шара малого диаметра, позволяющий оценивать размеры зоны их выпадения и концентрацию с точностью до 10%. Применение «замороженного» поля скорости в зоне ЛА позволяет на порядок сократить время расчета (примерно в 10 раз) практически без потери точности;

— разработан расчетный метод определения параметров полета вертолета с грузом на ВП при отказе одного двигателя;

— получены новые экспериментальные данные о динамики полета вертолета с отдельными категориями грузов на ВП в особых ситуациях, связанных с влиянием на систему «Э-ВС-ГВП-С» воздействий внешней среды. В частности, с применением метода математического моделирования получены:

  • параметры движения водосливного устройства (ВСУ-15А) (угла отклонения каната ВП от вертикали, балансировочного положения ВСУ в горизонтальном полете (ГП) и на режиме висения вертолета) для различных значений интенсивности и направления ветрового порыва при различных скоростях полета вертолета классической одновинтовой схемы;
  • определены условия возникновения явлений динамической неустойчивости вертолетного контейнера быстрого реагирования (ВКБР) при его транспортировке на ВП вертолета-носителя и сформулированы основные рекомендации  по повышению его динамической устойчивости;

— разработаны принципиальные новые схемы ТС, предназначенные для выполнения транспортных и АСМР с использованием ВП вертолетов и обладающие новизной конструктивных решений;

— разработаны рекомендации и предложения по эффективному использованию вертолетов для проведения экстренных АР с соблюдением требований эффективности и БП.

Новизна  технических  решений  подтверждена авторскими свидетельствами и патентами на изобретения.

Достоверность результатов исследований обеспечивается непосредственным сравнением численных расчетов с результатами летных испытаний (ЛИ) и продувок в аэродинамических трубах (АДТ).

Практическая значимость результатов исследования. Диссертационная работа содержит концептуальную разработку искомой проблемы, включающей в себя теорию, методологию, формы и методы проведения экстренных АР, которые объединяет чрезвычайная срочность, непредвиденность, экстремальные организационно-технологические или особые экономические условия проведения.

Практическая ценность работы заключается в использовании предложенных методов, математической модели (ММ) и алгоритмов для разработки рекомендаций и предложений по эффективному использованию вертолетов для проведения экстренных АР с соблюдением требований эффективности и БП.

Результаты выполненных численных и натурных экспериментов продемонстрировали возможность установить условия возникновения явлений динамической неустойчивости отдельных категорий грузов и ТС при их транспортировке на ВП вертолета-носителя, а также сформулировать основные рекомендации  по повышению их динамической устойчивости.

Полностью оправдал себя предложенный подход к определению потока от НВ, основанный на использовании экспериментальных данных об индуктивном потоке НВ на различных режимах полета вертолета и известных зависимостях вертикальной скорости от радиуса под плоскостью НВ. При этом подходе не требуется решать задачу обтекания НВ и вертолета в общем виде, с учетом обтекания лопастей, несущих поверхностей планера и т.д., что значительно сокращает время расчета и позволяет существенно снизить требования к системным ресурсам, используемым ЭВМ.

Численное моделирование распределения специальных структурообразующих жидкостей из ВОП-3 на ВП вертолета Ка-32, разброса компактных зажигательных элементов типа Dragon Eggs, разработанных канадскими фирмами SEI Industries Ltd и Field Support Services, позволяет оценивать размеры зоны их распределения и концентрацию с приемлемой для расчетов точностью (до 10%). Путем ММ выявлены основные факторы, определяющие распределение частиц на земной поверхности, даны рекомендации по усовершенствованию конструкции распределяющих  устройств. 

Автором разработаны ТС для  эффективной стабилизации и азимутальной ориентации груза на ВП, а также  системы дистанционного управления ТС с борта ЛА для проведения сложных технологических операций.

Основные результаты диссертации вошли в научное издание «Вертолет с грузом на внешней подвеске».

Апробация работы. Автором успешно апробирован поточно-скоростной  метод возведения высотных объектов с помощью вертолетов, в том числе и в условиях непрерывно действующих производств: при реконструкции Новолипецкого металлургического комбината (НЛМК) в 2004г.; при блочном монтаже промышленного оборудования массой до 20 т с помощью вертолета Ми-26 в процессе реконструкции ряда предприятий пищевой промышленности (сахарных заводов) Ставропольского и Краснодарского краев в 1999-2001г.г.; при выполнении АВР вертолетом Ми-26 на высокогорном участке трассы высоковольтной линии (ВЛ) 500кВ Россия – Турция в 2004 г. и трассы ВЛ 220кВ ПсоуПоселковая в 2008 г. в Краснодарском крае; при возведении телекоммуникационных систем с применением вертолетов Ми-8МТВ и Ка-32 в Южном федеральном округе РФ в период с 2003 по 2007г.г. 

Результаты выполненных исследований докладывались и получили положительную оценку на VI Форуме «Российского вертолетного общества» (г. Москва, 2004 г.), на 4-й, 5-й Международной конференции «Авиация и космонавтика» (г. Москва, 2005, 2006 гг.), на XV (г. Алушта, 2007 г.) Международной конференции по механике и современным прикладным программным системам (ВМСППС’2007), на заседании ХIХ школы-семинара «Аэродинамика летательных аппаратов» (г. Жуковский, ЦАГИ, 2008г.), на Международной научно-технической конференции (МНТК) «Гражданская авиация на современном этапе развития науки, техники и общества» (г. Москва, МГТУ ГА, 2006, 2008 гг.), на 5-й МНТК «Гражданские металлические конструкции: современное состояние и перспективы развития» (г. Киев, НИИ «Укрстальконструкция», 2006 г.), на заседаниях кафедральных семинаров МГТУГА, на НТС ОАО НПК «ПАНХ», а также обсуждались на отраслевых, региональных научно-технических и летно-технических конференциях.

Результаты исследований продемонстрированы на Международной выставке вертолетной индустрии HELIRUSSIA-2008 (г. Москва, 2008 г.) и на 7-й Международной выставки и научной конференции по гидроавиации "Гидроавиасалон-2008" (г. Геленджик, 2008 г.).

В 2003 г. Указом Президента РФ за успешное выполнение аварийно-спасательных работ с использованием вертолета Ми-8МТВ в период ликвидации последствий наводнения в Краснодарском крае автор был отмечен медалью «За спасение погибавших» (№ 20639).

Реализация и внедрение результатов работы. Основные научные ре­зультаты, полученные в диссертационной работе, использованы и внедре­ны в научных организациях, эксплуатационных предприятиях ГА в виде инструкций и методик по обеспечению эффективности и безопасности выполнения АР с помощью вертолетов, утвержденных руководящими органами ГА. Результаты диссертационной работы были использованы в учебных пособиях по курсам эффективности систем ГА, аэродинамики, динамики полета, безопасности полетов и летной эксплуатации в СПб ГУГА, МГТУ ГА, ОАО «СПАРК» и ГосНИИГА.

Реализация результатов работы подтверждается актами внедрения, Сертификатами о соответствии разработанных ТС ФАП «Технические средства для выполнения авиационных работ. Требования и процедуры сертификации», утв. приказом МТ РФ от 29.10.2003г. №202.

Публикации. Основные научные результаты работы опубликованы в 47 печатных работах, в том числе в 1 научном издании, 31 статье, 2 патентах и 1 заявке на изобретения. Материалы исследования отражены в 5 отчетах по научно-исследовательской работе НПК «ПАНХ», в которых автор является исполнителем или научным руководителем.

Структура и объем диссертационной работы.  Работа состоит из вве­дения, шести глав, заключения, списка использованных источников из 170 наименований (из них 15 на иностранных языках) и приложения. Основ­ная часть работы изложена на 386 страницах машинописного текста. Об­­щий объем работы составляет 444 страниц, 65 таблиц,  176 иллюстра­ций.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении  обосновывается актуальность темы диссертации, определены цель и содержание поставленных задач, выполнен обзор современного состояния объекта исследования, излагается краткое содержание диссертации и полученных результатов, приводятся положения, которые выносятся на защиту, сведения об апробации работы и публикациях.

Первая  глава работы посвящена выбору схемы и методов проведения исследования, обоснованию авторской позиции по проблеме обеспечения динамической устойчивости объекта исследования в различных условиях эксплуатации, анализу подходов к разработке концептуальных основ решения широкого спектра практических задач по эффективной и безопасной эксплуатации вертолетов на АР, связанных с использованием ВП, в условиях ЧС. С позиций системного подхода рассмотрены основные группы факторов, влияющих на динамическую устойчивость системы «Э-ВС-ГВП-С» в экстремальных условиях; сделан вывод о том, что степень влияния экзогенных и эндогенных факторов во многом определяется уровнем организационно-технологического менеджмента, обеспечивающего эффективность управления экстренными АР; состоянием коллективной готовности (основного – экипаж и вспомогательного – специалистов наземных организаций) персонала к решению такого класса задач, его способностью оперативно учитывать влияние изменений внутренней и внешней среды в процессе выполнения работ; правильным выбором технологических методов, приемов и процедур, авиационных  и наземных ТС, предназначенных для их проведения. В этой главе проанализированы теоретические взгляды по этому вопросу и обосновано положение о том, что

для решения задач стабилизации груза на ВП вертолетов представляется рациональным перенос центра тяжести исследований в область разработки относительно недорогих, но достаточно эффективных специальных ТС, позволяющих экипажу не только фиксировать положение груза на ВП, но и производить его разворот в полете на необходимый угол, компенсируя возможные отклонения ВС по курсу в момент висения над объектом. В самом общем случае создания таких ТС обуславливается необходимостью их применения в нестационарных, слабопредсказуемых, а зачастую и вовсе непредсказуемых условиях проведения экстренных АР с применением вертолетов.

В данной главе  рассмотрены основные методологические подходы, на базе которых в мировой и отечественной практике выполнения АР формировались методы и модели анализа динамической устойчивости ЛА с грузом на ВП, и сделан вывод о необходимости их корректировки в части:

- установления границ безопасных условий полета ЛА при выполнении ТГВП и возможности снижения действующих летных ограничений;

- определения путей улучшения основных АХ существующих ТС, применяемых для выполнения экстренных АР, и разработки предложений по максимальному приближению их значений к теоретически возможным значениям;

- внедрения эффективных методов и приемов пилотирования вертолета с грузом на ВП.

В данной главе сформулированы задачи и методы исследования. Установлено, что основными методами исследования характеристик такой транспортной системы должны стать различные испытания и расчеты, наибольшую важность и сложность из которых имеют исследования динамики полета и безопасности функционирования системы при возникновении осо­бых ситуаций в процессе выполнения экстренных АР (рис.1). В главе проведен анализ существующих технических решений проблемы ликвидации последствий ЧС с применением вертолетов. Приводится описание, тактико-технические характеристики, конструктивные и расчетные схемы различных ТС, размещаемых на ВП вертолетов. Рассмотрены сферы их применения, критерии рационального формообразования, проектирования и расчета.

Рис. 1. Цели, задачи и методы исследования

Указаны некоторые перспективные тенденции развития их конструктивных форм. Представлены требования, предъявляемые к таким ТС, рекомендуемые конструктивные материалы, нагрузки и воздействия. Определены критерии оценки целесообразности их выбора  для проведения экстренных АР.

В качестве исходного материала использовались результаты исследований  обеспечения безопасности и эффективности применения вертолетов при перевозке грузов на ВП, выполненных лично автором, а также опубликованные и фондовые материалы по исследуемой проблеме. Кратко анализируется состояние нормативно-правового механизма регулирования деятельности авиации при выполнении АР, связанных с необходимостью использования  ВП вертолетов.  В конце главы сформулированы основные выводы, вытекающие из поставленной цели и проведенного анализа проблемы.

Во второй главе работы с помощью ММ проводиться анализ динамики вертолета Ми-8 с отдельными категориями ТС на ВП в особых ситуациях, связанных с влиянием внешних воздействий среды на систему «Э-ВС-ГВП-С» при выполнении АР по тушению пожаров с воздуха и локализации аварийных разливов нефти (ЛАРН) на земной (водной) поверхности. Исследования проводились с целью определения условий динамической неустойчивости этих ТС в процессе выполнения экстренных АР, уточнения существующих и разработки новых требований, рекомендаций и предложений по их ЛЭ. При выполнении исследований  использовались результаты ЛИ вертолетов Ми-26Т и Ка-32А с ВСУ-15 на ВП, Ми-8МТВ с ВКБР на ВП,  материалы экспериментальных исследований в АДТ  масштабной  (1:4) модели ВСУ-15 и исследований масштабной  (1:25) модели ВКБР, а также записи параметров полета вертолетов Ми-8АМТ и Ми-8МТВ, принадлежащих ОАО НПК «ПАНХ». Результаты получены с помощью ММ движения вертолета классической одновинтовой схемы с грузом на ВП, математическое описание и основные положения которой изложено в работах Ефимова В.В. (МГТУ ГА). Ее назначение – обеспечить достаточно простой расчет интегрального критерия «силовой фактор», который выражает одновременно величину и протяженность действий внешних возмущений на исследуемую систему. В качестве критериев оценки адекватности ММ движения воздушного судна (ВС) использовались  два подхода, подробно описанных в работах профессора Кубланова М.С. На первом этапе оценивалась адекватность выбранной ММ при полете вертолета без груза путем сравнения результатов вычислительного эксперимента (ВЭ) с записями параметров полета вертолета Ми-8АМТ. На втором этапе та же ММ проходила проверку на адекватность моделирования поведения груза на ВП путем сравнения результатов ВЭ и ЛИ с пустым ВСУ-15.

В первой части главы проводится анализ динамики пустого (без воды или водных растворов) ВСУ-15 на ВП вертолета при ветровом воздействии различного направления и интенсивности с целью уточнения результатов исследований попадания  ВСУ-15, транспортируемого на ВП из синтетического высокомолекулярного материала СВМ (ЛС-15), в рулевой винт (РВ) одновинтового вертолета. Была проведена серия экспериментов (работа проводилась Гувернюк С.В. и др.) по исследованию поведения ВСУ-15 на тросовой ВП вертолета. Установлено, что при небольших скоростях полета вертолета (менее 100 км/ч) конфигурация вихревого следа от НВ такова, что в районе расположения ВСУ-5А (ВСУ-15А) на ВП длинной 30…40 м поток отличается существенной нестационарностью и неравномерностью. Значения подъемной силы при его движении в области вихревого цилиндра принимают большие отрицательные значения. С ростом скорости положение такого легкого и парусного груза на ВП вертолета может меняться  произвольным образом и в условиях турбулентной атмосферы, возможно сближение ленточной стропы (ЛС) с опасной зоной  РВ одновинтового вертолета. При проведении исследований были приняты существенные допущения. Например, изучалось только отклонение ВСУ от вертикали на угол ξ под действием набегающего потока воздуха, в том числе ветра. Полет же вертолета считался установившимся горизонтальным. При этом угловое движение вертолета не рассматривалось. Для оценки опасности попадания троса подвески в РВ логичнее оценивать не угол отклонения троса от вертикали ξ, а угол χ между тросом и плоскостью OXZ связанной системы координат вертолета. Для этого необходимо моделировать угловое движение вертолета, что позволяют сделать ММ и соответствующее программное обеспечение (ПО). В ВЭ изучалось влияние ветра, имеющего различное направление и интенсивность, на поведение ВСУ-15 во всем эксплуатационном диапазоне скоростей  полета вертолета, в том числе на режимах ГП с ВСУ-15 на ВП при значениях Vгп>160 км/ч (за пределами действующих летных ограничений). Определены значения предельных углов отклонения троса ВП от вертикали,  между тросом и плоскостью OXZ вертолета при воздействии встречного (табл. 1), бокового, вертикального восходящего порывов ветра. ВЭ установлено, что при скоростях вертикального восходящего порыва свыше 20 м/с увеличение скорости ГП приводит к уменьшению максимального угла ξ, в то время как при меньших скоростях порыва наблюдается обратная картина (рис. 2). При увеличении скорости встречного порыва влияние скорости полета на максимальный угол ξ уменьшается (например, при скорости порыва 40 м/с это влияние практически незаметно (рис. 3)). Таким образом, на больших скоростях полета ВСУ-15 ведет себя устойчивее, чем на малых, поэтому при возникновении продольного раскачивания ВСУ-15 следует рекомендовать производить увеличение скорости полета.

Таблица 1

Предельные углы отклонения троса от вертикали и между тросом и плоскостью OXZ вертолета при воздействии встречного ветра

Применение ММ предоставило возможность рассмотреть динамику процесса изменения угла χ, что позволило определить минимальные значения этого угла при колебательных движениях троса. Проведенные ВЭ показали, что при больших скоростях порыва ветра (20 м/с и более) для любого из рассмотренных  выше его направлений существует тенденция к увеличению минимального угла между плоскостью OXZ и тросом - χ.

Во второй части главы проводится анализ динамики ВКБР на ВП вертолета Ми-8. Описание конструкции и массово-габаритные характеристики ВКБР приведены в главе 1 диссертационного исследования, а схема его подцепки к системе ВП вертолета представлена на рис. 4.

 

ВЭ установлено, что в эксплуатационном диапазоне скоростей 60…140 км/ч для загруженного контейнера виртуальный ВКБР ведет себя в соответствии с летными оценками. На скорости ГП, превышающей 140 км/ч, для загруженного контейнера вступает в силу ограничение, связанное с прочностью подвесной системы (при скорости ГП 160 км/ч Rт превышает максимально допустимое значение 3000 кгс табл.2).

Таблица 2

Результаты вычислительных экспериментов без воздействия ветра

Скорость полета, км/ч

Угол отклонения троса от вертикали, град

Сила натяжения троса, кгс

Угол атаки ВКБР, град

Пустой

С грузом

Пустой

С грузом

Пустой

С грузом

60

11,3

4,1

946

2460

13,7

8,0

80

17,6

6,4

970

2454

7,3

5,6

100

22,3

9,0

1030

2479

2,7

3,0

120

27,6

11,6

1200

2545

-2,5

0,4

140

36,6

17,7

1675

2822

-11,6

-5,7

160

40,3

24,0

2065

3250

-15,3

-12,0

180

43,2

27,6

2515

3655

-18,2

-15,6

200

45,6

31,0

3041

4165

-20,6

-19,0

220

48,4

34,4

3595

4690

-23,3

-22,4

На скорости ГП меньшие 60 км/ч система «Вертолет - ВКБР на ВП» в продольном движении имеет слабую динамическую устойчивость, а в боковом движении она динамически неустойчива как в загруженном варианте, так и без груза.

 

На основе выполненного анализа в работе определен круг научных и практических задач, решение которых позволяет уточнить существующие и разработать новые требования, рекомендации и предложения по ЛЭ исследуемых ТС.

В третьей главе работы на основе анализа современных технологий и ТС для экстренной  ЛАРН с применением АТ, выполненных в предыдущих разделах, разработана методика моделирования разброса жидких и твердых частиц (крупных гранул (~ 0.01 м) или капель, биологических веществ, контейнеров и т.д) формы шара малого диаметра с ТС, расположенных на ВП вертолета. Обработка нефтяного пятна специальными структурообразующими жидкостями позволяет существенно уменьшить вероятность проникновения нефтепродуктов в грунт прибрежной зоны водоема или устранить нефтяную плёнку на водной поверхности. В НПК «ПАНХ» разработано подвесное устройства ВОП-3, предназначенное для нанесения на загрязненные нефтепродуктами участки земной (водной) поверхности жидкостей-диспергентов и биопрепаратов с вертолетов Ми-8МТВ или Ка-32. При разработке алгоритма расчета распределения таких компактных веществ с устройства, размещенного на ВП вертолета, на режиме установившегося ГП и полета с малыми значениями поступательной скорости, необходимо решить следующие проблемы: моделирование индуктивного потока НВ; моделирование колебаний ТС (в частном случае ВОП-3) на ВП; моделирование турбулентности атмосферы; расчет траекторий частиц.

Расчетно-экспериментальная методика определения потока от НВ. Наиболее сложная проблема - получить поле скоростей от НВ. Эта задача решалась с использованием  прикладных программных пакетов Flow Vision (ППП FV). Система уравнений включает трехмерные уравнения Навье-Стокса для несжимаемого потока и стандартную k- модель турбулентности. Расчеты выполнены для вертолета Ка-32 с ВОП-3 (масса 3 т, расстояние от фюзеляжа до верхней кромки емкости 13 м) на ВП при значениях Vгп: 138 км/ч, 106 км/ч, 50,6 км/ч (рис.7), 37,6 км/ч, 5 км/ч.

В расчетах нижние плоскости лопастей являлись источниками воздушных струй, а верхние – стоками газа (чтобы компенсировать прирост массы воздуха). Распределение скорости по радиусу  лопасти подбиралось так, чтобы итоговая струя совпадала с наблюдаемой экспериментально струей от НВ при соответствующей полетной скорости. Расчеты показали хорошее

 

Рис. 7. Результаты ВЭ  полета вертолета Ка-32 с ВОП-3 массой 3000 кг на ВП со скоростью 50,6 км/ч («мгновенный снимок» вид сбоку): а) стрелками показано поле скоростей в продольной плоскости симметрии; б) заливкой показано поле модуля скорости.

совпадение (ошибка менее 10%) по средним и максимальным скоростям под нижним НВ с экспериментальными данными, представленными, например, в работах Акимова А.И. (рис.8).

б)

Рис. 8. Зависимость скорости газа, вытекающего вертикально вниз из нижней плоскости лопасти НВ, от расстояния до оси НВ:

а) результаты ВЭ; б) результаты эксперимента при скорости полета 138 км/ч, угол наклона плоскости НВ к скорости полета (– 4о), точками показаны положения концевых вихрей в плоскости симметрии ЛА

Моделирование колебаний ВОП-3 на ВП. На основании известных данных о конструкции ВОП-3 были определены координаты  центра масс (ЦМ), массовый расход и скорость истечения воды, как функции времени, для двух вариантов слива: через распылители и без распылителей. С учетом действия на ВОП-3 сил тяжести и аэродинамического сопротивления расчеты, моделирующие колебания ВОП-3 на ВП вертолета-носителя, выполнялись для  различных масс устройства (3000, 2540, 2080, 1640 и 1240 кг). Предельные положения ВОП-3 показаны на рис. 9. Расчеты показали, что амплитуда колебаний такого ТС не превышает 0.5 м, поэтому, с учетом плоскости колебаний, в рассматриваемых случаях (слив воды или разброс частиц с Ка-32 при равномерном прямолинейном движении) колебания ВОП-3 на ВП не оказывают сколько-нибудь значительного влияния на распределение капель или частиц по земной поверхности.

а)  б)

Рис. 9. Крайние положения ВОП-3 при движении Ка-32 с Vгп= 37.5 км/ч.

Моделирование турбулентности атмосферы. Основная роль атмосферной турбулентности сводится к увеличению рассеивания частиц. Турбулентность атмосферы моделировалась в соответствии с методикой, изложенной в справочнике (Атмосфера: справочник. Л. Гидрометеоиздат, 1991, - 510с.).

В проводимых исследованиях предполагалось известными: скорость ветра на высоте 10 м ( U10, м/с); класс устойчивости атмосферы (Р);  параметр шероховатости (z0, м); параметр Кориолиса (k=2w·sin(f) 1/c; w - скорость вращения Земли; f – географическая широта). По этим величинам устанавливалась динамическая скорость воздуха (U*, м/с):

U*=0.4·U10/[ln(10/z0)+Ap],

где Ар определяется  по табличным данным в справочной литературе, z0 - параметр шероховатости подстилающей поверхности (полагался равным 10-2, что соответствует открытой равнине с травой высотой до 0.2 м и небольшим числом отдельных препятствий).

По значению  U* определялись величины  =0.4·U*/k  (м);  =z/, и по полученным значениям величины и . Между табличными значениями использовалась  линейная интерполяция. По значениям и для заданной высоты z рассчитывалась скорость и коэффициент турбулентного обмена

U=2.5·U*·;  K=0.4·U*·· , где K=t=C·k2/.

В соответствии с теорией подобия Монина-Обухова для приземного слоя атмосферы все характеристики высокочастотной турбулентности являются универсальными функциями =z/L и определяются по известным формулам:

  L=T·Cp··U*/(·g·H0)  -  масштаб высоты Монина-Обухова,        

  u=U*u(); v=U*v();  w=U*w().                                        

Модель расчета траекторий частиц. В данном разделе (следуя Вараксину А.Ю.) проведена оценка величины сил, действующие на частицу (каплю воды диаметром 2 мм) на основном участке траектории их падения (без учета силы турбофореза), которая показала, что наибольшие значения имеют сила аэродинамического сопротивления и сила тяжести, причем сила тяжести в несколько раз меньше силы аэродинамического сопротивления (табл. 3).

  Таблица 3

Сравнение сил аэродинамического сопротивления, тяжести, Сэфмена и Магнуса, действующих на каплю воды диаметром 2 мм

Скорость газа (Wg)

20

м/с

Завихренность газа ([rotWg]/2)

2

1/с

Скорость частицы (Wр)

3

м/с

Скорость вращения частицы (р)

1000

1/с

Сила аэродинамического сопротивления

FA = g(Dp2/4)(Wg-Wp)|Wg-Wp|CD/2,

где CD=24/Re+4/(Re)1/2+0.4.

2.68*10-4

Н

Сила тяжести (Fmass) 

Fmass = pgDp3/6

4.11*10-5

Н

Сила Магнуса (FM) 

FM = gDp3(Wgxp) KM/8

2.7*10-5

Н

Сила Сэфмена (Fs)

Fs = (gg)1/2Dp2(Wg-Wp)(dWg/dr)1/2Ks/2

где коэффициент Ks =1.61 если |Wg|/[(g/g)(dWg/dr)]1/2<<1.

1.43*10-5

Н

На основании сделанных оценок было принято допущение о воздействии на частицу в процессе ее движения после выхода из ТС только сил аэродинамического сопротивления и тяжести. Для жидкости размер капель определяется по критическому числу Вебера: Dр = Weкрит·/(ρg·|ug-up|2),

здесь – коэффициент поверхностного натяжения вещества капли (для воды = 0.075 Н/м), а Weкрит, - число Вебера.

Движение частиц описывается известными уравнениями, изложенными в ряде работ Шрайбера А.А., Гавина Л.Б.:

  dWp/dt=FА+g; dR/dt=Wp.

Сила аэродинамического сопротивления FA и коэффициент аэродинамического сопротивления CD определяются формулами, приведенными в табл. 3, где Dp – диаметр частицы, R – координата частицы, – плотность. Скорость газа берется в результате расчета потока с использованием прикладных программных пакетов Flow Vision (ППП FV). После каждого интервала времени пролета, равного характерному времени турбулентного движения , выбирается новое значение величины Wg. Величина равна наименьшему из двух значений: времени жизни турбулентного вихря e или времени пребывания частицы в вихре r:

e =0.164·k3/2/(Wg·) ;                r =0.164·k3/2/(|Wg-Wp|·).

При моделировании прослеживается движение некоторого числа тестовых частиц до поверхности земли и анализируется их распределение. Полагается, что тестовая частица представляет не одну, а множество частиц. Оценка максимального разброса частиц проводится с учетом сил аэродинамического сопротивления, тяжести и Магнуса (табл.3). При этом полагалось, что:  dWp/dt=FА+g+FM, где p – угловая скорость вращения частицы; коэффициент KM = если Re= gDp2|p|/g<<1, Rep= gDp2|0.5rotWg|/g<<1 или KM =0.534Rep0.715/Re0.64 при 590<Re<45000,360<Rep<13500; (Wgxp) – векторное произведение скорости газа на угловая скорость вращения частицы. В рамках данных исследований было проведено моделирование работы ВОП-3, размещенного на ВП вертолета Ка-32,  при скорости VГП38км/ч (рис. 10 и 11).

Опыт расчетов показал, что предлагаемая методика дает гарантированную максимальную оценку. Использование «замороженного» поля скорости в зоне ЛА позволяет значительно сократить время расчета (примерно в 10 раз) практически без потери точности.


В четвертой главе работы на основе проведенного ММ полета вертолета с грузом на ВП, выполненного в предыдущих разделах, обосновывается разработка ТС для выполнения экстренных АР с применением вертолетов. Уточняется содержание существующих требований к модернизации отдельных ТС и рассматривается методика количественной оценки предела их использования.  Критерием оценки целесообразности выбора  указанных ТС является их полное соответствие функциональному назначению и удовлетворению выбранным критериям оптимизации (минимальная масса, стоимость производства, надежность и эксплуатационная технологичность). Опыт выполнения АСМР (ТГВП) показывает, что «плоский» (педальный) разворот является основным  маневром для быстрого изменения направления движения вертолета на режиме висения в целях занятия необходимого положения над точкой висения в процессе выполнения АР. Поэтому чрезвычайно важно обеспечить  системе «Э-ВС-ГВП-С» в целом возможность безопасно выполнять такое маневрирование  с грузом, размещенным на САО или САФ, с изменением направления своего движения в горизонтальной плоскости. Расчетным путем было установлено, что при движении вертолета с грузом на ВП с угловой скоростью не превышающей 10 град/с, величина εy  не превышает 3.6 град/с2. С учетом этого обстоятельства для обеспечения безопасных условий работы таких ТС в условиях дефицита времени необходимо правильно определить предел его использования по максимальному моменту инерции груза. Для этого необходимо рационально выбрать параметры и размеры основных узлов, например, длину поворотной траверсы, мощность привода (для САО) или суммарное усилие от компенсирующих амортизаторов (для САФ). Чаще на практике возникает обратная задача, когда необходимо определить предельный (по моменту инерции) груз для правильного выбора уже существующего устройства. Для решения обоих типов задач построена номограмма. Схемы, представленные на рис. 12, иллюстрируют содержание и взаимосвязи расчетных процедур, определяющих последовательность решения указанных задач.

В данной главе представлен вариант управляемой в полете аэродинамической стабилизации и ориентации груза на ВП. Принципиальная конструктивно-кинематическая схема (ККС) такой САО груза на ВП вертолета соосной схемы приведена на рис. 13. Эта разработка автора была признана изобретением и на нее был получен патент. Сам подход к разработке ККС ориентирующих систем базируется на принципе использования свободной кинетической энергии воздушного потока, индуцированного НВ вертолета. В работе представлена разработка ТС,

на ВП вертолетов, а также выполнения погрузочно-разгрузочных операций с помощью  наземных грузоподъемных механизмов (рис. 14). Наличие в конструкции УПТС несущих кольцевых строп, соединенных между собой в восьми точках под углом 900 и служащих основной опорой сетному полотну, увеличивая его жесткость, выгодно отличают предлагаемое устройство от иностранных аналогов. Результаты сравниваются с известными экспериментальными данными.

В пятой главе работы представлены результаты экспериментальных исследований основных режимов полета вертолета при выполнении экстренных АР, полученные на основании предложенных методов исследований. Приводятся результаты наземных статических испытаний и контрольных ЛИ (для целей сертификации) разработанного образца УПТС-5.5. В ходе выполненных экспериментов были определены параметры движения загруженной балластом и пустой УПТС на ВП вертолета Ка-32 на режиме висения при выполнении маневров в горизонтальной (рис.15) и вертикальной плоскостях.

Установлено, что максимальная скорость ТГВП с применением УПТС-5.5  соответствует 180 км/ч. При выполнении полета с пустой УПТС-5.5 в спокойней атмосфере  угол между тросом внешней подвески и вертикальной осью не превышает величину α < во всем диапазоне скоростей ГП вертолета от VГП=60 км/ч  до VГП170 км/ч.  Величина остаточной деформации полиэфирных кольцевых стропов при воздействии максимальной эксплуатационной нагрузки 5000 кг не превысила 1,07 %.  Федеральным агентством воздушного транспорта  (ФАВТ) был выдан Сертификат № 2021081064 от 01.10.2008г. о соответствии УПТС-5.5 ФАП «Технические средства для выполнения авиационных работ. Требования и процедуры сертификации», утв. приказом МТ РФ от 29.10.2003г. №202.

Приведены результаты ЛИ параметров полета вертолета Ми-8 АМТ с особо важным грузом (ОВГ) на ВП при отказе одного двигателя на режимах висения и в ГП (рис.16).

В рамках поставленной цели было выполнено 4 полета общей продолжительностью 1ч 05 мин при метеоусловиях близким к МСА. Полетная масса вертолета в каждом полете ограничивалась значением 9800 кг, при котором, согласно выполненных расчетов, обеспечивалась возможность перехода вертолета из режима ГП к снижению по пологой глиссаде и его уверенное зависание в течении 10 15 с на высоте 50 м, характерной для безопасной укладки (установки) груза, перевозимого на ВП длинной 45 м. В результате летного эксперимента была доказана возможность выполнения режима висения вертолета Ми-8АМТ вне зоны влияния эффекта «воздушной подушки» с полетной массой 9,8 т и одним работающим на ЧР двигателем, что обеспечивает реализацию основного условия безопасного завершения полета вертолета с ОВГ на ВП в случае отказа одного двигателя в ГП, на режимах висения и вертикального маневрирования.

Шестая глава является обобщающим итогом исследований диссертационной работы. В главе рассмотрена структура экстремальных условий выполнения экстренных АСМР (АВР) и определены основные системообразующие факторы, которые важно учитывать при разработке методологии их проведения. Обосновывается определение экстренного  строительства объектов с помощью ЛА (экстренных АСМР). Излагаются основные принципы организационно-технологической подготовки и управления экстренными АСМР (АВР). Установлено, что в самом упрощенном виде эффективное управление процессом экстренного возведения объектов с помощью ЛА строится на двух основных принципах: системном и ситуационном. При выполнении экстренных АСМР (АВР), когда показатель эффективности зависит от множества факторов, его изменение во времени будет определяться линейной зависимостью вида:  .

начиная с наиболее значимого из них, и поиска управленческих мероприятий, позволяющих оптимальными образом устранять возникшие отклонения показателя Ei от ожидаемых значений.  Схема возможного решения задачи приведена на рис. 17.

В главе рассматриваются вопросы оптимального построения схем маршрутов ЛА в зоне выполнения экстренных АСМР (АВР), используемых для доставки строительных конструкций (грузов различного назначения) к месту их монтажа на объекте, утилизации, складирования с учетом ограничений, накладываемых на среду. При разработке модуля оптимизации (для построения  маршрутных схем) применены методы линейного программирования, которые позволяют решать задачу оптимизации практически с неограниченным количеством переменных (накладываемых ограничений). Выбор оптимальных маршрутов ЛА при проведении АСМР (ТГВП) исследовался на ряде примеров (рис.18).

Рис.18. Расчетная схема построения маршрута при выполнении ТГВП (АСМР):

Г точка расположения грузов; З пункт заправки

В данной главе предложена принципиальная схема устройства для монтажа конструкций в ограниченные по размерам шахты или проемы перекрытий зданий с применением ЛА. Для эффективного проведения такого вида работ предлагается использовать улавливающее приспособление, схема которого представлена на рис. 19.

а) б)

Такое устройство содержит два горизонтальных стержня, прикрепленных одним концом к объекту монтажа, и направляющую в виде двух изогнутых элементов для каждого стержня. Нижние части направляющих в вертикальном положении закреплены на месте монтажа параллельно друг другу с зазором, а верхние - выполнены расходящимися для улавливания и направления горизонтального стержня и объекта монтажа, размещенного на ВП вертолета. Для того чтобы горизонтальные стержни не препятствовали монтажу объекта в проем перекрытия здания, каждый из них имеет ослабленное поперечное сечение (рис 19, б), по которому происходит его изгиб в вертикальной плоскости. При подходе к силовым элементам перекрытия 8 (например, ригелям) свободные концы 5 отсекаются по ослабленным сечениям за счет возрастания вертикального усилия, действующего на них в точке контакта О2 (N2 = G). 

Эта разработка была признана изобретением и на нее был получен патент. Практическое применение устройство получило при проведении реконструкции ряда предприятий пищевой промышленности (сахарных заводов) в Ставропольском и Краснодарском краях. Работы выполнялись с применением вертолета Ми-26Т в условиях непрерывно действующих производств.

В заключении диссертации сформулированы основные  результаты,  определяющие  научную новизну  работы,  ее  теоретическое значение и практическую  ценность. 

1.  Определены основные системообразующие факторы развития методов экстренного строительства объектов с применением ЛА, предложены методологические подходы к решению широкого спектра практических задач по эффективной и безопасной эксплуатации вертолетов на АСМР и работах, связанных с использованием ВП, в условиях ЧС.

2. Разработана совокупность принципов, форм и процессов управления авиационным соединением при использовании ЛА для возведения экстренных объектов. Все эти компоненты составляют систему организационно-технологического менеджмента и обеспечивают  эффективность управления экстренными АР.

3.  Исследована, предложена классификация ТС и определены критерии оценки целесообразности их выбора для проведения экстренных АР с применением ВП вертолетов.

4.  Сформирована единая концепция разработки САО груза на ВП вертолета, которая открывает возможности глубокой унификации семейства САО (САФ) при одновременном полном обеспечении необходимых индивидуальных свойств каждой модификации.

5.  Разработан метод количественной оценки предела использования САО груза на бифилярной ВП по максимальному его моменту инерции.

6.  Разработана расчетно-экспериментальная методика определения потока от НВ вертолета.

7. Предложен подход к разработке САО груза на бифилярной ВП, основанный на принципе использования свободной кинетической энергии воздушного потока, индуцированного НВ вертолета.

8.  Разработан метод моделирования разброса жидких и твердых частиц формы шара малого диаметра с ЛА, позволяющий оценивать размеры зоны их выпадения и концентрацию с приемлемой (до 10%) для расчетов точностью.

9.  Разработан расчетный метод определения параметров полета вертолета с грузом на ВП при отказе одного двигателя.

10. Получены новые экспериментальные данные о динамики полета вертолета с отдельными категориями ТС на ВП в особых ситуациях, связанных с влиянием на систему «Э-ВС-ГВП-С» воздействий внешней среды. В частности, с применением метода математического моделирования получены:

— параметры движения водосливного устройства ВСУ-15А для различных значений интенсивности и направления ветрового порыва при различных скоростях полета вертолета классической одновинтовой схемы;

— определены условия возникновения явлений динамической неустойчивости вертолетного контейнера быстрого реагирования при его транспортировке на ВП вертолета-носителя и сформулированы основные рекомендации  по повышению его динамической устойчивости.

11. Разработаны принципиальные схемы ТС, предназначенных для выполнения транспортных и АСМР с использованием ВП вертолетов, обладающие новизной конструктивных решений.

12. Разработаны рекомендации и предложения по эффективному использованию вертолетов для проведения экстренных АР с соблюдением требований эффективности и БП.

Полученные в работе решения позволяют значительно расширить диапазон работ для повышения информативности поведения системы «Э-ВС-ГВП-С» в ожидаемых и особых ситуациях полета при сохранении или уменьшении объема ЛИ, а также выдавать рекомендации по обеспечению безопасности и эффективности полетов, расширению летных ограничений и их соответствию нормам летной годности вертолетов. Предложенные принципы возведения высотных объектов, такие как многомодульность и поэтапность, применение эффективных ТС позволяют гибко изменять программу реконструкции (восстановления) объекта, обеспечивая безопасность его непрерывной работы. Эти ключевые для организации и проведения  АСМР принципы, успешно отработаны  под руководством автора в процессе скоростного строительства ЛЭП, мачт сотовой связи, замены промышленных дымовых труб в условиях действующего производства, а также при проведении аварийно-восстановительных работ.

Основные публикации по теме диссертации:

Основное содержание диссертации отражено в 47 печатных научных работах, наиболее важные из которых перечислены ниже.

Монография

  1. Козловский В.Б., Паршенцев С.А., Ефимов В.В.  Вертолет с грузом на внешней подвеске. Научное издание. – М.: Машиностроение / Машиностроение – Полет, 2008. – 304с.: ил.

Научные публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

  1. Паршенцев С.А. Системы стабилизации и азимутальной ориентации груза на внешней подвеске вертолетов для выполнения АСМР // «Полет». – М, 2004. - № 12. С. 51-58.
  2. Паршенцев С.А.  Анализ причин катастрофы вертолета Ми-26Т в Читинской области 03.05.2003 г. при выполнении работ по тушению лесных пожаров с воздуха // Научный вестник МГТУ ГА. Сер. Аэромеханика и прочность. – М., 2004. –  № 72. – С. 91 – 96.
  3. Паршенцев С.А. Модель возможных действий экипажа  вертолета в условиях  развития неблагоприятного фактора  в полете с грузом на внешней подвеске // Научный вестник МГТУ ГА. Сер. Аэромеханика и прочность. – М., 2005. – № 81 (1, 1). – С.115 – 120.
  4. Паршенцев С.А. Надежность функционирования системы «экипаж-вертолет-груз на внешней подвеске» в условиях развития неблагоприятного фактора // «Полет». – М., 2005. - № 4. С. 34-41.
  5. Паршенцев С.А.  Метод расчета силы натяжения троса внешней подвески вертолета при установке мобильной системы боновых заграждений на водной поверхности // Научный вестник МГТУ ГА. Сер. Аэромеханика и прочность. – М., 2006. – № 97. – С.129-133.
  6. Паршенцев С.А. О математическом моделировании влияния  внешних воздействий среды на эффективность и безопасность выполнения авиационных строительно-монтажных работ // «Монтажные и специальные работы в строительстве». – М., 2006. - №9  - С. 7 – 13.
  7. Паршенцев С.А., Ефимов В.В.  Результаты вычислительных экспериментов по исследованию динамики вертолета и груза на его внешней тросовой подвеске при полете в неспокойном воздухе // Научный вестник МГТУ ГА. Сер. Аэромеханика и прочность. – М., 2008. – № 125.  – С.151-158.
  8. Паршенцев С.А.  Пути совершенствования системы охраны труда и экологической безопасности при проведении авиационных строительно-монтажных работ // Безопасность труда в промышленности. – М., 2006. - № 12 - С. 24 – 28.
  9. Паршенцев С.А.  Об одном способе оценки безопасности полета вертолета с грузом на внешней подвеске при воздействии неблагоприятного фактора // Научный вестник МГТУ ГА. Сер. Аэромеханика и прочность. – М., 2006. – № 97.  – С.124-128.
  10. Паршенцев С.А. Новые авиационные технологии строительства высотных сооружений // «Монтажные и специальные работы в строительстве». – М., 2005. - № 8 - С. 11 – 17.
  11. Паршенцев С.А., Асовский В.П., Худоленко О.В. Исследование возможности безопасного завершения полета вертолета с грузом на внешней подвеске при отказе одного двигателя // Научный вестник МГТУ ГА. Сер. Аэромеханика и прочность. – М.,2004. - № 72. – С. 23 – 27.
  12. Паршенцев С.А., Козловский В.Б. Исследование поведения груза на внешней подвеске вертолета и способы его стабилизации в полете // Научный вестник МГТУ ГА. Сер. Аэромеханика и прочность. – М., 2004. – №72. – С.97–101.
  13. Паршенцев С.А., Козловский В.Б., Солуянов Ю.М. Система стабилизации и азимутальной ориентации груза на внешней подвеске вертолета Ми-26 // Научный вестник МГТУ ГА. Сер. Аэромеханика и прочность. – М., 2004. – №72. – С.102–107.
  14. Паршенцев С.А. Приоритетные задачи научно-технического обеспечения авиационных строительно-монтажных работ // «Монтажные и специальные работы в строительстве». – М., 2006. - №1 - С.2 – 9.
  15. Паршенцев С.А.  Авиационный метод скоростного возведения промышленных дымовых труб в условиях действующего производства // «Монтажные и специальные работы в строительстве». – М., 2006. - № 12  - С.9 – 15. 
  16. Паршенцев С.А.  Расчет силы натяжения троса системы внешней подвески вертолета при буксировке подвесных устройств по водной поверхности с учетом воздействия внешних возмущений // Научный вестник МГТУ ГА. Сер. Аэромеханика и прочность. – М., 2007. – № 111. – С.185 - 186 .
  17. Паршенцев С.А., Ципенко А.В.  Моделирование разброса крупных гранул с летательного аппарата // Научный вестник МГТУ ГА. Сер. Аэромеханика и прочность. – М., 2007. – № 111. – С.187 - 189 .
  18. Паршенцев С.А.,  Худоленко О.В. Пути расширения эксплуатационного диапазона применения вертолетов на АСМР // Транспортное дело России. – М., 2006. - № 9. – С.18 –22.

Научные публикации в других изданиях

  1. Паршенцев С.А.  Моделирование процесса распределения абсорбирующих элементов с устройства ВОП-3 на внешней подвеске вертолета //  Фундаментальные проблемы системной безопасности: Сб. статей / Вычислительный центр им. А.А. Дородницына РАН. – М.: Вузовская книга, 2008. – С.441 – 449.
  2. Паршенцев С.А., Асовский В.П., Худоленко О.В. Проблемы и особенности использования вертолетов для спасения людей // Сб. науч. тр. VI Форум «Российского вертолетного общества». – М.: МАИ, 2004. – Разд. VII – C.81 – 85.
  3. Паршенцев С.А., Ефимов В.В. О результатах вычислительных экспериментов по исследованию динамики некоторых типов грузов на внешней тросовой подвеске вертолета // Материалы ХIХ школы-семинара «Аэродинамика летательных аппаратов» - М.: ЦАГИ 28-29 февраля 2008. – С.55-56.
  4. Паршенцев С.А., Ципенко А.В.,  Никулин С.П. Прогноз распылении жидких и сыпучих веществ из контейнеров на внешней подвеске вертолета // Матералы XV Международной конференции по механике и современным прикладным программным системам (ВМСППС’2007), 25-31 мая 2007 г., Алушта. – М.: Вузовская книга, 2007. – С. 409-410.
  5. Паршенцев С.А. Формализация сценариев развития и оценка риска аварийных ситуаций при выполнении вертолетами отдельных видов авиационных работ // Гражданская авиация на современном этапе развития науки, техники и общества. Тезисы докладов. Межд. науч.-технич. конф. – М.: МГТУ ГА, 18-19 мая 2006. –  С. 90 – 91.
  6. Паршенцев С.А., Асовский В.П., Худоленко О.В. Проблемы и особенности использования вертолетов для спасения людей. VI Форум «Российского вертолетного общества». Секция: эксплуатация и безопасность полета. Тез. докл. – М., 2004. C.2.
  7. Паршенцев С.А. Особенности пилотирования вертолета при выполнении авиационных строительно-монтажных работ (АСМР): основные пути повышения эффективности и безопасности их проведения, модели возможных действий экипажа // 4-я Межд. конф. «Авиация и космонавтика-2005». Секция: авиационная безопасность и безопасность полета. Тез. докл. – М.: 2005.- С.7.
  8. Паршенцев С.А.. Оценка гидродинамического сопротивления подвесных устройств в процессе их буксировки вертолетом по водной поверхности // 4-я Межд. конф. «Авиация и космонавтика-2005». Тез. докл. – М.: Изд-во МАИ, 2005.- С.42 – 43. 
  9. Паршенцев С.А. Система аэродинамической стабилизации и азимутальной ориентации груза на внешней подвеске вертолета соосной схемы // Гражданская авиация на современном этапе развития науки, техники и общества. Тезисы докладов. Межд. науч.-технич. конф. – М.: МГТУ ГА, 18-19 мая 2006. –  С. 89.
  10. Паршенцев С.А. Концепция создания системы комплексного научно-технического обеспечения авиационных строительно-монтажных работ // Гражданская авиация на современном этапе развития науки, техники и общества. Тезисы докладов. Межд. науч.-технич. конф. – М.: МГТУ ГА, 18-19 мая 2006. –  С. 90.
  11. Паршенцев С.А. Аэродинамической способ азимутальной ориентации груза на внешней подвеске вертолета  // 5-я Межд. конф. «Авиация и космонавтика-2006». 23-26 октября 2006г. Тез. докл..– М: Изд-во МАИ, 2006.-С.37.
  12. Паршенцев С.А.  Анализ условий эксплуатации вертолета в зонах термического влияния лесных пожаров// Гражданская авиация на современном этапе развития науки, техники и общества. Тезисы докладов. Межд. науч.-технич. конф., посвящ. 85-летию гражданской авиации России – М.: МГТУ ГА, 22-23 апреля  2008. –  С. 103.
  13. Паршенцев С.А. Методология формирования стратегии экстренных строительно-монтажных и аварийно-восстановительных работ с применением летательных аппаратов// Гражданская авиация на современном этапе развития науки, техники и общества. Тезисы докладов. Межд. науч.-технич. конф., посвящ. 85-летию гражданской авиации России – М.: МГТУ ГА, 22-23 апреля  2008. –  С. 104.
  14. Паршенцев С.А. На службе экологического мониторинга // «Вертолет». – 2005. – № 1 – С. 26 – 29.
  15. Паршенцев С.А. Воздушный монтажник. Риск можно исключить // «Вертолет».  – 2003. – № 3 – С. 16 – 19.
  16. Паршенцев С.А. Лес, огонь и водосливное устройство // «Вертолет». – 2003. - № 2 – С.30 – 33
  17. Паршенцев С.А. Надежность Ми-26 вне подозрений // «Вертолет».  – 2004. – № 3 – С. 46 – 48.
  18. Паршенцев С.А. Новые технологии монтажа // «Вертолет».  – 2004. – № 1 – С. 30 – 33.
  19. Паршенцев С.А. Трагедия под Читой // «Вертолет».  – 2003. – № 2 – С. 34 – 35.
  20. Паршенцев С.А. Гуманитарная миссия // «Вертолет».  – 2007. – № 1 – С.16 – 18.
  21. Паршенцев С.А. На олимпийских объектах // «Вертолет».  – 2008. – № 2 – С.. 58 – 60.
  22. Паршенцев С.А. Авиационные услуги будут востребованы // Магаданская правда. – 2008. – №95 –  с. 18.
  23. Авиационный способ прокладки в лесах заградительной полосы перспективными огнегасящими химическими веществами: Отчет о НИР (заключительный)/ ВНИИ ПАНХ ГА; исп. Паршенцев С.А. и др., рук. работ Гумба М.О. - № ГР 76044681-Краснодар, 1980. – 43с.
  24. Разработка рекомендаций по совершенствованию серийной с/х аппаратуры самолетов и вертолетов в условиях эксплуатационных предприятий ГА с целью повышения ее надежности и долговечности: Отчет о НИР (заключительный)/ ВНИИ ПАНХ ГА; исп. Паршенцев С.А. и др.,  рук. работ Глебов Н.В. - № ГР 80049538- Краснодар, 1982. – 60 с
  25. Целевая программа развития  ПАНХ: Отчет о НИР (заключительный)/ ВНИИ ПАНХ ГА; исп. Паршенцев С.А. и др., рук. работ Деревянко Л.Д. -Краснодар, 1982. – 43с.
  26. Parshentsev S.A.  Fundamental methodology of systematic research into operation of helicopters on aerial building and assembling work // The Metalwork in Civil Engineering: State-of-the-Art and Perspectives. 5th International Scientific and Technical Conference, September 19-23, 2006, Kyiv, Ukraine. Scientific papers – P.197–202.

Изобретения

  1. Пат. №2307049 РФ, С1, В64D 1/22. Устройство для азимутальной ориентации и стабилизации груза на внешней подвеске летательного аппарата / Паршенцев С.А.; ОАО НПК «ПАНХ». — Приоритет 12.12.05, №2005138620. — 11 с.
  2. Пат. №2307064 РФ, С2, В66F 11/00, E04H 12/34. Устройство для мон­тажа груза с помощью летатель­ного аппарата / Паршенцев С.А., Солуянов Ю.М.; ОАО НПК «ПАНХ». — Приоритет 11.07.05, №2005121794. — 9 с.



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.