Проектирование вертолетов

Проектирование вертолетов — это искусство, подобное любому другому из видов творческой деятельности человека.
Талант, вдохновение, озарение. слова, с которыми мы встречаемся при описании деятельности поэтов, писателей, а также такие понятия, как мастерство исполнителя (когда речь идет, к примеру, о музыканте), в равной мере могут быть применимы и к профессии инженера.

Великий Леонардо да Винчи считал себя прежде всего инженером.

Искусство нельзя разделять на более сложные или менее сложные виды, но каждый из видов искусства имеет свои законы мастерства, и любой человек, пожелавший заняться творчеством, обязан их знать. Много говорят об интуиции. Да, она существует. Скажем прямо, сегодня мы не можем обосновать природу этого явления, но от этого отрицать свойство интуиции или способность предвидения нельзя. Слишком убедительны примеры блестящей инженерной деятельности практически во всех областях техники.

Подобно тому, как человека учат искусству танца или игре на скрипке, можно научить и искусству проектирования. В наших конструкторских бюро есть такое понятие: конструктор от бога. Оно недалеко от истины, и точно знаю — такой человек любит свое дело, свое признание.

Проектирование вертолетов

Итак.
Приступая к работе над проектом, конструктор должен знать технологию принятия решения.
Постарайтесь сформулировать для себя (и окружающих) ответы на вопросы в такой последовательности:

• —    цели,
• —    задачи,
• —    методы.

От четкости сформулированных ответов по целям и задачам прежде всего зависит успех дела и эффективность вашей деятельности.

Понятие «цель работы» возглавляет иерархическую пирамиду последовательности действий. Обозначенная вами цель, безусловно, должна быть сориентирована на конечный результат. Само собой разумеется, что любая работа может содержать последовательную цепь целей, как угодно детализированных, однако это не меняет общего подхода.
Разбиение процесса на последовательные этапы очень важно для начинающих проектировщиков, поскольку это позволяет сосредоточиться на поиске решения и таким образом дисциплинировать свое мышление. Умение расчленять процесс приходит с опытом: здесь нет и не может быть четких рекомендаций.

Авиационное производство в силу своей специфики требует высоких капитальных затрат, однако и они составляют только 20—30% общих затрат, которые необходимо предусмотреть, с учетом эксплуатации, поддержания необходимого уровня безопасности полетов, ремонта и т.п., поэтому в обязательном порядке следует определить затраты на поддержание парка ЛА в течение всего жизненного цикла.

Современная авиакомпания или крупные потребители, к примеру Военно-воздушные силы страны, в сценарии будущего жизненного цикла стараются учесть все возможные коллизии, которые неизбежно скажутся иа затратах: инфляцию, вынужденные простои, утрату части парка ЛА, возможное удорожание запасных частей и многое другое. Чем точнее и предусмотрительнее будет выполнена эта работа, тем лучше.

Где бы ни применялась авиационная техника, в военной или гражданской области, работа, выполненная ею, оценивается в затратах, которые необходимы обществу заплатить. И если общество мирится с необходимостью платить за работы, выполняемые авиацией, то это совершенно не значит, что оно готово платить любую цену. Именно условия рынка дают возможность обществу «надеть уздечку» на рост цен.

Конкурентоспособность — наиглавнейшая задача, которая решается при любом проектировании чего-то нового.

В авиации чаще всего критерием выступает стоимость часа эксплуатации летательного аппарата. Следовательно, чем дешевле ваша конструкция, чем долговечнее она, чем меньше трудоемкость ее обслуживания, чем ниже затраты на обслуживающий персонал, тем она выгоднее.

Работу, выполняемую в течение часа эксплуатации ЛА, принято считать часовой производительностью.

Величина абсолютно всех затрат, которые вынужден нести эксплуатант ЛА (эксплуатационные затраты, затраты на топливо, жидкости и газы, аэродромные услуги, затраты на администрацию и персонал, страховки и т.д.), отнесенная к одному часу эксплуатации и поделенная на часовую производительность, дает нам экономическую характеристику проделанной работы. Сравнение этих характеристик у альтернативных вариантов решения одной и той же задачи позволит судить об экономической эффективности.

Экономическая эффективность чаще всего лежит в основе побудительных мотивов коммерческой деятельности. Этот подход неминуемо возобладает и в военной области.
За последние 50 лет в отечественной и зарубежной практике предлагалось немало частных критериев эффективности. Этими критериями удобно и нужно пользоваться при сравнительной оценке различных альтернативных вариантов решения одной и той же задачи.

Транспортная эффективность JIA основана на сопоставлении располагаемой производительности с затратами масс J1A и топливной эффективности двигателя:
Этот критерий зависит от технических показателей ЛА, таких как весовая отдача, аэродинамическое качество, удельный расход топлива двигателей.
Производственная эффективность вертолета отражает его совершенство как объект промышленного производства и зависит от таких свойств конструкции, как технологичность, взаимозаменяемость, уровень нормализации и т.п.

Эксплуатационная эффективность (системно-техническое обслуживание) вертолета отражает его совершенство как объекта технической эксплуатации. Она зависит от таких признаков, как долговечность, надежность, эксплуатационная технологичность вертолета и т.п.

• Техническая эффективность вертолета оценивается как себестоимость тонно-километра:

• Целевая эффективность отражает степень соответствия характеристик вертолета заданным требованиям по скорости, дальности, грузоподъемности, степени комфорта и т.д. Этот вид эффективности находит свое отражение в величине научно обоснованных тарифов на перевозки.

• Капиталоемкость определяет стоимость вертолета и сопряженных с ним объектов, необходимых для выполнения в определенное время заданного объема перевозок при прочих равных условиях.

• Экономическая эффективность — многоплановый критерий. Определяется она сопоставлением затрат с получаемым экономическим эффектом.

Процесс проектирования JIA, в том числе и вертолетов, состоит из следующих этапов: разработка тактико-технических требований, разработка аванпроекта (design specification), эскизное проектирование, макетирование, компоновка и увязка, разработка технических заданий на проектирование, рабочее проектирование.
Весь процесс проектирования JIA сопровождается весовыми расчетами: от прогнозов массы агрегатов на этапе аванпроекта до скрупулезного учета всех затрат массы при рабочем проектировании.

Весовая культура — непреложный закон любого успешно работающего конструкторского бюро.

Анализ стоимостных характеристик показывает, что при высокой культуре эксплуатации выгоднее создавать более дорогостоящие, но совершенные в весовом отношении и в эксплуатации вертолеты. В связи с этим необходимо критически относиться к традиционным технологическим решениям и использованию проверенных в эксплуатации, но морально устаревших конструктивных решений.

В отличие от других JIA, у вертолетов суммарная масса агрегатов, ресурс которых определяется усталостной прочностью, составляет более половины массы пустого вертолета. Поэтому важнейшей задачей, стоящей перед конструктором вертолетов, является обеспечение ресурса по условиям выносливости. Т.е. усталостная прочность конструкции вертолета и его агрегатов под воздействием повторяющихся в эксплуатации нагрузок в течение определенной наработки (назначенного ресурса) должна гарантировать отсутствие появления усталостных повреждений или разрушений, которые могут непосредственно привести к катастрофической ситуации. Это требование, помимо создания соответствующей конструкции вертолета и его агрегатов, должно обеспечиваться производственно- технологическими процессами изготовления и ремонта, техническим обслуживанием и соблюдением установленных правил и условий эксплуатации.

Технологические процессы изготовления элементов конструкции вертолета должны быть стабильными и обеспечивать постоянство характеристик деталей и узлов, влияющих на их работоспособность в пределах установленных ресурсов и сроков службы в ожидаемых условиях эксплуатации.

В процессе эксплуатации должен осуществляться систематический контроль состояния конструкции, обеспечивающий выявление факторов, которые приводят к недопустимому снижению усталостной прочности конструкции (коррозия, износ, случайные механические повреждения).

Материалы для изготовления агрегатов необходимо выбирать с учетом ожидаемых условий эксплуатации. Механические, физические и другие свойства выбранных материалов должны соответствовать стандартам, нормативам, техническим условиям и находиться в пределах, обеспечивающих в ожидаемых условиях эксплуатации надежность работы деталей и элементов конструкции в течение назначенного для них ресурса и срока службы. Это должно быть подтверждено путем испытаний и (или) имеющимся опытом проектирования и эксплуатации.

Каждая часть конструкции должна быть соответствующим образом защищена от повреждений или потери прочности при эксплуатации вследствие какой-либо причины, включая метеорологические условия, коррозию и абразивный износ. В конструкции должны быть предусмотрены приспособления для вентиляции и дренажа там, где это необходимо, для предотвращения скопления воспламеняющихся, ядовитых или вызывающих коррозию жидкостей.

Проектирование агрегата следует начинать с формирования силовой схемы конструкции агрегата от воздействия заданных внешних нагрузок. Практика показывает: чем проще, лаконичнее выглядит силовая схема, тем удачнее и выгоднее в весовом отношении будет реализованная конструкция.

Основные условия нагружения, определяющие прочность вертолета и его основных агрегатов, сформулированы в Нормах летной годности гражданских винтокрылых аппаратов для ожидаемых условий эксплуатации и включает нормы (требования), рекомендации и вспомогательные сведения.

Узлы и агрегаты техники