Вертолет, 2004 №1 - Журнал Вертолет (бесплатные онлайн книги читаем полные TXT) 📗
Система (и концепция), как мы уже говорили, получила название Health and Usage Monitoring System. Аббревиатура HUMS с этих пор традиционно используется другими фирмами — разработчиками систем аналогичного назначения.
Создание системы HUMS стало возможным после того, как фирма Steward Hughes разработала три новых направления (или подхода), позволяющих оценивать техническое состояние агрегатов вертолета по сигналам соответствующих датчиков в любой момент времени без приостановки его эксплуатации. Эти направления определены разработчиками как ключевые для диагностики состояния наиболее сложных и жизненно важных систем вертолета. Итак, оценка технического состояния вертолета предполагает:
— диагностику редуктора и трансмиссии с целью обнаружения неисправностей на ранней стадии их возникновения;
— контроль положения лопастей (определение соконусности) и проведение балансировки несущей системы вертолета;
— диагностику двигателя с целью «определения загрязнения газового пути».
Разработка этих направлений завершилась созданием соответствующих автономных подсистем, которые, как правило, входят в базовый состав современных систем HUMS. Технические решения, которые были получены, являются ноу-хау фирм Teledyne/ Steward Hughes и могут использоваться другими разработчиками только в виде готовых покупных плат. Каждое из этих направлений имеет свои трудности в реализации, связанные не только с несовершенством используемых алгоритмов, но и с необходимостью учитывать специфику конкретного типа вертолета при адаптации к нему системы. Развитие и совершенствование основополагающих подходов з диагностике состояния вертолетов продолжается до настоящего времени.
Первый готовый продукт, созданный фирмой Steward Hughes в 1982 году, — это система обнаружения дефектов шестерен и анализа состояния подшипников MSDA. Эта система широко использовалась в промышленности для контроля качества изготовления зубчатых колес и подшипников при производстве вертолетов. Она являлась прообразом HUMS, в нее были заложены и отрабатывались основные принципы контроля и диагностики.
АН-64 Apache
Одновременно разрабатывались рекомендательные документы. В 1982 году САА приняло Положение по безопасности полетов (ARB), рекомендующее в дальнейшем при выпуске стандартов по сертификации вертолетов учитывать текущий современный уровень достижений в области конструирования, технологий и материалов. ТЬгда же была сформирована специальная группа — Комиссия по безопасности полетов (HARP). В 1984 году эта группа выпустила отчет с рекомендациями для САА. В следующем году была организована рабочая группа по диагностике для изучения рекомендаций HARP и разработке требований по безопасности на новые вертолеты. В августе 1985 года группа выпустила первый отчет.
Очередная трагедия над Северным морем, произошедшая с вертолетом Boing-234 Chinook в 1986 году и унесшая жизни почти 100 человек, заставила форсировать работы по созданию системы и расширить их фронт. Причиной катастрофы стал выход из строя главного редуктора из-за трещины зубчатой передачи. Проведенные исследования выявили причины быстрого распространения трещины и подтвердили необходимость создания системы, которая позволяла бы определять в нужное время наличие трещины и отслеживать динамику ее распространения.
САА включило в работу по созданию системы фирму Marconi Electronic System (разработчик электроники) и фирму-эксплуатанта Bristow Helicopters. Работа шла параллельно с использованием ноу-хау Teledyne/Steward Hughes. Новая разработка получила название IHUMS, хотя по функциональным особенностям аналогична HUMS фирмы Teledyne/Steward Hughes.
Между 1987 и 1991 годами были проведены два рабочих испытания HUMS на вертолетах, эксплуатировавшихся над Северным морем. Финансировали их САА, Британская ассоциация операторов морских установок и Управление энергетики и транспорта. Испытания HUMS на вертолете AS.332L Super Рита проводились совместно компаниями BHL, Smith Industries, MJA Dynamics, Westland Helicopters Snstoiv, на вертолете S-61N — BHL, Steward Hughes, Hawker Siddeiey Dynamics.
В июле 1991 году IHUMS, установленная на борту вертолета S-61N компании Sfkorsfcy, получила сертификат САА. Это была первая система мониторинга работоспособности и использования в мире, получившая сертификат. Таким образом, с момента выпуска фирмой Steward Hughes первого готового продукта — системы MSDA — до установки на вертолет первой сертифицированной системы HUMS прошло 9 лет.
С появлением HUMS связано решение о введении в систему в обязательном порядке регистратора полетных данных в той конфигурации, в какой он разработан: для HUMS это блок FDR как составная часть системы. САА установило, что вертолеты гражданского назначения с максимальным весом более 2730 кг (или перевозящие более 9 пассажиров) должны быть оснащены FDR с 1 февраля 1991 года. Подобные требования были введены И октября 1991 года и Федеральным управлением авиации США.
В самом общем виде HUMS можно представить как систему, состоящую из датчиков и компьютеров и включающую в себя программное обеспечение и аналитические методы, которые все вместе позволяют регистрировать уровни вибраций и другие параметры для обеспечения контроля и оценки состояния систем и агрегатов вертолета. При характеристике этой системы важно знать ее конфигурация, поскольку она определяет перечень функций, выполняемых конкретной системой. Самые первые системы разработки Teiedyne/Steward Hughes и Marconi/Bristow Helicopters состояли из бортовой и наземной частей. Они выполняли следующие функции на борту:
— мониторинг состояния редуктора и трансмиссии;
— мониторинг состояния» ресурса и эксплуатационных характеристик двигателя;
— контроль положения лопастей и дисбаланса винта;
— регистрация полетных данных (блок FDR);
— запись переговоров в кабине экипажа (блок CVR);
и следующие на наземной станции:
— обмен данными в операционной среде;
— взаимодействие с пилотом (до и после полета);
— осуществление поддержки технического обслуживания (расшифровка показаний датчиков, корректировка положения лопастей и балансировка винта);
— учет ресурса деталей;
— анализ и хранение исходных сигналов и результатов обработки.
Рис. 1. Общая схема системы HUMS
На рис. 1 показана общая схема такой системы.
Интеграция FDR и CVR в HUMS предпринимается из следующих соображений. Во- первых, такая система экономически выгодна в целом, поскольку исключает необходимость установки дополнительных, периферийных систем. Во-вторых, такая интеграция удобна эксплуатанту, так как ограничивает количество поставщиков, участвующих в оборудовании вертолета. HUMS такой конфигурации называется полнофункциональной. Однако время постоянно вносит свои коррективы, и к настоящему времени уже разработаны и выпускаются системы с более широкими, по сравнению с перечисленными, функциональными возможностями.
Сегодня созданием HUMS занимается целый ряд зарубежных фирм. Наиболее известными из них являются Teledyne/ Steward Hughes, GEC Marconi/Brigtow, BF Goodritch, Eurocopter, Chedwick Helmuth, Howcle Instruments. Systems amp; Electronics, Inc (SEI), Signal Processing Systems, Smith Industries, AMS, WTI, RSL Electronics LTD u другие.
В полной конфигурации системы до конца 90-х годов выпускали только фирмы Teledyne/Steward Hughes и GEC Marconi/ Brigtow (хотя системы этой фирмы и назывались системами полной конфигурации, однако не выполняли обработку данных в реальном времени, ограничиваясь лишь наземной обработкой данных, зарегистрированных на борту).
Большинство других фирм — это поставщики систем различной (неполной) конфигурации. Одни, например, ограничиваются мониторингом состояния двигателей, другие совмещают эту функцию с системой контроля, балансировок и соконусносги винтов. Фирма Rotor Dynamics American Inc. расширила функции усеченной HUMS возможностью формирования в реальных условиях полета интегральной оценки состояния по общим уровням вибраций с использованием минимального количества датчиков и последующей обработкой этой информации на наземной станции обработки. Фирма WTI построила свою систему M-HUMS по модульному принципу: один модуль базовый и три автономных, дополняющих базовый по желанию заказчика. Такой вариант удобен, если стоимость и вес полной системы оказываются слишком большими, а эксплуатанту необходимо сосредоточить внимание на мониторинге проблемных зон. Эта продукция не представляет серьезной конкуренции системе Teledyne/Steward Hughes или GEC Marconi/ Brigtovv вследствие гораздо меньших масштабов разработок. Системы с ограниченными функциональными возможностями также традиционно используют в своих названиях аббревиатуру HUMS.
