Из представленной диаграммы видно, что с увеличением, количества двигателей и переходом от поршневых двигателей на газотурбинные количество АП снижается, т. е. безопасность повышается. Повышение уровня общей безопасности вертолета связано также с увеличением его веса (сравните двухдвигателъные Ми-2 и Ми-8). Здесь следует оговориться, что для конкретных моделей вертолетов статистические показатели могут отличаться в лучшую сторону (за счет более надежных двигателей, удачных решений в конструкции и т. п.), однако мы говорим об общих тенденциях.
Очевидно, что в приведенной статистике «спрятано» несколько факторов. В частности, на безопасность влияют не только надежность конструкции, но и виды применения вертолетов, степень обученности экипажа и т. п. Для примера на рис. 2 показано распределение АП с вертолетами США по статистике NTSB за 1990–2000 гг. (данные Интернет-сайта NTSB). Видно, что 18 % происшествий происходит при использовании вертолета в личных целях, что в российской практике пока является исключением, 15,3 % — при обучении и т. п. В США также широко используются вертолеты с поршневым двигателем и однодвигателъные вертолеты, которых в России пока мало. Таким образом, из-за различий в системе эксплуатации, подготовке кадров, а также по причине практического отсутствия отечественных однодвигательных вертолетов российская статистика происшествий выглядит иначе. Надо сказать, что появление в России легких однодвигательных вертолетов (как импортных, так и собственной разработки) ставит на повестку дня ряд вопросов об обеспечении их безопасной эксплуатации (включая требования к конструкции и оборудованию, определение сфер их применения, обучение экипажей и т. п.), однако это задача отдельного, самостоятельного исследования.
Приведенная статистика показывает нам некоторые объективные тенденции, которые действуют применительно ко всем летательным аппаратам. Это подтверждаю? и положения американского циркуляра для сертификации легких самолетов АС23.1309-1С. В нем указано, что по статистике авиации общего назначения США около 70 % всех АП происходит из-за человеческого фактора и около 30 % — из- за отказов конструкции и систем (такое распределение применимо и для вертолетов). Бри этом для разных категорий самолетов катастрофическая ситуация из-за отказов систем имеет разную вероятность.
Для самолетов нормальной категории класса I (вес самолета — не более 6000 фунтов, силовая установка — один поршневой двигатель) вероятность ситуации катастрофы составляет 10-6. Отметим, что в соответствии с FAR-23.3 для летательных аппаратов нормальной категории количество пассажиров не должно превышать 9 человек.
Для самолетов класса IV, компютерная категория (переходная между нормальной и транспортной категориями), эта вероятность составляет 10-9. В соответствии с FAR-23.3 вес самолета не должен превышать 19000 фунтов, количество пассажиров — 19 человек.
Как видим, при увеличении веса самолета, переходе с поршневых двигателей к газотурбинным и увеличении количества двигателей требования к безопасности систем повышаются на 3 порядка! Оговорка о безопасности именно систем здесь не случайна: катастрофы летательных аппаратов, причиной которых была только недостаточная прочность конструкции, как правило, редки. Исходя из этого, дальше будем говорить, в основном, о конструкции силовых установок и функциональных систем (силовая установка, электросистема, гидросистема, индикация углового положения и т. п.).
Ми-8 НТВ-5
Уровень безопасности и категории вертолетов
По аналогии с самолетами, гражданские вертолеты также подразделяются на ряд категорий в зависимости от взлетного веса, количества пассажиров, количества двигателей и особенностей конструкции. Такое деление обусловлено рядом причин.
При отказе двигателя на однодвигательном вертолете (вероятность около 105) полет заканчивается посадкой на режиме авторотации (и зачастую катастрофой).
Очевидно, что для всех систем такого вертолета нецелесообразно требовать столь же высокого уровня надежности, как для большого многодвигательного вертолета, у которого отказ двигателя не препятствует безопасному продолжению полета и посадке, а вероятность катастрофы из-за единичного отказа составляет 10’. Взаимосвязь требований к общей надежности вертолета и надежности силовой установки видна на примере английских Норм BCAR издания 1975 года, по которым для вертолетов группы А2 (аналог сегодняшней категории В) вероятность отказа, приводящего к немедленной аварийной посадке, должна быть такого же порядка, как вероятность отказа двигателя (в 70-х годах была принята вероятность 10-3-10-4).
Повышения уровня общей безопасности вертолета можно достичь не только за счет применения многодвигательной силовой установки, но и за счет усиления конструкции, резервирования систем и т. п., однако все эти меры влекут за собой существенное увеличение веса, усложнение конструкции, удорожание вертолета и повышение затрат на всю авиатранспортную систему. Однако за счет масштабного фактора для вертолетов большего веса мероприятия по повышению безопасности, связанные с повышением веса, можно реализовать с меньшими экономическими потерями.
Необходимо отметить, что при переходе на категорию более высокого уровня (при увеличении веса вертолета, количества двигателей, количества пассажиров) повышение требований к безопасности происходит одновременно для всех его систем и характеристик. Например, нельзя увеличить количество двигателей с одного до двух — и только, необходимо также выполнить повышенные требования к летным данным, отказобезопасности оборудования и т. п. Здесь учитывается экономическая целесообразность: бессмысленно ужесточать требования к одной системе, если остальные системы недостаточно надежны — это не приведет к существенному повышению безопасности всего вертолета, а только удорожит его. Таким образом, требования ко всем системам и агрегатам. вертолета как бы уравнены по жесткости, что аналогично принципу обеспечения равнопрочности конструкции. Это видно из рис. 3 и табл. 1, где показано изменение требований к безопасности в зависимости о? категории вертолета, взлетного веса, количества двигателей и количества пассажиров.
Следует учитывать, что при увеличении веса вертолета (и расширении возможностей по повышению безопасности), как правило, увеличивается его пассажировместимость. Поэтому при перевозке большого количества людей для вертолета экономически обоснованно ужесточение требований к безопасности (выполнение требований к летным данным, категории А, использование двухдвигательной силовой установки, введение резервирования систем, и т. п.). С другой стороны, невозможность обеспечения высокого уровня безопасности для однодвигательных вертолетов малого веса должна компенсироваться другими средствами, позволяющими минимизировать риск для людей. Одним, из таких средств является введение для легких вертолетов ограничения на количество перевозимых людей, эксплуатационных ограничений и т. п. В частности, в соответствии с требованиями АП-29.1(e) вертолет категории В не может перевозить более 9 пассажиров. Наоборот, вертолет с большим весом и, как правило, большой пассажировместимостью имеет конструктивные возможности для обеспечения более высокого уровня безопасности и, в соответствии с АП-29.1(b), он не может быть сертифицирован по категории В, а только по категории А.
Здесь целесообразно также упомянуть и об эксплуатационных возможностях вертолетов категории А. Обычно требования к летным характеристикам машин категории А (например, обеспечение полета на одном двигателе) не могут быть выполнены во всем диапазоне ожидаемых условий эксплуатации. Поэтому в ограниченном диапазоне условий (вес, высота, температура воздуха) вертолет имеет летные данные категории А, а в остальном диапазоне нет. По этой причине в РЛЭ должен быть выделен диапазон условий, в которых вертолет соответствует требованиям категории А. В остальном диапазоне допустима эксплуатация этого вертолета по категории В с ограничением, количества пассажиров до 9 человек. Если же в этих условиях необходимо перевозить более 9 человек, то для выполнения требований к летным данным категории А необходимо ввести ограничение взлетного веса (например, за счет уменьшения количества топлива).