Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ авиационно-спасательных технологий, применяемых для выполнения экстренных авиационных работ вертолетами 16
1.1. Основные понятия, классификация и специфика выполнения экстренных авиационных работ 16
1.2. Обзор современного состояния проблем выполнения экстренных авиационных работ
1.2.1. Авиационно-спасательные работы, транспортирование персонала (граждан из зон чрезвычайных ситуаций) и грузов 19
1.2.2. Авиационные работы по оказанию медицинской помощи и проведению санитарных мероприятий 21
1.2.3. Авиационные работы по тушению пожаров лесов, пастбищ, жилых и промышленных объектов 22
1.2.4. Авиационные работы по борьбе с нефтяными пятнами 24
1.2.5. Авиационные работы по регулированию таяния снега и льда, ликвидации ледовых заторов и снежных лавин 1.3. Перспективы применения авиационно-спасательных технологий для обеспечения комплексной безопасности на федеральных автомобильных трассах и выполнения медико-эвакуационных работ 28
1.4. Задачи диссертационного исследования 35
Глава 2. Разработка методов повышения безопасности и эффективности летной эксплуатации вертолетов при выполнении экстренных авиационных работ с применением внешней подвески 39
2.1. Состояние проблемы гашения колебаний на внешней подвеске вертолета 39
2.2. Оценка безопасности полетов ВС на основе Стандартов ИКАО (SARPSICAO) и положений Annex 19 41
2.3. Исследование динамики полета вертолета с грузом на внешней подвеске методом математического моделирования 42
«вертолет - груз на внешней подвеске» з
2.3.2. Моделирование нелинейных движений ГВП при маневре гашения колебаний на основе математической модели кулисы 44
2.4. Разработка приемов пилотирования вертолета с грузом на внешней подвеске 49
2.4.1. Оценка возможности уменьшения колебаний груза в динамической системе «вертолет-груз» 49
2.4.2. Определение момента начала маневра вертолета для гашения колебаний груза на внешней подвеске 59
2.4.3. Рекомендации по пилотированию вертолета и борьбе с раскачкой груза при выполнении экстренных авиационных работ с применением внешней подвески 61
2.5. Выводы по главе 2 72
Глава 3. Разработка методов повышения безопасности и эффективности летной эксплуатации вертолетов при выполнении экстренных авиаци онных работ по тушению природных пожаров 74
3.1. Методы повышения эффективности летной эксплуатации вертолетов при тушении пожаров с применением ВСУ 74
3.1.1. Совершенствование технологии тушения пожаров 74
3.1.2. Рекомендации по пилотированию вертолета с ВСУ 80
3.2. Методы повышения безопасности летной эксплуатации вертолетов при тушении пожаров с применением ВСУ 89
3.2.1. Оценка возможности попадания ВСУ в НВ и РВ под воздействием внешних факторов при его транспортировке на внешней подвеске вертолета 89
3.2.2. Рекомендации по обеспечению безопасности полета с ВСУ на этапе захода на очаг пожара 94
3.2.3. Рекомендации по предотвращению попадания ВСУ в НВ и РВ вертолета при его повреждении в полете 97
3.3. Выводы по главе 3 99
Заключение 101
Список использованной литературы
- Авиационные работы по тушению пожаров лесов, пастбищ, жилых и промышленных объектов
- Оценка безопасности полетов ВС на основе Стандартов ИКАО (SARPSICAO) и положений Annex 19
- Рекомендации по пилотированию вертолета с ВСУ
- Рекомендации по обеспечению безопасности полета с ВСУ на этапе захода на очаг пожара
Введение к работе
Актуальность работы. Одной из самых актуальных государственных задач в современных условиях является создание комплексной системы защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций (ЧС) природного и техногенного характера, направленной на повышение эффективности мероприятий по предупреждению и ликвидации последствий ЧС с применением современных технологий и технических средств (ТС).
В реализации этих задач важное место отводится авиации, как составной части единой транспортной системы страны. В интересах единой государственной системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций (РСЧС) воздушные суда (ВС) могут эффективно применяться для выполнения экстренных авиационных работ (АР): проведения поисково-спасательных и медико-эвакуационных работ, мониторинга лесопожарной, паводковой и радиационной обстановки, тушения природных пожаров, ликвидации аварийных разливов нефти (ЛАРН), уничтожения ледовых заторов на реках, ликвидации последствий наводнений, землетрясений и выполнения многих других, отличных по своему целевому назначению и технологическому характеру, экстренных АР с применением авиационно-спасательных технологий (ACT).
Основной проблемой выполнения экстренных АР с применением ACT является обеспечение высокого уровня безопасности и эффективности летной эксплуатации (ЛЭ). Актуальность проблемы безопасности полетов при ликвидации ЧС обоснована спецификой ЛЭ вертолетов при проведении экстренных АР, связанной с использованием опасных режимов малых скоростей, с транспортировкой грузов и специальных устройств на внешней подвеске (ВП), проводимых в усложненных условиях эксплуатации (на предельно малой высоте, в сумерках и ночью, в сложных метеоусловиях) и характеризуемых чрезвычайной срочностью, непредвиденностью, а также экстремальными организационно-технологическими условиями в зоне ЧС.
Очевидно, что необходимость внедрения комплексной системы защиты населения и территорий от ЧС с применением ACT, и несоответствие этим целям традиционных АР, создали условия для пересмотра и уточнения существующего подхода к использованию вертолетов для выполнения экстренных АР с достаточным уровнем безопасности и эффективности. Однако целостная концепция решения указанной проблемы еще не сформирована.
При исследовании этих вопросов автор использовал работы отечественных и зарубежных авторов в области различных отраслей авиационной науки, таких как аэродинамика и динамика полета, математическое моделирование динамики полета ВС, безопасность полетов, теория рисков и др. В диссертации в качестве информационных источников использованы результаты летных испытаний и исследований по созданию оборудования и технологий для АР, материалы теоретических и экспериментальных исследований динамики движения и стабилизации неудобообтекаемых тел и водосливных устройств (ВСУ) на ВП вертолета, выполненных в МГТУ ГА, ОАО НПК «ПАНХ», МГТУ им. Н.Э.
Баумана и СПбГУ ГА, статистические и периодические данные по состоянию безопасности полетов, акты и материалы расследований авиационных происшествий, а также результаты собственных расчетов и летных экспериментов.
Изучением проблем исследования аэродинамики и динамики груза на внешней подвеске вертолета (ГВП), создания математической модели (ММ) движения системы «ВС-ГВП», разработки устройств и методов аэродинамической стабилизации ГВП, создания ТС и технологий для проведения экстренных АР занимаются многие научные коллективы. Среди исследований в этой области необходимо отметить работы ученых Бутылкина И.П., Илькуна В.В., Логачева Ю.Г., Рощина В.Ф., Сухинина В.Н., Судакова А.Г., Исаева С.А., Калугина В.Т., Кубланова М.С., Козловского В.Б., Паршенцева С.А., Асовского В.П., Ефимова В.В., Куклева Е.А., Павлова С.С, Володко A.M., Свириденко А.Н.
Концептуальную разработку научных основ и методологии экстренных АР с применением ВП вертолетов содержит диссертация д.т.н. Паршенцева С.А. (2009 г.). Предложенный подход к применению ACT для ликвидации ЧС получил развитие в диссертации д.т.н. Асовского В.П. (2010 г.), в которой рассмотрены вопросы выполнения АР по распределению веществ в ЧС.
Настоящая работа, по мнению автора, должна дополнить проведенные ранее исследования рассматриваемой проблемы и расширить представление о применении ACT в интересах защиты населения и территорий от ЧС.
В связи с этим представляется актуальным получение объективной и всесторонней информации о специфике выполнения данного вида АР, совершенствование существующих и разработка новых ТС, методов и ACT выполнения экстренных АР с более широкими рамками их применимости, повышение надежности, эффективности и безопасности их проведения.
Объект исследования: процесс ЛЭ вертолетов при выполнении экстренных АР, рассматриваемый в рамках динамической системы «экипаж -вертолет - внешняя среда» («Э-ВС-С»), под воздействием внешних факторов в условиях ЧС. Система «Э-ВС-С», в зависимости от применяемых ACT, дополняется ТС (ВП, ВСУ) и представляется в виде «Э-ВС-ГВП(ВСУ)-С».
Предмет исследования: методы повышения безопасности и эффективности ЛЭ вертолетов при выполнении экстренных АР с применением ACT, методы повышения динамической устойчивости системы «Э-ВС-С».
Цель диссертационной работы: научно-методическое обеспечение повышения безопасности и эффективности ЛЭ вертолетов при выполнении экстренных АР, совершенствование применяемых ACT.
Для достижения указанной цели поставлены и решены следующие задачи исследования, получены следующие научные результаты:
определены понятия «экстренные авиационные работы» и «авиационно-спасательные технологии», направленные на совершенствование нормативно-правовой базы, регулирующей использование авиации в интересах обеспечения безопасности населения и территорий.
доказана возможность гашения колебаний груза на ВП вертолета путем
создания вращательного движения груза, основанного на методе замещения лобового сопротивления вращающегося неудобообтекаемого груза сложной формы эквивалентным лобовым сопротивлением сферы с диаметром, эквивалентным максимальному удлинению груза;
разработаны и подтверждены математически при моделировании уравнений динамики движения системы «ВС - ГВП» методы стабилизации неудобообтекаемых грузов при их транспортировке на ВП вертолета, с обеспечением безопасности полетов за счет сохранения величины колебаний ГВП в допустимых пределах в условиях, когда при выполнении экстренных АР не представляется возможным должным образом подготовить груз к транспортировке с применением специальных ТС;
получено обоснование возможности гашения колебаний ГВП маневром вертолета и определения момента начала пилотом маневра для уменьшения колебаний груза, в зависимости от положения ВП в определенном периоде колебания;
уточнены границы безопасных условий ЛЭ вертолетов при выполнении экстренных АР и оптимальных параметров полета в усложненных условиях ЧС;
определены методы повышения динамической устойчивости и надежности функционирования системы «Э-ВС-С» в усложненных условиях эксплуатации;
разработаны уточненные практические рекомендации и предложения по ЛЭ вертолетов, эффективные приемы пилотирования на наиболее сложных этапах полета и при выполнении наиболее сложных видов экстренных АР.
Методы исследования. Для решения задач, поставленных в диссертационной работе, использовался системный подход, с применением методов летного и лабораторного экспериментов, математической обработки результатов, математического моделирования динамики полета и метода системного анализа. Анализ результатов, полученных теоретическими и экспериментальными методами исследования, позволяет взаимно сопоставить качественные оценки с количественными показателями.
Основные научные результаты, выносимые на защиту:
-
Методы стабилизации грузов на внешней подвеске вертолета с обеспечением синхронизации движений вертолета и груза в полете за счет создания вращательного движения груза вокруг вертикальной оси, совпадающей с центральным канатом внешней подвески.
-
Алгоритм выполнения процедур тушения природных пожаров с применением ВСУ на внешней подвеске вертолета, сокращающий продолжительность цикла полета на тушение пожара и обеспечивающий необходимое удаление вертолета от опасной конвективной зоны.
Научная новизна работы. В ходе проведения исследований получены новые научные результаты:
1. Предложенные методы стабилизации грузов на внешней подвеске вертолета, которые в отличие от ранее известных методов, устраняют
колебания грузов за счет создания вращательного движения груза вокруг вертикальной оси и синхронизации движений вертолета и груза в полете упреждающим маневром, путем смещения точки подвеса груза в вертикальную проекцию текущего положения груза, что позволяет безопасно выполнять полет на приемлемой скорости в случае неизбежного наличия колебаний груза при выполнении экстренных АР в условиях, когда нет возможности должным образом подготовить груз к транспортировке с применением специальных ТС.
2. В алгоритме выполнения процедур тушения природных пожаров с
применением ВСУ, в отличие от существующего алгоритма, предлагается:
использование методов сокращения продолжительности рабочего цикла полета на тушение пожара и комплектования экипажей, что позволяет повысить эффективность пожаротушения за счет уменьшения продолжительности процедур забора воды и захода на слив ОЖ, а также повысить надежность функционирования системы «Э-ВС-ВСУ» за счет снижения нагрузки на пилота;
использование приемов пилотирования и способов забора воды сходу, увеличения скорости транспортировки ВСУ, слива ОЖ «с разворота» и «с горки», что позволяет повысить безопасность ЛЭ вертолетов за счет оптимизации траектории движения вертолета с ВСУ и обеспечения необходимого удаления вертолета от опасной конвективной зоны пожара.
3. Определения понятий «экстренные авиационные работы» и
«авиационно-спасательные технологии», применяемые на практике, но пока не
получившие закрепления в нормативных документах, позволяют
усовершенствовать нормативно-правовую базу, регулирующую использование
авиации в интересах обеспечения безопасности населения и территорий.
Достоверность результатов исследования подтверждается результатами экспериментальных проверок предлагаемых методов, алгоритмов и способов выполнения экстренных АР, успешной реализацией на практике полученных практических рекомендаций, выводов и предложений.
Практическая значимость работы состоит в том, что полученные результаты позволяют повысить эффективность и безопасность ЛЭ вертолетов при выполнении экстренных АР. Исследование имеет прикладной характер, полученные результаты используются в ФГБУ «Авиационно-спасательный центр Дальневосточного регионального центра МЧС России» (АСЦ ДВРЦ МЧС России) и могут быть использованы авиационными предприятиями и непосредственно пилотами в практике ЛЭ при выполнении экстренных АР с применением ACT.
Апробация результатов исследования проведена лично автором совместно с летным составом АСЦ ДВРЦ МЧС России на практике в процессе ЛЭ вертолетов типа Ми-26 и Ми-8 при выполнении экстренных АР.
Предлагаемые в исследовании методы повышения безопасности и эффективности ЛЭ вертолетов апробированы при выполнении экстренных АР в Республике Саха (Якутия) по тушению лесных пожаров с применением вертолетов Ми-26Т и Ми-8МТВ в мае-июле 2011 года.
Предлагаемые практические приемы пилотирования вертолета и рекомендации по устранению колебаний ГВП апробированы автором и пилотами АСЦ ДВРЦ МЧС России при выполнении экстренных АР по транспортировке неудобообтекаемых ГВП вертолетом Ми-26Т в Иркутской обл. и Республике Саха (Якутия) в 2008-2009 гг. и на о. Сахалин в июне 2011 г.
Основные положения работы, научные и практические результаты исследования докладывались: на Международной научно-технической конференции «Шестые Уткинские чтения». БГТУ «Военмех» им Д.Ф. Устинова, С.-Петербург, ноябрь 2013 г.; межвузовских конференциях и семинарах в 2011-2013 годах; летно-методических конференциях на сборах руководящего состава авиации МЧС России в 2007-2009 и 2011, 2013 годах, а также обсуждались на отраслевых научно-технических и летно-технических конференциях. Итоговые результаты диссертационной работы были заслушаны 22 мая 2013 года на межкафедральном научном семинаре Университета ГА.
Публикации. По результатам исследований опубликовано 7 печатных работ, в том числе 4 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России для опубликования основных научных результатов диссертаций.
Реализация и внедрение результатов работы. Основные научные результаты, полученные в диссертационной работе, внедрены в учебно-летный процесс в авиации МЧС России в виде методических рекомендаций по обеспечению эффективности и безопасности ЛЭ вертолетов при выполнении экстренных АР с применением ACT. Имеются акты внедрения.
Основные результаты диссертационной работы реализованы и внедрены в государственной авиации РФ в части:
совершенствования нормативной базы выполнения экстренных АР с применением ACT: проект и разделы Положения об организации летной работы в авиации МЧС России (ПОЛР МЧС России-2011);
подготовки пособий и рекомендаций по выполнению экстренных АР: «Методические рекомендации летному составу авиации МЧС России по применению ВСУ на вертолетах для тушения лесных пожаров» (2005 г.), «Методические рекомендации летному составу авиации МЧС России по пилотированию вертолета и борьбе с раскачкой груза при выполнении экстренных авиационных работ с применением внешней подвески» (2010 г.), «Методические рекомендации летному составу авиации МЧС России по ведению визуальной осмотрительности при выполнении экстренных авиационных работ в неконтролируемом воздушном пространстве» (2011 г.).
Результаты исследований также были использованы д.т.н., проф. Володко A.M. при написании учебно-методического пособия «Вертолет в усложненных условиях эксплуатации» и «Методического пособия для лётных экипажей вертолётов типа Ми-8 по выполнению спасательных операций при ДТП».
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованных источников из 146 наименований и приложения. Диссертация изложена на 152 страницах, включает 30 иллюстраций и 7 таблиц. Основная часть работы изложена на 118 страницах.
Авиационные работы по тушению пожаров лесов, пастбищ, жилых и промышленных объектов
В первую очередь необходимо раскрыть сами понятия экстренные авиационные работы и авиационно-спасательные технологии, применяемые на практике, но пока не получившие закрепления в нормативных документах, для чего обратимся к действующему воздушному законодательству.
В общем случае к авиационным работам (АР), в соответствии с п. 1 ст. 114 Воздушного кодекса РФ [135], относятся работы, выполняемые с использованием полетов гражданских воздушных судов в сельском хозяйстве, строительстве, для охраны окружающей среды, оказания медицинской помощи и других целей, перечень которых устанавливается уполномоченным органом в области гражданской авиации.
Перечень видов АР приводился в действовавшем до недавнего времени приказе ФСВТ России от 09.12.1999 № 130 «О классификации авиационных работ по видам и их назначению», согласно которому АР, выполняемые в целях ликвидации последствий ЧС, можно было классифицировать как специальные работы с воздуха. Однако в соответствии с приказом Минтранса РФ от 06.11.2009 № 198 указанный перечень утратил силу.
В настоящее время в соответствии с п. 6.2. ФАП «Подготовка и выполнение полетов в гражданской авиации Российской Федерации», утвержденных приказом Минтранса РФ от 31 июля 2009 г. №128 [111], авиационные работы в зависимости от их цели, правил выполнения и технологии их выполнения подразделяются на следующие виды: авиационно 17 химические работы; воздушные съемки; лесоавиационные работы; строительно-монтажные и погрузочно-разгрузочные работы; работы с целью оказания медицинской помощи; летные проверки наземных средств радиотехнического обеспечения полетов, авиационной электросвязи и систем светосигнального оборудования аэродромов гражданской авиации.
Как видно из приведенных норм, классифицировать виды АР, выполняемые в целях ликвидации последствий ЧС, в соответствии с действующим воздушным законодательством не представляется возможным.
Необходимо также отметить, что до внесения изменений Федеральным законом от 18.07.2006 № 114, в п. 1 ст. 114 ВК РФ специально не указывалось на то, что авиационные работы могут выполняться с использованием именно гражданских ВС. Это позволяло предполагать, что АР могут также выполняться с использованием ВС государственной и экспериментальной авиации, что справедливо в случае экстренных АР. В связи с вышеизложенным можно сделать вывод, что приведенное в ВК РФ понятие авиационных работ не применимо к экстренным АР, поскольку к ликвидации последствий ЧС привлекаются как гражданские, так и государственные ВС, в частности, ВС авиации МЧС России, имеющей статус государственной авиации.
Разработанный ФГУП «ГосНИИ ГА» и ОАО «НІЖ «ПАНХ», введенный в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 23.12.2010 № 1071-ст, национальный стандарт «Воздушный транспорт. Авиационные работы. Классификация» (ГОСТ Р 54265-2010) содержит более полную классификацию АР и предназначен для применения федеральными органами исполнительной власти, органами законодательной и исполнительной власти субъектов РФ, организациями независимо от форм собственности и организационно-правовых форм, индивидуальными предпринимателями и физическими лицами при идентификации АР, регулировании и описании деятельности в области авиации, общении на одном языке уполномоченных органов в различных областях деятельности, имеющих отношение к АР, и производителей и потребителей данных работ, а также для решения широкого круга задач, связанных с организацией, подготовкой, обеспечением и выполнением АР. Тем не менее, по мнению автора, необходимо выделить в отдельную группу экстренные авиационные работы - это специальный вид АР, выполняемых с применением ACT, в целях защиты территорий и населения от ЧС природного и техногенного характера.
На рис. 1.1. приведена предлагаемая автором классификация экстренных АР в зависимости от характеристик совокупности методов, способов, приемов, режимов и норм использования ВС, устанавливаемых на борту для выполнения АР ТС и (или) дополнительного специального оборудования (аппаратуры), условий выполнения АР, целей и применяемых технологий, с учетом положений ГОСТ Р 54265-2010.
Оценка безопасности полетов ВС на основе Стандартов ИКАО (SARPSICAO) и положений Annex 19
Для повышения эффективности летной эксплуатации вертолетов и обеспечения их безопасности полетов с грузом на внешней подвеске необходимо иметь представление о взаимодействии вертолета и груза. Подробное математическое описание движения системы «вертолет - груз» позволяет создать компьютерное программное обеспечение для решения задач, связанных с рассмотрением особых ситуаций, исследованием эффективности использования специальных технических средств (ТС), уточнением эксплуатационных ограничений. Это также дает возможность создавать авиационные тренажеры высокой степени адекватности, которые позволят экипажам отрабатывать операции с грузом на внешней подвеске, что значительно повысит как безопасность полетов, так и эффективность экстренных авиационных работ с применением внешней подвески.
Несмотря на внешнюю простоту (колебания физического маятника с подвижной точкой подвеса), задача построения математической модели движения вертолета с грузом на ВП с требуемой для практических целей степенью адекватности достаточно сложна, что обусловлено:
во-первых, необходимостью моделирования полного пространственного движения вертолета и груза с учетом всех действующих сил и моментов; во-вторых, наличием динамической связи - гибкой тросовой подвески.
Систему «вертолет-груз» логично рассматривать как несвободную систему двух твердых тел со связью, которую обеспечивает система подвески груза к вертолету.
Для описания движения несвободных систем могут быть использованы уравнения Лагранжа 2-го рода в независимых координатах. Подход с использованием метода неопределенных множителей Лагранжа предложен Володко A.M. в [20, 24].
Следует отметить, что процесс вывода системы уравнений Лагранжа для системы «вертолет-груз» в общем виде достаточно трудоемок, а полученная система нелинейных уравнений, за исключением искусственных модельных случаев не может быть решена аналитически, что ориентирует на применение процедур получения численных решений.
В своей работе [122] Свириденко А.Н. предлагает альтернативный подход - освобождение от связи, пользуясь принципом Даламбера, и замена её активной силой - натяжением троса, требующей определения. Тогда система «вертолет-груз» считается свободной и имеет 12 степеней свободы. Для определения натяжения троса дополнительно используются экспериментально полученные данные, учитывающие, в том числе, и потери механической энергии при растяжении (сжатии) троса. Однако процесс вывода системы уравнений Лагранжа для системы «вертолет-груз» достаточно трудоемок, а полученная система нелинейных уравнений, за исключением искусственных модельных случаев не может быть решена аналитически, сложность данных моделей и соответствующего программного обеспечения могут привести к значительным трудозатратам и затруднить поиск наиболее существенных взаимосвязей.
Также рассмотрен подход построения математической модели системы «вертолет-груз», предложенный в работах [31, 61,70] Кублановым М.С., Козловским В.Б. и Ефимовым В.В., не требующий вывода уравнений Лагранжа, но позволяющий описывать движение системы при наличии связи, которая считается идеальной. Уравнения движения вертолета и груза записываются в системах координат, связанных соответственно с вертолетом и грузом, а неизвестная сила натяжения троса определяется итерационным образом и из условия неизменности его длины. Предложенная модель существенно компактнее полученной в [122], однако имеет те же ограничения области применения, связанные с предположением об идеальности связи.
В диссертации для изучения физики явления и выявления главных факторов используется упрощенная математическая модель: кулиса (классическая), как исходная форма для описания нелинейных движений ГВП при маневре гашения колебаний (рис. 2.2). Закономерности динамики движения «ВС -ГВП» по схеме кулисы были установлены на практике лично автором.
Автором диссертации было экспериментально установлено, что вертолет в режиме висения с ГВП представляет собой типовую 2-х степенную динамическую систему. Эта система является консервативной, поскольку никаких причин для затухания колебаний, кроме лобового сопротивления, не существует. Экспериментально установлено, что при колебаниях груза с массой, близкой к массе вертолета и менее, затухания колебаний без управляющих воздействий невозможно.
Рекомендации по пилотированию вертолета с ВСУ
Также следует учитывать снижение огнетушащей способности сливаемой ОЖ с ростом скорости полета, высоты ВСУ над горящей поверхностью и времени между смежными сливами.
Выполнение экстренных АР по тушению природных пожаров заключается не только в тушении с воздуха, но и в их своевременном обнаружении и обеспечении работ по наземной борьбе с пожарами. Практика тушения лесных пожаров в ряде регионов показывает, что применение авиации без поддержки с земли имеет крайне низкую эффективность. Очаг пожара, затушенный с воздуха, при отсутствии наземных пожарных команд, осуществляющих дотушивание и локализацию пожара, через некоторое время разгорается с новой силой. В связи с этим, для достижения высокой степени эффективности экстренных АР по тушению природных пожаров необходимо применять технологию комплексного тушения пожара с земли и с воздуха, с созданием авиационной системы пожаротушения, включающей различные типы ВС. Вариант такой системы, предлагаемый автором и апробированный при тушении природных пожаров в Республике Саха (Якутия): самолетами Ан-2 (Ан-3) осуществляется мониторинг лесопожарной обстановки и доставка ДГЖ в район пожара; вертолеты Ми-8 (Ка-32) выполняют доставку и переброску между пожарами ДГЖ, перегруппировку сил при изменении обстановки, а также, по прибытии в район пожара, тушение с применением ВСУ-5А; вертолеты Ми-26 осуществляют тушение пожаров с применением ВСУ-15А, доставку и перебазирование на ВП или внутри фюзеляжа самоходной пожарной техники (пожарных машин, тракторов для создания минерализованных полос); при необходимости к тушению пожаров привлекаются самолеты Ил-76 и Бе-200ЧС.
Для повышения эффективности применения авиации, особенно при тушении пожаров высокой интенсивности и в условиях горного рельефа местности, целесообразно применять тактику массированного удара: самолеты Ил-76, Бе-200ЧС в комплексе с вертолетами Ми-26 или Ми-8 (Ка-32), что особенно важно при тушении пожаров в узких каньонах с крутыми горными склонами. На очагах пожаров площадью до 50 Га эффективнее применять вертолеты с ВСУ во взаимодействии с наземными мобильными группами.
Для сокращения времени между сливами на очаг пожара необходимо применять технологию работы в районе пожара парой по кругу (один вертолет забирает воду, другой в это время сливает на пожар, затем первый следует для слива воды на пожар, а второй к месту забора воды), причем возможны варианты использования двух Ми-26, либо Ми-26 в паре с Ми-8 (Ка-32).
При тушении пожаров часто возникает необходимость иметь вблизи очага возгорания запас воды, используемой ДПК в целях борьбы с пожаром и его дотушивания. С этой целью целесообразно применять переносные сборные наземные резервуары, которые можно заполнять водой с помощью ВСУ. Также емкости с водой могут транспортироваться на ВП вертолетов и устанавливаться в непосредственной близости от очага пожара.
Для увеличения времени работы в районе пожара и обеспечения высокой грузоподъемности вертолетов без выхода за пределы ограничений целесообразно использовать дополнительные топливные баки, установленные на колесные тележки с перекачивающим насосом. На аэродроме вылета они закатываются в грузовую кабину и заправляются, при прибытии в район пожара выкатываются на безопасной площадке и в последующем используются для дозаправки вертолета.
На основе анализа опыта эксплуатации ВСУ необходимо отметить следующие направления повышения эффективности технологии применения ВСУ путем технического усовершенствования их конструкции и применения специальных ТС.
Низкие показатели целевого использования ОЖ требуют увеличения секундного расхода при сливе из ВСУ. За 10с слива на скорости 60 км/ч вертолет пролетает около 170 м, примерно такой же длины получается и созданная им на земле смоченная полоса. Часто очаг возгорания имеет размеры меньше 170 м, и тогда часть сливаемой ОЖ не попадает на очаг пожара. Предложение о снижении скорости полета при сливе не подходит в связи с повышенной турбулент 80 ностью атмосферы в зоне пожара, и полеты на скорости менее 60 км/ч небезопасны. Таким образом, нужно либо увеличивать секундный расход из ВСУ, либо, что является лучшим решением, создавать систему порционного слива, которая позволяла бы в зависимости от конфигурации и размеров очага пожара осуществлять на выбор три варианта: слив одной половины ОЖ и через некоторое время слив другой половины; слив обеих половин вместе; слив одной половины и вслед за ней другой.
В процессе выполнения экстренных АР по тушению пожаров также было отмечено, что при транспортировке заполненного ВСУ на скорости полета более 120 км/ч начинается выдувание воды из мягкой оболочки набегающим воздушным потоком. С ростом скорости полета интенсивность выдувания растет, что значительно снижает количественные показатели эффективности тушения пожара. Так, за 20-25 минут полета (когда расстояние между водоемом и пожаром достаточно значительное) при скорости 160 км/ч из зарифованной мягкой оболочки теряется примерно 20% набранной воды. Учитывая, что данный фактор снижает производительность экстренных АР по тушению пожаров, необходимо доработать ВСУ в направлении устранения этого недостатка, а летному составу рекомендовать не выполнять транспортировку заполненного ВСУ на повышенных скоростях полета.
Рекомендации по обеспечению безопасности полета с ВСУ на этапе захода на очаг пожара
Суть маневра по типу «горка» (рис. 3.8) заключается в следующем: пилот в момент выхода на очаг горения и начала слива ОЖ не уменьшает значение ОШ НВ для выдерживания горизонтального полета и одновременно ручкой циклического шага создает положительный угол тангажа, переводя вертолет в набор высоты с одновременным гашением скорости. При уменьшении скорости в конце слива до минимально допустимой для данных условий полета вертолет переводится в горизонтальный полет и далее, после подготовки ВСУ к работе, в разгон скорости с одновременным отворотом из задымленной области. Кроме повышения эффективности слива на точечный очаг пожара данный способ также удаляет вертолет от опасной конвективной зоны, обеспечивая безопасность полетов при тушении пожаров.
Обоснование эффективности предлагаемого метода продемонстрировано на приведенных выше рис. 3.7 и 3.8, численные значения изменения параметров смоченной полосы и режима полета представлены в Таблице 3.6 и рассчитаны для вертолета Ми-26 с ВСУ-15А. Таблица 3.6.
Параметры смоченной полосы, создаваемой ВСУ-15А при сливе 15000 л воды в зависимости от скорости полета и высоты слива
В целях снижения влияния внешних опасных факторов на безопасность летной эксплуатации вертолетов при выполнении экстренных АР по тушению природных пожаров необходимо придерживаться следующих рекомендаций: - в период предполетной подготовки изучать орографические условия местности, особенности ветрового режима в приземном слое, в полете прогнозировать возникновение опасных вихреобразований и конвективных потоков от пожара; - заход на очаг пожара производить под углом 20 или 340 к направлению ветра, не допускать вход в задымленную зону с ограниченной видимостью; - для исключения воздействия приземных роторных вихрей, сдвига ветра и конвективных потоков от пожара, выполнять полеты с порожним ВСУ на высоте не менее 150 м над рельефом местности, с увеличение высоты по возможности до 300 - 500 метров.
Аэродинамические характеристики ВСУ и анализ его поведения на ВП в полете свидетельствуют о том, что оно устойчиво себя ведет даже в турбулентной атмосфере как полностью наполненное водой, так и в порожнем состоянии. Однако, в случае повреждения ВСУ, картина меняется на противоположную. Повреждение заполненного водой ВСУ возможно даже при незначительном касании каких либо препятствий при заходе на сброс воды. В этом случае происходит эффект водяной бомбы. ВСУ мгновенно разрывает под воздействием массы воды, и оно превращается в огромную брезентовую тряпку, потерявшую все аэродинамические свойства. ВСУ немедленно теряет устойчивость и занимает положение параллельно направления полета. Далее все зависит от действий экипажа и длины тросовой системы ВСУ. Если экипаж своевременно не сбросил аварийно поврежденное ВСУ, а длина тросовой системы более расстояния от точки подцепки до зоны РВ, то с большой долей вероятности возможно попадание поврежденного ВСУ в РВ, а также в лопасти НВ в азимуте 180 градусов.
В качестве примера можно привести авиационное событие, произошедшее в августе 1994 года при тушении лесных пожаров в ЮАР. При заходе вертолета МИ-8МТВ для сброса воды в условиях ограниченной видимости было допущено касание емкостью отрога скалы, ВСУ мгновенно разорвалось и, освободившись от воды, оказалось через 1-2 секунды в районе РВ. Услышав первый удар по хвостовой балке, КВС немедленно произвел сброс ВСУ с внешней подвески. Полет завершился благополучно, но вертолет успел получить следующие повреждения: оборвана хвостовая опора, разбиты лопасти РВ, разорвана обшивка стабилизатора, повреждена концевая балка.
Для повышения безопасности летной эксплуатации вертолетов при выполнении экстренных АР по тушению пожаров в случае повреждения ВСУ в полете необходимо придерживаться следующих рекомендаций: - в полете члены экипажа постоянно должны контролировать поведение ВСУ, особенно при выполнении захода на забор воды и на очаг пожара; - на указанных этапах полета колпачок аварийного сброса груза на рычаге «шаг-газ» должен быть открыт; - в случае повреждения ВСУ в полете оно должно быть немедленно сброшено с внешней подвески вертолета.
