Редькин Андрей Владимирович, ведущий инженер
г. Жуковский
Zhukovsky
Ялоза Юрий Александрович, кандидат технических наук, доцент, начальник лаборатории; доцент кафедры проектирования и конструкции ЛА и экспериментальных установок
г. Жуковский
Yuri A. Yaloza, Candidate of Technical Sciences, Head of the Laboratory; Associate Professor of Design and Construction of Aircraft and Experimental Installation Chair (C-11)
Zhukovsky
Ковалев Игорь Евгеньевич, доктор технических наук, профессор, начальник комплекса управления научными проектами
г. Жуковский
Igor E. Kovalev, Doctor of Technical Sciences, Professor
Zhukovsky
Проекты и экспериментальные образцы инновационных летательных аппаратов вертикального взлета и посадки с гибридной силовой установкой во всем мире вызывают большой интерес и приток инвестиций. В связи с этим при разработке новых концепций важно понимать достижимый уровень их технического совершенства относительно эксплуатируемых сейчас винтокрылых и конвертируемых летательных аппаратов по показателям надежности и безопасности полета, чтобы в будущем получить возможность их применения для пассажирских перевозок. Также при разработке конструкции, выборе оптимальной компоновки необходимо знать вклад каждого элемента и агрегата в обеспечение надежности летательного аппарата в целом для соответствия требованиям. Для расчета показателей надежности был выбран метод структурных схем, разработана методика расчета. Рассмотрена общая классификация современных инновационных концепций конвертопланов, определена принципиальная схема гибридной силовой установки и её основные параметры. В статье рассмотрено влияние количества подъемных винтомоторных групп и их расположение на возможность продолжения полета на режиме висения в случае отказа одной винтомоторной группы, определен необходимый запас мощности подъемных электродвигателей для обеспечения данного условия безопасности. В соответствии с принятой принципиальной схемой определены основные функциональные группы гибридной силовой установки конвертоплана, работающие на разных режимах полета. Рассмотрены основные режимы типового профиля полета конвертируемого летательного аппарата, заданы характерные для каждого режима временные интервалы. Для каждого режима полета построена структурная схема надежности функциональных групп гибридной силовой установки, имеющих последовательное или параллельное соединение элементов в зависимости от их влияния на последствия отказа, составлено уравнение расчета вероятности безотказной работы. Для подъёмных винтомоторных групп рассмотрена комбинация критических отказов более одной группы, построено уравнение для расчета вероятности катастрофического случая на режиме висения. На основании полученных уравнений выполнен результирующий расчет вероятности безотказной работы, вероятности отказа на один час полета для каждого режима полета отдельно и суммарно для всего полета. При этом для всех режимов рассмотрены вероятности катастрофического и аварийного случая, а также сложной ситуации в полете. Комплексный анализ полученных результатов расчета показателей надёжности для конвертоплана с шестью подъемными винтами и двумя турбовинтовыми двигателями позволил сделать вывод о его соответствии требованиям 25-й части авиационных правил для самолетов транспортной категории. Определен хороший потенциальный запас до 10-2 по вероятности катастрофического отказа на режимах взлета, посадки и переходном режиме. Выявлены критические по вероятности безотказной работы элементы и подсистемы, предложены способы повышения их надежности и летательного аппарата в целом.
Projects and experimental models of innovative concepts of VTOL aircraft with a hybrid propulsion system are attracting great interest and investment inflow all over the world. In this regard, when developing new concepts, it is important to understand how much better they will be than the currently operated rotorcraft and convertible aircraft in terms of reliability and flight safety, to be able to use them for passenger transportation in the future. In addition, when designing and choosing the optimal layout, it is necessary to know the contribution of each element and unit to the reliability of the aircraft as a whole in order to meet the requirements. To calculate the reliability indicators, the method of structural diagrams was chosen, and the calculation methodology was developed. The general classification of modern innovative concepts of convertible aircraft is considered, schematic diagram of hybrid propulsion system and its main parameters are determined. The article discusses the influence of the number of lifting rotor groups and their location on the possibility to continue the flight in hover mode in case of failure of one rotor group, the necessary power reserve of lifting electric motors is determined to ensure the given safety condition. In accordance with the adopted structural diagram, the main functional groups of the hybrid propulsion system of convertible aircraft operating in different flight modes are determined. The basic modes of a typical flight profile of a convertible aircraft are considered, time intervals characteristic for each mode are set. For each flight mode, a structural scheme of reliability of functional groups of a hybrid propulsion system is constructed, having a serial or parallel connection of elements, depending on their influence on the consequences of failure, the equation for calculating the probability of fail-free operation is derived. For lifting rotor groups, a combination of critical failures of more than one group is considered, and the equation is composed to calculate the probability of a catastrophic event in hover mode. Based on the obtained equations, the resulting calculation of the probability of fail-free operation, the probability of failure per flight hour for each flight mode was carried out separately and in total for the entire flight. Thus, for all flight modes, the probabilities of a catastrophic and emergency event, as well as a difficult situation in flight, are considered. A comprehensive analysis of the obtained results of reliability indicators calculation for convertible aircraft with six lifting rotors and two turboprop engines made it possible to conclude that it meets the requirements of the 25th part of aviation regulations for transport aircraft. A good potential margin of up to 10-2 was determined for the probability of a catastrophic failure in take-off, landing and transitional modes. The elements and subsystems that are critical for fail-free operation are identified, and ways to improve their reliability and the aircraft as a whole are proposed.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.