• Главная
• Контакты
• Нашёл ошибку
• Прислать материал
• Добавить в избранное

Ю.Г. Соковиков, докт. техн. наук, главный конструктор фирмы "Камов"

Современные надводные суда различного назначения все труднее представить без базирующихся на них вертолетов, придающих им совершенно новые качества и повышающих их производительность и эффективность. Разведчик ледовой обстановки, проводник караванов судов, летающий кран, позволяющий без захода в порт производить разгрузку судов, скорая помощь, охотник за подводными лодками, тральщик - многочисленные функции, которые выполняет вертолет, находясь на вооружении кораблей и судов, делают его незаменимым многофункциональным средством на современном флоте.

Проектируя вертолет, который должен эксплуатироваться на корабле, конструкторы столкнулись с целым рядом достаточно сложных и специфических проблем. Речь идет, прежде всего, о проблеме совместимости винтокрылой машины с кораблем, решение которой привело к необходимости создания и совершенствования авиационно-технических комплексов судов, а также к совершенствованию самих палубных вертолетов.

Под совместимостью вертолета или иного летательного аппарата (ЛЛ) с кораблем, как, впрочем, с любым другим объектом базирования, понимается минимизация габаритных размеров и объемов ЛА, повышение его топливно-экономической эффективности, снижение номенклатуры средств обслуживания, контроля и др., что и определяет плошали и объемы, необходимые для размещения ЛА и обеспечения его безопасной эксплуатации (осуществления управляемого сближения и посадки, транспортировки по полетной палубе качающегося корабля, обеспечения устойчивости на полетной палубе). Б соответствии с пониманием этих процессов разрабатываются требования к авиационно-техническому комплексу корабля.

Первые проблемы совместимости возникли в процессе летно-морских испытаний корабельного вертолета Ка-10 «Иркутянин» конструкции Н.И. Камова, проводившихся в копие 50-го - начале 51-го года на крейсере «Максим Горький» в акватории Балтийского моря.

Некоторые моменты процесса посадки весьма специфичны. К ним можно отнести нестационарность в пространстве взлетно-посадочной площадки (BПП) корабля, турбулентность воздушного потока над палубой, ограниченность площадей и объемов для размещения и применения вертолета, сложность его обслуживания в морских условиях.

Усилиями отечественных исследователей и конструкторов большинство проблем, связанных с практикой базирования вертолетов на корабле, было успешно разрешено. Речь ипет, в первую очередь, об исследовании структуры воздушного потока над ВПП и за кормой корабля. методов раскручивания и остановки лопастей несущего винта (HB) в турбулентном воздушном потоке, исследовании нагрузок на опоры шасси вертолета в процессе его посадки на ВПП качающегося корабля, методов взлета и посадки.

Развитие теории случайных процессов и применение ее к гидродинамической теории качки корабля позволило создать физическую модель качки при нерегулярном морском волнении, а также применить эту модель к исследованиям динамики движения ЛА в процессе взлета, транспортировки и посадки. Качка довольно сильно усложняет задачу обеспечения совместимости вертолета с кораблем. Среднестатистические характеристики килевой качки составляют 1-1,5°, бортовой 3-4°, вертикальной 1,5-2 м в центре водоизмещения. В области частоты 0.45-0,75 Гн, соответствующей максимальной спектральной плотности, колебания килевой качки опережают по фазе вертикальную качку на 45-50°.

Главной проблемой совместимости вертолета с кораблем является обеспечение процесса сближения и посадки машины на движущийся, качающийся корабль в сложных гидрометеорологических условиях. При этом траектория сближения значительно искривлена, а сам корабль подвержен периодическим перемещенияи. которые усложняют математическую модель общего плана. Отыскание методов компенсации периодических перемещений корабли, учет их воздействия на характеристики ЛА составляют значительную часть исследований теоретических основ динамической совместимости вертолета с объектом базирования.

Другим весьма важным аспектом исследования проблемы совместимости является изучение процесса раскручивания и остановки лопастей НЬ вертолета в турбулентном воздушном потоке и. как следствие, параллельная разработка требований к структуре этого воздушного потока над ВПП и за кормой корабля.

Обеспечение устойчивости субъекта базирования при стоянке па ВПП, транспортировке в ангар или обратно представляет собой особую, не менее сложную задачу в общей проблеме совместимости, которая рассматривается с учетом инерционных сил, действующих на вертолет со стороны корабля во время качки, что влияет на устойчивость и балансировку вертолета по сравнению с базированием на наклонной стационарной площадке.

Рис 1. Различная степень соляных отложений на лопатках компрессора: 1 - область повышенной коррозии, 2- область пониженной коррозии, 3- статор, 4- лопатка

В процессе эксплуатации вертолета на морских авианесущих объектах базирования он непосредственно сталкивается с воздействием на него морской среды, солнечной радиации, вызывающих разрушение защитного покрытия конструкции, появление очагов электролитической коррозии, уменьшение сопротивления изоляции, повышение переходных электрических сопротивлений металлизации. Все это приводит к коррозии таких важных элементов конструкции ЛА, как подшипники системы управления и втулки НВ, воздушно-газового тракта двигателей, коррозии агрегатов и электросоединений оборудования, а в целом - к снижению надежности вертолета.

Однако главным фактором, снижающим эксплуатационные возможности вертолета, является отложение солей на лопатках компрессора турбовального двигателя. Отложение солей снижает мощность двигателя я уменьшает запас устойчивости компрессора. Если не следить за этим процессом, то можно допустить летное происшествие, так как по истечении определенного интервала времени происходит лавинный коррозионный и эрозионный процессы па лопатках компрессора, приводящие к помпажу и дальнейшему разрушению двигателя.

На первых ступенях компрессора из-за большой скорости воздушного потока частицы соленой влаги в виде капель раздробляются вращающимися лопатками на еще более мелкие частички, что приводит к быстрому испарению воды. На последних ступенях компрессора тепло от сжатия воздуха способствует дополнительному выпариванию оставшихся частичек влаги. Самая большая концентрация соли имеет место па первых ступенях компрессора (рис. 1). Отложение соли отрицательно сказывается на КПД компрессора. Двигатель начинает работать на более напряженном режиме, его мощность и запас устойчивости газодинамического тракта по помпажу значительно снижаются.

Испытания и опыт эксплуатации палубных машин позволили выявить факторы, способствующие ускорению солевого отложения. Первый фактор связан с высотой висения ЛА над уровнем моря, направлением и скоростью ветра. Известно, что поток от НВ создает кольцо вспенившейся морской воды, из-за чего частицы соли переносятся по воздуху вперед и вверх. Взаимозависимость высоты висения, направления и скорости ветра может привести к попаданию в двигатели большого количества морской влаги. Современный турбовальный двигатель потребляет около 5-12 кг воздуха в секунду, что приводит к быстрому и большому отложению кристалликов соли на элементах компрессора. Вероятность отложения солей увеличивается в зависимости от размеров частиц волы. Экспериментально установлено, что крупные частицы диаметром около 500 мкм поднимаются НВ па высоту 3-5 и при его пролете на предельно малой высоте. Капли размером до 150 мкм обнаруживаются на высоте 9-10 м.

По зарубежным источникам, для двигателей типа ГТД Т-58 (N_взл = 1100 л.с., расход воздуха 5.65 кг/с) количество захватываемой воды составляет:

3 см³/мин - при висении на высоте 0,5D_нв (D_нв - диаметр несущего винта);

8 см³/мин - при висении на высоте 0,3D_н .

На рис. 2 показана схема зависимости движения морской пыли, поднятой индуктивным воздушным потоком НВ вертолета, от направления и скорости ветра. Рисунок показывает, что наименее приемлемым для вертолета SH-3D Sea King является висение на высоте II = 0,8-1,2 м при скорости ветра 15 км/ч. 1! этом случае расстилающаяся по волной поверхности морская пыль поднимается встречным потоком воздуха и устремляв! ся в район воздухозаборников двигателей. При большей или меньшей скорости ветра этот эффект значительно уменьшается. Строго говоря, неблагоприятная высота висения зависит как от скорости ветра, так и от скорости индуктивного потока НВ. то есть от нагрузки его на ометаемую поверхность.

Высота висения над водной поверхностью является наиболее важным фактором, влияющим на осаждение солей на лопатках компрессора. На рис. 3 показана зависимость изменения: мощности двигателя по времени от высоты висения вертолета SH-2F Sea Light. На высоте ниже 3 м (oi уровня воды до колес шасси) график пришлось бы продлить сильно вверх. Нормальный режим висения вертолета SH-2F соответствует высоте висения не ниже 12 м. Для палубного Ка-32 эта высота соответствует 18 м. Надо отметить, что на этих высотах происходит заливание стекол кабины брызгами морской воды, что, естественно, значительно ухудшает условия работы экипажа, несмотря на интенсивное движение щеток стеклоочистителей.

Испытания двигателя П'Д "Г-58 на вертолете HHS-2 показали, что падение мощности в наиболее неблагоприятных условиях висения (Н < 5 м) над морем может наступить через 20 мин.

С целью предупреждения солеобразования на лопатках компрессора двигателя его проточную часть необходимо подвергать промывке горячей водой с добавкой специальной эмульсии при помощи коллектора, установленного на входное устройство работающего па малом газе деятеля.

Способы борьбы с коррозией сводятся к следующему:

- - применение металлов и сплавов, стойких к коррозии в морских УСЛОВИЯХ;

- -защита металлов и сплавов, не обладающих достаточной стойкостью к коррозии, антикоррозийными покрытиями;

- -исключение контактов разнородных в электрохимическом отношении металлов или введение надежных изолирующих прослоек между НИМИ;

- -применение предохранительных смазок;

- -обеспечение герметизации отдельных объемов фюзеляжа, блоков, отсеков: применение специальных влагопоглотителей.

При анодном покрытии наносимый металл является анодом по отношению к защищаемому металлу. Так, например, анодными покрытиями для стали являются цинк и кадмий. Кадмирование наиболее применимо к деталям вертолетных конструкций. Защитные свойства цинка выше, чем кадмия, однако для ЛЛ, базирующихся в морских районах, кадмиевое покрытие предпочтительнее, так как этот металл химически более стоек и особенно хорошо сопротивляется действию морской воды.

При кат одном покрытии наносимый металл является катодом по отношению к металлу детали. Для стали катодными покрытиями являются олово, хром, никель, медь. Как показывает практика, катодные покрытия ненадежны. В случае их повреждения и при попадании электролита - морской воды - па поврежденном месте образуется гальваническая пара и металл детали быстро разрушается. Из катодного покрытия применяется хромирование деталей шасси и планера вертолета.

Представляет интерес вид зашиты. основанный па электрохимическом законе разрушения анода при коррозии, применяемый для деталей, соприкасающихся с морской водой. Протекторы для защиты от коррозии деталей из алюминиевых сплавов Днище вертолетов-амфибий, поплавки и др.) изготавливают обычно из цинковых пластин, которые закрепляются на защищаемом участке болтами. Поверхность протектора при этом должна составлять 0,1-0,?% защищаемой площади. Радиус действия протектора в морской воде достигает 4 м. При коррозии он разрушается, предохраняя от разрушения дюралюминий. Протекторная защита целесообразна также в местах сочленения деталей из разнородных металлов. в качестве протектора при этом используют прокладки из соответствующих металлов.

При конструировании узлов и агрегатов палубного ЛА необходимо избегать в них шелевых зазоров, карманов. Если это требование обеспечить невозможно, необходимо предусмотреть тщательную герметизацию щелевых зазоров герметиками и прокладками, а также устройство дренажей в местах скопления влаги.

Во всех подвижных соединениях вертолета предусматривается применение подшипников качения только закрытого типа либо металлофторопластовых подшипников скольжения, отличающихся повышенной антикоррозионной стойкостью.

Для предохранения металлических деталей, агрегатов и обшивки вертолета применяются лакокрасочные покрытия, которые делятся на две Группы:

- лакокрасочные эмали, в которых пленкообразователями являются высыхающие растительные масла;

- эфироцеллюлозные, перхлорвиниловые, акриловые и другие быстросохнущие материалы, в которых пленкообразователями служат искусственные смолы.

Хорошей профилактикой, позволяющей поддерживать удовлетворительное состояние элементов конструкция вертолета, является его мойка в конце летного дня пресной водой с раствором нейтрального мыла, если во время полетов машина работала в режиме висения над морем на малой высоте или на детали машины попала морская вода в штормовую погоду либо при качке корабля.