Тело человека — уникальная интеллектуальная система, пронизанная нервными окончаниями, рецепторами, тысячами километров сосудов. Если что-то начинает выходить из строя, то рецепторы посылают сигналы о возникших сбоях и проблемах. Это дает возможность вовремя среагировать и успешно "чинить" наш организм, не доводя до критических ситуаций. Аналогичную систему мониторинга для летательных аппаратов создают сегодня специалисты авиационной отрасли. 

О разработке системы диагностики состояния самолета или вертолета говорили еще инженеры в 70-х годах прошлого века, но тогда в их арсенале не было достаточных технических решений.

Возможность сегодня создавать миниатюрные датчики различной физической природы, использовать новые материалы и прочное оптоволокно позволила разработать и начать внедрять систему постоянного мониторинга состояния конструкций самолета/вертолета, которая, как сосуды и рецепторы в теле человека, пронизывает жизненно важные системы и агрегаты машины.

"Хрусталь"

В России программа по созданию комплексной системы мониторинга самолетов и вертолетов на базе отечественных решений с использованием датчиков различных физических свойств началась в 2015 году, когда НИЦ "ИРТ" и Фонд перспективных исследований (ФПИ) запустили научно-исследовательскую работу "Хрусталь". В качестве соисполнителей в ней участвовали институты Российской академии наук, Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского (ЦАГИ) и другие организации.

Работа была успешно завершена в 2017 году и показала, что принципиально возможно на участке композитного материала размером метр на метр тремя маленькими датчиками определять место энергии удара и возникновение трещин при отсутствии внешних видимых повреждений композитной панели.

Как рассказал ТАСС научный руководитель НИЦ "ИРТ" Владимир Каргопольцев, в настоящее время проблема внедрения системы мониторинга состояния конструкций стоит особенно остро. Это связано с масштабным внедрением новых материалов (в частности, композитных материалов в различные элементы конструкции летательных аппаратов, в том числе силовые композитные конструкции), внедрением новых производственных технологий, все расширяющимися областями эксплуатации летательных аппаратов, по которым отсутствует значимый опыт их применения.

Как отметил ученый, наиболее проблемный вопрос композитных материалов — вопрос, связанный с их ударостойкостью и возникновением внутренних трещин. "Если по старым материалам был накоплен огромный опыт, были разработаны специальные теории по развитию трещин, стойкости металла, то по композитам этот опыт отсутствовал. Это была проблема не только наша. Это проблема, над которой работал и работает весь мир", — признался Владимир Каргопольцев.

По его словам, несмотря на очевидность решений по созданию системы мониторинга на основе датчиков, разработчики столкнулись с определенными трудностями. "Казалось бы, все понятно — внедряй датчики, снимай показания, но возникало множество проблем: датчики должны быть высоконадежные, точные, миниатюрные. Внедрение их в конструкцию не должно приводить к потере регулярности среды конструкции. Также они должны быть небольшие, чтобы не быть источником возмущений при нагружении конструкции. Кроме того, чтобы уловить все особенности состояния летательного аппарата, датчики должны иметь разную физическую природу — датчики акустической эмиссии, деформации, температуры, коррозии и другие", — сказал научный руководитель НИЦ "ИРТ".

Российским специалистам удалось с успехом выполнить работу и создать систему, показывающую "здоровье" летательного аппарата и прогнозирующую возможные отказы. Датчики системы непрерывно контролируют состояние значимых элементов конструкции машины в процессе полета, в том числе от начала появления дефектов до развития и появления трещин и возможного нарушения целостности конструкций.

"Мы с помощью этой системы понимаем не только состояние машины, мы можем понять всю историю развития проблемы. Можем прогнозировать остаточный ресурс летательного аппарата и наступление предотказного состояния", — рассказал Каргопольцев.

Ученый отметил, что на очереди дальнейшее развитие системы с использованием нового поколения датчиков с расширенными возможностями, увеличение охвата контролируемых элементов летательных аппаратов, их агрегатов и систем. "Особенно важным и приоритетным является создание и внедрение нового поколения программных продуктов с широкими возможностями применения, в том числе для анализа больших массивов собранной информации", — отметил Владимир Каргопольцев.

"Мы сделали систему для лопастей на летающей лаборатории вертолета Ми-24. Затем сделали уже системы более продвинутого поколения для композитных конструкций крыла перспективного военного самолета. В настоящее время мы уже завершили государственные испытания системы, являющейся составной частью вертолета типа Ка-52М. В данный момент система серийно поставляется и устанавливается на всех модернизированных машинах, входит в базовую комплектацию", — Николай Львов, руководитель компании ООО НИЦ "ИРТ".

Он уточнил, что получаемая сегодня с Ка-52М информация включает в себя данные по работоспособности основных элементов конструкции вертолета и в целом о его состоянии, включая остаточный ресурс и ресурсы отдельных элементов. "Система контролирует состояние ключевых элементов конструкции вертолета и их взаимодействие, что позволяет определять "здоровье" вертолета в целом и его отдельных агрегатов и показывать их остаточный ресурс, оценить готовность вертолета к выполнению полета", — сказал Львов.

Вся информация о состоянии вертолета собирается и хранится на электронном бортовом накопителе. По регламенту техник после посадки машины снимает показания: информация сохраняется на специальный ноутбук, где в том числе установлено соответствующее программное обеспечение — "Электронный паспорт".

По словам разработчиков, у пользователей не должно возникнуть никаких проблем в трактовке полученных результатов: высвечивается подробное и простое меню, где авиационный техник может выбрать любой борт (вертолет), посмотреть его состояние в целом, а также состояние отдельных агрегатов. Так, в меню различными цветами отражается состояние контролируемых конструкций и агрегатов: зеленый (все нормально), желтый (требуется дополнительный осмотр конструкции), красный (критическая ситуация). Также выделяются превышения допустимых значений, на каком этапе полета они были получены, из-за чего, когда и почему они привели к тому, что вертолет нельзя выпускать в полет и нужно с ним провести определенные работы.

Как рассказал Николай Львов, в ходе адаптации системы под вертолеты Ка-52 разработчики НИЦ "ИРТ" работали в плотной связке с Национальным центром вертолетостроения (НЦВ) им. М.Л. Миля и Н.И. Камова для того, чтобы определить разумное количество точек для установки датчиков, которые дают информацию о состоянии всей машины. "Информация собирается из разумного количества точек, которые мы определили совместно с конструкторским бюро. Не один день, не один год был посвящен разработке приборно-технической части, выбору мест размещения датчиков, разработке алгоритмов обработки получаемой в процессе полета информации для определения "здоровья" конструкции", — отметил гендиректор компании.

Он также рассказал о новых возможностях, которые открываются при установке системы мониторинга состояния машины. Так, информация, полученная при эксплуатации Ка-52М с данной системой, показала сильное влияние технического состояния вертолета на эффективность применения вооружения. 

На пределе возможностей

Внедрение системы мониторинга еще раз наглядно показало, насколько сильно отличается пилотирование вертолета в бою от использования машины в мирное время и даже от того, что изначально закладывалось при проектировании.

"При выполнении вертолетом различных специальных задач и при быстро протекающих (мгновенных) воздействиях на конструкцию эти отличия значительны, что требует корректной оценки их влияния на расход ресурса отдельно взятого элемента и аппарата в целом. Получаемые с помощью системы мониторинга результаты после проведения дополнительного анализа могут быть использованы для совершенствования требований к аппарату и служить документальной объективной основой для совершенствования методов проектирования новых самолетов и вертолетов", — сказал Каргопольцев.

Он также отметил, что в ходе боевых действий иногда возникает необходимость использования вертолета или самолета на пределе возможностей. Это опасно возникновением "быстро текущих катастрофических процессов", о которых необходимо своевременно предупредить пилота. "С использованием информации от системы мониторинга в большом числе случаев такая опережающая информация может быть получена и в случае необходимости выведена на приборную доску пилота для принятия решения", — отметил ученый.

Полет на предельных режимах — это часто ключ к успеху, но это и большой риск для летчика и летательного аппарата. Как правило, именно на близких к предельным режимах имеет место быстрый расход ресурса, что приближает аппарат к критическому состоянию. Система мониторинга может своевременно предупредить об этом. 

Революция в техобслуживании

Мониторинг состояния машин в режиме реального времени, как ожидается, полностью поменяет представление о регламенте техобслуживания летательных аппаратов. Сейчас у машин все как когда-то было у людей во времена ежегодной диспансеризации — раз в год самолеты и вертолеты отправляются на техническое обслуживание. Но в этих единых нормативах не учитывается то, как эксплуатировались вертолеты и самолеты в течение года: выполняли боевые задания или рутинные полеты.

"Детальное знание предыстории эксплуатации аппарата позволяет рационально построить процесс технического обслуживания, определить сроки его проведения и содержание, оптимизировать логистические процессы и операции, предполагаемая экономия <…> может составить не менее 30%", — Владимир Каргопольцев, научный руководитель НИЦ "ИРТ".

Сбор информации о техническом состоянии летательных аппаратов позволит заранее знать, что через какое-то время нужно будет менять определенные узлы и агрегаты, заранее их заказать и снизить время и расходы на обслуживание машин. "Здесь мы переходим от нормированного технического обслуживания к обслуживанию по состоянию. Это совершенно новая эра в эксплуатации авиационной техники и ее разработке", — отметил ученый.

Самое главное, что постоянный мониторинг жизненно важных элементов летательных аппаратов позволит поддерживать уровень боеготовности строевых машин на очень высоком уровне. Как сообщил Николай Львов, специалисты НИЦ "ИРТ" вместе с НЦВ "Миль и Камов" и Минобороны России планируют менять регламент обслуживания техники, оснащенной системой мониторинга состояния.

От беспилотников до военных кораблей

Как рассказали создатели системы мониторинга, цель, которую перед собой ставил коллектив компании, — не просто выдать результат "в пробирке", а разработать удобное для авиапромышленности решение. Для этого велась плотная работа с конструкторскими бюро, которые регулярно давали разработчикам обратную связь. Вместе специалисты определяли, где лучше располагать элементы системы, чтобы снимать точные показания.

По словам гендиректора НИЦ "ИРТ", сейчас система находится в первом поколении своего развития и устанавливается на вертолеты Ка-52М. Причем предполагается внедрение этой системы на все уже построенные машины этой серии.

Николай Львов также отметил, что функционал системы можно расширять. Основа обновленной системы мониторинга для Ка-52М уже спроектирована. "В дальнейшем мы выйдем на оценку состояния большего количества типов агрегатов и систем вертолета, чтобы позволить определять их состояние и эксплуатировать по фактическому состоянию. Не меняя блок, мы будем добавлять датчики и обновлять софт", — рассказал собеседник агентства.

Кроме того, система поможет решить такой ключевой для вертолетчиков момент, как контроль центровки и взлетного веса. Соблюдение правил центровки — это одна из ключевых проблем эксплуатации летательных аппаратов, которая сильно отражается на пилотировании. 

"Мы уже опробовали возможность контроля центровки и взлетной массы на Ми-8. На вертолет были установлены дополнительные датчики на стойки шасси, при этом сам бортовой блок не менялся. Система будет определять и выдавать персоналу данные по летному весу и центровке груза", — рассказал Львов.

При этом планируется масштабирование системы мониторинга на другие летательные аппараты. Ка-52М стал первой машиной, также системой планируется оснащать вертолеты Ми-8 и Ми-26. "Сейчас у нас готовятся сертификационные полеты на гражданских Ми-17 для того, чтобы уже сертифицировать систему на этой машине и оснащать ей гражданские вертолеты", — отметил глава компании.

Он также уточнил, что система мониторинга разрабатывалась как универсальная, то есть подходящая для всех видов техники. Руководством промышленности и военного ведомства поддерживается инициатива внедрить ее на все самолеты и вертолеты, а также транслировать это решение в космическую промышленность и судостроение. На основе локальных дорожных карт, которые подготавливаются с каждым конструкторским бюро: НЦВ "Миль и Камов", "Сухой", "МиГ", "Ильюшин" и другими, а также с ключевыми отраслевыми институтами, — формируется "Отраслевая карта создания и внедрения систем мониторинга". 

Так, в режиме реального времени будут контролировать состояние композитного крыла на отечественном лайнере МС-21. "У нас подписаны дорожная карта и план, сейчас разрабатывается техническое задание по внедрению системы на МС-21", — отметил глава компании НИЦ "ИРТ".

Системой заинтересовались и в "Ильюшине", возможно, ее получат самолеты Ил-76 и Ил-476. "В компании максимально заинтересованы на первом этапе интегрировать систему в самолет Ил-76", — отметил Львов.

Также система мониторинга может устанавливаться на беспилотные летательные аппараты. В планах у разработчиков — предложить систему для установки на сухопутную, космическую технику и другие сложные инженерные системы.

На сегодняшний день система мониторинга состояния летательных аппаратов находится на гребне мировых технических достижений. И, по мнению разработчиков, ее возможности еще не реализованы полностью: разрабатываются новые датчики, дорабатывается софт, система обретает новые функции, помогая в эксплуатации сложной и дорогой техники.