Вертолёт, 2005 № 01

Попытки задать уровень безопасности полета вероятностью событий относятся к середине прошлого столетия, когда возник повышенный интерес к вероятностно-статистическим методам в авиастроении. В работах 1954–1959 гг. американец Б. Лундберг обосновывает допустимую вероятность прочностного катастрофического разрушения силовой конструкции самолета числом 10' 9, а отдельных агрегатов — числом 10' 10.

Во второй главе «Норм летной годности гражданских вертолетов СССР» (1971 г.) сформулированы общие требования к безопасности полета вертолета без использования вероятностных понятий. В Нормах летной годности гражданской авиации Великобритании (BCAR 1974, 1986 гг.) есть требования к значениям вероятности возникновения опасных отказов для отдельных систем вертолета.

Дела сегодняшние

В Нормах летной годности гражданских самолетов и вертолетов СССР НЛГС-3 (1984) и НЛГВ-2 (1987) вероятностные требования к уровню безопасности полета приобрели системный и всеобъемлющий характер. Центральный в этом плане параграф 2.2.4 НЛГВ-2 (аналогичный параграфу 2.2.4 НЛГС-3) содержит требования к цифровым значениям вероятностей возникновения различных по степени опасности ситуаций. Рекомендуется, например, чтобы любое отказное состояние, приводящее к катастрофической ситуации, могло возникнуть с вероятностью, не превышающей 10' 8на час полета (для самолетов требуется обеспечить вероятность менее 10' 9).

Параграф 2.2.5 НЛГВ-2 содержит положения, относящиеся к методам доказательства соответствия вертолета требованиям по отказобезопасности. В частности, применительно к отказным состояниям, являющимся следствием разрушения, заклинивания или рассоединения механического элемента, указывается, что в качестве одного из методов доказательства следует использовать «статистическую оценку безотказности подобных конструкций за длительный период эксплуатации…».

Казалось бы, процедура установления требований к отказобезопасности конструкции вертолета посредством задания количественных значений вероятностей получила свое логическое завершение. Между тем в сравнительно недавно введенных Нормах летной годности винтокрылых аппаратов АП-29, гармонизированных с американскими нормами FAR-29, нет ни одной цифры, нормирующей вероятность какого- либо события. В параграфе 29.571 АП-29 (2000 г.), посвященном усталостной прочности конструкции, вероятностный термин исключен, и требование теперь звучит так: «Оценка прочности основных элементов… должна показать, что не будет катастрофического разрушения из-за усталости…».

Есть мнение, что отсутствие в АП-29 цифровых значений вероятностей отказных состояний и вызванных ими ситуаций — досадная случайность, ущербность, неполнота или недостаток норм, которые должны быть устранены, восполнены или компенсированы при помощи рекомендательных циркуляров или иных документов, имеющих обязательный характер. Так ли это?

Блеск и нищета вероятностного подхода

Задание уровня безопасности в цифровом выражении привлекает своей четкостью. Получены, скажем, вероятности возникновения катастрофической ситуации, равные 0,9х10 – 8и 1,1х10' 8. В первом случае требования НЛГВ-2 выполняются, во втором — нет.

В то же время именно конкретность цифр наводит на «детские» вопросы. Откуда взялась сама норма 10 – 8? Почему для самолетов это число в 10 раз меньше — 10' 9? Утверждается, что с учетом интенсивности эксплуатации эта норма практически исключает катастрофы самолетов и вертолетов. Однако такое же суждение справедливо и для норм 10' 10, 10' 11и т. д. Где остановиться? Может быть, хватит 10' 7? Кто это решает?

Существует и морально-этический аспект проблемы. Любая допустимая величина возникновения катастрофы может вызвать обоснованные возражения, поскольку речь идет, прежде всего, о человеке, о сохранении его жизни. Численная норма угрозы — это легализованная игра в рулетку, где ставка — человеческая жизнь.

Посмотрим на проблему с другой стороны. Строгость постановки задачи требует, очевидно, такой же строгости в ее решении. Однако математически строгих способов подтверждения вероятности порядка 10' 8…10' 9практически не существует.

Сегодня, как и на заре развития авиации, нарушение прочности конструкции — один из основных факторов возникновения аварийных и катастрофических ситуаций. Между тем в действующих нормах прочности самолетов и вертолетов даются только детерминистические способы регламентирования и расчетов. Так, методика расчета безопасного ресурса предусматривает использование нескольких коэффициентов надежности. Эти коэффициенты учитывают разброс параметров законов распределения нагрузок и прочности конструкции и определяются эмпирически с использованием вероятностно-статистических методов обработки результатов испытаний. По технико-экономическим ограничениям испытаниям на выносливость подвергаются не более чем несколько сотен стандартных образцов и несколько образцов реальной конструкции. Полученные значения вероятностей при этом лежат в диапазоне значений 10 – 1… 10' 3. Теоретически распространить полученные данные на значения вероятностей порядка 10' 8…10' 9возможно только при условии принятия ряда допущений. Такого рода допущения могут быть достаточно правдоподобны, но строгого доказательства их истинности не существует. В то же время надежность методики расчета безопасного ресурса подтверждается опытом: при всех расследованиях причин катастроф не было случая, когда бы эта методика ставилась под сомнение. Причины катастрофических разрушений конструкции достаточно банальны — брак в производстве, некачественный ремонт, неполный учет эксплуатационных нагрузок. По сути — это проявления того же «человеческого» фактора, который является основной причиной приведших к тяжелым последствиям нарушений правил эксплуатации.

Отход АП-29 от количественных требований в части отказобезопасности в определенной мере обусловлен и спецификой винтокрылого аппарата, особенностями его летных свойств и конструкции. Способность вертолета лететь на малой скорости и висеть, садиться на режиме авторотации при отказе двигателей устраняет характерную для самолета фатальную неизбежность катастрофы при целом ряде функциональных отказов. Пока вертолет сохраняет целостность силовых деталей, способны вращаться и управляемы несущий и рулевой винты, а при полетах в отсутствие видимости сохранена индикация пространственного положения — возможны безопасная посадка и благополучное завершение полета. Поэтому сердцевина проблемы безопасности полета вертолета — это специфичные вертолетные детали: втулки несущих винтов, автоматы перекоса, лонжероны лопастей, постоянно видоизменяющиеся и по виду, и по применяемым материалом, и по используемым технологиям производства.

Подтвердить вероятность 10' 8на час полета «статистической оценкой безотказности подобных конструкций за длительный период эксплуатации» нереально, если иметь в виду, что суммарный налет всего мирового парка вертолетов оценивается цифрой порядка 10' 8часов, а применительно к конкретной конструкции речь может идти не более чем о 10' 5часов налета. Математический аппарат, как бы он ни был совершенен, не даст результатов более достоверных, чем исходные данные — для того, чтобы приготовить вкусные котлеты, недостаточно иметь хорошую мясорубку.

Требования АП-29

В АП-29 нет ни одной цифры, «нормирующей» вероятность какого-либо события. Вместе с тем, требования к отказобезопасности конструкции, в основном детерминистические, проходят красной нитью через все части этих Норм. Вот один из многих примеров такого рода требований (применительно к конструкции несущего и рулевого винтов): «Должна быть произведена оценка конструкции, включая детальный анализ отказов, чтобы установить все отказы, которые могут воспрепятствовать безопасному продолжению полета, и должны быть установлены средства, сводящие к минимуму вероятность их появления».

Вероятностные требования в системном виде появляются только в разделе F «Оборудование», однако и здесь цифровое выражение требований по вероятностям отсутствует.

Считать или не считать?

Нормы НЛГВ-2 и НЛГС-3 де-факто определяют приемлемый уровень безопасности полета цифровыми значениями вероятностей отказных состояний и обусловленных отказными состояниями особых ситуаций. Это приводит к обязательности выполнения соответствующих расчетов.