Данная статья, в отличии от обычной прессы, даст Вам развёрнутый ответ на этот вопрос на основе только фактов и будет полезна для людей, которые всё-таки решились строить свой пилотируемый или беспилотный летательный аппарат для личного передвижения или даже имеют «бизнес-план» на его массовое производство, то есть тех, кто ещё хотят изменить мир, а не тех, кого мир уже изменил. А ещё для тех, которые хотят приобрести такой ЛА в личное пользование, ведь в интернете уже есть «заманчивые предложения».
Эта статья даст Вам понимание, куда двигаться дальше, если Вы всё-таки решились на такой отчаянный шаг, как постройка собственного ЛА (сам когда-то был таким). Я попытался как можно подробно и, в то же время, более коротко изложить возникающие у начинающего и не очень конструктора ключевые вопросы и ответы к ним. Не стоит пугаться слова «сертификация», которое очень часто будет употребляться далее в статье. Если не рассматривать российское воздушное законодательство, а, например, Европейское или Американское, то сертификация равно приемлемый уровень безопасности. Но не всё так страшно, как может показаться на первый взгляд, и об этом Вы узнаете, прочитав эту статью.
(I) Общая информация
Сейчас многие задаются вопросом из названия статьи, сетуя на то, что техника прогрессирует в своём развитии, электроника становится всё миниатюрнее и умнее, а дело застряло не только в России, но и во всём мире. Но не так всё однозначно с прогрессом, как может показаться на первый взгляд обычного обывателя.
Обычно в прессе ответ на поставленный выше вопрос дают «просто», «коротко», в лучшем случае «невнятно», а в худшем – переворачивают всё с ног на голову и никаких фактов и/или документов не приводят. Читатель, например, из околоавиационной тусовки или даже начинающий свою карьеру инженер-конструктор, тут же начинает проклинать всё и вся за бюрократию, за то, что «душат конструкторскую мысль» и «технический креатив на корню», «все вставляют палки в колёса». На самом деле, не всё так сложно, если нет каши в голове и пунктирного мышления у технического специалиста, а это сейчас очень большая и непобедимая проблема при проектировании (читайте статью ), я бы по своему опыту работы сказал, что это эпидемия или как говорил В.М. Бехтерев – психическая зараза.
Люди, которые профессионально занимаются авиационной безопасностью и сертификацией, да и не только они, а те, кто в принципе занимается сертификацией транспортных средств (нормальные специалисты, а не те, кто продаёт сертификаты и просиживает свою должность в гос. структурах), знают, за счёт чего и какой ценой обеспечивается безопасность изделия. Это и научные изыскания, инженерные испытания, стендовые, наземные, летные испытания, анализ отказов и небезопасных условий для доказательства безопасности изделия. Эти процедуры обычно превышают затраты на изготовление первых опытных образцов летательных аппаратов в разы, а в некоторых случаях и в десятки раз. Эти затраты окупаются или за счёт крупносерийного производства на Западе, или как у нас - за счёт бездонного российского бюджета, а «Илонов Масков», спонсирующих миллиардные проекты, на всех не хватит. У нас Прохоров, и тот забросил затею с Ё-мобилем.
Абсолютно безопасных транспортных средств в природе не существует, потому для элементов конструкции и систем летательных аппаратов вероятность катастрофического отказа обязана быть обеспечена не выше 10 в минус 9 степени на один летный час. Это требование однозначно применяется для пилотируемых самолётов транспортной категории взлётным весом свыше 8600 кг или 19 000 фунтов (например, АП25, CS25, FAR25 и подобные Нормы).
В целом, в части применения требований по безопасности к той или иной конструкции ЛА, подход достаточно циничный и прагматичный. Чем большему количеству людей может быт причинён вред или смерть, тем жёстче требования к летательному аппарату.
Немного расслабились, а теперь перейдём к сухим цифрам. Сейчас разделение по размерности небольших пилотируемых и беспилотных ЛА происходит так:
Беспилотные ЛА. Российские требования
Внятные российские требования согласно ФАП-128 и ФАП-21 фактически отсутствуют, в отличие от европейских Норм лётной годности EASA Drones. Росавиация может применить трактование по своему усмотрению (это отличительная черта российских законов – возможность их трактования в нужную сторону для осуществления коррупционной составляющей: «…эта нога, у кого надо нога…». На эту тему планируется отдельная статья про деятельность Росавиации. Не пропустите!). Вероятно, что к Вашему ЛА будут выдвинуты требования как к пилотируемым ЛА соответствующей размерности по весу и пассажировместимости. И лучше при сертификации их «натолкнуть» именно на эту мысль. В противном случае, могут быть применены требования к Вашему ЛА, «высосанные из пальца».
Уровень безопасности. Варианты сертификации ЛА
Сертификацию малогабаритных ЛА, которые мы сейчас рассматриваем по уровню безопасности, можно разделить на 3 типа, и лучше руководствоваться EASA PART 21, поскольку в ФАП-21 - каша беспросветная (я в душе надеюсь, что авторов этого документа всё-таки «посадят на кол» за качество этого документа, а документ аннулируют и заменят на гармонизированный с EASA PART21 или аналогичными FAR21):
- первый – это ЛА, имеющие сертификат типа (ТС) + сертификат лётной годности (certificate of airworthiness) на каждый экземпляр ЛА;
- второй - это ЛА, имеющие ограниченный сертификат типа (RTC)+ сертификат летной годности (certificate of airworthiness).
- третий - это ЛА, которые, как было показано Агентству, соответствуют конкретным требованиям летной годности, обеспечивающим надлежащую безопасность (restricted certificate of airworthiness).
В первом случае, это дорогая процедура, рассчитанная на ЛА, который пойдет в массовое производство. Здесь понадобится получение сертификата разработчика, сертификация производства, сертификация эксплуатационных процедур и пр.
Ко второму варианту можно отнести, например, ЛА с некоторыми ограничениями относительно выданного в первой группе сертификата типа. Например, ограничения по взлётной массе ввиду использования других двигателей; ограничения, связанными с доработками планера – удлинением фюзеляжа; ограничения, связанные с эксплуатацией над водой сухопутного ЛА, если не выполняются требования по приводнению; конвертация пассажирских ЛА в грузовые или спецназначения (установка пожарного оборудования, телескопа, крупногабаритных фотоаппаратов) и т.д.
К третьему варианту можно отнести единичные экземпляры ЛА с индивидуальными ограничениями в зависимости от сферы применения и условий эксплуатации. Например, купил достопочтенный бюргер себе в коллекцию Bf-109 образца 1942 года. Он планирует летать по авиашоу, чтобы хоть что-то отбить по стоимости приобретённого экспоната. На этот экспонат выдается сертификат с картой данных (ограничениями), где будет, например, указано, что разрешается летать только по условиям визуального полёта и только днем, исключающих потенциальное обледенение; годовой налёт не более 30 часов; продление разрешения – один раз в год и т.п. Такой же сертификат могут выдать на конвертацию старого лёгкого пассажирского самолёта, почти выработавшего ресурс в сельскохозяйственный, который не будет летать над скоплениями людей или, например, вот на это:
Аналогичные изменения конструкции и состава оборудования проводятся и для малоразмерных сертифицируемых ЛА. А вот какой сертификат выдадут – это зависит от степени влияния изменения на типовую конструкцию ЛА (если совсем по-простому, то конструкция становится типовой, когда ЛА получает сертификат типа).
До 2019 года в РФ тоже выдавались документы, аналогичные «третьему варианту» - это «ЕЭВС» на всякие самоделки и мелкосерийные ЛА. Но после отмены приказа Минтранса РФ от 17.04.2003 N 118, эту лавочку прикрыли с внедрением ФАП-21.
Если обратиться к п. 14, 15 и приложению N 4 этого отменённого приказа Минтранса РФ от 17.04.2003 N 118, где приводится фраза «эксперт по планеру и системам», которая меня как
специалиста по планеру приводит в шок, то можно утверждать, что ЛА, которым выдан такой сертификат «летают, и слава Богу». Поскольку на практике специалист по системам уровня «эксперт» знает планер на уровне авиатехника. И наоборот – специалист уровня «эксперт» по планеру знает системы на уровне авиатехника. Отсюда вывод – заключение по вашему ЛА будет выдавать эксперт уровня «авиатехник». Кроме того, согласно тому документу, Вас даже не попросят пройти статические испытания планера на прочность. Там нужен только прочностной расчёт.
Эксперт, по-хорошему, чтобы перестраховаться, попросит показать, что Вы заложили в прочностном расчёте конструкции «конские» запасы статической прочности. Это необходимо, чтобы банально свести к минимуму вероятность разрушения непроверенной статическими испытаниями конструкции. Результат очевиден – конструкция будет значительно перетяжелена и конкурировать с нормально испытанными серийными ЛА будет бессмысленно и, к примеру, «левая копия» Cessna-172 вместо трёх пассажиров будет возить двух. Тут Вы сами понимаете какая покупательская способность будет у такого «нового» самолёта, созданного «на острие прогресса», да ещё и без фактической поддержки эксплуатации разработчиком ВС, которая есть у серийных сертифицированных изделий.
Резюмируя выше сказанное, можно констатировать, что продающиеся на рынке самодельные ЛА или мелкосерийные ЛА по «доступной» цене относительно серийных конкурентов, имеют безопасность на уровне «мамой клянусь, не ошибся в расчёте» либо перетяжелены. Особенно это актуально для ПКМ конструкций, т.к. в гаражной мастерской нет ЦЗЛ, куда можно отнести испытать и проверить образцы свидетели (сдвиг, сжатие, «межслой», пористость, а остальное не даёт нужной картины при отклонении от техпроцесса). Скорее всего, кустари даже и не знают, что такое панель-спутник при изготовлении своих деталей. А ещё есть проблема влагонасыщения в эксплуатации… С металлом в общем и целом несколько проще. Металлические полуфабрикаты хотя бы на заводе изготовлены. На них можно спросить хотя бы результаты выходного контроля и сертификат, если, конечно, для продаваемого ЛА не использовались «полуфабрикаты» с ближайшей авиасвалки или магазина стройматериалов.
За безопасность нужно платить и очень много платить...
Особенности «перспективных» технологий
(1) Li-Po аккумуляторы - это отдельная тема для большой аналитической статьи, но здесь попробую совсем вкратце рассказать:
- Сейчас повсеместно где надо и где не надо «втыкают» электрические силовые установки. Как говорил один мой бывший коллега: «Зашибись, кто не понимает!». Если обратиться к школьной физике и посчитать весовую отдачу электрических АКБ, даже самых легких – Li-Po, то она удручает. Пока не создадут АКБ хотя бы в 2 раза хуже, чем углеводородное топливо, а не в 10 раз хуже, как есть сейчас, по энергетической отдаче на единицу веса - летать мы будем на углеводородах.
- Другая проблема Li-Po – это надёжность при отклонении параметров тока и напряжения заряда – разряда. Эта проблема приводит не только к отказу, но и пожару. После пожара В787 в Японии, в «большой» авиации стали отказываться от использования силовых Li-Po. На модификации В787-9 уже старые, добрые никель-кадмиевые установили. В некоторых случаях используют неперезаряжаемые Li-Po, но это тоже требует доказательства безопасности. На самолете уже есть такие проблемные вещи, как кислородные генераторы, и с дополнительными проблемами в виде даже неперезаряжаемых Li-Po адекватные авиапроизводители обычно стараются не связываться, если выгода от их применения не перевешивает затраты на повышение безопасности. И это всё было после череды катастроф при перевозке Li-Po в виде груза.
- И «последний гвоздик в крышку гроба» - снижение надёжности и тока отдачи при пониженных и повышенных температурах. Да и, в принципе, весьма скромный диапазон рабочих температур относительно других типов АКБ.
(2) Автопилот на малоразмерных беспилотных ЛА
Несколько раз в интернете я натыкался на «умельцев», собирающихся приколхозить или уже приколхозивших авиамодельный автопилот с его прибамбасами (авиагоризонт, ППД, геолокация и пр.) на свой сверхлёгкий ЛА. Кто-то мне писал в комментариях, что вот я «Щас как поставлю 3-х осевой гироскоп из «Чип и Дип» на свой самолёт…». Да многих привлекает компактность таких устройств. Многие сокрушаются по поводу того, что не используют технику «на острие прогресса» размером со спичечный коробок. К сожалению, но проблема этой техники не только в точности, когда через пару минут полёта авиагоризонт может врать на несколько градусов, а то и больше, но и в безопасности. Эти устройства отказывают довольно часто. Это я «ощущал» на своих авиамоделях, когда стоял уныло над «дровами с электротрухой». В приложениях для смартфона (например, барометр или авиагоризонт и подобных) на эту тему правильно пишут, что не следует использовать смартфон для судовождения и самолётовождения. Но ждут, ждут премии Дарвина своих номинантов…
Кроме того, даже нормальный авиационный автопилот далеко не редко отказывает. Иногда отказывают даже оба компьютера на магистральном самолёте (читайте Д. Оканя про его случай на B737). Тогда управление берёт пилот (если он действительно пилот по квалификации, а не ещё один пассажир или «кнопкотык»), и полет безопасно заканчивается обычной, нормальной посадкой. А что с «аэротакси»? Этот ЛА и так маленький. И что, возить на борту пилота и оплачивать его услуги? ДА!!! На данном этапе развития техники именно так! Иначе уровень безопасности «аэротакси» никак не будет дотягивать даже до легких самолётов и вертолётов.
Традиционные проблемы безопасности малоразмерных ЛА
У малоразмерных ЛА, помимо аналогичных проблем больших ЛА, есть несколько традиционных проблем (это тоже отдельная тема для статьи, при том каждый из пунктов ниже, но попробую совсем кратко):
(1) Птицестойкость.
У малоразмерных ЛА с большими скоростями полёта при адекватной весовой эффективности невозможно обеспечить устойчивость к удару птиц на уровне магистральных самолётов ввиду масштабного фактора. В 2009 году в Европе пытались ужесточить требования, но, посчитав и подумав, оставили всё как есть. Т.е. малоразмерные ЛА, априори, менее безопасные, чем их магистральные собратья.
(2) Стойкость к атмосферному электричеству и, в частности, к удару молнии.
ЛА, имеющие малые скорости и летающие до 6000 м, подвергаются более опасному воздействию молнии, чем скоростные ЛА. При ударе молнии разряд за свои миллисекунды успевает стечь практически весь через точку приложения, тогда как у скоростных получается так называемый «пунктир» на большой скорости или несколько отдельных ударов в одну точку, например, в законцовку киля (информацию на эту тему Вы можете посмотреть в SAE ARP 5412 и SAE ARP 5414, недавно расположение молниеопасных зон слегка обновилось). А если учесть, что на малоразмерных ЛА малые толщины конструкции, нет требований по системе нейтрального газа в топливном баке, у ЛА маленькие, «легкосвариваемые» шарниры навески рулей, то картина вырисовывается не совсем радужная. Это, в свою очередь, накладывает ограничения на полёты в условиях потенциального воздействия молнии помимо других ограничений, связанных с погодой.
(3) Винтокрылые ЛА (вертолёты, коптеры и подобное) и «аэродинамические кирпичи», летающие на тяге (комбинированные схемы ЛА, взлетающие вертикально).
У всех известных ЛА есть так называемая «мертвая зона», когда отказ двигателя приводит к катастрофе. Простой пример – недавняя авария в Жуковском с А320 с отказом сразу двух двигателей. Если бы там не было подходящей площадки, то была бы катастрофа. А там им крупно повезло. Т.е. самолёту нужна высота для того, чтобы он выполнил ряд манёвров и безопасно выполнил посадку. Ниже этой высоты отказ всех двигателей = катастрофа.
Но магистральный самолёт довольно быстро набирает высоту, и время нахождения в этой «мертвой зоне» достаточно мало по времени относительно малоразмерных ЛА, в подавляющем большинстве выполняющих полёты на высотах до 3000 м. У вертолётов, которые летают практически «над домами», практически все полёты проходят в этой «мертвой зоне», поскольку для осуществления авторотации им тоже нужна высота, чтобы набрать поступательную скорость и нужным образом раскрутить несущий винт. А у коптеров вся зона полётов «мертвая». Потому для хотя бы частичного решения такой проблемы используется парашют, в т.ч. на лёгких самолётах. Но парашюту тоже нужна высота для наполнения купола. В результате можно получить «мертвую зону» только на высотах от 0 до 80-100 метров.
На легких 1÷2-местных самолётах и некоторых коптерах эта проблема может быть решена установкой катапультных кресел. Но это уже значительное удорожание ЛА. С лёгкими вертолётами это значительно удорожает и усложняет конструкцию, потому обычно не применяется. В итоге катапультное кресло также сужает диапазон до тех же от 0 до 80-120 метров для катапультирования в перевёрнутом положении.
(4) Стойкость к вертикальному удару.
У магистральных машин размерности B777 при аварийной посадке с невыпущенными шасси безопасная вертикальная скорость удара составляет 26 фут/сек. Т.е. когда пассажиры эконом-класса могут выйти самостоятельно из повреждённого самолёта. И чем меньше диаметр фюзеляжа, тем эта скорость ниже. На легких ЛА фактически отсутствует пространство снизу под пассажиром для деформации конструкции фюзеляжа, и безопасные вертикальные скорости удара фюзеляжем очень маленькие. Ничего сложного – просто школьная физика.
Для замедления с ускорением, не превышающим критические значения, необходимо определённое расстояние. Чем больше расстояние, тем с большей начальной скорости можно затормозиться. Если посмотреть на катастрофу RRJ-95 в Шереметьево, то там вертикальные скорости как раз были «на грани». Вероятно, что пассажиры, сидевшие в креслах эконом-класса в хвостовой части фюзеляжа, куда как раз пришёлся основной удар, получили повреждения позвоночника, не совместимые с самостоятельной эвакуацией. Это, к сожалению, приводит к катастрофическим последствиям. Никакие пожарные и спасатели в любом случае не успеют им помочь.
Примерно в 70-х годах на Западе стали задумываться об установке на вертолётах энергопоглощающих кресел для повышения значений безопасной скорости вертикального удара. В 2009 году Комиссия из Авиационных Властей мира, включая Китай (России там не было) выдвинула идею применения таких кресел на легких самолётах, но, видимо, до дела так и не дошло. NPA или даже Норм на эту тему я не встречал.
Вышеуказанные проблемы, за исключением птицестойкости и молниестойкости, более или менее решаемые. Вопрос только в цене решения проблемы. Для «аэротакси», (в создание которых сейчас ударились все, кто только захотел), если задаться созданием именно серийного, сертифицированного и приемлемо безопасного изделия, обеспечение безопасности на достаточном уровне + поддержание летной годности очень сложных устройств – конечная стоимость лётного часа может оказаться на уровне больших собратьев, которые перевозят десятки пассажиров. Это, к сожалению, не позволит широко применять этот вид транспорта массово по причине банальной дороговизны. В лучшем случае это будет ещё один «Конкорд» для VIP-клиентов с билетами в 4-10 раз дороже своих собратьев. А за такие уже деньги можно заказать «целый» обычный вертолёт и не ютиться в позе эмбриона в тесной кабинке 1÷2-местного «аэротакси».
Подводя итог этой статьи можно сказать, что проблем не нужно бояться. Их нужно решать и учитывать при проектировании ЛА, в зависимости от назначения ЛА и его условий эксплуатации.
Лучше не допускать глупейших ошибок, которые допускают как создатели гаражных поделок, так и создатели наших распиаренных магистральных самолётов, которые в результате работают на процесс и по 16 лет не могут построить и сертифицировать самолёт. Будьте умнее их!
Прежде чем создавать свой ЛА, откройте Нормы лётной годности, подготовьте сертификационный базис из применимых требований с учётом ТЗ на свой ЛА. Подготовьте программы испытаний по разным направлениям и т.д. (Вы хотя бы примерно поймёте, что сколько это стоит по затратам, чтобы оценить возможность создания пригодного для продажи ЛА). Если этого не сделать, то потом переделки Вашего ЛА для обеспечения соответствия Нормам летной годности будут стоить как ещё один такой же ЛА.
Наши авиапроизводители, работающие на процесс, обычно поступают как нерадивые строители – не открывая СНиП, строят глиняную мазанку в 40 этажей, а потом пытаются её «спихнуть», пока не рухнула. А государство продолжает вливать туда деньги. И ведь находятся те, кто пропускает такое.
Для примера читайте статью. Если у Вас не хватает знаний по сертификации (а для сертификационного сопровождения ЛА даже по отдельному техническому направлению планер, система управления, авионика, шасси, двери, остекление и т.д. требуется очень много специфических знаний) – обратитесь к специалисту.
Проблема только одна – в большинстве своём, это шарлатаны. В России, в отличие от Запада, хороших специалистов единицы (я знаю человек 8 на всю Россию по разным направлениям действительно грамотных специалистов. Ну может есть ещё столько же наберётся, тех, кого я не знаю, но вряд ли.). Некоторые из них не востребованы ввиду принципиальности и нежелания подписывать результаты «спихивания» и тем самым нежелания «брать грех на душу». Да, это собачья работа! Если специалист по сертификации Вам гордо заявит, что он работал в «Иркуте», «УЗГА» или в Росавиации и предложит Вам консалтинг или выполнение работы по Вашему ЛА - бегите от него без оглядки, если не хотите оказаться в «сертификационном днище» и банально опозориться при общении с EASA.
Дорогие читатели! Подписывайтесь на мой канал и ожидайте появления новых статей на специфичные и интересные темы, в т.ч. связанные с беспилотниками, безопасностью, сертификацией, пожаром в полёте и после аварийной посадки, испытаниями, расследованием авиаинцидентов, включая авиакатастрофы с подробностями, которые Вы никогда не увидите в прессе, а также актуальными и наболевшими вопросами проектирования летательных аппаратов.
#аэротакси
#квадрокоптер
#индивидуальный летательный аппарат
#одноместный самолёт
#Новости
#полёты над городом
#беспилотник
#дрон
#доставка грузов дронами
#перевозка людей на дронах
