Авиация общего назначения (АОН) составляет самую большую часть парка летательных аппаратов (ЛА) гражданской авиации мира. В соответствии с установившейся мировой практикой к АОН относятся самолеты и вертолеты, предназначенные для использования в качестве личного или служебного транспортного средства, выполнения патрульных, поисково-спасательных работ, перевозки почты и других небольших грузов, для использования в качестве воздушного такси, для туризма и других целей. Однако для Российской Федерации АОН является пока еще неосвоенным видом воздушного сообщения.
Между тем, развитие новых экономических отношений в России диктует необходимость создания разветвленной сети транспортных коммуникаций. Ее географическая специфика такова, что решение данной задачи невозможно без использования авиации. При этом очень актуальным является создание и развитие АОН, т.к. ЛА данного вида авиации не требуют строительства больших аэропортов с длинными взлетно-посадочными полосами (ВПП), что очень важно для труднодоступных регионов России. Кроме того, эти ЛА по своей цене и эксплуатационным расходам могут быть доступны частным владельцам.
При всей важности решения чисто практических задач создания АОН не менее важная проблема состоит в разработке теории, которая должна служить основой для принятия решений при создании и эксплуатации АОН.
При этом данная теория должна базироваться на взаимосвязи между эффективностью и техническим уровнем авиационной техники.
Повышение эффективности авиационной техники является важнейшим условием развития воздушного транспорта. Этим объясняется важность проблемы измерения эффективности. Вместе с тем она не является исчерпывающей характеристикой технической системы, в частности, на стадии прогноза и заказа новой техники.
Для разработчика и производителя авиационной техники выбор рациональной и прогрессивной технической политики — исключительно важная задача, т.к. достижение победы в конкурентной борьбе на рынке сбыта требует их постоянных корректирующих действий, которые могут быть осуществлены только в результате проведения оценок перспективности того или иного технического решения. Причем рассчитать экономический эффект в этом случае не представляется возможным.
Покупателю и эксплуатанту процесс заказа новой авиационной техники также не следует связывать литттъ с экономической эффективностью. Это объясняется тем, что новые технические средства на первых порах чаще всего бывают экономически невыгодными из-за дорогой и трудоемкой доводки, неизбежность которой обусловлена самой новизной. Кроме того, даже при стабильной экономике нельзя уберечься от случайностей и неопределенностей. Они проявляются в поставках и расходах ресурсов, возможностях и результатах хозяйственной деятельности авиапредприятий, внешних условиях авиапроизводства и т. д. В условиях же нестабильной экономики переходного периода, переживаемого Россией, роль стохастической составляющей в экономике резко возрастает.
Отсюда вытекает потребность в проведении неэкономической оценки технических систем. Основным содержанием такой оценки является измерение уровня использования последних достижений научно-технического прогресса, т. е. уровня новизны технической системы, что отвечает смысловому содержанию показателя технического уровня.
Эффективность и технический уровень тесно связаны между собой и взаимно дополняют друг друга. Известно, что эффективность оценивают сопоставлением полезного эффекта с обусловливающими его затратами, или же соотношением качества технической системы, или ее потребительной стоимости, и стоимости результата работы этой системы [1], [2], [3]. Таким образом, эффективность прямопропорциональна качеству.
Отметим, что существует тесная связь между свойствами изделия и его массой, т.к. масса является материальной формой этих свойств. Поэтому обычно улучшение свойств изделия, т. е. повышение его качества, ведет к интенсивному увеличению его массы. Бороться с этим явлением можно только с помощью широкого использования результатов научно-технического прогресса — стремления к удовлетворению повышенных требований без увеличения массы материалов или сокращения массы материалов для создания изделий с заданными требованиями.
Сокращение массы изделий влечет за собой процессы сокращения масс полуфабрикатов, масс материалов, массы полезных ископаемых, а также сокращение потребных энергетических ресурсов на их производство и эксплуатацию. Такое направление развития позволяет успешно решать не только технико-экономические проблемы, но и проблемы экологические.
В связи с этим возникает необходимость оценки технического совершенства изделия — основной составляющей качества, которая создается только за счет использования достижений прогресса науки и техники, т. е. без увеличения массы, и которая проявляется в характеристиках функционирования. При этом удобно пользоваться понятием технического уровня — относительной характеристики качества, основанной на сопоставлении значений показателей, характеризующих техническое совершенство изделия с соответствующими базовыми значениями [4].
Из вышеизложенного следует, что качество, а значит и эффективность являются функциями технического уровня. Рост же качества изделия может происходить тремя путями:
1) за счет улучшения свойств без увеличения массы (за счет повышения технического уровня);
2) за счет улучшения свойств с увеличением массы изделия;
3) с помощью улучшения одних свойств за счет ухудшения других.
Повышение эффективности ЛА первым способом осуществляется за счет улучшения таких его параметров, как удельный расход топлива, удельная масса двигателя, аэродинамическое качество, если оно повышено без увеличения массы конструкции и др. Такой подход требует вложения средств в научные исследования и отработку новых технических решений. Полученные результаты распространяются затем, по меньшей мере, на все ЛА одной серии, а иногда и на всю авиацию в целом. Это дает возможность через некоторое время окупить вложенные в науку средства.
Повышение эффективности вторым способом достигается простым увеличением размерности ЛА, т. е. увеличением массы перевозимой коммерческой нагрузки с одновременным ростом массы конструкции планера, что в целом приводит к повышению взлетной массы ЛА. Однако рост массы конструкции планера приведет к увеличению стоимости ЛА, в частности, из-за увеличения расходов на дополнительный материал, что может не окупиться, т.к. этот материал будет нужен для каждого экземпляра производимой техники. Таким образом, производитель недополучит определенную часть прибыли.
Эксплуатанту также невыгоден такой путь развития, т.к. он ведет, как правило, к увеличению длины и потребной прочности ВПП, увеличению размеров производственных помещений для обслуживания и ремонта авиационной техники и т. д.
С общегосударственной точки зрения этот путь ведет к нерациональному расходованию природных ресурсов, ухудшению экологической обстановки.
Улучшение одних свойств за счет ухудшения других также не является наилучшим путем повышения эффективности ЛА. Само название этого пути говорит о том, что необходимо иметь свойства, которые надо ухудшать. Проиллюстрировать такой подход можно на следующем примере.
Пусть было принято решение модифицировать конструкцию планера ЛА для повышения его аэродинамического качества, что дало возможность увеличить скорость и дальность полета при той же массе расходуемого топлива. Однако такая модификация привела к утяжелению конструкции планера, а значит — к уменьшению массы коммерческой нагрузки при условии, что взлетная масса осталась прежней. В результате может оказаться, что прирост эффективности за счет улучшения летных характеристик больше, чем ее потери от уменьшения массы коммерческой нагрузки, которое связано с увеличением массы конструкции. Но такой путь недостаточно выгоден, т.к. он ведет к уменьшению массы коммерческой нагрузки.
Если рост аэродинамического качества осуществляется без увеличения массы конструкции и, соответственно, без уменьшения массы коммерческой нагрузки, то налицо повышение технического уровня.
Однако для того, чтобы судить о повышении или понижении технического уровня, сравнивать ЛА между собой в части технического совершенства, необходим метод количественной оценки технического уровня.
Для оценки технического уровня магистральных самолетов гражданской авиации такой метод был создан. Он позволяет производителю авиационной техники определить технический уровень проектируемого изделия относительно существующих на рынке. Это дает важнейшую информацию для оценки правильности выбранной технической политики, а также позволяет решать задачи по управлению процессами проектирования и производства как задачи устранения рассогласования между показателями технического уровня на различных этапах создания авиационной техники. Зная технические уровни и цены самолетов-конкурентов, можно оценить конкурентоспособность разрабатываемого самолета по критерию «технический уровень — цена» [5].
Эксплуатанту, который выступает в роли покупателя, этот метод позволяет увереннее ориентироваться на рынке авиационной техники. Он может сопоставить технические уровни предлагаемых самолетов с ценами на них. Это позволяет обоснованно подойти к выбору и заказу новой техники.
В данном методе для количественной оценки технического уровня магистральных самолетов гражданской авиации используется обобщенный показатель. Это вызвано тем, что оценка технического уровня должна производиться по многим параметрам, характеризующим функциональное, конструктивное, производственно-технологическое и эксплуатационное совершенство самолета. Обобщенный показатель, получающийся путем свертки показателей, характеризующих различные стороны технического совершенства, дает наглядную картину использования достижений науки и техники при создании данного самолета.
В связи с тем, что оценка технического уровня должна быть не только наглядной, но и убедительной, для расчета обобщенного показателя технического уровня был создан метод, в котором «весомость» отдельных параметров технического совершенства определяется не экспертно, а с помощью функциональных зависимостей, отражающих существенные связи между этими параметрами. Это несколько сужает количество учитываемых факторов, но повышает достоверность учета главных из них. В связи с этим для расчета обобщенного показателя был создан интегральный метод оценки, основанный на методе градиентов, где за главный показатель технического совершенства была выбрана относительная производительность самолета [4].
Однако данный метод оценки технического уровня не учитывает некоторых особенностей эксплуатации самолетов АОН легкого класса [6]. К таким самолетам можно отнести ЛА со взлетной массой до 2500 кг и количеством пассажиров до 6 человек.
Самолеты такого класса, как правило, не имеют герметичной кабины и могут совершать полеты на высотах до 4000 м. Однако выполнение некоторых задач, присущих легким самолетам АОН, требует проведения полетов на более низких высотах. К тому же при выполнении полетов на высотах не выше нижнего эшелона возможно упрощение управления воздушным движением, а значит повышение оперативности использования данного вида транспорта. Следовательно, самолеты данного вида гражданской авиации будут эксплуатироваться, как правило, на предельно низких высотах. Однако на таких высотах велико воздействие атмосферной турбулентности, что является причиной «болтанки» со всеми вытекающими неприятными последствиями дом пассажиров и экипажа. В связи с этим при оценке технического уровня возникает необходимость учета приспособленности самолета к обеспечению комфортности полета в условиях атмосферной турбулентности.
Другой особенностью самолетов АОН является необходимость их эксплуатации с коротких ВПП. Эта необходимость вызвана тем, что ВПП — достаточно дорогостоящее сооружение и стоимость ее постройки и эксплуатации напрямую зависит от дайны. Поэтому проблема ее сокращения имеет большое значение, особенно для частных владельцев самолетов АОН. Кроме того, эта проблема актуальна и дая самолетов «большой» авиации. В связи с этим технический уровень самолетов должен зависеть от потребной длины ВПП.
Еще одна особенность самолетов АОН состоит в том, что один и тот же тип самолета может находиться в коммерческой или некоммерческой эксплуатации. В первом случае он используется как средство труда дая непосредственного получения дохода (например, аэротакси), а во втором — как транспортное средство дая собственных нужд частного владельца (туризм, деловые поездки и др.).
Первый вид эксплуатации нацелен на получение как можно большего денежного дохода. Здесь важную роль играет налет самолета за календарный срок: чем налет больше, тем больше будет и доход. В связи с этим эксплуатанты стремятся увеличить налет. Поэтому при оценке эксплуатационного совершенства в методе оценки технического уровня магистральных самолетов, которые находятся, в основном, в коммерческой эксплуатации, налет играет определяющую роль.
При втором виде эксплуатации налет не должен быть определяющим параметром. Здесь аналогия с личным автомобильным транспортом, где интенсивность эксплуатации не столь важна. Для такого вида транспорта главным является готовность к выполнению транспортной операции.
В связи с этим при оценке эксплуатационного совершенства самолетов АОН в актив нужно записывать не только налет, но и простои в исправном состоянии. Иначе, если оценку проводить по налету, то самолеты коммерческого вида эксплуатации будут иметь неоправданное преимущество перед самолетами, используемыми для собственных нужд владельца [7], [8].
Из вышеизложенного следует, что для корректной оценки технического уровня легких самолетов АОН необходимо развить существующий метод оценки технического уровня магистральных самолетов гражданской авиации. Этой проблеме и посвящена настоящая работа, цель которой заключается в:
1) выявлении и анализе особенностей эксплуатации легких самолетов АОН;
2) разработке методов учета особенностей эксплуатации легких самолетов АОН при определении их технического уровня;
3) разработке методики расчета обобщенного показателя технического уровня легких самолетов АОН.
Выводы по главе 4.
В данной главе на конкретном примере продемонстрирована работа методики по определению технических уровней самолетов АОН легкого класса со взлетной массой до 2500 кг.
Все рассматриваемые самолеты были разбиты на три группы по количеству мест на борту. Внутри каждой группы были определены характеристики базового самолета и относительно них рассчитаны технические уровни рассматриваемых самолетов с учетом и без учета особенностей легких самолетов АОН.
Полученные результаты дают возможность потенциальному покупателю АТ сориентироваться в многообразии типов ЛА и выбрать наиболее технически совершенный самолет. При желании он сможет сопоставить технические уровни и цены на рассматриваемые самолеты и произвести выбор по критерию «технический уровень — цена». Такая информация крайне важна в условиях неопределенности расходов на эксплуатацию и трудностей с прогнозированием доходов от коммерческой деятельности. Производитель же АТ сможет оценить конкурентоспособность будущего самолета, что имеет большое значение при формировании технической и экономической политики предприятия.
Необходимо, однако, помнить, что исходные данные для расчетов, т. е. ЛТХ рассматриваемых самолетов, должны подбираться очень тщательно. Замена отсутствующих характеристик рассматриваемых самолетов характеристиками базового сняла неопределенность, но уменьшила достоверность результатов.
Учет особенностей АОН существенно влияет на величины обобщенных показателей технических уровней самолетов. Сопоставление расчетов технических уровней с учетом и без учета особенностей АОН говорит о том, что такой учет необходим.
Заключение
.
В настоящей работе проведено исследование особенностей эксплуатации самолетов АОН легкого класса (со взлетной массой до 2500 кг), влияющих на определение их технического уровня. К этим особенностям относятся:
1) полеты на низких высотах в атмосферной турбулентности высокой интенсивности;
2) эксплуатация самолетов АОН с коротких ВПП;
3) сочетание коммерческого и некоммерческого видов эксплуатации самолетов АОН.
Проведенное исследование показало, что особенности эксплуатации самолетов АОН могут и должны быть учтены при определении технического уровня.
Результатами исследования стали методы учета указанных особенностей. На основе имеющейся методики определения технического уровня магистральных самолетов ГА была создана методика расчета обобщенного показателя технического уровня легких самолетов АОН.
Основной проблемой при разработке методики было создание показателя, наиболее полно отражающего существенные свойства ЛА. Этот показатель должен быть количественным, т.к., как правило, требуется производить оценку большого числа самолетов. Кроме того, необходимо, чтобы показатель технического уровня был как можно более убедительным, т. е. чтобы проведенная оценка не вызывала сомнений. И, наконец, сбор исходных данных для расчетов и сами расчеты должны быть просты и нетрудоемки.
Для решения поставленной задачи были рассмотрены основные составляющие технического совершенства самолета, а также проанализированы существующие методы оценки технического уровня самолетов гражданской авиации.
Проведенный анализ показал, что при формировании показателя технического уровня должны выполняться следующие условия: количественный обобщенный показатель должен иметь физический смысл и однозначное толкование, иначе оценка технического уровня не будет достаточно убедительнойсовокупность единичных показателей, входящих в обобщенный показатель должна быть как можно полнее и в то же время не содержать дублирующих показателейобъем требуемых исходных данных для расчетов должен быть ограничен для обеспечения простоты их сбора и обработки.
В наибольшей степени всем этим требованиям отвечает метод расчета технического уровня магистральных самолетов гражданской авиации. Однако этот метод не учитывает особенностей эксплуатации самолетов АОН.
В связи с этим было принято решение развить существующий метод оценки технического уровня магистральных самолетов гражданской авиации с целью учета указанных особенностей эксплуатации самолетов АОН.
Одной из особенностей эксплуатации легких самолетов АОН, как отмечалось выше, является тот факт, что полеты самолетов этого вида авиации проходят преимущественно на низких высотах, где велика атмосферная турбулентность, которая, воздействуя на самолет, вызывает низкочастотные виброускорения, передаваемые человеку, находящемуся на борту, что может привести к возникновению симптомов болезни движения, т. е. укачивания. Этот фактор сильно влияет на комфортность полета и сказывается на работоспособности экипажа и самочувствии пассажиров, в связи с чем возникает необходимость сравнения самолетов по комфортабельности в части воздействия на человека низкочастотных виброускорений.
Другой особенностью самолетов АОН является необходимость их эксплуатации с коротких ВПП, т. е. обеспечение высокого взлетно-посадочного совершенства. Это связано с тем, что постройка ВПП и поддержание ее в пригодном для эксплуатации состоянии ложится тяжелым бременем на частного владельца, для которого получение денежного дохода от эксплуатации самолета не всегда является целью. К тому же постройка и эксплуатация ВПП в труднодоступных местах, где самолеты АОН должны найти наилучшее применение, требует больших капитальных вложений, величина которых прямопропорциональна длине ВПП. В связи с этим возникает необходимость в учете взлетно-посадочного совершенства при расчете технического уровня самолетов АОН.
Еще одна особенность определения технического уровня самолетов АОН связана с тем, что они могут находиться в коммерческой и некоммерческой эксплуатации, что влияет на подход к определению показателя их эксплуатационного совершенства.
Для учета особенности эксплуатации, связанной с полетами на низких высотах, предлагается выполнить приведение сравниваемых самолетов к одинаковой комфортности полета, т. е. к одинаковой величине произведения дисперсии виброускорений и времени экспозиции путем изменения дальности, а значит и продолжительности крейсерского полета. Полученная приведенная дальность полета Ь* используется затем при вычислении приведенного показателя уровня конструктивного совершенства К*т.
Для учета второй особенности — необходимости эксплуатации самолетов с коротких ВПП — предлагается модернизировать приведенный показатель уровня конструктивного совершенства К*т с помощью введения в формулу для его вычисления дополнительного слагаемого, отражающего взлетно-посадочное совершенство. Это слагаемое связывает потребную длину ВПП с относительной массой конструкции крыла самолета, что при прочих равных условиях влияет на относительную массу коммерческой нагрузки, а значит — и на технический уровень.
Для учета того факта, что самолеты АОН могут находиться как в коммерческой, так и в некоммерческой эксплуатации, предлагается производить расчет показателя уровня эксплуатационного совершенства КР *, основываясь на времени нахождения самолетов в исправном состоянии, т. е. на сумме налета и простоев в исправном состоянии, т.к. перед личным, служебным и специальным авиатранспортом, необходимость в котором возникает от случая к случаю, нет смысла ставить целью увеличение налета.
В результате была разработана методика определения технического уровня рассматриваемых самолетов АОН относительно базового образца. В качестве базового самолета должен быть выбран некий эталон, созданный с применением типовых компоновочных и конструктивно-технологических решений, выбранных в результате анализа статистического материала и отражающих современный опыт проектирования и уровень технологии авиастроения. Выбор такого самолета из имеющихся или проектируемых весьма сложная задача. Поэтому предлагается в качестве базовых характеристик брать средние значения характеристик рассматриваемых самолетов.
Перед началом расчетов рассматриваемые самолеты рекомендуется разбить на группы, состоящие из самолетов с близкими по величине весовыми характеристиками, которые в большой степени определяют остальные ЛТХ, и уже внутри этих групп проводить сравнение самолетов по техническому совершенству.
Это связано с тем, что проблема оценки встает, как правило, тогда, когда размерность самолета уже определена, исходя из того круга задач, которые ему предстоит решать, и необходимо выбрать из имеющихся наиболее технически совершенный самолет.
Для наглядности алгоритм определения обобщенного показателя технического уровня излагается на численном примере.
Поскольку для реально существующих самолетов не удалось получить полный перечень исходных данных, были взяты гипотетические самолеты с произвольно выбранными характеристиками, близкими к 2-, 3-местным самолетам АОН.
После изложения алгоритма расчета обобщенного показателя технического уровня был предпринят анализ влияния изменения ЛТХ самолета на технический уровень. Для этого были построены зависимости КТУ* от каждой из летно-технических характеристик в отдельности.
Анализ указанных зависимостей показывает, что как и предполагалось при создании методики определения технического уровня, с ростом взлетной массы т0, потребной длины ВПП 1ВШ, площади крыла и размаха крыла / обобщенный показатель технического уровня КТУ* падает. С увеличением же максимальной коммерческой нагрузки тком, мощности двигательной установки М{), крейсерской скорости полета V, годового налета Тн, простоев в исправном состоянии Тш и налета на летное происшествия Тлп технический уровень растет. Изменение дальности полета при максимальной коммерческой нагрузке Ь не влияет на обобщенный показатель технического уровня. Это объясняется тем, что изменение реальной дальности полета при прочих равных условиях приводит к изменению продолжительности воздействия виброускорений, а значит и к изменению комфортности полета. При учете комфортности полета происходит приведение рассматриваемых самолетов к одинаковой комфортности путем изменения дальности полета. Если рассматриваемые самолеты отличаются от базового только дальностью, то их приведенные дальности и техническое совершенство в целом будут равны базовым.
Построенные зависимости дают также возможность оценить чувствительность обобщенного показателя технического уровня к изменению той или иной характеристики самолета.
Проведенный анализ дает важную информацию для выработки технической политики, стратегии повышения технического уровня самолетов АОН.
В заключительной главе дается оценка технических уровней созданных и находящихся в разработке легких самолетов АОН.
Полученные с помощью предлагаемой методики результаты дают возможность потенциальному покупателю АТ сориентироваться в многообразии типов ЛА и выбрать наиболее технически совершенный самолет. При желании он сможет сопоставить технические уровни и цены на рассматриваемые самолеты и произвести выбор по критерию «технический уровень — цена». Такая информация крайне важна в условиях неопределенности расходов на эксплуатацию и трудностей с прогнозированием доходов от коммерческой деятельности. Производитель же АТ сможет оценить конкурентоспособность будущего самолета, что имеет большое значение при формировании технической и экономической политики предприятия.
На численном примере было показано, что учет особенностей АОН существенно влияет на величины обобщенных показателей технических уровней самолетов. Сопоставление расчетов технических уровней с учетом и без учета особенностей АОН говорит о том, что такой учет необходим.
