Акустический зачёт
Как проводятся сертификационные испытания «Суперджета» «по шуму» и при чём здесь МОК?
Если сравнить сертификационные летные испытания лайнера на соответствие требованиям по уровню шума на местности с прослушиванием вокалистов, то можно сказать, что на главном испытательном аэродроме страны сейчас идет своеобразный кастинг. В жюри – авиационные эксперты, а «у микрофона» – опытный образец «Суперджета» с заводским номером 95157, оснащенный российскими двигателями ПД-8.
В программе испытаний задействовано более двух сотен сотрудников филиала «Региональные самолеты» (ФРС) компании «Яковлев» и Летно-исследовательского института (ЛИИ) им. М. М. Громова. Всего запланировано 12 полетов. Каждое «прослушивание» на аэродроме Раменское длится более трех часов, в течение которых летчики-испытатели яковлевской фирмы кропотливо выполняют примерно 20-25 взлетных и посадочных режимов. «Основная сложность таких испытаний заключается не только в высоких требованиях к параметрам пилотирования и метеоусловиям, но и в современных реалиях – в необходимости обеспечения как спутниковых, так и оптических траекторных измерений», – говорит Дмитрий Нагдасёв, начальник отдела летных испытаний воздушных судов ФРС компании «Яковлев». Жесткие требования стандартов международная организация гражданской авиации ICAO к метеоусловиям гарантируют отсутствие искажающего «атмосферного аккомпанемента», а «современные реалии» – это то, из-за чего в последнее время жители Москвы, вне зависимости от района, «оказываются» в Шереметьеве. Но обо всем по порядку…
Эффективный саундчек
Эксперт Росавиации от ЛИИ им. М. М. Громова Андрей Наквасин с закрытыми глазами может определить тип самолета – по его «голосу». Рассказывает, что в Летно-исследовательском институте технология сертификационных летных испытаний по определению характеристик шума воздушных судов на местности отработана и применяется более 50 лет. ЛИИ– единственный в России – обладает всем необходимым оборудованием, уникальным опытом и компетенциями. «Во время каждого полета специалисты аккредитованной Росавиацией испытательной лаборатории № 21 научно-исследовательского отделения № 2 Научно-исследовательского центра ЛИИ им. М. М. Громова задействуют от четырех до восьми микрофонов, размещая их на измерительных позициях – контрольных точках, – рассказывает Андрей Наквасин. – На каждой разворачиваются несколько микрофонов. Микрофоны устанавливаются на штативах высотой 1,2 м и на дисковых рефлекторах в приземной конфигурации – на высоте семь миллиметров для контроля псевдотоновых составляющих авиационного шума. Методика ICAO предполагает получение очень большого количества акустических, траекторных, метеорологических и бортовых измерений. Общий массив данных иногда превышает 100 гигабайт».
Чтобы посторонние шумы не мешали акустическому зачету, объявляется режим тишины. В первую очередь он касается управления воздушным движением в ближней зоне аэродрома. Но и строительные работы, если они где-то поблизости, тоже ставят на паузу. Шум боковой, посадочный, пролетный… Процесс измерения уровня «вокала» лайнера строго регламентирован. Записанные регистрирующей аппаратурой данные группируются для последующей обработки. «Допустим, посадочный шум определяется не только для исходного режима со стандартной глиссадой захода, но и для других чуть более высоких или низких режимов по оборотам (с другими углами наклона траектории), – объясняет Андрей Наквасин. – Это нужно для построения регрессионной зависимости уровня шума от режима работы двигателей. В ходе испытаний делается порядка двух тысяч микрофонных записей пролетного и фонового шума… Учитывая высокую трудоемкость и стоимость этого вида испытаний, а также жесткие ограничения ICAO по погодным условиям, подготовка к полетам проводится весьма скрупулезно».
Российский климат, как говорилось в старом анекдоте, предназначен прежде всего для уничтожения неприятеля, однако сертификационные испытания самолета «по шуму» проводятся только в теплое время года по другой причине. В зимний период влияние сухих полярных воздушных масс не позволяет соблюсти требования к метеусловиям. Поэтому в России, как и во многих других странах, приступают к «шумной» работе после того, как уйдет зима. С конца мая и до середины октября у наших испытателей в запасе в среднем 40-50 летных дней, «зачетных» по погоде – это 20-30 процентов от общего числа, в остальное время – не больше пяти процентов. Атмосферное давление, сила ветра, облачность, соотношение влажности и температуры, изменение температуры по высоте – все эти факторы влияют на коэффициент затухания звука и искажают спектры. В случае превышения допустимых значений метеоусловия считаются «незачетными», а значит, данные, полученные для оценки шума, использовать нельзя. Поэтому погоду здесь очень ждут. «К примеру, сегодня летный день: участники испытаний в полной готовности с семи утра. Сейчас 14.00, но полета пока не было, – говорит Андрей Наквасин. – Негативный прогноз по метеообстановке: нижний край облачности не соответствует заданию и прогнозируются осадки».
Когда погода дает «добро», «Суперджет» идет на взлет. Кипит работа и на земле: параметры акустических, метеорологических, траекторных и бортовых систем должны быть под контролем.
Винтокрылый метеоролог
Еще до испытательного полета «Суперджета» с аэродрома Раменское поднимается в воздух вертолет Ми-8АМТ – летающая лаборатория аэрологических исследований. Она проводит зондирование атмосферы с точным определением всех необходимых параметров. Метеоусловия оказывают серьезное влияние на распространение шума, поэтому требования ICAO накладывают на них жесткие ограничения. Регламентировано и количество зондирований. «В среднем в летный день выполняется четыре полета, – говорит Евгений Сеелев, летчик-испытатель 2 класса ЛИИ им. М. М. Громова. – Определяем, можно ли приступить к испытаниям. Если условия подходящие, самолет начинает работу. Примерно раз в час он уходит в зону ожидания, и мы проверяем – не изменилась ли метеообстановка. После посадки “Суперджета” также проводим замеры».
О том, как строится работа летающей метеолаборатории, рассказывает Михаил Грибовский, бортовой оператор-испытатель, задача которого контролировать состояние аэрологического зонда на всех высотах: «Когда вертолет набрал заданную высоту, допустим 2 000 метров, мы, привязавшись страховочными ремнями, открываем дверь и выпускаем 10-метровую внешнюю подвеску с зондом. Отслеживаем его положение, докладываем командиру. Затем начинаем снижение над контрольной точкой аэродрома – примерно до 20-метровой высоты. Встаем на курс полосы и двигаемся над ней».
То, что проделывает вертолет-зондировщик, требует большого мастерства пилотов. Машина медленно снижается по спирали. Идет, находясь очень близко к ограничениям вертикальной скорости и скорости полета. «Это требуется для того, чтобы зонд успевал измерять температуру и влажность воздуха, – объясняет Евгений Сеелев. – Нормальная скорость при вертикальном снижении составляет порядка одного-двух метров в секунду. У нас скорость снижения три метра в секунду, буквально на три метра меньше, чем в режиме вихревого кольца. Этот режим опасен тем, что, попадая в него, вертолет стремительно теряет высоту, плохо управляем. Выход из вихревого кольца требует достаточно сложных действий».
Полученные зондом данные обрабатывает прямо на борту ведущий инженер по летным испытаниям. К примеру, если зафиксирована температурная инверсия (положительный градиент температуры по высоте), состояние атмосферы признается незачетным, а значит – сертификационные полеты придется перенести на следующий день.
Марш авиационных децибел
Во время испытаний лайнер, рисуя акустическую картину, проходит над микрофонами сотни раз. Траектория полета строится так, чтобы опытный борт находился над измерительной позицией на заданной высоте и с заданными углом наклона траектории и режимом двигателей. Пул режимов формируется, исходя из особенностей силовой установки. Она является доминирующим источником шума, но не единственным: механизация крыла, шасси, элементы планера могут влиять на совокупный звук. Заданную траекторию нужно выдержать с минимальными отклонениями, иначе – «незачет». «Контроль траектории очень важен, – поясняет Дмитрий Нагдасёв. – Необходимо не только измерять, но и в реальном времени понимать, насколько был успешен выполненный режим. Спутниковые измерения в настоящее время неустойчивы, что создает определенные трудности с соблюдением заданной траектории».
Навигационные системы воздушных судов, ориентированные на спутниковые сигналы, сегодня, по известным причинам, не получается эффективно применять. В помеховой обстановке магистральные лайнеры задействуют компенсирующие системы, но при сертификационных испытаниях требуется повышенная точность. Нужно не только «на земле» измерять траекторию, но и в реальном времени на борту видеть местоположение самолета, чтобы иметь возможность корректировки.
МОК-И – помощник
Когда-то на аэродроме Раменское функционировало порядка десятка комплексов оптических измерений. С развитием спутниковых навигационных систем потребность в них отпала. Несколько лет назад команда ученых ЛИИ им. М. М. Громова – ведущих инженеров по экспериментальным работам – летным испытаниям систем воздушных судов – задумалась над созданием современного и технологичного комплекса внешнетраекторных измерений, с возможностью его установки на любом аэродроме. Так началась работа над МОК-И (Мобильный оптический комплекс-измерительный). «Потребность в МОК-И возникла по нескольким причинам. Одна из них – это то, что сегодня, ввиду проведения специальной военной операции, мы имеем высокую помеховую обстановку, и спутниковые навигационные сигналы не всегда могут быть использованы бортовыми системами навигации воздушных судов для коррекции своего местоположения. Что в свою очередь делает невозможным проведение сертификационных летных испытаний без дополнительного оборудования с аналогичными функциями», – рассказывает Алексей Бардин, руководитель проекта, начальник научно-исследовательского отделения № 7 (НИО-7) Научно-исследовательского центра (НИЦ) ЛИИ им. М. М. Громова. МОК-И является аппаратно-программным комплексом, состоящим из оптических модулей, размещенных на опорно-поворотных устройствах, оснащенных видеокамерами инфракрасного, ультрафиолетового и видимого диапазонов излучения. Оптические модули наблюдают воздушное судно в зоне проведения летных испытаний, а разработанное учеными ЛИИ программно-математическое обеспечение позволяет провести обработку регистрируемого видеопотока, и в режиме реального времени построить траекторию движения самолета. Программный комплекс может устанавливаться практически на любой компьютер, находящийся в ЛИИ для организации рабочего места оператора МОК-И. «Видеофиксация летного эксперимента дает более широкий взгляд на его параметры, – отмечает Алексей Бардин. – Можно фиксировать особенности воздушного судна, регистрировать работу механизации, определить положение воздушного судна в пространстве. Бортовые инерциальные, а также спутниковые навигационные системы не показывают полной картины. А видеоряд дает возможность провести более детальный разбор летного эксперимента».
Предельная дальность наблюдения МОК-И составляет 20 км, но наиболее точные параметры траектории движения воздушного судна возможно оценить на расстоянии не более пяти километров. Определение траектории не зависит от наличия спутникового сигнала. МОК-И прошел испытания с положительными результатами во Всероссийском научно-исследовательском институте физико-технических и радиотехнических измерений и находится на завершающем этапе внесения в Федеральную государственную информационную систему Росстандарта (ФГИС «Аршин»). После внесения во ФГИС «Аршин» оптический комплекс будет возможно использовать в качестве основного измерительного средства, а пока МОК-И задействуют как вспомогательное. «В качестве средства измерения мы сейчас используем КБТИ – комплекс бортовых траекторных измерений, а МОК-И играет роль индикатора. Во время испытаний он позволяет нам сразу после выполнения режима понять – попали ли мы в допуск. Если нет, мы видим, какие корректировки требуется внести, чтобы, повторив режим, получить то, что необходимо, – говорит Дмитрий Нагдасёв. – Когда этот режим повторяется не сразу, а на следующий день, то условия уже отличаются и намеченные корректировки могут быть неприменимы». Данные о траектории самолета, получаемые МОК-И во время полета, регистрируются оператором комплекса «на земле» и транслируются по радиоканалу экипажу опытного лайнера. «Во-первых, МОК-И выступает помощником, когда КБТИ не имеет возможности коррекции по спутниковым навигационным сигналам. Во-вторых, мы реализовали систему передачи измеренной информации на борт воздушного судна, чтобы у летчиков-испытателей тоже была возможность в режиме реального времени видеть, как проходит летный эксперимент, – рассказывает Алексей Бардин. – Экипажу это очень помогает».
Шпаргалка для пилотов
МОК-И определяет положение лайнера относительно заданного коридора в рамках допустимых минимальных отклонений от траектории полета. Изображение выводится на планшеты экипажа. Летчики-испытатели или бортовой оператор видят – выходит или нет самолет за установленные границы, оперативно внося корректировки. «КБТИ не позволяет в режиме реального времени показать траекторию движения воздушного судна, он становится доступен в процессе послеполетной обработки данных. Кроме того, как только из-за помех теряется спутниковый навигационный сигнал, летчики летят по приборам. Это неудобно. Благодаря комплексу МОК-И, все перед глазами именно в процессе испытаний. Экипаж видит, как он летит, поэтому у него практически нет “незачетных” пролетов над микрофонами из-за того, что самолет не попал в заданный коридор. Таким образом, мы можем улучшить процесс летных испытаний и сократить материальные и временные издержки», – поясняет Алексей Бардин.
Ритмичный гул без тенора и баса
Эксперты сертификационных центров тщательно следят за тем, как «попадает в ноты» «Суперджет» в пределах заданной октавы. Они контролируют ход испытаний в Жуковском и фиксируют соблюдение всех требований. Заключения экспертов затем направят в Росавиацию. «Исходя из аэродинамики, уровня шума двигателей, у нас нет каких-либо негативных предпосылок», – отмечает Дмитрий Нагдасёв.
Международный документ, регламентирующий параметры авиационного шума, был принят более полувека назад. Речь о Приложении 16 к Конвенции о международной гражданской авиации ICAO. В последующие годы разработанные нормы серьезно ужесточались, и эта тенденция сегодня сохраняется, несмотря на то что пассажирские лайнеры стали гораздо тише.
Рок-гитары против авиадвигателей
Если в авиационном мире старательно снижают производимый шум, то в мире тяжелой музыки стремятся к оглушительным рекордам. Рок-гитары могут бить по барабанным перепонкам сильнее, чем двигатели лайнеров! В 1975 году в Книге мировых рекордов самой громкой группой на планете были названы Deep Purple. Громкость их выступления в лондонском театре, состоявшегося тремя годами ранее, была на уровне 117 децибел. Известно, что несколько зрителей потеряли сознание. С тех пор много воды утекло, и были взяты новые акустические вершины. Вот одни из самых «сногсшибательных»:
- американская рок-группа Kiss на концерте в Оттаве в 2009 году вышла на уровень человеческого болевого порога – 136 децибел. Правда, это продолжалось недолго. Песни гремели на всю округу, жители пожаловались местным властям. Музыкантам во время выступления пришлось срочно уменьшать децибелы. Возможно, это помешало побить рекорд, установленный на год раньше в Швеции.
- в 2008 году шведская, не очень известная панк-группа Sleazy Joe заставила содрогнуться небольшой городок Хеслехольм. Громкость их выступления составила травматичные для уха 143,2 децибела.
«Вообще-то, сравнивать музыку рок-концерта с шумом авиационного двигателя не совсем корректно, – говорит Андрей Наквасин. – Уровень звука на концерте определяется в децибелах «А» (дБА), а уровень пролетного шума в EPN-децибелах (EPNдБ)». (Effective Perceived Noise Level – показатель, используемый для оценки субъективного восприятия шума, в том числе авиационного).
«На рок-концерте измерять можно, например, максимальные или средние уровни звука в зрительном зале, на сцене. С самолетом так не получится, – поясняет эксперт Росавиации от ЛИИ им. М. М. Громова. – При пролете лайнера измерения сложнее: EPNL зависит от параметров его траектории, скорости и режима работы двигателей. По сути, это интегральная оценка пролетного шума на участке траектории протяженностью 3-5 км, а не одноточечные измерения, как на концерте».
Текст: Инна Жебари
Видео с испытаний SJ-100 на соответствие требования по уровню шума на местности смотрите на нашем RuTube-канале.