Перш ніж випустити літак, його детально перевіряють. Це стосується не лише роботи всіх деталей, а і його “загальної” поведінки.
Щоби сучасні літаки були максимально безпечними, їх усебічно випробувують іще на ранніх етапах. Заморожування при арктичних температурах та жбурляння курей на скло кабіни пілота – лише деякі з цих випробувань.
Відтоді, як перші авіатори в шкіряних куртках, шоломах і круглих окулярах здійнялися в небо, повітряні судна суттєво змінилися.
Але в ті часи сідати в крилату машину можна було тільки з ризиком для життя.
Минуло сто років. Тепер пілоти керують надзвичайно складними машинами з новітніх матеріалів, наприклад, вуглецевого волокна.
Частково ними вже управляють бортові комп’ютери. Давно позаду часи, коли літали “на крилі та з молитвою”.
Перед введенням в експлуатацію сучасні літаки проходять надзвичайно жорсткий і ретельний контроль.
Дозвіл на зліт нові повітряні судна отримують лише після проходження всіх тестів з довжелезного списку – від кидання курей у реактивні двигуни (симуляція зіткнення з птахами) до згинання крил під неймовірними кутами.
У тестах (як у наземних випробуваннях, так і в комп’ютерних симуляціях) за останні 10 років сталися великі зміни. Мінімізувати кількість годин тестування літака в повітрі — такою метою тепер керуються виробники.
Великі авіакатастрофи минулого, як-от зіткнення авіалайнера в аеропорту Далласа “Форт-Верт” 1985 року з водонапірною вежею під час посадки в грозу чи збій у системі електроживлення, що призвів до падіння “Boeing-747” авіакомпанії TWA поблизу Нью-Йорка 1996 року, змусили авіаконструкторів ще на стадії розробки дедалі жорсткіше контролювати безпеку нового літака.
Задовго до того, як борт почне перевозити пасажирів.
Згинання крил
Багато з нас на собі відчували, як трясе літак. Але звичні (хоч і завжди страшні) раптові струси чи вібрація крил – ніщо в порівнянні з тими випробуваннями, які проходить літак.
На випробувальному стенді крила багатьох сучасних пасажирських реактивних літаків можуть згинати під кутом майже 90 градусів.
Щоб дізнатись, як крила й фюзеляж працюватимуть за умов звичайних і екстремальних навантажень протягом експлуатаційного терміну, виробники проводять так звані “статичні випробування”.
У грудні 2013 року компанія Airbus, наприклад, перевірила літак A350 XWB Airbus в умовах максимального навантаження.
Для цього провели статичні випробування на спеціально виготовленому планері. Крила літака зазнали в півтора рази більшого навантаження, ніж за будь-яких експлуатаційних умов.
При максимальному навантаженні згинання закінцівок крил перевищило п’ять метрів – тобто крило зігнулося під кутом майже 90 градусів.
Останній тест – навантажити крила так, щоб вони зламалися. Це допомагає визначити момент перелому крила, який мусить бути далеко за межею прогнозованого рівня навантаження.
Випробування на всмоктування: птахи та вода
Якщо на своєму шляху літак натрапить на зграю гусей, що летять у теплі краї, ця зустріч може стати фатальною не лише для птахів.
Це дуже небезпечно також і для пасажирів та екіпажу літака. Навіть маленькі пташки можуть призвести до блокування чи вибуху двигуна.
Міжнародний комітет у справах зіткнення літаків з птахами проводив спеціальне дослідження. З’ясувалося, що за період в один мільярд льотних годин стається лише один випадок, що призводить до загибелі людей.
Більшість зіткнень із птахами не надто шкодить літакам. Але для птаха така зустріч найчастіше стає останньою. Також це спричиняє пошкодження комерційних літаків, і суми ремонту сягають 1,2 мільярда доларів щорічно.
Першим від зіткнення зі птахом загинув піонер авіації Кел Роджерс. 1912 року, коли він пролітав над Лонґ-Біч, штат Каліфорнія, в систему керування його літака потрапила чайка.
Літак Роджерса впав, а пілот загинув.
Попри те, що літаки стають дедалі складнішими й надійнішими, можливість зіткнення з птахами досі викликає занепокоєння.
15 січня 2009 року авіалайнер Airbus A320 авіакомпанії US Airways зіштовхнувся зі зграєю гусей. Після цього відмовили обидва двигуни. Літак здійснив аварійну посадку на річці Гудзон у Нью-Йорку. 155 пасажирів і члени екіпажу змогли евакуюватися.
Щоб забезпечити роботу двигуна після зіткнення з птахами, розробники вкидають мертвих птахів у тестові двигуни на землі – за допомогою пневматичної гармати великого діаметру під кодовою назвою “куряча”.
Цю гармату винайшла у 1950-х роках британська авіакомпанія de Havilland. Щойно забитих курей закладали у ствол і стріляли в лобове скло та двигуни.
Виробники літаків також імітують зіткнення птахів з кабіною пілотів. Таким чином перевіряється стійкість лобового скла до пошкодження та ймовірне відхилення літака від курсу.
“Ми використовуємо свійських птахів для перевірки надійності фюзеляжів, – підтвердив Адам Тішлер, представник підрозділу компанії Boeing, що спеціалізується на випробуваннях. – Це не звичайний тест, але він допомагає передбачити результати зіткнення літака з птахами”.
Ще одна проблема – вода. Щоб перевірити ситуацію з потраплянням великої кількості води в двигун (наприклад, у сильну зливу), літаки проходять крізь спеціальний жолоб.
“Ці випробування дозволяють оцінити роботу двигунів і реверсу тяги, а також гальмівних систем”, – пояснив Джастін Дюбон з авіакомпанії Airbus.
Компанія Boeing проводить ще й інші випробування. Наприклад, рівномірний струмінь води чи шматки льоду запускають у двигуни, щоб імітувати потрапляння літака під град.
Високі та низькі температури
Щоб двигуни, системи та матеріали літака належним чином функціонували за екстремальних температур і на великій висоті над рівнем моря, виробники влаштовують випробування спекою та висотою.
Для перевірки морозостійкості нового Airbus A350 XWB інженери доправили його в Ікалуїт, столицю канадської арктичної території Нунавут, де літак залишався впродовж тижня.
Перевіряли кермування літаком на землі та в повітрі за температури -28C і випробовували на режимі реверсу тяги зі снігом. Простіше кажучи, наслідки раптового гальмування, які можна відчути під час перерваного зльоту.
Також у списку тестів був запуск усіх систем літака після тривалого перебування в умовах наднизької температури, повідомив пан Дюбон.
Також за допомогою подібних тестів повітряні судна протягом тижня перевіряють на великих висотах – високогірних аеродромах у містах Кочабамба і Ла-Пас (Болівія), в Аддис-Абебі (Ефіопія) та інших.
У місті Ла-Пас аеропорт розташований на висоті 4 км над рівнем моря, у Кокачамбі – трохи нижче, близько 2,5 км.
За таких умов двигуни та інші системи літаків зазнають величезного навантаження. Щоб забезпечити безперебійне функціонування, інженери відпрацьовують по декілька зльотів з усіма запущеними двигунами, імітують ситуації відмови двигуна.
Також перевіряють роботу автопілота під час відходу на друге коло (перерваної посадки).
“Мета таких випробувань – оцінити комплексне функціонування двигунів, систем та матеріалів… і забезпечити комфорт пасажирам, якщо вони раптом опиняться в таких умовах”, – розповів пан Дюбон.
Водночас випробовувати літаки на всіх стадіях польоту, включно з екстремальними умовами, виробникам дозволяє аеродинамічна труба.
Компанія Boeing виконує випробування у власній дослідницькій АДТ, розповів нам Адам Тішлер з корпоративного відділу випробувань і оцінювання.
Саме там дослідники перевіряють крила в розрізі, а також роботу систем протидії намерзанню льоду. Випробування в АДТ можна виконувати на швидкості від 60 до 250 вузлів (від 110 км/год до 463 км/год) за температури -40C, розповідає пан Тішлер.
Аеродинамічна труба також допомагає компанії Boeing імітувати дощ, обмерзання і хмари – усі ті умови, в які можуть потрапити повітряні судна.
Віртуальний літак “Залізний птах”
Один із новітніх способів випробування сучасних літаків – зібрати внутрішнє обладнання літака на землі й перевірити ці системи за допомогою комп’ютерів.
“Ці “птахи” можуть відтворювати всі етапи польоту: зліт, крейсерський режим, посадку тощо. Літак можна віртуально випробувати в “реальному” рейсі, наприклад, з Лондона до Дубая, хоча насправді ніякого польоту не відбувається, – пояснює пан Мюлло.
“Усе це можна здійснити ще до того, як буде зібрано перші деталі нового літака”, – додає він.
Це допомагає передбачити можливі проблеми в конструкції. Наприклад, мікротріщини, що можуть з’явитися на певному етапі експлуатації літака, розповів пан Мюллот.
Можна навіть віртуально протестувати літак у ситуації зіткнення з птахами, якщо вони вдаряться об лобове скло чи крило.
Для повного циклу наземних випробувань систем повітряних суден компанія Bombardier у Монреалі зібрала стенд “Aircraft Zero”.
На стенді “імітують віртуальний політ судна ще до того, як справжній літак здійметься в небо”, – розповідає директор компанії Bombardier Себастьєн Мюлло.
“Залізний птах” – так називається високотехнологічний системний інтегратор, який використовують для симуляції польотів.
“Ми можемо передбачити, що станеться з конструкцією за будь-якої ваги птаха і в будь-якій точці зіткнення”, – каже Жан-Луї Монтель, заступник керівника конструкторського бюро компанії Dassault Aviation, французького виробника літаків.
“Завдяки цьому під час реальних випробувань ми працюємо з уже відкаліброваним “птахом” і перевіряємо його лише за критично важливими показниками”, – каже фахівець.
Інженери також виконують ультразвукове обстеження місць з’єднання крила й фюзеляжу. Це дозволяє зазирнути всередину матеріалу і знайти можливі дефекти, не розбираючи літак.
Випробування блискавкою
Блискавка вдаряє в кожен комерційний літак приблизно раз на рік. Такі дані наводить нещодавно заснована “лабораторія блискавок” Кардиффського університету Великої Британії.
У цій лабораторії компанія Airbus випробовує свої літаки блискавками.
Навіть після удару блискавки традиційні алюмінієві літаки без проблем летять далі своїм курсом.
Завдяки високій електропровідності алюмінію електричний струм швидко поширюється корпусом, не завдаючи шкоди. Але не всі сучасні літаки виготовляють із алюмінію.
Щоб зменшити вагу, а відтак – і споживання пального, повітряні судна нового покоління збирають із набагато легших матеріалів, наприклад, вуглецевого волокна.
Електропровідність цих матеріалів значно нижча, розповів Меттью Коул із компанії Airbus.
Таким чином, ефективність споживання пального можна підвищити на 25%. Однак ці матеріали необхідно захищати від ударів блискавки.
Зазвичай це робиться шляхом додавання тонкого шару металевої сітки чи фольги. “Цей шар безпечний і ефективний, він успішно розсіює заряд, пом’якшуючи удар”, – пояснює пан Коул. Проте він додає літаку ваги, і це мінус.
Науковці з лабораторії Кардиффського університету намагаються знайти й інші рішення для захисту систем від ударів блискавок, які підтримували б належний рівень безпеки й не обтяжували літак.
“Щоб краще зрозуміти, як реагують різні матеріали, панелі тестують ударами блискавок”, – каже пан Коул.
Розряди можуть сягати 100 000 амперів — цього цілком досить для енергопостачання невеликого міста.
У компанії Boeing є дві методики випробування захисту від блискавок. Одна з них – генератор високої напруги (два мегавольти). Він відтворює удар блискавки в лабораторних умовах, а також дозволяє імітувати контакт блискавки з літаком у польоті.
Друга – високовольтна система напругою 50-60 кіловольтів. Щоб відтворити потужний удар по обшивці літака, дає на виході до 200 000 амперів.
З першими комерційними реактивними лайнерами, такими як британський піонер Comet, на початку 1950-х років були серйозні проблеми.
Деякі з них закінчились авіакатастрофами з людськими жертвами. Та відтоді прогрес пішов далеко вперед.
Компанії-виробники повітряних суден постійно шукають нові способи вдосконалити їх.
Тож наступного разу, потрапивши в зону турбулентності чи грозу, будьте певні – з вашим літаком і не таке траплялося.
