Введение к работе
Актуальность исследования. Начиная с середины XX века наблюдается тенденция эксплуатации воздушных судов (ВС) по техническому состоянию, т. е. стратегии, при которой периодичность и перечень операций технического обслуживания и ремонта авиатехники зависят от состояния изделий . Эта стратегия требует максимально эффективного использования воздушного судна в течение всего срока его службы и так, чтобы диагностика ВС осуществлялась не только во время осмотров, но и в моменты полетов. Задачу диагностики состояния ВС без его осмотра решают бортовые и наземные устройства обработки параметрической и звуковой информации . Анализ параметрической информации может проводиться различными методами, однако существующие системы ограничиваются логическим экспресс-анализом, который заключается в проверке факта нахождения параметров работы ВС в допустимых пределах . Методы анализа полетной информации, использующие аппарат теории вероятностей и теории случайных процессов, на настоящий момент только начинают внедряться , хотя они и обладают рядом преимуществ. Помимо оценки состояния воздушного судна и его систем, такие методы позволяют оценивать вероятность отказа системы ВС в будущих полетах. При этом учитываются случайные факторы (неточность измерительных датчиков и неполнота модели) и допускается неполнота знаний норм параметров работы ВС в зависимости от условий полета. Таким образом, задача диагностики и прогнозирования состояния авиадвигателей с применением методов теории вероятностей и теории случайных процессов является актуальной. Дополнительно в работе построены математические модели изменения интенсивностей отказа авиационных агрегатов и функциональных систем, что также является актуальной задачей, так как исследования на основе этих моделей позволяют комплексно оценивать текущее состояние парка ВС и прогнозировать его изменение.
Когге, Ю. К. Основы надежности авиационной техники / Ю. К. Когге, Р. А. Майский. - М.: Машиностроение. - 1993. - 176 с.
Федеральные авиационные правила по организации объективного контроля в государственной авиации / Утверждены приказом № 420 министра обороны РФ от 17.10.2001.
Ипполитов, С. В. Методы и средства объективного контроля /СВ. Ипполитов, В. Л. Кучевский, В. Т. Юдин. - Воронеж: ВАИУ. - 2011. - 239 с.
В настоящей диссертационной работе в качестве объекта исследования рассматриваются случайные события отказов и неисправностей агрегатов и функциональных систем воздушных судов, а также события пересечения характеристиками работы двигателя границ допустимых областей. При этом рассматриваются только ВС тяжелее воздуха, приводимые в действие силовой установкой, т.е. самолеты, вертолеты и подобные им виды воздушных судов. Предметом исследования являются математические модели изменения интенсивностей возникновения этих событий, и их программная реализация. В качестве статистического материала в прикладной части диссертационной работы рассматривается статистика отказов, повреждений, ремонтов и наработки агрегатов и функциональных систем ВС, а также данные измерений параметров работы авиадвигателей.
Целью диссертационной работы является построение математических и имитационных моделей процессов возникновения отказов агрегатов, двигателей и функциональных систем воздушных судов, разработка численных методов и алгоритмов, реализующих данные модели, и их воплощение в виде комплекса программ на языке высокого уровня, а также выявление мероприятий, оптимизирующих регламент технического обслуживания (ТО) и эксплуатации ВС на основе настоящего моделирования.
Достижение поставленной цели исследования позволяет решить следующие задачи:
-
оценивание изменений интенсивностей отказов двигателей по полетной информации;
-
оценивание изменений интенсивностей отказов агрегатов и функциональных систем воздушных судов на основе анализа их повреждений, ремонтов и характеристик наработки;
-
оптимизация распределения авиаперевозок по парку воздушных судов с целью минимизации вероятности авиапроисшествия;
-
оценка критических значений наработки агрегатов, по достижении которых эксплуатация изделий становится невыгодной;
-
оценка периодичности обслуживания агрегатов, оптимально снижающей суммарную вероятность их отказа при сохранении средней по парку частоты наблюдений.
Методы исследования. В диссертационной работе используется
стохастическое имитационное моделирование в терминах мультивариантных и непрерывных процессов. Комплекс программ разработан на основе языков программирования высокого уровня РНР и PL SQL. При оценке параметров модели изменения интенсивности отказов авиационных агрегатов применяется модифицированный численный метод случайного поиска.
Научная новизна. Основные результаты диссертационной работы являются новыми и актуальными. В работе построены новые модели изменения интенсивностей отказов агрегатов, двигателей и функциональных систем воздушных судов, а также приложения этих моделей к задачам оптимального распределения плана полетов между парком воздушных судов, оценки ресурса агрегатов и прогнозирования количества их отказов. Разработана и сформулирована новая модификация численного метода случайного поиска для оценки параметров модели изменения интенсивности отказов агрегатов.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
стохастическая модель изменения интенсивностей отказов авиатехнических агрегатов в зависимости от уровня повреждений изделия, характеристик его качества, наработки и нагруженности;
-
стохастическая модель изменения интенсивностей отказов функциональных систем воздушных судов;
-
стохастическая модель изменения интенсивностей моментов превышения характеристиками работы авиадвигателя допустимых пределов;
-
комплекс программ, составляющих компьютерную реализацию трех основных математических моделей с применением модифицированного численного метода случайного поиска.
Достоверность результатов обеспечивается использованием аналитических и численных методов расчёта, методов математического моделирования и строгостью критериев проверки адекватности моделей. Подтверждением адекватности модели изменения интенсивностей отказов агрегатов является близость теоретической и эмпирической функций распределения интенсивности отказа в зависимости от фактической наработки агрегата (интегральная характеристика старения, учитывающая условия эксплуатации агрегата и его повреждения). Косвенным подтверждением адекватности этой модели является также близость прогнозируемого и фактического числа отказов однотипных агрегатов по парку воздушных судов.
Достоверность модели изменения интенсивности превышения параметрами работы авиадвигателя допустимых пределов проверяется путем сопоставления прогнозов этой интенсивности (по всему парку двигателей) с фактически произошедшими отказами двигателей.
Теоретическая и практическая значимость диссертационного исследования заключается в возможности использования построенных математических моделей не только для разнообразных типов воздушных судов, но и для иных транспортных средств и прочих технических систем при условии фиксирования их наработки, отказов, ремонтов, параметров работы и условий эксплуатации. Кроме того, практическая значимость диссертационного исследования состоит в возможности использования комплекса программ не только в полном объеме, но и отдельно по компонентам, решающим задачи, перечисленные выше.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на международной научной конференции «современные проблемы науки и образования» (Москва, 26-28 февраля 2013) и II международной научно-практической конференции «актуальные проблемы современной науки» (Ставрополь, 13-16 марта 2013).
Личный вклад автора. Постановка задач осуществлялась научным руководителем доктором физико-математических наук профессором А. А. Бутовым. Автором диссертационного исследования самостоятельно разработаны математические модели и их компьютерная реализация; показана адекватность разработанных моделей и предложены способы их применения; разработан численный метод оценки параметров модели изменения интенсивности отказов агрегатов; разработана структура комплекса программ.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ, в том числе 3 работы в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК. Список публикаций помещён в конце автореферата.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы из 72 наименований источников отечественных, зарубежных авторов и электронных ресурсов, а также приложений. Общий объём диссертации составляет 153 страницы, в том числе 116 страниц основного текста и 37 страниц приложений.
