Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние и проблемы оценки лётной годности воздушных судов в эксплуатации 9
1.1 Анализ методов оценки летной годности изделий авиационной техники на этапе эксплуатации 9
1.2 Другие методы оценки летной годности изделий АТ на этапе эксплуатации 18
1.3 Формирование режимов ТОиР АТ по поддержанию ЛГ ВС
1.3.1 Отечественная практика 30
1.3.2 Организация работ и методы формирования режимов ТОиР зарубежных типов гражданских ВС 38
1.4 Выводы 56
ГЛАВА 2. Методы оценки уровней летной годности авиационной техники в эксплуатации 57
2.1 Квалификация летной годности изделий авиационной техники в эксплуатации 57
2.2 Апостериорный прогноз уровней безопасности полетов по типам воздушных судов 79
2.3 Выводы 95
ГЛАВА 3. Разработка метода априорной оценки соответствия функциональных систем вс требованиям НЛГ на этапе эксплуатации в системе управления безопасного полета 96
3.1 Оценка состояния функциональных систем воздушных судов 96
3.2 Определение и оценка состояний функциональных систем ВС 100
3.3 Определение вероятности появления состояний элементов функциональных систем 106
3.4 Выводы 111
ГЛАВА 4. Экспертная оценка летной годности вс и функциональных систем в эксплуатации 112
4.1 Анализ летной годности ВС и функциональных систем в авиапредприятиях 112
4.2 Предложения по постановке решения ограничения распределения отказов функциональных систем воздушного судна 131
4.3 Анализ эффективности предложений по улучшению поддержания ЛГ ВС и их функциональных систем с учетом экономических аспектов 136
4.4 Выводы 141
Заключение 143
Список используемых источников 146
- Другие методы оценки летной годности изделий АТ на этапе эксплуатации
- Апостериорный прогноз уровней безопасности полетов по типам воздушных судов
- Определение и оценка состояний функциональных систем ВС
- Предложения по постановке решения ограничения распределения отказов функциональных систем воздушного судна
Введение к работе
Актуальность исследования. Безопасность полетов (БП) является одним из основных требований, которые предъявляются гражданской авиации в наше время. Безопасность полетов — комплексная характеристика воздушного транспорта и авиационных работ, определяющая способность выполнять полеты без угрозы для жизни и здоровья людей. Важнейшей частью обеспечения БП является летная годность воздушного судна (ВС). Летная годность (ЛГ) ВС устанавливается нормами летной годности (НЛГ), которые определяют способность совершать безопасный полёт во всём диапазоне установленных для него ожидаемых условий эксплуатации (при условии, что остальные компоненты авиатранспортной системы (АТС) функционируют нормально).
Современные требования нормативного обеспечения, оценки и контроля эксплуатационно-технических характеристик ВС, а также его функциональных систем (ФС), выполняются в основном на этапе разработки и сертификации, в том числе, и летной годности, с учетом эксплуатационных качеств ВС и соответствующих им характеристик. Однако, при дальнейшей эксплуатации ВС его летная годность в значительной степени зависит от методов и стратегий технического обслуживания и ремонта, от координации экономических и организационных и других мероприятий направленных на поддержание летной годности ВС.
Современная эксплуатационная практика предполагает использование ВС более 35 лет, в течении которых оно может наработать более 60 тысяч летных часов. Столь продолжительное использование ВС существенно влияет на его надежностные характеристики и делает его отдельные ФС уязвимыми к различным типам отказов. Поэтому с самого первого дня и с каждым последующим годом эксплуатации любого самолета, все более остро встает проблема оценки соответствия его функциональных систем требованиям НЛГ, поскольку БП нарушается по причине отказов тех или иных ФС самолета.
В связи с изложенным выше, возникает необходимость разработки методов, которые предоставят возможность устанавливать соответствие ФС ВС требованиям норм летной годности, основываясь на определенных вероятностных критериях.
В ранее выполненных другими авторами работах в области оценки соответствия функциональных систем ВС требованиям норм летной годности не рассматриваются методы, которые позволили бы осуществлять данную оценку на этапе эксплуатации, и которые бы задействовали критерии указанные выше.
Поэтому существует научная задача разработки методов оценки соответствия требованиям НЛГ по БП функциональных систем ВС на этапе эксплуатации, которые базируются на использовании, как статистических, таки вероятностных критериях соответствия.
Степень разработанности вопроса. Вопросам методологии оценки ЛГ, оценки и поддержания летной годности ВС и их функциональных систем посвящены работы Е.Ю. Барзиловича, С.В. Далецкого, Г.Н. Гипича, Б.В. Зубкова, Ю.М. Чинючина, В.С. Шапкина, Б.А. Абрамова, Ю.А. Соловьева и др.
Анализ результатов исследований приведенных выше российский ученых в области оценки и поддержания летной годности свидетельствует о следующем:
проблема оценки соответствия требованиям норм летной годности функциональных систем ВС на этапе эксплуатации на текущий момент является приоритетной и актуальной;
существующие методы оценки оперируют статистическими показателями для оценки, что не всегда гарантирует точность оценки;
достижение необходимой точности оценки возможно на основании усовершенствования существующих методов путем введения вероятностных критериев оценки.
Объектом исследования являются функциональные системы ВС.
Предмет исследования включает методологические подходы, положенные в основу разработки методов оценки соответствия функциональных систем ВС требованиям НЛГ на этапе эксплуатации.
Целью исследования является разработка методов оценки состояния функциональных систем ВС и соответствия их требованиям НЛГ по БП, на основе опыта эксплуатации ВС с прогнозом на последующий период эксплуатации.
Поставленные цели диссертационного исследования достигаются решением следующих задач:
анализ состояния проблемы поддержания ЛГ в эксплуатации и обоснованием направления исследований по оценке летной годности ФС;
исследование режимов поддержания летной годности ВС в эксплуатации и их влияния на ЛГ;
формирование квалификации летной годности изделий авиационной техники и их эксплуатационных качеств с позиций обеспечения ЛГ;
разработка метода апостериорной оценки и прогноза летной годности для ВС и их ФС;
разработка метода априорной оценки и прогноза летной годности ФС в системе управления безопасностью полетов авиапредприятия;
разработка методов расчета вероятностей появления отказных состояний компонентов ФС и оценки их ЛГ;
разработка методов анализа летной годности ФС и принятию решений об их соответствии установленным нормам и требованиям;
разработка методов оценки эффективности мероприятий по оценке и поддержанию ЛГ на уровне компонентов, ФС и воздушного судна в целом в процессе эксплуатации.
Методы исследования. Решение научных задач проводилось на основе исследований результатов опыта эксплуатации ВС различных типов с применением математической статистики и системного анализа, а также теории нечетких множеств и теории экспертных оценок с экономическим анализом полученных результатов. Основой исследования послужили работы указанных выше авторов.
Научная новизна результатов исследования заключается в том что:
-
Разработан метод статистического решения задачи о соответствии функциональных систем воздушных судов требованиям норм летной годности по БП, который основан на использовании весовых коэффициентов для оценки особых состояний.
-
Разработан метод комбинированного анализа летной годности функциональных систем ВС, на основе экспертно-вероятностных оценок состояний ФС, который дает возможность разрабатывать и организовывать мероприятия направленные на повышение уровня безопасности полетов в СУБП авиапредприятия;
-
Предложен и обоснован алгоритм по принятию решений относительно ограничения распространения отказов функциональных систем ВС, основой для которого служит «Метод ветвей и границ».
Перечисленные выше научные результаты выносятся на защиту.
Достоверность результатов исследования подтверждается относительной сходимостью выполненных оценок ЛГ по типам ВС с результатами других исследований и статистическими данными; непротиворечивостью разработанных методов используемой практике и положениям современной науки.
Практическая значимость исследования заключается в том, что:
применение данных методов обеспечивает разработчиков и эксплуатантов авиационной техники достоверной информацией о состоянии ВС в эксплуатации, с учетом предъявляемых на сегодняшний день требований по БП, в части, касающейся ЛГ;
выполненные исследования об отказах функциональных систем воздушных судов показывают наличие, или же отсутствие оснований на корректировку условий эксплуатации ВС, надежность которых ставиться под сомнение;
применение предлагаемых методов обеспечивает определение предельных показателей летной годности функциональных систем ВС, что позволяет на основе этих данных вырабатывать соответствующую стратегию ТО и эксплуатации, а также мероприятий нацеленных на устранение авиационных событий и их предпосылок;
применение предлагаемых методов дает возможность оценить и предотвратить или сократить материальный ущерб для авиапредприятий, полученный при последствиях от отказов ФС ВС.
Полученные результаты могут использоваться:
в организациях, специализирующихся на техническом обслуживании и ремонте авиационной техники;
в организациях ГА РФ при проведении исследований по установлению причин снижения уровня БП из-за отказов функциональных систем ВС;
в Высших учебных заведениях.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности.
Диссертационное исследование выполнено в соответствии с позицией паспорта специальности 05.22.14 - Эксплуатация воздушного транспорта. п.2 «Разработка методологических основ и инженерно-авиационных методов и средств
обеспечения безопасности полетов, расследования авиационных происшествий и инцидентов», п.3 «Разработка методов повышения эффективности эксплуатации воздушных судов, их функциональных систем и комплексов, наземных средств обеспечения исправности и работоспособности авиационной техники».
Апробация. Основные результаты диссертационной работы докладывались на заседаниях и ежегодных семинарах кафедры «Безопасности полетов и жизнедеятельности» Московского государственного технического университета гражданской авиации, посвященных проблемам безопасности на воздушном транспорте, а также на семинаре Межгосударственного авиационного комитета по теме: «Аспекты технического обслуживания и поддержания летной годности, влияющие на безопасность полетов» (Москва, Россия, 2016).
Научные результаты диссертационного исследования использовались и реализованы:
в практике работы производства цеха самолетов SSJ-100 ООО «С7 ИНЖИНИРИНГ» (акт об использовании результатов диссертационного исследования на тему: «Методы оценки соответствия требованиям норм летной годности функциональных систем воздушных судов на этапе эксплуатации» Дашкова И.Д. от 15.04.2016);
в учебном процессе Московского государственного технического университета гражданской авиации (акт об использовании результатов диссертационного исследования на тему: «Методы оценки соответствия требованиям норм летной годности функциональных систем воздушных судов на этапе эксплуатации» Дашкова И.Д. от 12.01.2017);
в процессе реализации дополнительной программы повышения квалификации Авиационного учебного центра ФГУП ГосНИИ ГА (НЦ-21) (акт об использовании результатов диссертационного исследования на тему: «Методы оценки соответствия требованиям норм летной годности функциональных систем воздушных судов на этапе эксплуатации» Дашкова И.Д. от 15.12.2016).
Публикации результатов исследования. По материалам исследований, представленных в диссертации, написано и опубликовано 3 печатных работы, в изданиях, рекомендованных ВАК при Министерстве образования и науки Российской Федерации, для публикации материалов диссертационных работ, 2 из этих работ написаны в соавторстве с Зубковым Б.В.
Личный вклад автора. Автор лично:
разработал методы априорной и апостериорной оценки и прогнозирования уровня летной годности самолетов на основе статистических и экспертно-вероятностных оценок состояний функциональных систем самолетов в процессе эксплуатации.
сформулировал и представил: классификацию работ в системе ТОиР с позиции контроля и поддержания летной годности и условий отработки ресурсов до списания; классификацию условий эксплуатации по их воздействию на летную годность ВС; модели изменения технического состояния компонентов ВС в процессе эксплуатации;
выбрал модели формирования режимов контроля состояния ВС с целью оценки технического состояния компонентов и их соответствия требованиям норм летной годности;
представил алгоритмы и блок-схемы оценки состояния компонентов ВС, их значимости на летную годность и безопасность полетов;
показал эффективность применения разработанных методов, моделей и алгоритмов в условиях системы управления безопасностью полетов в авиапредприятиях;
сформулировал предложения по улучшению поддержания летной годности отечественных воздушных судов и их функциональных систем;
- произвел экономическую оценку выработанных методов и предложений.
Все научные результаты получены самостоятельно.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения, списка использованных источников и 4-х приложений. Общий объем диссертации - 164 листа, и из них: 151 лист обязательных элементов диссертации, 12 листов - приложения. Работа содержит 31 рисунок, 27 таблиц.
Другие методы оценки летной годности изделий АТ на этапе эксплуатации
Система уравнений (Я + М) решается относительно вг и pj. Значения которых преобразуют в минимум (1.51), если выполняется условие.
Периодичности вг необходимо распределять по формам регламента ТО установленной структуры [2] так, что вг в-, где в- - форма регламента ТО, чья периодичность осуществления равна или обозначается ближайшей меньшей 9Ь.
Восстановление и профилактика изделий АТ и ВС определяются согласно ЭД на эти изделия и регламенту на ВС следующим образом: работы, которые направлены на поддержании и восстановлении надежности изделий, обеспечивают разрежение потока отказов. Планово осуществляются только работы, определяющиеся прогрессирующими неисправностями. Отказы обуславливают осуществление внепланового восстановления. Подобные работы РО обуславливаются стратегиями восстановления изделий ФС [33]. Согласно определению (cм. глоссарий), стратегия восстановления может быть плановая (Сх), внеплановая (С3) или же по итогам контроля состояния изделия (С4) [8]. При условии, что установлены функции распределения отказов -ого изделия Ft (t) и Fj (t) и установлены средние оперативные значения трудоемкости плановых и неплановых работ (Tni и Таі) средняя трудоемкость восстановления ВС (7 ) при отказе і-ого изделия определяется следующим способом [8]: ТІ = Таі + КТп tai (1.54) где КТп - средняя удельная трудоемкость технического обслуживания при простое ВС; tai - средняя оперативная продолжительность і -ого типа неплановой работы. Полагая, что потребная периодичность плановых работ рассматриваемого типа при всех стратегиях восстановления тождественна и равна математическому ожиданию времени безотказной работы (tt или tf), а среднее число восстановления на промежутке (0, tt) равно: Hi(ti) = l + 0,s\{ f -і] (1.55) где Si - среднее квадратичное отклонение от tt можно определить эффективность любой стратегии и подобрать наиболее приемлемую по наименьшим удельным затратам (в качестве примера, для Сг и С3): КпЫ = % нР (1.56) Кп(С3 ) = Щ & (1.57) Имеется возможность таким же образом подобрать и стратегию восстановления, эффективную по удельной продолжительности простоев ВС на техническом обслуживании (С2 и С5), или по коэффициенту готовности ВС к полету Кт . Можно сделать заключение, что нормативная база формирования режимов ТОиР отечественных типов ВС имеется, но базируется на статистике отказов или экспертной оценке безотказности ФС, что не позволяет прогнозировать поддержание летной годности в связи с отсутствием или недостатком статистики по ситуациям полета более сложным, чем УУП.
Формирование режимов ТОиР зарубежных типов гражданских ВС осуществляется при разработке основной программы ТОиР (MPD), используя при этом разнообразные версии общего документа поставщиков и эксплуатантов -MSG [4] (Maintenance program development document) и циркуляра FAA:
AC 121-22 «Maintenance Review Board» (MRB). Организация, производящая формирование программы MPD должна включать в себя представителей эксплуатантов, разработчиков ВС и двигателей и сертификационного органа в рамках национальной авиационной администрации (CAA), обычно объединяющей в себе два комитета [8,26]: - сертификации ВС и АТ; - документов эксплуатации, эксплуатационного надзора и ТОиР.
Оба комитета принимают участие в работе временных комитетов, которые организовываются с целью обеспечить летную и техническую эксплуатацию ВС: Flight Standards Board (FSB) - комитет, по разработке норм подготовки и квалификации членов экипажа ВС. Flight Operations Evaluation Board (FOEB) - комитет, по формированию реестра минимального оборудования (MMEL), отказ которого допускается в определенных условиях на этапе эксплуатации ВС. Maintenance Review Board (MRB) - комитет, по разработке программы MPD. MRB находится под юрисдикцией представительства CAA. Он согласовывает готовые материалы по ТОиР, которые входят в отчет MRB. Подготовка программы MPD осуществляется рабочим органом при MRB (координационный комитет по типам ВС (Industry steering Committee - ISC)). Структура работы рассматриваемых комитетов представлена ниже (рис. 1.8. - рис. 1.12.).
Поставщик ВС посредством своих представителей в ISC и его рабочих групп, используя MSG-анализ, вырабатывает исходные реестры изделий, имеющих существенное значение в плане ТОиР (Maintenance Significant Items - MSIs) и конструктивно важных изделий (Structural Significant Items - SSIs) для создания сертификационных предписаний к ТОиР (Certification Maintenance requirements -CMR) (табл. 1.2. и рис. 1.13.). Согласно MSG, сертификационные требования CMR по отношению к работам ТОиР подразделяются на 2 категории:
1. Обязательные работы, чьи режимы проведения не изменяются, если отсутствует согласие сертификационного органа (АСО) конкретного типа ВС (дальнейшее обозначение « »)
2. Прочие виды работ, режимы которых могут изменятся, на основании методик, утвержденных САА. Все изменения должны быть внесены в ЭТД конкретного эксплуатанта (дальнейшее обозначение « »).
Анализ отказобезопасности систем (SSA) объединяет в себе: - характеристику системы и изделия; - характеристику функционала системы и предполагаемых отказов; - расчетную частоту отказов; - допустимую частоту отказов; - контрольные уровни надежности; - типы проявления отказов (скрытый, очевидный и др.); - режимы восстановления требуемые для обеспечения контрольных уровней надежности ресурсов и сроков службы; Связь MSG и SSA, а также логика анализа представлены далее на рис. 1.14. -рис. 1.21 [8,14,38]. Перечень регламентных работ разрабатывается на основе MSG, посредством анализа по системам ВС, базируясь на информации SSA по воздействию отказов систем на безопасность и регулярность полетов.
Апостериорный прогноз уровней безопасности полетов по типам воздушных судов
Именно эксплуатационный контроль соответствия ВС требованиям норм летной годности и является предметом данной работы.
За период эксплуатации каждого образца ВС на протяжении 50-100 тысяч летных часов и 30-50 лет эксплуатации под влиянием различных факторов эксплуатации происходит деградация систем и оборудования, что компенсируется или должно компенсироваться работами ТОиР на протяжении всего срока службы ВС и наработки ФС и компонентов во всех допустимых эксплуатационных условиях.
Поступая в эксплуатацию, ВС в целом и его компоненты подвергаются воздействию эксплуатационных факторов, поскольку этап эксплуатации представляет «стадию жизненного цикла изделия, на которой реализуется, поддерживается и восстанавливается его качество.
Условия эксплуатации характеризуются последовательной сменой эксплуатационных факторов, воздействующих на изделие АТ и вызывающие в нем изменения, влияющие на летную годность ВС в общем.
Чтобы парировать снижение летной годности в процессе эксплуатации ВС проводятся работы по ТОиР компонентов ВС с целью обеспечить поддержание летной годности ВС и подготовить ВС к использованию по назначению, что решается в системе ТОиР.
Выберем классификацию работ ТОиР, изделий АТ и эксплуатационных факторов, влияющих на летную годность ВС и техническое состояние АТ.
Работы ТОиР, выполняемые в процессе технической эксплуатации ВС, принято классифицировать по технологическим признакам или по этапам выполнения ТОиР [35].
По назначению и воздействию на техническое состояние ВС для решения основных задач системы технической эксплуатации (СТЭ), работы ТОиР разделяются на следующие целевые виды [1]: - технологическое обслуживание; - поддержание и восстановление надежности; - контроль технического состояния. Технологическое обслуживание обеспечивает подготовку ВС к использованию по назначению, стоянке и хранению и приведению его в исходное состояние после этих процессов, не связанных с надежностью.
Работы по поддержанию и восстановлению надежности (cм. глоссарий) обеспечивают свойство ВС сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях эксплуатации ВС.
Контроль технического состояния обеспечивает определение фактического состояния изделий для принятия альтернативных решений об исправности или неисправности изделия, ФС или ВС в целом.
Выполнение целевых работ сопровождается выполнением вспомогательных работ. Вспомогательные работы не имеют самостоятельного назначения в СТЭ ВС, но создают условия для выполнения целевых работ или обеспечивают возвращение ВС в исходное техническое состояние.
Данная классификация целевых работ закодирована и введена нормативной документацией [1,2]. Пример кодирования работ приведен в таблице 2.1 [8]. Виды работ разделены на группы по технологическим признакам и приемом выполнения, а группы разделены на подгруппы, адаптированные для реально выполняемых на ВС работ ТОиР. Характеристика видов и групп работ ТОиР в системе ТЭ АТ следующая:
Технологическое обслуживание не изменяет надежности изделий и ВС в целом, как объекта эксплуатации в системе ТЭ, а обеспечивает реализацию процесса эксплуатации каждого ВС последовательной сменой этапов использования по назначению и ТОиР.
Контроль технического состояния ВС, его систем, изделий и оборудования, не изменяет технического состояния объекта АТ, а лишь восстанавливает информацию о состоянии АТ в момент контроля. Если в момент контроля = установлено исправное состояние изделия, то функция надежности ( = ) данного изделия принимает начальное значение ( = 0) (с учетом достоверности и глубины контроля) и, соответственно, изменяется значение вероятности отказа этого изделия в момент времени непосредственно после контроля, что следует из соотношений показателей надежности, представленных в вероятностной и статистической форме [8] заменой t = t на t = 0: f{f) X(t )dt dt и A(t )At At An(t ,t +At) P{V) N(tr)At где f(t) - плотность распределения; An[t , t + At] - число данных изделий, отказавших в интервале; N (t) - число исправных изделий к моменту t .
Определение и оценка состояний функциональных систем ВС
Для обеспечения однородности статистики особых ситуаций полета типа ВС введем весовые коэффициенты относительно УУП, согласно нормативам, а именно: ЛГууп = 1; Ксс = 10; КАС = 103; Ккс = 104, тогда приведенный суммарный параметр потока отказов и неисправностей ВС, приведших к особым ситуациям полета будет: woc = УУП + wcc + wAC + wKC (2.16) где: wyyn = Kyyn; wcc = Kcc; wAC = KAC; wKC = " KKC. tBC - суммарная наработка парка ВС за период myyn, тсс, тАС, ткс -количество отказов и неисправностей приведших к ситуациям УУП, СС, АС и КС соответственно. Например, по данным ОАО «ОКБ им. А.С. Яковлева» из анализа надежности эксплуатации ВС Як-42 за 2002 год имеем: W(t)yyn = 0,22 10_3(1/4), wt(-CC) = 0,4 10-4(1/4), тогда woe = 0,22-Ю-3+ 0,4-Ю-4-10 = 0,62-Ю-3 ), что меньше нормативного значения и/С(УУП) = 1 10_3(1/4) и, соответственно, нормы летной годности ВС [13] в процессе эксплуатации рассматриваемого типа среднемагистрального ВС выполняются.
Если к woc добавить значение параметра потока отказов без последствий, то получим изменение полного параметра потока отказов для типа ВС, представляющего совокупности однородных событий, влияющих и не влияющих на безопасность полетов. Эта однородность достигается введением весовых коэффициентов, причем учет статистики «без последствий» ведет к увеличению рассмотренных коэффициентов на порядок, поскольку норма для Тс 1/100, что следует из опыта эксплуатации отечественных и зарубежных ВС.
Таким образом, фиксируемые в эксплуатации значения безотказности не позволяют сделать выводы о безопасности полетов и прогнозировать появление особых ситуаций, ввиду недостаточности статистики по последствиям отказов , приведших к особым ситуациям.. Например по Як-40 частота УУП в 2,5 раза ниже, чем для Як-42, а значения их Тп в тот же период эксплуатации различаются лишь в 1,5 раза и соответствуют, зарубежным типам ВС.
С другой стороны, по данным АСУ «Безопасность полетов» действующей в ГА РФ зафиксированы инциденты: по самолетам Як-40 - 1999 г. - 47, наработка парка 22977 л.ч., 2000 г - 57, наработка парка 26736 л.ч. по самолетам Як-42 - 2001 г. - 51, наработка парка 56252 л.ч., 2002 г. -43, наработка парка 51300 л.ч. Из вышесказанного следует, что лишь каждый 4-й зафиксированный отказ в полете (таблица 2.4) классифицирован как УУП для самолета Як-40 и лишь каждый 10-й зафиксированный отказ в полете (таблица 2.5) классифицирован как УУП для самолета Як-42. При этом, соотношение Тп/Тс и для Як-40 и для Як-42 составляет примерно 3:1. Як- годы 1999 2000 2001 2002 2003 2004 показатели Тс 121,58 116,23 136,3 114,31 126,3 109,7 Тп 48,99 43,68 42,77 37,68 43,5 37,9 Таблица 2.5 Як- годы 1997 1998 1999 2000 2001 показатели п 149,6 159,2 160,4 163,5 154,2 Тс 64 64,9 50,7 54,5 52,3 Аналогичные результаты опыта эксплуатации имеются и для других отечественных типов ВС (Ил-86 - 1987 г.: п = 31,5; = 81 и т.д.). Реальные статистические данные об отказах и неисправностях отечественного (Як-40) и зарубежного типа ВС (А-319) приведены в таблицах 2.6 - 2.13 из которых следует, что показатели безотказности Тс отечественных и зарубежных типов практически одинаковы, но прогноз безопасности полетов по этим показателям невозможен. Для решения задачи представим БП в графическом виде относительно woc. БП ВС, относительно нормативов АП-25 может быть выражена в координатах (рис. 2.1): X = lgtoc; Y = wo 10х.
Где Atoc - норматив наработки ВС на особую ситуацию, час. Из рис. 2.1. следует, что линейная аппроксимация частот ситуаций УУП и СС самолета Як-42 за 2001 год прогнозирует и частоту ситуаций АС и КС ниже нормативных значений по АП-25, тогда как аналогичные построения частот ОС Як-42 за 1990 год не подтверждают нормативы безопасности для АС и КС. Отсюда следует, что выполнение мероприятий доработками конструкции Як-42 и его документации позволили обеспечить фактическую БП самолетов этого типа, не ниже заданного уровня, что подтверждается выполненным прогнозом.
Из рис. 2.1. следует, что при Wyyn wcc прогноз обеспечения заданной БП относительно ситуаций АС и КС также подтверждается, даже если wyyn W(t)yyn, откуда следует, что большое количество выявляемых в эксплуатации мелких отказов и неисправностей типа ВС приведших к УУП и устраняемых при ТО, еще не свидетельствует о низком уровне БП, но прямо сказывается на снижении интенсивности и регулярности полетов этого для типа ВС.
Опыт эксплуатации всех отечественных ВС подтверждает данное положение. Поэтому многочисленные попытки прогнозирования БП ВС на основе «пирамиды» отказов и неисправностей, ранжированных по последствиям не дают положительного результата, тогда как введение весовых коэффициентов для ОС по (9) и графические построения по рис. 2.1. позволяют дать прогноз вероятностей ситуаций АС и КС по типу ВС на каждом интервале наработок парка ВС.
Предложения по постановке решения ограничения распределения отказов функциональных систем воздушного судна
При анализе любой функциональной системы ВС ее можно рассматривать как функционально-информационный блок (ФБ). Подобный блок обслуживает один потребляющий элемент или их группу. Потребляющий элемент (ПЭ) - это элемент, компонент воздушного судна, гарантирующий функционирование ВС в полете. Экипаж рассматривается как часть ВС. Если функциональный блок отказывает (система полностью теряет свою работоспособность), обслуживающий его элемент ПЭ так же приходит в неработоспособное состояние. При потери работоспособности потребляющего элемента, а также выходе параметров, определяющих состояние ПЭ за предельно допустимые величины, можно считать ПЭ отказавшим [43].
Отказ ПЭ может являться причиной образования Ct {і = 1,4) особой ситуации полета. Ранг потребляющего элемента П; в этом случае равен Ct особой ситуации полета, а ранг ФС St максимальному рангу совокупности рангов П;, обслуживающих ФС.
Если ранг функциональной системы равен S, то предполагается, что система может попасть и в состояние Sj(j і). В частности, если ранг ФС - 54, иными словами отказ этой ФС может спровоцировать образование особой ситуации 54, то она может находиться и в состояниях 5l5 S2 и S3.
Предположим, что ПЭ определяется совокупностью значений {Xj}, которым в активный период требуется пребывать в установленных пределах (л ;;—]. Обеспечение этого условия - это особая задача обслуживающей системы, включающей в себя определенное количество элементов. ПЭ может находиться в {П;} состояниях, которые соответствуют частным условиям С., в зависимости от значений, которые будут принимать параметры {х{\. Необходимо отметить, что значения {XJ} находятся в зависимости от множества {у І) - параметров на выходе обслуживающей системы. В том случае, если параметры {yt} пребывают в установленных пределах \AVJ;—Lf, приемлемые границы не будут превышены значениями {XJ}, иными словами ПЭ находится в работоспособном состоянии. Подобному состоянию ПЭ можно приписать значение П0. Следовательно {уі) характеризуется совокупностью состояний {Zj} каждой из частей, которые входят в систему.
Если состояние потребляющего элемента отличается от П0, то это приводит к возникновению в полете некоторой ситуации Q. Следовательно, любой ситуации Q, в которую может попасть воздушное судно, будут соответствовать некоторые состояния {П;} потребляющего элемента. В свою очередь, {Пд состояниям потребляющего элемента будет соответствовать некоторый комплекс параметров \Уіі\ которые определяются подмножеством значений [Xji] множества {XJ}.
Несомненно, что [Xji] зависит от некоторого комплекса параметров [Zji] Є {Zi\ элемента системы или от объединения соответствующих значений Zji группы элементов.
Отсюда следует, что при анализе функциональных состояний систем воздушных судов нужно соблюдать определенную последовательность соответствий состояний: С1 = [xji] = {Sji} = [yji] = {zjik} = Uk=1,n{zfi],(l n m) (3.3) где m - число составляющих, которые входят в систему; к - некоторый элемент системы; \zfi\ - некоторое множество состояний k-го элемента Уравнениями функционально - надежностных состояний считаем системы уравнений вероятности не появления у системы S;–го состояния. Данные уравнения - это результат построения структурных схем для каждой ситуации.
Проведем анализ некой системы, которая включает в себя определенное количество элементов - N. В качестве рассматриваемых элементов определяются как различные компоненты системы, так и соединяющие их связи(трубопроводы, провода, троса и т. д.) Каждый к-ый элемент системы пк(к = I,N) может в ходе эксплуатации принимать состояния [Rjk} Є R , где j - индекс, который описывает некоторое состояние [43]. Далее, устанавливается в соответствие, некоторая совокупность значений функциональных параметров (давление, температура, расход, утечка и др.) {Z)fcj Є Zk, любому Rjk состоянию пк элемента. Из этого следует, что между множествами Rk и Zk существует определенное соотношение, т.е. / отображается на множество Zk(a/Rk = Zk).