Введение к работе
Актуальность работы. Одним из важнейших параметров пассажирского самолета, определяющих уровень его конкурентоспособности, являются величины проектных ресурсов и сроков службы.
Комплекс расчетно-эксперименталшых работ по обеспечению требуемого проектного ресурса, проводимых на этапе создания самолета, базируется на прогнозе типовой (средней) нагруженности конструкции в эксплуатации.
Эта нагруженность оценивается величиной усталостной повреждаемости, определяемой путем проводимого специальным образом суммирования всех действующих на конструкцию переменных нагрузок и используемой для оценки накопленной в конструкции усталости
В соответствии с требованиями АП-25 (МОС 25.571) при сертификации типа самолета Разработчик обязан продемонстрировать наличие системы сбора и анализа данных о фактических условиях эксплуатации, позволяющей, при необходимости, скорректировать спрогнозированную типовую нагруженность и, соответственно, величины ресурсов и (или) условия их отработки.
Обусловленные неизбежными различиями в условиях эксплуатации отклонения нагруженности отдельных экземпляров самолетов от средней для парка, в соответствии с МОС 25.571, учитываются при установлении ресурсов
введением соответствующего коэффициента надежности (г\з).
Величина этого коэффициента в зависимости от степени обоснованности прогноза, наличия и эффективности действующей системы мониторинга эксплуатации колеблется от Оз =1,0 до г\д =2,0.
Исходя из того, что контроль условий эксплуатации является необходимым элементом системы обеспечения безопасной эксплуатации самолетов по условиям прочности, в 60-е годы по инициативе ЦАГИ была создана общегосударственная система контроля и анализа параметров эксплуатации самолетов, определяющих их нагруженность.
Основанная на технических средствах того времени и жестких административных принципах, беспрецедентная по своим масштабам, затрачиваемым средствам и трудоемкостям, эффективно отработавшая несколько десятилетий государственная система контроля за условиями эксплуатации в 90-е годы морально, технически и организационно устарела и практически перестала существовать.
Ввод в эксплуатацию отечественных самолетов нового поколения и решение задачи поддержания летной годности парков "стареющих" самолетов требовали создания современной системы мониторинга условий эксплуатации и нагруженности на новом техническом и организационном уровне.
Такая система в зависимости от полноты и регулярности ее функционирования должна обеспечивать:
- при выборочном систематическом контроле - подтверждение соответствия фактических типовых условий эксплуатации парка принятым при установ-
лении ресурса и надежность используемых запасов на возможное межэкземп-лярное рассеивание нагруженности.
- при непрерывном мониторинге эксплуатации каждого самолета парка -возможность установления ресурсов без введения запасов на рассеивание нагруженности.
Цель работы. Повышение эффективности использования ресурсного потенциала парка самолетов путем создания на базе современных информационных технологий системы индивидуального мониторинга, позволяющей учитывать особенности эксплуатации каждого экземпляра и минимизировать величины принимаемых при установлении ресурсов запасов на рассеивание нагруженности.
При этом должны были быть решены следующие задачи:
На основе анализа опыта и состояния работ по контролю условий эксплуатации определить наиболее оптимальный метод контроля индивидуальной нагруженности самолетов.
Разработать методологию организации и функционирования системы мониторинга эксплуатации, используемые в ней способы и алгоритмы обработки полетной информации, хранения, систематизации и анализа результатов такой обработки.
Внедрить систему в практику работ по сопровождению эксплуатации и поддержанию летной годности, проанализировать получаемые с ее использованием материалы и оценить ее эффективность.
Разработать метод определения запасов на рассеивание нагруженности по данным мониторинга, если его полнота и регулярность не обеспечивают индивидуальный контроль за нагруженностью в эксплуатации всех экземпляров самолетов парка.
Научная новизна работы состоит в том, что при выполнении работы получены следующие новые результаты:
Разработана базирующаяся на современных информационных технологиях методология и реализующая ее комплексная система мониторинга фактических условий эксплуатации, нагруженности и расходования ресурса силовой конструкции самолета.
На основе анализа данных мониторинга показано, что индивидуальная типовая эксплуатационная нагруженность (повреждаемость) конструкции экземпляров самолетов имеет логнормальный закон распределения и оценен возможный диапазон изменения параметров этого распределения. Определен минимальный статистически обоснованный объем информации, необходимый для определения средних для экземпляра значений параметров полета и усталостной повреждаемости.
С использованием вероятностного подхода разработан метод определения необходимого при установлении ресурса запаса на рассеивание нагружен-
ности в зависимости от полноты и характера данных мониторинга эксплуатации.
Достоверность результатов. Достоверность результатов подтверждается многолетним опытом использования выполненных разработок в практике проектирования, обоснования и установления ресурсов и сроков службы самолетов "Ту" и обеспечения их безопасной и эффективной эксплуатации.
Практическая значимость. Разработанная методология и система мониторинга эксплуатационной нагруженное, а также предложенный метод оценки потребных величин запасов на ее рассеивание, могут широко использоваться в практике создания и поддержания летной годности высокоресурсных самолетов и способствуют совершенствованию принятой в РФ системы обеспечения ресурса по условиям прочности.
На защиту выносятся:
Методология и реализующая ее комплексная система мониторинга на
груженное самолетов, предназначенная для обеспечения безопасной по усло
виям прочности эксплуатации при максимальном использовании ресурсного
потенциала парка самолетов.
Результаты выполненного по данным мониторинга анализа характера эксплуатации и нагруженное конструкции самолетов семейства Ту-204/214 и Ту-154.
Вероятностный метод определения величины необходимого при установлении ресурса запаса на рассеивание нагруженное конструкции в эксплуатации и рекомендации по совершенствованию нормирования коэффициентов надежности при установлении ресурса силовой конструкции.
Личный вклад автора. Работы по созданию комплексной системы мониторинга эксплуатации проведены в ОАО "Туполев" под руководством и при непосредственном участии автора, осуществившим постановку задачи, разработку методологии и основных алгоритмов.
Автором проведен анализ полученных результатов мониторинга и, в частности, установлен логнормальныи закон распределения повреждаемости, а также определен минимально необходимый объем обработки, обеспечивающий статистическую обоснованность анализа.
Автором разработан вероятностный подход к определению необходимого при установлении ресурса коэффициента надежности, учитывающего рассеивание нагруженное в эксплуатации, и рекомендации по совершенствованию соответствующего раздела МОС25.571.
Реализация работы. Система мониторинга эксплуатации внедрена в практику поддержания летной годности семейства самолетов Ту-204/214, что позволило при установлении им назначенных ресурсов обоснованно минимизировать величины коэффициентов надежности, повысив тем самым ресурсные характеристики самолетов и эффективность дорогостоящих натурных ресурсных испытаний.
Предложенный автором работы подход к нормированию запасов на рассеивание эксплуатационной нагруженности с одобрения ЦАГИ был использован при установлении ресурсов самолетам Ту-154, что сыграло важную роль в обеспечении возможности их безопасной эксплуатации далеко за пределами проектных ресурсов.
Разработанные и представленные в диссертации предложения по совершенствованию нормирования запасов при установлении ресурсов вошли в проект новой редакции МОС 25.571.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на 10 международных, общероссийских и межведомственных научно-технических конференциях, в том числе:
- Школе - семинаре "Проблемы прочности авиационных конструкций и
материалов", СибНИА, 16-19 февраля 2011г.
- Международной научно-технической конференции "Гражданская авиа
ция на современном этапе развития науки, техники и общества", МГТУ ГА,
Москва, 22-23 апреля 2008г.
- Международной научно-технической конференции "Новые рубежи
авиационной науки", ASTEC07, ЦАГИ, Москва, 19-23 августа 2007г.
Международной конференции "Программные продукты информационного обеспечения безопасности полетов, надежности и технической эксплуатации авиационной техники" Межгосударственный авиационный комитет, Москва, 2006г.
Всероссийской научно-технической конференции по прочности и аэродинамике летательных аппаратов, Новосибирск, СибНИА, 15-17 июня 2004г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ, отражающих ее основное содержание, в том числе 4 статьи в рекомендованном ВАК издании. Оформлен патент РФ №2068198 на "Устройство для вычисления расхода ресурса планера самолета".
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов по каждой главе, заключения и списка использованных источников. Работа изложена на 147 страницах, в том числе 14 таблиц и 25 рисунков. Список литературы содержит 110 наименований.
