Введение к работе
Актуальность темы
Система создания, сертификации. эксплуатации авиационных газотурбинных двигателей должна непрерывно совершенствоваться - по мере их усложнения и удорожания и. соответственно, в связи с возрастающей остротой проблемы обеспечения высокого технического уровня двигателей и технико-экономической эффективности процессов их создания и применения. Для этого необходимы прогресс в теории авиационных ГТД и в областях их конструирования и технологий, внедрение новых материалов, переоснащение предприятий, совершенствование стратегий эксплуатации, решение других научных, технических, организационных проблем. В частности. для повышения безопасности и эффективности создания и применения авиационных двигателей требуется разработка методов согласованного управления безотказностью авиационных двигателей и ресурсом их элементов, а также совершенствование методов определения безопасного ресурса элементов двигателей.
Диссертационная работа посвящена постановке и решению связанного с этим комплекса научно-технических задач, что и определяет ее актуальность.
Цель работы Разработка методов вероятностно обусловленного определения безопасного ресурса элементов двигателей, а также методов согласованного управления безотказностью двигателей и ресурсом их элементов, направленная на повышение безопасности функционирования и эффективности создания и применения авиационных ГТД.
Задачи исследования
В соответствии с целью работы на основе единого подхода, связанного с анализом рисков, решался следующий комплекс задач: Выявить влияние безотказности авиационных двигателей и ресурса их элементов на риски, связанные с их созданием и эксплуатацией;
Разработать методические основы согласования безотказности и ресурсных характеристик - применительно к различным, в том числе перспективным, стратегиям эксплуатации двигателей военной и гражданской авиации; Разработать методические основы и алгоритмы для вероятностно обоснованного определения безопасного
ресурса элементов двигателей по совокупности всех располагаемых разнородных данных. Разработать программное обеспечение созданных алгоритмов.
Связь темы диссертации с плачами отраслей науки и
промышлепн ости
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с
рядом межотраслевых и отраслевых программ ("Программа развития
гражданской авиационной техники России до 2000 года", программы
НИР по темам "Стоимость", "ТУФ" и др.), планами научно-
исследовательских работ государственного научного центра
"Центральный институт авиационного моторостроения
им.П.И.Баранова".
Научная новизна работы
-
Проведено исследование влияния безотказности авиационных двигателей и их ресурсных характеристик на уровень технико-экономических рисков, связанных с отказами двигателей и исчерпанием их ресурса или исчерпанием разрешенных наработок при эксплуатации по техническому состоянию. Выявлены возможности существенного уменьшения указанных рисков при целенаправленном комплексном управлении безотказностью двигателей и их ресурсными характеристиками -особенно при перспективных стратегиях эксплуатации двигателей по техническому состоянию.
-
Разработаны методические основы оптимального согласования показателей безотказности и ресурсных характеристик двигателей применительно к различным стратегиям эксплуатации двигателей.
-
С целью повышения эффективности управления надежностью двигателей с использованием анализа рисков разработаны рекомендации по совершенствованию системы гарантийных взаимоотношений между Поставщиками и Эксплуатантами двигателей применительно к гарантиям безотказности двигателей.
-
С использованием требований Авиационных правил относительно максимально допустимых рисков (вероятностей) катастрофических ситуаций, регламентации Авиационными правилами максимальных величин рисков при нелокализованных отказах двигателей, а также данных об условных вероятностях нелокализованных разрушений и неустранимых в полете
выключений двигателя при различных его отказах, с целью разработки вероятностно обусловленной системы установления ресурсов элементов двигателей выявлены максимально допустимые вероятности отказов элементов двигателей в зависимости от уровня их критичности.
-
Разработаны методические основы, алгоритмы и программы для ПЭВМ. позволяющие с использованием максимально допустимых рисков отказов определять вероятностно обоснованный безопасный ресурс элементов двигателей.
-
Выявлены закономерности влияния на устанавливаемый ресурс элементов двигателей следующих факторов:
максимально допустимый риск (вероятность) разрушения элементов;
разброс долговечности элементов;
количество испытанных образцов;
продолжительность испытаний;
исходы испытаний.
Практическая ценность работы
Результаты исследований нашли практическое применение при разработке требований к безотказности и ресурсным характеристикам вновь создаваемых двигателей: РД-1700, ТВ7-117С. ТВ7-117В, модификаций двигателя АЛ-31Ф. перспективного двигателя для гражданской авиации ТРДД-2005 и перспективного ТРДДФ; при анализе конкурентоспособности эксплуатирующихся двигателей и их планируемых модификаций: ПС-90А. Д-18Т, Д-36, Д-436. Полученные результаты используются при разработке новых редакций НТД "Нормы прочности ГТД гражданской авиации", "Нормы прочности ГТД военной авиации", "Нормы безотказности двигателей гражданской авиации". Разработаны рекомендации, использованные при установлении системы гарантийных взаимоотношений поставщиков и эксплуатантов газотурбинных двигателей производства АО "Мотор Січ".
Методы исследований
Достижение поставленной цели осуществлялось путем теоретических исследований и идентификацией полученных результатов с практикой создания и эксплуатации отечественных двигателей как гражданской, так и военной авиации.
Разработка методических основ и алгоритмов вероятностно обоснованного определения ресурса элементов АД по совокупности
разнородных данных потребовали, помимо использования методов теории вероятностей и математической статистики, создания специализированного программного обеспечения.
Для определения системы допустимых рисков при разрушениях элементов двигателей гражданской авиации использованы требования Норм летной годности (АП-25) и требования ETOPS, а при разрушениях элементов двигателей военной авиации - требования Норм безопасности (БНКТ) и Норм безотказности.
Достоверность полученных результатов подтверждается соответствием теории и практики, хорошей корреляцией с результатами других исследований, отечественных и зарубежных.
Апробация работы
Основные результаты работы докладывались на ряде международных и межотраслевых конференций, совещаний и деловых встреч, в том числе на Межотраслевой научно-технической конференции "Совершенствование методов и средств стендовых испытаний ВРД и их узлов" (г. Лыткарино, 1995г); Всероссийской конференции "Надежность механических систем" (г. Самара, 1995 г.); Международной научно-практической конференции "Безопасность полетов в новых экономических условиях" (г. Киев, 1997 г.); Международной конференции "Современные научно-технические проблемы гражданской авиации" (г. Москва, 1999г.), Объединенной Международной конференции, "Проблемы конструкционной прочности двигателей" (г. Самара, 1999г.), Международной конференции "Оценка и обоснование продления ресурса элементов конструкции' (г. Киев, Украина, 2000г.); Международной конференции "Двигатели XXI века" (г. Москва, 2000г.).
Публикации
