Расчет топливной системы Ан-148

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1 Определение закона распределения вероятностей наработки на отказ

1.1 Описание конструкции и принципа работы основной топливной системы и поплавкового клапана уровня

1.2 Исходные данные

1.3 Сравнение статистического распределения параметров с теоретическим распределением Вейбулла

1.4 Сравнение статистического распределения параметров с теоретическим экспоненциальным распределением

1.5 Сравнение статистического распределения параметров с теоретическим нормальным распределение

2 Анализ схемной надежности основной топливной системой самолета Ан-148

2.1 Краткие сведения о топливной системе самолета Ан-148

2.2 Работа основной топливной системы самолета Ан-148

2.3 Расчет вероятности безотказной работы основной топливной системы самолета Ан-148методом структурных схем

2.4 Расчет вероятности безотказной работы основной топливной системы самолета Ан-148 методом логических схем

3. Вероятностная оценка статического запаса прочности

3.1 Определение статистического запаса прочности

3.2 Определение вероятности разрушения и запаса прочности через вариацию параметров прочности и действующих напряжений

3.3 Определение требуемого запаса прочности при заданной вероятности разрушения

3.4 Определение уточненного значения вероятности разрушения

Вывод

Список используемой литературы

Введение

Надёжность - свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования.

Надёжность одновременно является важным и самостоятельным научным направлением, на основе которого создаются и совершенствуются практические методы обеспечения и оценки надёжности конкретных изделий при их создании, испытаниях и применении. Теория надёжности как наука исследует влияние конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов на уровень надёжности изделия.

Уровень надёжности, характеризуемый количественными показателями безотказности (свойством объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени) и долговечности (свойством объекта сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта), нельзя рассматривать в отрыве от фактора времени и условий применения. По мере увеличения времени применения или продолжительности непрерывной работы изделий на заданных режимах уровень безотказности изделий понижается, и уменьшаются запасы их долговечности.

Уровень надёжности авиационных изделий задаётся техническими требованиями, реализация которых обеспечивается выполнением ряда конструктивно-производственных работ, а соответствие изделия заданным требованиям подтверждается результатами специальных испытаний и периодическими проверками изделий в эксплуатации.

Уровень надёжности конкретных изделий характеризуется рядом количественных показателей, среди которых наиболее часто используется вероятность безотказной работы P(t), т.е. вероятность того, что в заданном интервале времени t и в пределах заданной наработки не возникнет отказ изделия. Этот показатель можно применять как к изделию в целом, так и к отдельным его элементам. Однако наиболее целесообразно его применять при оценке надёжности изделия в целом.

При оценке и анализе уровня надёжности сложного изделия необходимо различать схемную надёжность собственно изделия и физическую надёжность отдельных его элементов. Уровень схемной надёжности при заданном уровне физической надёжности отдельных элементов зависит от схемно-конструктивной компоновки изделия, наилучшие варианты которой выбираются на основе результатов расчётного анализа. В настоящем курсовом проектировании используются два метода анализа схемной надёжности : метод структурных схем и метод логических схем. Сущность этих методов состоит в том, что на самом начальном этапе создания изделия, т.е. в процессе проектирования, можно оценить возможность выполнения заданных требований по надёжности, предварительно определив вероятностные характеристики надёжности, обосновав структурную схему изделия и необходимый уровень надёжности комплектующих элементов, агрегатов и узлов. Уровень физической надёжности элементов, как правило, определяется конструктором в зависимости от применяемых материалов и технологических процессов и оценивается по результатам испытаний или эксплуатации большого числа элементов.



1 Определение закона распределения вероятностей наработки на отказ

1.1 Описание конструкции и принципа работы топливной системы самолета Ан-148

Топливная система обеспечивает питание топливом маршевых двигателей и двигателей ВСУ во всем диапазоне скоростей и высот полета. Система работает нормально при температурах топлива от -55?С до +45?С.

Топливная система включает:

· Топливные емкости;

· Систему дренажа топливных баков;

· Систему централизованной заправки;

· Систему подачи топлива к двигателям (систему выработки топлива);

· Органы управления и контроля;

· Систему управления и измерения топлива (СУИТ-148).

Бак	Вместимость при заправке, кг	Вырабатываемое кол-во топлива при заправке, кг	Сливаемая часть невырабатываемого остатка топлива, кг
	ч/з заливные горловины	централиз-й	ч/з заливные горловины	централиз-й
центропланный	3190	3010	3160	2980	30
крыльевой	2х4255=8510	2х4115=8230	2х4240=8480	2х4100=8200	2х15=30
всего	11700	11240	11640	11180	60

Внутри баков расположены монтажные устройства электрических насосов и струйные топливные насосы, трубопроводы централизованной заправки топливом, подачи топлива к двигателям, дренажа, трубопроводы сигнализаторов давления топлива за насосами, гидроуправляемые и поплавковые клапаны централизованной заправки, датчики топливомера и электропроводка к ним, датчики сигнализации водного отстоя.

В нижних точках центропланного и в расходных отсеках крыльевых баков установлены датчики сигнализации свободной воды.

Для слива невырабатываемых остатков топлива, а также для слива отстоя топлива из крыльевых баков в нижних точках нижних поверхностей крыльевых баков установлены клапаны слива конденсата. В центропланом баке установлены два крана слива конденсата.

Управление топливной системой - электрическое. Осуществляется со щитков, установленных в кабине экипажа, и с пульта управления централизованной заправкой. С этого же пульта осуществляется управление краном централизованного слива топлива и контроль наличия свободной воды. Управление и контроль подачи топлива к ВСУ осуществляется с пульта управления ВСУ.

Система управления и измерения топлива взаимодействует с системой управления общесамолетным оборудованием, бортовой системой технического обслуживания, бортовым устройством регистрации, самолетным ответчиком, бортовой системой контроля двигателей, блоком управления и контроля ВСУ, системой бесплатформенной курсовертикали.

Все топливо на самолете размещается в одном центропланом баке-ксеноне и двух крыльевых баках-кессонах. Крыльевые баки размещены в консольной части крыла. Каждый крыльевой бак разделен на три отсека: корневой, предрасходный, расходный.

Все внутренние поверхности баков-кессонов подвергнуты антикоррозионной обработке и биологическому обеззараживанию.

На самолете выполнены две симметричные системы дренажа открытого типа. Система включает:

· Два воздухозаборных патрубка дренажа;

· Два предохранительных клапана;

· Два поплавковых клапана;

· Трубопроводы и арматуру их крепления.

Распределение топлива

Система централизованной заправки.

Заправка баков топливом - централизованная, через бортовой штуцер заправки, установленный в правом обтекателе шасси. От штуцера топливо под давлением подается по магистральному трубопроводу к электроуправляемым перекрывным кранам заправки и затем по трубопроводам - в баки самолета.

Требуемый уровень заправки баков обеспечивается автоматическим или ручным закрытием перекрывных кранов заправки. Время полной заправки баков не превышает 15 минут.

Система централизованной заправки имеет звуковую и световую сигнализацию опасного повышения давления в баках и звуковую сигнализацию опасного повышения давления в трубопроводе заправки.

При необходимости заправка самолета топливом может производиться с помощью заправочного пистолета через заливные горловины, расположенные в верхних панелях каждого бака. Горловины закрыты быстросъемными крышками.

Система подачи топлива к двигателям.

Системы подачи топлива к двигателям - раздельные. Левый двигатель питается из левого крыльевого бака, правый - из правого. Центропланный бак является общим для обоих двигателей - топливо из него вырабатывается в первую очередь. Магистраль кольцевания позволяет осуществить подачу топлива к двигателю одного полукрыла из бака другого, питание обоих двигателей из одного бака и питание одного двигателя из двух баков при открытом кране кольцевания.

Для питания каждого двигателя в расходном отсеке крыльевого бака по два электроприводных топливных насоса с сигнализаторами давления.

Порядок выработки топлива с работающими электроприводными насосами: центропланный, кры льевые баки, а в крыльевых баках - корневой, предрасходный и расходный отсеки. Из расходного отсека топливо подается непосредственно к двигателю. Перекачка топлива из центропланного бака в корневые отсеки крыльевых баков осуществляется струйными насосами. Активное топливо к струйным насосам центропланного бака поступает при работающих электроприводных насосах крыльевых баков.

Для обеспечения наполнения предрасходного и расходного отсеков топливом при неработающих электроприводных насосах установлены обратные клапаны.

Подача топлива к двигателю осуществляется из расходного отсека своего бака двумя электрическими центробежными насосами.

Выработка топлива из центропланного бака осуществляется только перекачкой струйными насосами в корневые отсеки крыльевых баков. Перекачка топлива из корневых отсеков в предрасходные, а из них - в расходные, также осуществляется струйными насосами, установленными в этих отсеках.

Подача топлива к двигателям самотеком - только из крыльевых баков за счет разрежения, создаваемого топливными насосами двигателей.

При отказе двигателя и крана кольцевания в полете возможна перекачка топлива электроприводными насосами из одного крыльевого бака в другой через кран слива и соответствующий кран заправки.

Подача топлива к ВСУ осуществляется электроприводным насосом, установленным в правом крыльевом баке, а пр работающих основных электроприводных насосах - из левого крыльевого бака. При открытом кране кольцевания подача топлива к ВСУ может осуществляться также из правого крыльевого бака.

Поплавковый клапан уровня

Состоит из: корпуса с крышкой, грибкового клапана, двух пружин, рычага с запорным клапаном и пенопластовым поплавком и поршня. Корпус 1 и крышка 3 изготовлены из алюминиевого сплава. В верхней части корпуса расположены три прямоугольных окна для выхода топлива в расходный бак и фланец с отверстиями для крепления клапана в баке. Нижняя часть изготовлена с внутренней цилиндрической расточкой, в которой перемещается поршень 15. К нижнему фланцу корпуса крепится крышка 3. Между корпусом и крышкой установлено резиновое уплотнительное кольцо 10.

В крышке корпуса имеется осевое отверстие, которое при заполненном расходном баке закрывается клапаном 8, шарнирно закрепленным на вилке 7. Момент закрытия этого клапана определяется положением вилки относительно рычага 6, которое регулируется гайками 5 крепления вилки. В расточку торца клапана завулканизирована резиновая шайба. Штампованный из алюминиевого сплава рычаг 6 укреплен шарнирно (осью 4} в проушине крышки корпуса и может вращаться относительно оси этого шарнира. В рычаге 6 жестко закреплена трубка крепления пенопластового поплавка 9.

На поршне установлена резиновая манжета 14, закрепленная с помощью кольца 13 и гайки 12. Поршень устанавливают на нижнем конце штока грибкового клапана и крепят гайкой. Между поршнем и клапаном установлена пружина 2 с регулировочным кольцом 16. Снизу на поршень с грибковым клапаном действует пружина 11.

В кольцевую канавку на наружной поверхности грибкового клапана завулканизировано резиновое уплотнительное кольцо 17. В штоке клапана имеется осевой канал, по которому топливо проходит в полость под поршень 15.

При отсутствии топлива в расходном баке поплавок опущен вниз и усилием пружины 11 грибковый клапан 18 закрыт. При включении перекачивающих насосов ЭЦН-75Б подвесных баков и достижении избыточного давления перед грибковым клапаном 0,02... ...0,04 МПа (0,2...0,4 кгс/см2) поплавковый клапан открывается, сжимая пружину 11, и пропускает топливо в расходный бак через окна в корпусе 1 клапана. Одновременно топливо проходит через осевой канал в грибковом клапане в полость под поршнем и выходит в расходный бак через отверстие в крышке 3.

При повышении уровня топлива в расходном баке поплавок поднимается, и при заполненном баке клапан 8 закрывает осевое отверстие в крышке. Слив из полости под поршнем 15 прекращается, давление в этой полости начинает нарастать, и пружина 11 перемещает поршень с грибковым клапаном вверх. Грибковый клапан 18 садится на седло корпуса, и доступ топлива в расходный бак прекращается (см. 1102.212202.000ТЧ2).

1.2 Исходные данные

1. Проведены испытания невосстанавливаемых изделий, составляющих небольшую выборку (8…10)% от данной партии. Отказавшие изделия при испытаниях не заменяются, их число равно ,а число оставшихся исправных изделий в выборке равно .

2. Продолжительность испытаний составляет часов, а зарегистрированное время отказа отдельных изделий ()часов от начала испытаний. Время наработки на отказ оставшихся изделий большее, чем . Вариационный ряд значений наработки на отказ отдельных изделий равен: 22, 37, 53, 74, 85, 101, 132, 163, 173, 212, 237, 251, 272.

Обработка статистических данных

Зафиксированную продолжительность испытаний часов разбиваем на разрядов с равными интервалами часов. Число интервалов выбрали таким образом, чтобы в каждый интервал попало не менее 2-3 отказавших изделий.

В соответствии с применяемыми в теории надежности формулами, определяем статистические показатели безотказности для каждого интервала .

Определили число отказавших изделий, приходящихся на каждый интервал.

Плотность распределения вероятностей определяется по формуле:

Интенсивность отказов определяется по формуле:

.

Вероятность безотказной работы определяется по формуле:

.

Определяем статистические показатели безотказности для первого интервала разбиения:

.

Полученные результаты расчетов заносим в таблицу 1.1



Таблица 1.1- Статистические показатели безотказности

Параметр	ИНТЕРВАЛ
	[0;40]	[40;80]	[80;120]	[120;160]	[160;200]
	60	60	60	60	60
	3	3	3	2	2
	1,67	1,67	1,67	1,11	1,11
	1,67	1,68	1,68	1,12	1,11
(t)	1	0,99	0,99	0,99	1

По полученным статистическим данным строим гистограмму интенсивности отказов =f(t).

Рисунок1.1- Гистограмма интенсивности отказов

1.3 Сравнение статистического распределения параметров с теоретическим распределением Вейбулла

Данное распределение характеризуется следующими параметрами: m и t₀.

Эти параметры определяются путем решения следующих двух уравнений с двумя неизвестными:

Систему уравнений решаем графически, задаваясь рядом значений m (от 0,3 до 3) и строя кривые и .Точка пересечения этих кривых даст искомые значения параметров m и t₀.

Рисунок 1.2 - Графическое определение параметров t ₀ и m

Решая графически систему уравнений, определяем значения параметров m и t₀ распределения Вейбулла (Рисунок 1.2).



t₀ = 13390

m = 1,12

Определяем теоретические характеристики и результаты расчетов заносим в таблицу 1.2.

Таблица 1.2 - Теоретические характеристики

Параметр	Интервал
	0;60	60;120	120;180	180;240	240;300
	60	60	60	60	60
*10-4	1,357	1,426	1,521	1,56	1,586
*10-4	1,367	1,486	1,56	1,615	1,658
10-3	8,143	8,774	9,127	9,358	9,518

Определяем статистические показатели безотказности для первого интервала разбиения:

=

=

=



По критерию Пирсона ч ² (табл. 2.3 [2]) сравниваем эмпирический закон распределения с законом распределения Вейбулла.

Таблица 1.3 - Критерие Пирсона ч ²

t i ; t i+1	?ti	?ni	qi (t)*10-3	N•qi	?ni - N•qi
0;60	60	3	8,143	2,443	0,557	0,127
60;120	60	3	8,774	2,63	0,37	0,052
120;180	60	3	9,127	2,738	0,262	0,025
180;240	60	2	9,358	2,8	-0,8	0,228
240;300	60	2	9,518	2,885	-0,855	0,256
ч 2 =? =0,698

Из таблицы 1.3 следует, что ч ² = 0,698, а число степеней свободы

r = k - 2= 5- 2 = 3.

По таблице ч ² - распределения (табл. 2,5[1]) находим для r = 3:

ч ² = 0,584 при Р = 0,90

ч ² = 1,005 при Р = 0,80

Строим кривую ??² =



Рисунок 1.3 - Кривая ??² =

Интерполяция кривой ??² = при ч ² = 0,689 и r = 3 дает Р = 0,877.

Из этого можно сделать вывод, что есть удовлетворительное совпадение теоретических и статических законов для распределения Вейбулла.

1.4 Сравнение статистического распределения параметров с теоретическим экспоненциальным распределением

Нужно определить Т - среднюю наработку на отказ.

= 8289 [ч].

Определяем теоретические характеристики, и результаты расчетов заносим в таблицу 1. 4.



Таблица 1.4 - Теоретические характеристики

Параметр	Интервал
	0;60	60;120	120;180	180;240	240;300	>300
	60	60	60	60	60	>>60
	1,197	1,188	1,180	1,171	1,163	-
	1,206	1,206	1,206	1,206	1,206	-
	7,185	7,134	7,082	7,031	6,98	0,956
	3	3	3	2	2	=287
	2,155	2,14	2,124	2,109	2,094	286,8
	0,845	0,86	0,876	0,109	0,094	-0,2
	0,331	0,345	0,361	0,0056	0,0042	0,000139
	1,047

ч ² = 1,047 , а число степеней свободы равно

r = k - 2 = 5 - 1 = 4,

где k - число интервалов, на которое разделено время испытаний (работы изделия).

По таблице ч ² - распределения (табл.2,5[1]) находим для r = 4:



ч ² = 0,711 при Р = 0,95;

ч ² = 1,064 при Р = 0,9.

Строим график для нахождения более точного значения Р:

Рисунок1.4 - Кривая

Интерполяция кривой при ч ² = 1,047 и r = 4 дает Р = 0,92.

Из этого можно сделать вывод, что есть удовлетворительное совпадение теоретических и статических законов для экспоненциального распределения.

1.5 Сравнение статистического распределения параметров с теоретическим нормальным распределением

Нужно найти Т и, совместно решая уравнения:

;

;

=69,23;

=15230,8;

=22,07.

На основании полученных значений находим Y₁ и Y₂ .

Находим сначала величину Y₁:

0,196

Приравняем : Y₁= Y₂= 0,196.

Отсюда получаем:

В соответствии с таблицей П.3 [2] определяем : k и , подбирая ближайшие значения, а потом графически определяя более точное значение.

Ближайшие значения для Y=0,196:

k=2,8; =0,0079 Y=0,211;

k=3; =0,0044 Y=0,152.

Для точного определения и строим зависимости k(Y) и :



Рисунок 1.5- График зависимости k(Y)

Рисунок 1.6 - График зависимости

Таким образом, для Y = 0,196 находим: = 2,85 и = 0,007.

Для сравнения законов распределения заполняем таблицу 1.5.



Таблица 1.5 - Теоретические характеристики

Параметр	Интервал
	0;60	60;120	120;180	180;240	240;300	>300
	60	60	60	60	60	>>60
	3	3	3	2	2
	9,661	1,276	2,775	9,722	5,607	-
=	0,946	0,946	0,946	0,95	0,95	-
	0,000102	0,000134	0,000291	0,001023	0,0059	-
	4,07	4,054	4,037	4,021	4,004	0,995
	1,058	1,054	1,05	1,045	1,041	286,5
	1,942	1,946	1,95	0,955	0,959	0,5
	3,564	3,592	3,621	0,872	0,883	0,000872

=12,53, а число степеней свободы равно

r = k - 2 = 5 - 2 = 3,

где k - число интервалов, на которое разделено время испытаний (работы изделия).

По таблице ч ² - распределения (табл.2,5[1]) находим для r = 3:

ч ² = 11,341 при Р = 0,01;

ч ² = 16,268 при Р = 0,001.

Строим график для нахождения более точного значения Р:

Интерполяция кривой при ч ² = 12,53 и r = 3 дает Р = 0,0078.

Из этого можно сделать вывод, что есть удовлетворительное совпадение теоретических и статических законов для нормального распределения.

Вывод: для нашего случая больше всего подходит закон экспоненциального распределения так как при нем мы получили наибольшую вероятность Р = 0,92



2. Анализ схемной надежности основной топливной системы самолета Ан-148

2.1 Краткие сведения о топливной системе самолета Ан-148

Топливная система обеспечивает питание топливом маршевых двигателей и двигателей ВСУ во всем диапазоне скоростей и высот полета. Система работает нормально при температурах топлива от -55?С до +45?С.

Топливная система включает:

· Топливные емкости;

· Систему дренажа топливных баков;

· Систему централизованной заправки;

· Систему подачи топлива к двигателям (систему выработки топлива);

· Органы управления и контроля;

· Систему управления и измерения топлива (СУИТ-148).

Внутри баков расположены монтажные устройства электрических насосов и струйные топливные насосы, трубопроводы централизованной заправки топливом, подачи топлива к двигателям, дренажа, трубопроводы сигнализаторов давления топлива за насосами, гидроуправляемые и поплавковые клапаны централизованной заправки, датчики топливомера и электропроводка к ним, датчики сигнализации водного отстоя.

В нижних точках центропланного и в расходных отсеках крыльевых баков установлены датчики сигнализации свободной воды.

Для слива невырабатываемых остатков топлива, а также для слива отстоя топлива из крыльевых баков в нижних точках нижних поверхностей крыльевых баков установлены клапаны слива конденсата. В центропланом баке установлены два крана слива конденсата.

Управление топливной системой - электрическое. Осуществляется со щитков, установленных в кабине экипажа, и с пульта управления централизованной заправкой. С этого же пульта осуществляется управление краном централизованного слива топлива и контроль наличия свободной воды. Управление и контроль подачи топлива к ВСУ осуществляется с пульта управления ВСУ.

Система управления и измерения топлива взаимодействует с системой управления общесамолетным оборудованием, бортовой системой технического обслуживания, бортовым устройством регистрации, самолетным ответчиком, бортовой системой контроля двигателей, блоком управления и контроля ВСУ, системой бесплатформенной курсовертикали.

Все топливо на самолете размещается в одном центропланом баке-ксеноне и двух крыльевых баках-кессонах. Крыльевые баки размещены в консольной части крыла. Каждый крыльевой бак разделен на три отсека: корневой, предрасходный, расходный.

2.2 Работа основной топливной системы самолета Ан-148

Топливная система самолета является одной из важнейших систем в самолетах, предназначенная для обеспечения запуска и работоспособности двигателей, обеспечения механизации крыла самолета, и в целом для обеспечения перемещения самолета так и на земле, как и в воздухе. Так как топливо является одной из основных рабочих смесей самолетов, то для подачи его в самолет (в крыло, в двигатель, в фюзеляж и др.) нужна топливная система.

Схема основной работы топливной системы приведена на чертеже ( см. 1102.212202.000ТЧ1)



2.3 Расчет вероятности безотказной работы основной топливной системы самолета Ан-148 методом структурных схем

Исходные данные:

-Заданный уровень вероятности безотказной работы агрегатов системы;

-Монтажная схема, её назначение и условия функционирования;

-Характеристики интенсивностей отказов основных агрегатов и элементов системы.

Порядок расчета вероятности безотказной работы системы.

1.Формулируем условия работоспособности системы и понятия её отказа.

На основе анализа монтажной схемы и условий работы системы составляем расчетную структурную схему системы.

2.Составляем расчетные уравнения вероятности безотказной работы для отдельных частей и блоков и для системы в целом.

3.Подбираем данные по интенсивности отказов элементов и агрегатов системы.

4.Рассчитываем вероятность безотказной работы составных частей и системы в целом.

5.Проводим анализ полученных результатов и в случае пониженного уровня надежности разрабатываем схемные варианты улучшения системы. Подбираем величины вероятностей безотказной работы для всех элементов системы с учетом особенностей их работы, которая имеет специфический режим нагрузки. Заносим величины вероятностей безотказной работы всех элементов в таблицу 2.1.



Таблица 2.1- Величины вероятностей безотказной работы

Обозначение	Название	Вероятность безотказной работы
ТБ	Топливный бак	0,99671
Н	Электрический центробежный насос	0,99376
ПК	Подпружиненный обратный клапан	0,98776
СН	Струйный насос	0,99376
ОК	Обратный клапан	0,98776
ПЭ	Перекрывной электрокран	0,98776

Учитываем, что вероятность безотказной работы все виды насосов одинакова. На основе анализа и конструктивной проработки принципиальной схемы топливной системы самолета составляем структурную схему основной топливной системы. Структурная схема основной топливной системы представлена на чертеже (см. 1102.211265.000 ТЧ2).

Определяем вероятность безотказной работы отдельных блоков системы:

I блок

II блок

III блок

IV блок



Отсюда можем определить вероятность безотказной работы системы в целом:

2.4 Расчет вероятности безотказной работы основной топливной системы самолета Ан-148 методом логических схем

Порядок расчета вероятности безотказной работы системы.

1. Формулируем условия работоспособности системы и понятия её отказа.

На основе анализа монтажной схемы и условий работы системы составляем расчетную логическую схему системы.

2. Составляем расчетные уравнения вероятности безотказной работы для отдельных частей и блоков и для системы в целом.

3. Подбираем данные по интенсивности отказов элементов и агрегатов системы.

4. Рассчитываем вероятность безотказной работы составных частей и системы в целом.

5. Проводим анализ полученных результатов и в случае пониженного уровня надежности разрабатываем схемные варианты улучшения системы.

Учитываем два случая отказа ЭЦН1 и ЭЦН2: отказ в электрической части и отказ в механической части. Также учитываем два случая отказа перекрывного электрокрана 1 и перекрывного электрокрана 2: отказ в электрической части и отказ в механической части. Исходя из логической схемы (см. 1102.212202.000ТЧ3), составляем уравнение вероятности безотказной работы системы. Для упрощения принимаем:

вероятность отказа перекрывного электрокрана по причине неполадок в механической части.

вероятность отказа перекрывного электрокрана по причине неполадок в электросистеме.

вероятность отказа ЭЦН по причине неполадок в механической части.

вероятность отказа ЭЦН по причине неполадок в электросистеме.

Получаем:

*0,98776*0,98776*0,98776=0,899373

0,002969

0,011145

0,004762

0,005647

0,005647

0,02969

0,005647

0,002969

0,005647

0,00030771

0,0011144

0,005647

0,00030771

0,0011144

0,0011144

0,011145

0,004762



После подстановки соответствующих значений, приложенных в таблице 2.1, определяем численное значение вероятности безотказной работы системы:



3 Вероятностная оценка статического запаса прочности

прочность надежность топливная система

В данном разделе курсовой работы производится вероятностная оценка статического запаса прочности для рабочей лопатки компрессора высокого давления турбореактивного двухконтурного двигателя НК-8.

Для достижения необходимой надёжности ГТД решающее значение имеет обеспечение высокой конструкционной прочности его деталей. С этой целью предусматривают определённые запасы прочности основных деталей. Так как все разрушения условно можно разделить на статические и усталостные, то определяют обычно и два вида запасов прочности. Запасом статической прочности оценивается прочность деталей при действии центробежных сил стационарного характера, запасом же усталостной прочности оценивается прочность деталей при действии переменных напряжений.

Как напряжения в лопатке, так и пределы прочности имеют статистическую природу, так как зависят от ряда случайных факторов. Поэтому запас прочности непосредственно связан с вероятностью разрушения:

Рисунок 3.1 - Плотности распределения у_max и [у]



Пики на обоих графиках определяют математические ожидания случайной величины максимальных напряжений и предела прочности . Пересечение графиков соответствует их равенству, то есть соответствует разрушению. Вероятность этого разрушения оценивается площадью равной:

.

Исходные данные для расчёта:

По данным расчёта на прочность рабочей лопатки компрессора высокого давления турбореактивного двухконтурного двигателя НК-8 были получены следующие данные:

- максимальное напряжение от растягивающих сил в рабочей лопатке турбины высокого давления = 76,44 МПа, для 6 расчётов (при разных окружных скоростях вала ротора компрессора).

- предел длительной прочности материала Ж С6У : МПа.

Таблица 3.1 - Исходные данные для расчета

268	1	74
269	2	75
270	3	76,44
271	4	78
273	5	79
275	6	80

=76,44 МПа

= 270 МПа.



3.1 Определение статистического запаса прочности

Определяем среднеквадратичное отклонение S_оn2 по формуле

где .

Для определения значения среднеквадратичного отклонения S_оn2 используем следующую таблицу:

Таблица 3.2 - Вычисление величины среднеквадратичного отклонения S_оn2

74	77	5476	5940,299	-464,29
75		5625		-315,29
76,44		5843		-97,22
78		6084		143,7
79		6241		300,7
80		6400		459,7
		27,28
			2,33

Определяем толерантный коэффициент по таблице 2.7 [1]

K₂ (6; 0,01; 0,95) = 5,062



Определяем среднеквадратичное отклонение по формуле

где .

Для определения значения среднеквадратичного отклонения используем следующую таблицу:

Таблица 3.3 - Вычисление величины среднеквадратичного отклонения

268	271	71824	73446,6	-1617
269		72361		-1080
270		72900		-541
271		73441		0
273		74529		1088
275		75625		2184
		34
	2,6

Определяем толерантный коэффициент по таблице 2.7 [1]

K₁ (6; 0,01; 0,95) = 5,062

Определяем минимальное значение предела выносливости по формуле

263,3 МПа



Максимальное значение переменных напряжений определяем по формуле

65,27 МПа

Определяем статистический запас усталостной прочности по формуле

4,03

Определяем детерминированный коэффициент прочности по формуле

3,53

3.2 Определение вероятности разрушения и запаса прочности через вариацию параметров прочности и действующих напряжений

Определяем максимальное напряжение, соответствующее основной нагрузке 77МПа

Определяем минимальное значение предельного напряжения

271МПа

Определяем запас прочности по формуле

3,51.



Задаемся вариациями парам-ов напряжений и по данным [3]

.

Определяем вариацию функции неразрушения по формуле

0,183

Оцениваем вероятность функции разрушения по формуле

.

3.3 Определение требуемого запаса прочности при заданной вероятности разрушения

При заданной вероятности разрушения, можно воспользоваться асимптотическим представлением функции Лапласа

Q = 0,1



По таблице 2.8 [1] интерполируем значения 0,4319 при =1,49 и0,4332 при = 1,50.

Получим 0,43255 при отсюда .

Определяем запас прочности по формуле, задаваясь вариациями параметров

Отсюда получается:

Учитываем, что второй корень получается меньше единицы ,поэтому его откидываем по условию. Поэтому принимаем окончательно K= 1,45.

3.4 Определение уточненного значения вероятности разрушения

Определяем среднее значение параметров и по объему выборок n₁ и n₂ по формуле



,

где - коэффициент доверительной вероятности;

Среднее квадратическое отклонение среднего значения определяем по формуле:

.

где - “несмещенное ” значение среднего квадратического отклонения.

МПа

МПа.

Определяем средние квадратические отклонения и по формулам

,



где - среднее квадратическое отклонение величины;

,

где - среднее квадратическое отклонение величины;

.

Определяем вариации параметров и по формулам

Определяем запас прочности по средним значениям выборок по формуле

.

Определяем вариацию функции неразрушения по формуле

.

Определяем среднее квадратическое отклонение функции неразрушения по данным выборок по формуле

.

Определяем дисперсию функции Лапласа по формуле

,

где - плотность нормального распределения;

.

Определяем верхнее значение вероятности разрушения с доверительной вероятностью Р_Д по формуле принимаем по таблице 2.8 [1]; = 0,1064 при

.



Вывод

В первом пункте определили статистический запас прочности: K =4,03 и детерминированный коэффициент прочности K = 3,53.

Во втором пункте определили запас прочности через вариацию параметров действующих напряжений и вероятность разрушения при данном запасе прочности: K= 3,51; Q =0,068. Запас прочности получился несколько меньшим, чем детерминированный, т.к. в этом случае мы учитывали вариацию параметров.

В третьем пункте определили запас прочности при заданной вероятности разрушения: Q =0,1 и K = 1,45. Т. е. при большой вероятности разрушения (относительно предыдущего пункта) запас прочности получается меньше.

В четвёртом пункте определили уточнённое значение вероятности разрушения: Q = 0,552. Мы получили это значение для K = 3,52, т.е. нашли уточнённое значение Q при вариации параметров действующих напряжений.



Список используемой литературы

1. Практикум по дисциплине «Надёжность и техническая диагностика»/ УГАТУ; Сост. А.С. Гишваров.- Уфа, 2005. - 52 с.

2. Расчёт надёжности авиационных двигателей и энергетических установок; Учебное пособие/ А.С. Гишваров; УГАТУ, Уфа, 1994. - 82 с.

3.ATA 28 for boeing 737-300/400/500, level 3, book 4, part 66 cart B1 course.2009.-95p.

4. Марсанов В.П. М25 Англо-русский словарь по гражданской авиации,- М.:Скорпион-Россия.1996.-560с.

Размещено на Allbest.ru