Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство высшего и среднего специального образования Республики Узбекистан

Ташкентский государственный технический университет

им. А.Р. Беруний

УДК 629.735.083 (075.8)

Дипломная работа

Техническая эксплуатация авиадвигателей в степени простых аппаратов

Руководитель:

к.т.н. доц. Т.К. Каландаров

Дипломант:

Ахмедова Шахло

Ташкент 2012

Оглавление

Введение

Глава 1. Летательный авиадвигатель как объект технической эксплуатации

1.1 Основные термины и определения

1.2 Классификация отказов

1.3 Факторы долговечности

1.4 Живучесть летательных аппаратов

Глава 2. Эксплуатационная технологичность летательных аппаратов

2.1 Факторы эксплуатационной технологичности

2.2 Основные показатели эксплуатационной технологичности

Глава 3. Контролепригодность летательных аппаратов

3.1 Характеристика контролепригодности и ее оценка

3.2 Анализ контролепригодности авиационной техники

3.3 Категории контролепригодности

Глава 4. Комплексная программа обеспечения надежности

4.1 Комплексные показатели надежности

4.2 Обеспечение требований надежности на этапах проектирования и испытаний ЛА

4.3 Обеспечение надежности в процессе эксплуатации ЛА

Глава 5. Структура и принципы построение системы технической эксплуатации

5.1 Система технической эксплуатации как часть авиационной транспортной системы

5.2 Система технического обслуживания и ремонта

5.3 Виды технического обслуживания и ремонта

Глава 6. Обеспечение эффективности использования летательных аппаратов

6.1 Основные составляющие годового фонда времени летательного аппарата

6.2 Нормирование показателей по техническим причинам исправности и простоев ЛА

Глава 7. Процесс технической эксплуатации летательного аппарата

7.1 Структура и модель процесса

7.2 Характеристика отдельных состояний процесса технической эксплуатации

Глава 8. Стратегия технического обслуживания и ремонта авиационной техники

8.1 Классификация стратегий

8.2 Классификация технического обслуживания по состоянию с контролем уровня надежности

8.3 Стратегия технического обслуживания и ремонта по состоянию с контролем параметров

Глава 9. Программы технического обслуживания и ремонта

9.1 Структура программы

9.2 Техническая документация, оформляемая при обслуживании АТ

Глава 10. Контроль технического состояния летательных аппаратов

10.1 Организация и виды контроля

10.2 Методы и средства контроля

10.3 Метрологическое обеспечение

10.4 Автоматизированный контроль

Глава 11. Заправка летательных аппаратов горюче-смазочными материалами

11.1 Эксплуатационные требования

11.2 Заправка ЛА ГСМ, спецжидкостями и газами

11.3 Влияние обводнения ГСМ на работоспособность систем ЛА

Литература

Введение

Техническая эксплуатация авиационной техники по своей природе является составной частью более широкого понятия - эксплуатация. Она включает в себя такие слагаемые, как подготовку летательных аппаратов (ЛА) к полетам, их техническое обслуживание, ремонт, хранение и транспортирование. Основным предназначением технической эксплуатации является обеспечение надежности, исправности и своевременной готовности ЛА к полетам, а также экономичности при проведении работ по техническому обслуживанию и ремонту (ТО и Р).

В настоящее время развернут комплекс работ по созданию и оснащению Национальной авиакомпании "Узбекистон хаво йуллари" новыми самолетами и вертолетами восточного и западного производства, которые по своим летно-техническим и эксплуатационным характеристикам должны обеспечивать более высокий в сравнении с существующим уровень безопасности, регулярности и интенсивности полетов, экономию авиатоплива, снижение расходов на ТО и Р и себестоимости авиационных перевозок. В данном комплексе работ особое место занимает проблема повышения эффективности технической эксплуатации ЛА. На современном этапе развития ГА эта проблема требует поиска новых решений, эффективных направлений и форм организации практической деятельности.

В жизненном цикле ЛА, как и всякой машины, начиная от его постройки и до списания после отработки назначенного ресурса, значительная доля времени приходится на стадию эксплуатации. Только на ней ЛА выполняет функции, для которых предназначен, проявляет заложенные в нем при создании потенциальные возможности, а также конструктивно- эксплуатационные свойства.

Только в процессе эксплуатации ЛА возмещаются все те затраты, которые связаны с его создание. В показателях эффективности эксплуатация ЛА отражается труд многих коллективов ученых, конструкторов, технологов, производственников разных ведомств. Чем лучше эти показатели, тем выше оценивается современный труд коллективов, создающих и эксплуатирующих технику.

Глава 1. Летательный авиадвигатель как объект технической эксплуатации

1.1 Основные термины и определения

Безопасность и регулярность полетов, экономические показатели использования ЛА во многом определяются их безотказностью в работе.

Под безотказностью понимают свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или некоторой наработки. Безотказность -- одно из свойств надежности изделий. Проблема обеспечения безотказности стала особенно актуальной в настоящее время вследствие усложнения конструкции ЛА и их систем, состоящих из большого числа элементов, блоков и узлов, увеличения выполняемых ими функций и повышения режимов их работы. На безотказность авиационной техники (AT), а следовательно, и ее свойства влияют различные факторы, определяемые условиями проектирования, производства и эксплуатации. Анализ факторов показывает, что отказы агрегатов и систем ЛА возникают из-за наличия конструктивных и производственных недостатков эксплуатационных повреждений, недостаточной надежности агрегатов и систем ЛА и их силовых установок, неудовлетворительной контролепригодности ЛА, а также недостаточности контроля их технического состояния в процессе обслуживания и перед полетом.

Низкая надежность AT, заложенная при проектировании и производстве и не поддержанная в процессе эксплуатации, недостаточная проработка вопросов безопасности полетов (БП) при проектировании не могут быть компенсированы в дальнейшем ни самым высоким качеством подготовки экипажей, ни созданием самой совершенной системы организации и руководства полетами. Но, к сожалению, и процесс эксплуатации AT сопровождается непрерывным изменением ее технического состояния, что вызывается воздействием на конструкцию ряда эксплуатационных факторов. К их числу можно отнести: аэродинамические нагрузки, действующие на несущие поверхности, рули и фюзеляж ЛА; динамические нагрузки на шасси при взлете и посадке; вибрационные нагрузки от неуравновешенных вращающихся масс; избыточное давление в герметичной кабине; акустическое давление на конструкцию; термические нагрузки на детали горячей части двигателей; пульсации давления в гидравлических и пневматических системах; возрастание массы конструкции при обледенении; солнечная радиация, низкие температуры; атмосферные осадки и т.д.

Воздействие приведенных факторов на ЛА приводит к возникновению необратимых структурных изменений в конструкционных материалах, изнашиванию сопряженных деталей, повреждению защитных покрытий, коррозии и, как следствие, к появлению повреждений, неисправностей, отказов, число которых со временем возрастает. Поэтому, каждый объект в процессе его эксплуатации может находиться: в исправном, неисправном, работоспособном и неработоспособном состояниях.

Исправное состояние -- такое состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям, установленным нормативно-технической и (или) конструкторской документации. Если объект исправен, то он всегда работоспособен, а работоспособный объект может быть неисправен".

Неисправное состояние характеризуется тем, что объект не соответствует хотя бы одному из требований нормативно-технической и (или) конструкторской документации. В неисправное состояние объект переходит после события -- возникновение неисправности. Возникновение неисправности проявляется в виде повреждения или отказа.

Повреждение -- событие, заключающееся в нарушении исправности состояния объекта. При этом ряд параметров объекта, определяющих его работоспособность, находится в установленных пределах, а некоторые характеристики объекта, непосредственно не влияющие на его работоспособность, не соответствуют требованиям (нарушение окраски, ржавчина, внешние царапины и т.д.).

Отказ -- событие, заключающееся в нарушении работоспособности объекта. Работоспособность характеризуется таким состоянием объекта, при котором значения всех его параметров соответствуют требованиям нормативно-технической документации. В неработоспособное состояние объект может перейти из исправного и неисправного, но еще работоспособного состояния.

По характеру повреждения неисправности и отказы можно разделить на опасные, которые могут привести к предпосылкам авиационных происшествий и требуют, как правило, срочного устранения, и неопасные, которые не требуют перерыва в эксплуатации ЛА и устраняются при очередных регламентных работах.

Поддержание ЛА в исправном состоянии в процессе эксплуатации за счет устранения отказов и неисправностей и восстановление их работоспособности в короткие сроки в результате выполнения специальных инженерно-технических мероприятий -- одна из главных задач технического обслуживания AT.

1.2 Классификация отказов

Причинами отказов, определяющих безотказность ЛА, могут быть: ошибки, допущенные при конструировании, производстве и ремонте; нарушения правил и норм эксплуатации; естественные процессы износа и старения.

В зависимости от характера изменения основного параметра системы до момента возникновения отказы подразделяются на внезапные и постепенные.

Внезапный отказ характеризуется скачкообразным выходом значения основного параметра объекта за пределы допусков. Такие отказы вызываются обычно механическими повреждениями (поломками, трещинами, обрывами и т.д.).

Постепенный отказ характеризуется постепенным выходом значения основного параметра объекта за пределы допусков. Такие отказы связаны с процессами износа, коррозии, усталости и ползучести материала.

По причинам возникновения отказы разделяются на конструкционные, производственные и эксплуатационные.

В зависимости от механизма возникновения отказы и повреждения AT могут происходить вследствие:

разрушений усталостного характера, трещин, деформаций, вызванных действием эксплуатационных нагрузок;

выработки подвижных сочленений, ослабления резьбовых соединений и заклепочных швов, потертости и других видов механического износа элементов конструкции;

разрушений и деформаций, вызванных разовым действием нагрузок, превышающих расчетные и связанных с особыми условиями полета (сильная болтанка, гроза, град и т.д.), или нарушений правил пилотирования ЛА (грубая посадка, приземление на повышенной скорости, неправильное руление и т.д.);

потери свойств смазок и специальных жидкостей, используемых в узлах, агрегатах и системах ЛА;

разрушения лакокрасочных и защитных покрытий;

коррозии элементов конструкции ЛА;

механических повреждений (деформации, пробоины, царапины и т.д.), вызванных небрежностью при техническом обслуживании или при выполнении погрузочно-разгрузочных работ.

При анализе причин возникновения отказов и неисправностей с целью разработки профилактических мероприятий по их предотвращению важное значение имеет их классификация по следующим факторам:

моменту обнаружения (на земле при обслуживании AT, в полете, при испытаниях AT);

последствиям (без последствий, приведших к задержке рейса, вызвавших особую ситуацию в полете или предпосылку к авиационному происшествию (АП), и др.);

причинам (конструктивно-производственные недостатки, ошибки инженерно-технического и летного состава, внешние или случайные причины);

способу устранения (при оперативном и периодическом технических обслуживаниях, при ремонте).

Ввиду сложности систем ЛА отказ в процессе эксплуатации какого-либо устройства не всегда приводит к отказу системы в целом, в которую входит это устройство.

По своим последствиям отказы авиационной техники можно разделить на следующие группы:

катастрофические отказы, которые, как правило, заканчиваются авиационным происшествием (разрушение конструкции самолета в воздухе, отказы, следствием которых является взрыв, и т.д.);

критические отказы, имеющие опасный характер и могущие привести к АП. Парирование таких отказов в полете связано с выполнением сложных операций в условиях высокой эмоциональной напряженности и дефицита времени. К ним можно отнести отказы двигателей, систем управления и других важнейших агрегатов и систем ЛА;

граничные отказы, которые могут привести к нарушению полета, ухудшить работу агрегата или какой-либо системы ЛА, но не угрожают безопасности полета.

Экипаж успешно справляется с последствиями таких отказов;

безопасные отказы, которые не приводят к опасным последствиям, а лишь создают незначительные затруднения при выполнении полета.

Требования к уровню надежности различных систем самолета или даже их отдельных элементов различны и зависят от опасности отказов.

Так, вероятность отказа системы основного управления самолетом не должна превышать 10-7 ... 10-9 на 1 ч полета, системы кондиционирования 10-5 ... 10-6 , гидравлической системы

1.3 Факторы долговечности

Под долговечностью объекта эксплуатации понимают его свойство сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе ТОиР.

При этом предельным считается такое состояние объекта, при котором его дальнейшее применение по назначению недопустимо или нецелесообразно. Долговечность зависит от многочисленных факторов, которые можно подразделить на прочностные, эксплуатационные и организационные.

Прочностные включают конструктивные, производственные, технологические, нагрузочные и температурные факторы. Они происходят из-за концентрации напряжений в элементах конструкции и остаточных напряжений, возникающих при несовершенной технологии и за счет пластических деформаций при сборке узлов или ремонте, и зависят от свойств материалов и их изменения во время эксплуатации. Решающее воздействие на конструкцию ЛА оказывает внешняя среда, классифицируемая по воздействию на конструкцию одновременно и раздельно действующих факторов, обусловливающих нагрузки. Особое влияние оказывают динамические нагрузки, различающиеся по амплитудно-частотным характеристикам, градиенту напряжений, среднему напряжению длительности воздействия и т.д.

Эксплуатационные факторы включают: режимы полета, различающиеся по скорости, высоте, применяемым маневрам, полетной массе ЛА: состояние ВПП; продолжительность руления и буксировки по ВПП; индивидуальные особенности членов экипажа и их профессиональную подготовку; метеорологические и климатические условия полетов, в том числе турбулентность атмосферы, градиенты температуры по высоте, снег, град и др.; квалификацию инженерно-технического состава (ИТС), определяемую, в частности, знанием конструкции ЛА, полнотой обнаружения неисправностей и повреждений, мест начального развития трещин, своевременностью и эффективностью мер по их локализации и устранению; качеством и полнотой профилактических мероприятий, а также качеством использования применяемых средств контроля технического состояния ЛА и др.

Организационные факторы включают: техническую общеинженерную и специальную подготовку ИТС; выбор соответствующей стратегии и методов; ритмичность в проведении форм ТО по принятой программе и проведение текущих ремонтов; своевременность в обеспечении производства запасными частями при появлении отказов и выполнении текущих ремонтов; применяемые методы и средства механизации и автоматизации процессов подготовки ЛА к полетам; поиск неисправностей, отказов и их устранение; выполнение других работ, связанных с подготовкой ЛА к полетам, в особенности использования автоматизированных средств контроля технического состояния всех функциональных систем ЛА и др.

Большие затраты на создание современных ЛА обусловливают необходимость обеспечения соответствующей долговечности" и длительности их использования по назначению. Специалисты считают, что экономически выгодная длительность использования современных пассажирских ЛА должна составлять не менее 60-103 летных часов. При этом возникают проблемы, связанные с физической, экономической и моральной долговечностью ЛА.

Физическая долговечность основывается на прочностных свойствах конструкции и факторах, ее определяющих. В общем, она сводится к выносливости конструкции под действием эксплуатационных факторов и нагрузок. По сути, долговечность определяется, главным образом, усталостной сопротивляемостью конструкции, степенью коррозионной повреждаемости и износоустойчивостью отдельных элементов. Это обусловливает необходимость организации соответствующей системы ТОиР, обеспечивающей требуемую регулярность и высокую безопасность полетов. При этом важно обеспечить такие условия, чтобы затраты на эксплуатацию не превышали допустимых норм, что обусловливает экономическую долговечность.

Экономическая долговечность определяется рентабельностью ЛА, которая во многом зависит от платной нагрузки. При установленной полетной массе она ограничена массой конструкции и топлива. Кроме того, рентабельность зависит от физической долговечности при интенсивной повседневной эксплуатации, а также числа и периодов между ремонтами, плановых и внеплановых простоев на ТОиР и некоторых других факторов.

Моральная долговечность обусловлена особенностями протекания научно-технического прогресса в авиации. Действительно, с созданием новых композиционных материалов, совершенствованием технологии производства, совершенствованием расчетов на прочность и использованием концепции "допустимой повреждаемости" конструкций возникла возможность создания более легких конструкций ЛА, но отвечающих возрастающим требованиям безотказности и эксплуатационной технологичности. Одновременно работа по созданию более мощных и экономичных двигателей обусловливает снижение расходов топлива и соответствующих затрат.

Все это приводит к тому, что "устаревшая" конструкция ЛА заменяется новой, более совершенной. Моральная долговечность не поддается какому-либо расчету. Это чисто социологическая концепция. Тем не менее, при создании новых типов ЛА конструктора приходится учитывать физическую, экономическую и моральную долговечность.

1.4 Живучесть летательных аппаратов

С развитием ЛА и дальнейшим усложнением их систем остро встал вопрос о живучести конструкций и всех функциональных систем. При проектировании ЛА учитывают ожидаемые условия эксплуатации, в которых он будет эксплуатироваться.

При создании ЛА все функциональные системы проектируются таким образом, чтобы возникшие в процессе эксплуатации неисправности, повреждения и даже отказы отдельных узлов или элементов не приводили к возникновению аварийной ситуации в полете. Для этого широко используется резервирование. Функциональные системы, отказ которых приводит к аварийной или катастрофической ситуации, должны быть сконструированы таким образом, чтобы имеющийся опыт позволял считать отказ практически невероятным событием, или используемое резервирование сохраняло после двух последовательных отказов возможность продолжения полета по крайней мере в режиме ручного управления. Под живучестью ЛА или функциональной системы понимают свойство, обеспечивающее нормальное выполнение заданных функций в полете (или в полетах) с отдельными отказами или повреждениями их элементов или узлов. Предельное состояние конструкции обусловливается моментом начала снижения ее несущей способности. В связи с этим используют два основных принципа его определения: "безопасного ресурса", который заключается в прогнозе с весьма высокой надежностью его возникновения на наихудшем в смысле рассеивания экземпляре ЛА; "безопасного повреждения", который заключается в своевременном обнаружении этого момента на любом экземпляре ЛА. В первом случае надежность обеспечивается надлежащим выбором достаточно большого значения коэффициента запаса при выборе назначенного ресурса, а во втором -- периодическими осмотрами конструкции с такими интервалами между ними, которые обеспечивали бы практическую невероятность образования повреждения, превышающего допустимую величину трещины Lкр.

Для обеспечения эксплуатационной живучести конструкции должны быть известны опасные зоны, в которых могут происходить усталостные разрушения до отработки назначенного ресурса; все зоны предполагаемых усталостных повреждений должны быть доступны для периодического контроля; остаточная прочность конструкции с трещинами, размеры которых контролируются, должна быть не ниже допустимой; скорость развития усталостных трещин не должна превышать заданных ограничений, которые обеспечивают безопасность полетов; периодичность контроля и разрешающая способность средств контроля должны обеспечивать высокую вероятность обнаружения допустимых повреждений.

Глава 2. Эксплуатационная технологичность летательных аппаратов

2.1 Факторы эксплуатационной технологичности

Совершенствование процессов технического обслуживания и улучшение технико-экономических показателей деятельности эксплуатационных предприятий во многом определяются уровнем эксплуатационной технологичности ЛА. Поэтому весьма важным в деятельности инженеров-эксплуатационников является умение анализировать и оценивать эксплуатационную технологичность ЛА для корректирования объемов технического обслуживания, своевременного и обоснованного предъявления требований к промышленности.

Под эксплуатационной технологичностью ЛА понимают совокупность свойств его конструкции, характеризующих приспособленность к выполнению всех видов работ по ТОиР с использованием наиболее экономичных технологических процессов. Это означает приспособленность конструкции к прогрессивным стратегиям и методам ТОиР таким, например, как стратегия ТОиР по техническому состоянию и метод регламентированного агрегатно-узлового ремонта, приспособленность конструкции к выполнению отдельных операций ТОиР, в том числе операций по устранению отказов и повреждений.

Эксплуатационная технологичность определяется рядом факторов, которые учитываются при создании ЛА в зависимости от его назначения и условий эксплуатации. Они объединяются во взаимосвязанные группы: конструктивно-производст-венные и эксплуатационные факторы.

К конструктивно-производственным факторам относятся: доступность, контролепригодность, легкосъемность, взаимозаменяемость. преемственность средств наземного обслуживания и контрольно-измерительной аппаратуры, унификация функциональных систем и агрегатов.

В группу эксплуатационных факторов входят формы организации выполнения ТОиР, состояние производственно-технической базы, квалификация специалистов, полнота удовлетворения требований в запасных частях и материалах, а также полнота и качество эксплуатационно-технической документации.

Конструктивно-производственные факторы определяют свойства самой конструкции и должны учитываться при создании ЛА. Эксплуатационные же факторы определяют среду, в которой проявляются свойства конструкции, и должны учитываться как при создании, так и при эксплуатации ЛА.

Не умаляя роли и влияния на уровень эксплуатационной технологичности эксплуатационных факторов, можно сказать, что требуемые свойства конструкции ЛА в отношении его приспособленности к ТОиР закладываются и обеспечиваются на этапах проектирования и производства. Именно на этих этапах путем соответствующих конструктивно-технологических решений обеспечиваются необходимые эксплуатационные свойства ЛА.

Доступность к объекту ТОиР -- важный фактор сокращения времени и трудовых затрат при проведении всех плановых видов ТОиР. а также определении мест внезапных отказов, повреждений и их устранении. Под доступностью понимают прежде всего удобство работы (позу) исполнителя при выполнении основных операций ТОиР с минимальным объемом дополнительных работ. От позы, которую вынужден принимать исполнитель при работе, зависит производительность его труда (в среднем 100-30%), а для выполнения одного и того же объема операций требуются различные трудоемкость и продолжительность.

В понятие доступности, помимо удобства работы исполнителя, входит также пригодность объекта для выполнения целевых операций по ТОиР с минимальными объемами дополнительных работ или вообще без них. При этом к дополнительным работам относятся открытие и закрытие панелей, крышек люков, демонтаж и монтаж рядом установленного оборудования и другие работы.

Контролепригодность -- важный фактор проведения контроля параметров систем и комплектующих изделий ЛА различными средствами и методами (прежде всего средствами технической диагностики и неразрушающего контроля). Значение проблемы контролепригодности конструкций ЛА в первую очередь определяется требованиями обеспечения их надежной работы. Обеспечение приспособленности конструкций к проведению их проверок теми или иными методами и средствами контроля неизбежно связано с дополнительными затратами. Однако они окупаются за счет повышения надежности, более эффективного использования ЛА и сокращения расходов на проведение ТОиР. Контролепригодность оказывает решающее влияние на внедрение в практику новых, более эффективных методов выполнения ТОиР и, в частности, метода обслуживания и замены изделий по техническому состоянию.

Легкосъемность означает пригодность изделия к замене с минимальными затратами времени и труда. Ее не следует смешивать с доступностью. На ЛА встречаются такие детали и изделия, к которым обеспечена отличная доступность, но замена их при эксплуатации затруднена. А так как обычным способом устранения отказов в эксплуатации ЛА является замена отказавшего изделия, то требование легко-съемности имеет важное значение для сокращения времени простоя ЛА и повышения регулярности их полетов. Легкосъемность во многом определяется применяемыми способами крепления изделий, заменяемых в эксплуатации, конструкцией разъемов, массой и габаритными размерами съемных элементов.

Взаимозаменяемость комплектующих изделий и деталей означает такое их свойство, при котором из множества одноименных деталей (изделий) можно без выбора взять любую и без подгонки (допускается применение технологических компенсаторов) установить на ЛА. В зависимости от объема подгоночных работ устанавливается соответствующая степень взаимозаменяемости. Чем меньше объем подгоночных работ при замене изделий и деталей, тем выше степень их взаимозаменяемости. Последняя имеет большое значение для сокращения затрат труда, материалов и простоев ЛА при ТОиР. От этого фактора в первую очередь зависит успешное внедрение агрегатно-узлового ремонта, метода замены и ремонта агрегатов по техническому состоянию.

Под преемственностью средств наземного обслуживания и контрольно-поверочной аппаратуры понимают возможность использования для обслуживания нового типа ЛА уже имеющихся средств общего назначения. Чем большее число этих средств будет удовлетворять требованиям технического обслуживания и текущего ремонта нового типа ЛА, тем выше его эксплуатационная технологичность. Этот фактор оказывает значительное влияние на организацию рабочего места и удобство работы обслуживающего персонала, сроки и стоимость ТОиР.

Унификация функциональных систем и изделий ЛА является весьма важным фактором не только для повышения его эксплуатационной технологичности, но и повышения эффективности эксплуатации парка ЛА в целом. Увеличение числа одних и тех же изделий на разнотипных ЛА намного упрощает и удешевляет ТОиР, уменьшает номенклатуру запасных частей на складах предприятий, сокращает число видов потребной контрольно-поверочной аппаратуры.

2.2 Основные показатели эксплуатационной технологичности

Для анализа и оценки эксплуатационной технологичности необходимы количественные показатели. Они должны характеризовать конструкцию ЛА с точки зрения эксплуатационной технологичности.

К ним предъявляются требования: максимального учета факторов, определяющих эксплуатационную технологичность; возможности использования показателей при расчетах и задании в требованиях на вновь создаваемые типы ЛА, двигателей и их агрегатов; удобства применения показателей на практике при оценке уровня эксплуатационной технологичности на этапах испытаний и эксплуатации; чувствительности к изменению факторов, влияющих на уровень эксплуатационной технологичности.

Полноту учета большого числа самых разнообразных факторов, определяющих эксплуатационную технологичность, трудно оценить каким-либо одним показателем. Поэтому используют совокупность показателей, состоящую из обобщенных и единичных показателей.

К числу обобщенных показателей относятся:

удельная оперативная продолжительность TOuP Kt в часах на 1 ч налета. Этот показатель характеризует приспособленность ЛА к проведению на нем всех видов ТОиР, определяемых характеристиками безотказности и долговечности;

удельная оперативная трудоемкость ТОиР Кт в человеко-часах на 1 ч налета. Она характеризует трудоемкость, потребную для поддержания безотказности работы всех функциональных систем на заданном уровне, а также обеспечения исправности и работоспособности ЛА. Слово "оперативная" в приведенных показателях означает, что в расчет принимаются только те затраты времени и трудоемкости, которые непосредственно связаны с выполнением ТОиР на ЛА без учета различного рода перерывов в работе и связанных с ними дополнительных трудозатрат;

удельная стоимость запасных частей и материалов при выполнении ТОиР Кз в рублях на 1 ч налета. Она характеризует частоту сменяемости комплектующих изделий на ЛА и стоимость их замен;

среднее время устранения отказов tу в процессе оперативных видов ТО;

интенсивность устранения отказов (текущего ремонта) ;

вероятность выполнения непланового текущего ремонта Ру за заданный интервал времени tз его стоянки. Этот показатель представляет собой вероятность того, что случайное время t устранения отказа не превышает tз. Он характеризует приспособленность ЛА к проведению текущего ремонта в процессе оперативных видов ТО при ограниченных затратах времени.

К единичным относят показатели эксплуатационной технологичности, характеризующие отдельные свойства конструкции ЛА. Номенклатура их выбирается прежде всего с учетом конструктивно-производственных факторов: доступности, легкосъемности, взаимозаменяемости, контролепригодности, преемственности и др. Каждое из свойств конструкции оценивается соответствующим безразмерным коэффициентом, изменяющимся от 0 до 1. Это коэффициенты доступности Кд, легкосъемности Кл, взаимозаменяемости Кв, контролепригодности Кк, преемственности К пр.

Глава 3. Контролепригодность летательных аппаратов

3.1 Характеристика контролепригодности и ее оценка

Существенное повышение эффективности технической эксплуатации ЛА достигается при комплексном подходе к решению задач обеспечения приспособленности конструкций к прогрессивным методам ТОиР авиационной техники и, в частности, к методам ТОиР по состоянию Основное содержание работ при ТОиР по состоянию -- техническое диагностирование объектов AT, связанное с контролем и прогнозированием их работоспособности. Затраты времени и труда на контроль растут с увеличением сложности конструкций ЛА, числа контролируемых объектов и замеряемых параметров, с ростом требований по обеспечению заданной глубины контроля и становятся определяющими в общем расходе времени и труда на проведение профилактических и восстановительных работ.

Если бы совершенствовались только методы и средства контроля, а сами ЛА конструировались бы без учета необходимости их контроля, то невозможно было бы достичь высоких результатов в условиях внедрения ТОиР по состоянию. Для успешного решения этой задачи конструирование современной AT ведется с учетом требований по обеспечению ее контролепригодности.

Под контролепригодностью ЛА понимается свойство, характеризующее его приспособленность (пригодность) к проведению контроля заданными методами и средствами технического диагностирования. Таким образом, контролепригодность характеризует свойство ЛА как совокупности объектов контроля и диагностирования (прежде всего методами автоматизированного контроля и физическими методами).

Значение проблемы контролепригодности конструкций ЛА в первую очередь отражается в требованиях по обеспечению их надежной работы. В то же время обеспечение приспособленности конструкций к проведению их проверок теми или иными методами и средствами контроля неизбежно связано с дополнительными затратами. Однако в процессе эксплуатации они окупаются за счет повышения надежности, более эффективного использования ЛА и сокращения расходов на их ТОиР. Одновременно в процессе эксплуатации проводится комплексная оценка контролепригодности AT, на основе которой разрабатываются рекомендации по повышению эффективности эксплуатации ЛА за счет усовершенствования AT и применяемых методов и средств контроля. При этом следует иметь в виду, что ЛА имеет наземный и бортовой уровни контролепригодности. Первый из них характеризует соответствие всех функциональных систем, планера и силовой установки ЛА требованиям диагностирования с целью прогнозирования изменения технического состояния AT, второй --соответствие AT требованиям оперативного контроля работоспособности и правильного его функционирования на всех этапах полета, а также требованиям к обработке и накоплению полетной диагностической информации для ее использования на земле и прогнозирования.

Комплексная оценка контролепригодности объекта AT включает (рис. 3.1.) оценку контролепригодности конструкции, бортовых приборов контроля, системы сбора и обработки полетной информации (СОПИ), системы наземного контроля. В свою очередь оценка контролепригодности конструкции предусматривает оценку контролепригодности собственно конструкции, встроенных средств контроля, устройств сопряжения объекта контроля со средствами контроля.

Оценка бортовых приборов контроля включает оценку соответствия состава контролируемых параметров заданному, соответствия точности измерения заданной, эргономических свойств комплекса индикаторов (указателей) и приборов контроля.

Оценка системы наземного контроля предусматривает оценку соответствия состава контролируемых параметров заданному, качества применяемых средств контроля, эффективности применяемых методик контроля технического состояния AT в условиях эксплуатации.

3.2. Анализ контролепригодности авиационной техники

В связи с развитием AT улучшаются летно-технические и конструктивно-эксплуатационные характеристики ЛА. Повышение технического уровня AT оказалось возможным благодаря разработке и реализации на современных типах ЛА новых конструктивно-технологических принципов проектирования и конструирования элементов, узлов, агрегатов и функциональных систем, обладающих высоким уровнем контролепригодности. В настоящее время именно те виды AT, уровень контролепригодности которых в сочетании с заложенными в конструкцию свойствами безотказности обеспечивает безопасную и экономическую эксплуатацию ЛА, переводятся на методы ТОиР по состоянию.

При создании ЛА конструкторы используют два основных принципа решения проблемы повышения надежности и эффективности эксплуатации: "безопасного ресурса" и "безопасной повреждаемости". И в том и в другом случае применительно к конструкции планера проектируемых в настоящее время ЛА его особенностью с позиций контролепригодности является приспособленность к неразрушающим методам контроля и раннему выявлению трещин и коррозии.

Анализ имевших место случаев разрушения и серьезных повреждений конструкции свидетельствует о том, что они могут быть легко предотвращены, если обеспечивается необходимый доступ для контроля и осмотра элементов планера. Так, например, конструкция английского самолета БАе-146 спроектирована с учетом выполнения эффективного осмотра и контроля. Принято, что длина обнаруживаемой трещины у этого самолета составляет 10,2 см. Допускается, что трещины меньшей длины могут быть и не обнаружены. Вопросы обеспечения доступности для технического контроля конструкции решаются в начальной стадии проектирования ЛА. При этом учитывается, что неразрушающие методы контроля применяются тогда, когда визуальные технические осмотры неэффективны. Для зарубежного самолета А-300, например, около 5 % проверок силовых элементов конструкции требуют обязательного применения методов неразрушающего контроля, а для 15 % они могут быть заменены обычным визуальным осмотром.

Принимая во внимание, что принцип "безопасной повреждаемости" распространяется и на функциональные системы ЛА, надежность которых обеспечивается главным образом за счет резервирования изделий и систем в целом, тем не менее, и они нуждаются в высоком уровне контролепригодности.

Контроль технического состояния функциональных систем ЛА обеспечивается наличием штатных систем (приборов) индикации эксплуатационных параметров, систем раннего обнаружения неисправностей, аварийной сигнализации и автоматизированного контроля.

Штатные приборы контроля в форме различных видов носителей информации (стрелочные, цифровые, световые и т.п.) выводятся на приборные доски членов экипажа и обеспечивают контроль работоспособности важнейших агрегатов и функциональных систем ЛА.

Системы раннего обнаружения и сигнализации неисправностей предназначены для выявления предотказового технического состояния агрегатов и систем ЛА. Их контролируемые параметры отражают постепенно накапливающиеся изменения таких характеристик технического состояния, которые объективно свидетельствуют о возникновении неисправности, переходящей в дальнейшем в отказ агрегата или системы в целом.

Системы аварийной сигнализации используют в качестве выходного сигнала: световую индикацию красного цвета на приборных досках и пультах членов экипажа; звуковую сигнализацию в виде прерывистого зуммера или записанных на магнитную ленту речевых команд. Данные системы реагируют на такие изменения в работе основных систем ЛА, которые угрожают безопасности полета: помпаж двигателя, пожар, падение давления топлива, отключение генераторов и др.

Бортовая автоматизированная система контроля (БАСК) объединяет все бортовые системы контроля и регистрирует весь комплекс параметров, контролируемых на борту ЛА. БАСК имеет в своем составе бортовую ЭВМ. В составе каждой функциональной системы ЛА имеется логическое устройство, сравнивающее фактический выходной сигнал от датчика данного контролируемого параметра с эталонным из блока памяти ЭВМ. При недопустимом рассогласовании этих сигналов на дисплее экипажа появляется информация о неисправности или отказе с необходимыми рекомендациями. БАСК самолетов Б-747 и ДС-10 обеспечивают поиск 95% неисправных блоков.

Работоспособность основных электроцепей и агрегатов системы кондиционирования воздуха на отечественном самолете Як-42 проверяется с помощью бортовой системы автоматизированного контроля. В различных системах .управления ЛА находят применение микропроцессоры. Они устанавливаются в системах управления полетом, автоматического управления тягой двигателей, управления расходом топлива, контроля и оптимизации режимов работы двигателей и др. На базе микропроцессоров разработана система регулирования параметров в кабинах таких зарубежных самолетов, как Б-757 и Б-767 и др.

Совершенствование системы диагностирования ГТД в условиях эксплуатации по состоянию связано в настоящее время с разработкой их конструкции, обеспечивающей с помощью средств объективного контроля доступ к элементам, определяющим состояние двигателей, и разработкой систем автоматизированной обработки информации об изменении технического состояния ГТД. Конструкции современных ГТД позволяют обнаружить большинство повреждений на ранних стадиях их развития за счет возможности проведения контроля: состояния масла, уровня вибраций, значений термогазодинамических параметров, целости деталей проточной части двигателя и силовых элементов.

В табл. 3.1 приведены примеры обеспечения контролепригодности современных ГТД.

Примером конструктивного обеспечения контролепригодности может служить выполнение лючков на корпусах ГТД для визуального контроля состояния его проточной части (рис. 3.2). Стрелками на нем показаны места введения эндоскопов и заштрихованы элементы конструкции ГТД, доступные для визуального контроля.

3.3 Категории контролепригодности

Под категорией контролепригодности понимается качественная характеристика приспособленности изделия к техническому диагностированию заданными средствами. Категорию устанавливают в техническом задании на вновь создаваемое изделие AT в целом или его составные части. Для того чтобы изделию присвоить определенную категорию контролепригодности, необходимо его оценить с точки зрения конструктивного исполнения по контролепригодности.

Различают шесть групп (1-6) конструктивного исполнения по контролепригодности (рис. 3.3).

Для обеспечения контролепригодности изделий AT в техническом задании на ее разработку или модернизацию должны устанавливаться конкретные требования по контролепригодности в виде значений показателей и качественных требований.

Номенклатура и значения показателей контролепригодности изделий AT задаются с учетом: технических требований на ЛА в целом; требований к эффективности технической эксплуатации ЛА и надежности изделий AT; вида и назначения системы диагностирования; информации о контролепригодности прототипов или аналогов изделий AT отечественного или зарубежного производства; требований действующей нормативно-технической документации; обеспечения возможности сравнения контролепригодности однотипных изделий AT.

Качественные требования по контролепригодности содержат общие требования к параметрам, методам, средствам технического диагностирования и к конструкции изделий AT. Общие требования к параметрам, методам и средствам в зависимости от вида и назначения систем диагностирования включают требования: к числу диагностических параметров, несущих достаточную информацию о техническом состоянии изделия; к номенклатуре встроенных и внешних средств контроля, их точности и достоверности; к оптимальности алгоритма диагностирования, обеспечивающего наиболее экономичную эксплуатацию ЛА при заданном уровне безотказности его изделий.

К числу общих требований, предъявляемых к самой конструкции AT, следует отнести: введение в конструкцию AT встроенных элементов контроля, обеспечивающих визуальный контроль параметров; введение в конструкцию AT встроенных средств диагностирования, измерительных преобразователей, средств микропроцессорной техники;

применение унифицированных и стандартизированных устройств сопряжения с внешними средствами контроля; обеспечение легкосъемности устройств сопряжения; обеспечение безопасного и однозначного соединения устройств сопряжения с учетом соблюдения требований пожаробезопасности, эргономических и эстетических характеристик.

Формирование требований по контролепригодности вновь создаваемой AT регламентируется отраслевыми и межотраслевыми нормативными документами, в том числе общими техническими требованиями к контролепригодности отдельных функциональных систем, газотурбинных двигателей и ЛА в целом.

Глава 4. Комплексная программа обеспечения надежности

4.1 Комплексные показатели надежности

По мере усложнения AT, увеличения назначенного ресурса и срока службы все большее значение приобретает проблема обеспечения надежности ЛА в целом, его функциональных систем и отдельных агрегатов.

Поскольку в создании ЛА участвуют многие организации, а эксплуатация его длится несколько десятков лет, возникает необходимость комплексного решения проблемы обеспечения надежности. Важное место при этом занимает комплексная программа обеспечения надежности и безопасности полета на всех этапах его создания и эксплуатации. Впервые подобная программа была разработана для самолета Ил-86. Кроме последовательности этапов и содержания работ она определяет ответственных исполнителей, сроки, конечные результаты и формы отчетности.

Известно, что затраты на устранение конструктивных недостатков на этапах проектирования, серийного производства на порядок меньше, чем на этапе эксплуатации ЛА. Значительное увеличение затрат на разработку ЛА, создание испытательных стендов и прогрессивных средств производства позволяют значительно снизить затраты на эксплуатацию.

Оценка эффективности комплексной программы обеспечения надежности производится на каждом из этапов жизненного цикла ЛА. Но оценка по конечному результату осуществляется в процессе технической эксплуатации с использованием комплексных показателей.

В соответствии с действующей нормативной документацией установлены комплексные показатели надежности.

Коэффициент готовности Кг -- вероятность того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых применение объекта по назначению не планируется. Следовательно, он представляет собой отношение времени исправной работы к суммарному времени исправной работы и времени восстановления после отказов:

где Tв -- суммарное время восстановления после отказов в течение года; Tг -- годовой налет.

Если известно число отказов nотк, например, за время Tг , то, поделив числитель и знаменатель на nотк . можно получить:

где To -- наработка на отказ; tв -- среднее время восстановления после отказа.

Коэффициент оперативной готовности Ког используется для оценки вероятности того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени и, кроме того, начиная с этого момента, будет работать безотказно в течение заданного интервала времени:

где P(t)-- вероятность безотказной работы после устранения отказа (после восстановления).

Коэффициент технического использования Kт и определяется как отношение математического ожидания интервалов времени пребывания объекта в работоспособном состоянии за некоторый период эксплуатации к сумме математических ожиданий интервалов времени пребывания объекта в работоспособном состоянии и простоев на ТОиР за тот же период эксплуатации:

где Тп -- простои на ТОиР.

Кроме указанных показателей, для комплексной оценки эффективности профилактических работ при ТО можно использовать коэффициент сохранения эффективности

где Рэф (t) -- вероятность безотказной работы после выполнения работ по техническому обслуживанию и ремонту.

4.2 Обеспечение требований надежности на этапах проектирования и испытаний ЛА

Проектирование функциональных систем и конструкции ЛА в целом производится с позиций обеспечения требований по надежности с учетом возможных отказов AT в заданных условиях эксплуатации. Основными документами при проектировании являются Нормы летной годности самолетов (НЛГС) и Техническое задание (ТЗ) на ЛА.

Помимо конструктивных методов обеспечения надежности, проектировщик заранее анализирует возможности технологии изготовления и сборки конструкции, объем предполагаемых экспериментальных исследований и испытаний (рис. 4.2.), обосновывает принципы ТОиР создаваемого ЛА.

При создании конструкции нового типа ЛА проектировщик для обеспечения надежности учитывает следующие основные принципы:

использование поэлементного и общего (канала функциональной системы) резервирования;

рациональное проектирование систем для уменьшения числа входящих элементов и агрегатов;

увеличение надежности элементов (агрегатов) за счет использования новых, но уже апробированных принципов действия и материалов; защита агрегатов от воздействия отрицательных факторов (вибрация, повышенная температура, влажность, пыль и т.п.);

введение различных устройств, ограничивающих развитие отказа или повреждения;

обеспечение контролепригодности агрегатов, систем и опасных зон конструкции планера;

предупреждение появления отказов, основанное на оценке и прогнозировании технического состояния.

При проектировании современных ЛА функциональная безотказность систем обеспечивается путем двух-трехкратного резервирования. Рассмотрению видов отказов каждого канала уделяется особое внимание, чтобы резервирование в целях исключения отказа одного вида не приводило к ухудшению функционирования системы из-за появления других видов отказов. Так, увеличение числа насосов перекачки топлива из бака в расходную секцию уменьшает вероятность невыработки топлива, но при этом увеличивает вероятность переполнения расходной секции и появления в ней избыточного давления при отказе насосов подкачки. Для парирования повышения давления устанавливаются различного рода защитные устройства в виде дросселей и клапанов.

Пристальное внимание конструктор уделяет предотвращению накопления отказов в резервированных системах и агрегатах. Это обеспечивается правильным выбором средств сигнализации об отказах и планированием работ по ТОиР.

Выполнение заданных требований по надежности на этапе проектирования подтверждается не только расчетными и аналитическими методами, но и большим объемом экспериментальных исследований и испытаний. При проведении экспериментов и испытаний решаются задачи проверки правильности конструктивных решений и выявления слабых технологических решений, оценки идентификации математических моделей с натурным объектом.

С точки зрения обеспечения надежности ЛА главная задача испытаний -- проверка достаточности заложенных при проектировании запасов работоспособности. Экспериментальные работы и испытания выполняются, начиная с разработки конструктивно-силовых функциональных схем. В процессе создания нового типа ЛА каждый конструкторский отдел выпускает программы испытаний, чертежи образцов, анализирует и корректирует ход экспериментальных исследований. Прочностные характеристики являются критерием надежности большинства элементов конструкции планера ЛА. Поэтому тщательно исследуются образцы материалов схемы крепежа, типы профилей, варианты конструкции панелей, шпангоутов, стрингеров, лонжеронов и нервюр. Проводятся натурные статические и усталостные испытания отдельных зон конструкции планера и ЛА в целом. Испытания на функционирование и подтверждение требуемого ресурса сложных механизмов планера, например навески предкрылков и закрылков, также производятся на специальных стендах.