Основные принципы обеспечения эксплуатационной технологичности летательных аппаратов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ

ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

 

 

 

 

 

 

 

БЕЗОТКАЗНОСТЬ, ДОЛГОВЕЧНОСТЬ И ЖИВУЧЕСТЬ АВИАЦИОННОЙ

ТЕХНИКИ

1.1. Основные термины  и определения.  Безотказность  системы

Техническая эксплуатация авиационной техники (АТ) по своей природе является 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 назначением технической эксплуатации является обеспечение надежности, исправности и своевременной готовности ЛА к полетам, а также экономичности при проведении работ по техническому обслуживанию и ремонту (ТОиР). Различают лётную и техническую Э. а. т. Лётная Э. а. т. представляет собой совокупность процессов управления ЛА и его системами на всех этапах полёта. Техническая Э. а. т. как совокупность процессов поддержания и восстановления исправности или только работоспособности авиационной техники, в том числе и в полёте, включает лётно-техническую эксплуатацию, техническое обслуживание и ремонт. Лётно-техническая Э. а. т. заключается в выборе и поддержании наивыгоднейших режимов работы авиационной техники в полёте и на земле, а также в поддержании и восстановлении её работоспособности в полёте. Техническое обслуживание обеспечивает исправность авиационной техники и готовность ЛА к полётам, а ремонт — восстановление исправности авиационной техники.  
Применяются три вида технической Э. а. т., каждый из которых реализует определённый принцип обеспечения безопасности полётов.  
При технической Э. а. т. до выработки ресурса безопасность полётов обеспечивается путём установления ресурсов и сроков службы авиационной техники до первого ремонта и межремонтного, в пределах которых обеспечивается с высокой вероятностью безотказностью изделий. Безотказность изделий определяется конструктивным современным планёра летательного аппарата (закладывается при расчёте и проектировании летательного  аппарата и его составных частей, объёмом доводочных работ и испытаний ЛА в различных климатических зонах и запланированных поведений летательных аппаратов при искусственных имитации всевозможных нештатных лётных ситуации. Для планера Л.А., его двигателей агрегатов и приборного оборудования определяются три их собственных состояния.

Состояния летательного аппарата и его составных частей по мере ресурсной наработки.

 

Т1	Т2 (основной период)	Т3
Время приработки	Эксплуатация с высокой вероятностью безотказности	Постепенный износ ЛА и всех составляющих частей ЛА

Лидерные летательные аппараты – с наработкой Л.А. и всех его составных частей намного опережающей межремонтные и общетехнические ресурсы Л.А.

Для двигателей Л.А. важный показатель – способность удержания обломков при аварии двигателя в пределах его внутреннего и наружного корпусов.

Как правило, это удаётся обеспечить для турбинных и кошир. лопаток.

Для многоступенчатых вентиляторов при попадании  на вход в двигатель крупных одиночных птиц происходит разрушение вентилятора с пробоем корпусов двигателя и перемещение раскаленных обломков в фюзеляжную часть ЛА, в которой имеются отсеки с запасом топлива.

В подобных случаях всё заканчивается пожаром, взрывом, разрушением Л.А.

При состояниях, когда Л.А.грозит опасность при возникновении аварийной ситуации в двигателе с образованием фражектов, не способных пробить его корпуса, ситуация иная:

При отсутствии пожара двигатель с повреждениями отключается, а летательный аппарат продолжает полёт на втором двигателе. При локализации пожара  в поврежденном двигателе за счет нескольких очередей огнегасящей жидкости также появляются шансы спасти Л.А. при условии нормальной работы второго двигателя.

Объём и периодичность операций технического обслуживания и ремонта устанавливаются в зависимости от наработки и являются едиными для всего парка изделий.

При обрыве турбин чаще всего не удается фрагмен диска удержать внутри двигателя, поэтому он легко проникает в фюзеляш летательного аппарата и чаще всего разрывает летательный аппарат.  
С годами в авиации устоялся термин «Эксплуатация по техническому состоянию»

При технической Э. а. т. до предотказного состояния безопасность полётов обеспечивается путём своевременного обнаружения и устранения неисправностей изделий до наступления отказа. В этом случае изделия эксплуатируются без ограничения ресурсов и сроков службы до первого ремонта и межремонтного, но с проведением непрерывного или периодического контроля технического состояния каждого изделия или системы в полёте или при техническом обслуживании. Достижение установленного для каждого типа изделий предотказного значения определяющего техническое состояние параметра (совокупности параметров) означает неисправное состояние изделия и указывает на необходимость его замены или ремонта.  
При технической Э. а. т. до безопасного отказа безопасность полётов обеспечивается путём использования заложенного в конструкции функционального и структурного резервирования изделий, которое позволяет сохранить работоспособность функциональной системы ЛА при отказе отдельных её элементов. Каждое изделие эксплуатируется до отказа без ограничения ресурсов и сроков службы до первого ремонта и межремонтного. Работы по техническому обслуживанию изделия сводятся к обнаружению отказов и устранению их последствий.  
Техническая Э. а. т. без ограничения ресурсов и сроков службы авиационной техники до первого ремонта и межремонтного (до предотказного состояния и безопасного отказа) называется технической Э. а. т. по состоянию. Применение методов технической эксплуатации по состоянию и до отказа снижает эксплуатационные расходы на содержание авиационной техники на 20—25%.  
Ниже рассматриваются особенности эксплуатации планёра ЛА, его двигателей и бортового оборудования.  
Эксплуатация планёра и двигателей ЛА начинается после их изготовления и заканчивается в момент списания. В эксплуатации различают следующие элементы:  
1) работа на различных эксплуатационных режимах в полёте и на земле. В налёт планёра входит время от начала разбега ЛА на взлёте до окончания пробега при посадке. Продолжительность работы двигателя учитывается от начала его запуска до выключения. Суммарная продолжительность работы двигателей и продолжительность их работы на предельных (форсажных и максимальном) режимах регистрируются специальными счётчиками наработки, устанавливаемыми на борту ЛА. Основные параметры и режимы работы ЛА фиксируются в накопителях информации бортовых устройств регистрации;  
2) подготовка к полётам. Различают предполётную, послеполётную и предварительную подготовку;  
3) регламентные работы, в процессе которых осуществляется углублённый контроль технического состояния наиболее нагруженных узлов и деталей планёра и двигателей, производится замена отдельных элементов, выработавших свой ресурс (в некоторых случаях — замена рабочих жидкостей в системах), проверка и регулирование (при необходимости) контролируемых в эксплуатации параметров и контрольно-поверочной аппаратуры;  
4) периодический и целевой контроль технического состояния отдельных узлов и деталей, выполняемый по технологиям, изложенным в технических распоряжениях и бюллетенях;  
5) восстановление планёра и двигателей в эксплуатирующих организациях после возникновения и выявления отказов и неисправностей, эксплуатационных и боевых повреждений путём мелкого, частичного и среднего ремонта, а также заменой отдельных модулей. В продолжительность эксплуатации не входит время на капитальный ремонт на заводе-изготовителе или на ремонтном заводе.  
Продолжительность эксплуатации планёра и двигателей ограничивается ресурсом или календарным сроком службы.  
Под эксплуатацией бортового оборудования (БО) понимается использование его по назначению при подготовке к полёту и непосредственно в полёте. Все мероприятия по техническому обслуживанию БО можно разделить на 3 группы: а) контроль технического состояния; б) профилактическое обслуживание; в) текущее техническое обслуживание (ремонт). Контроль технического состояния сводится к сопоставлению измеренных значений параметров конкретного БО с их номинальными значениями (допусками). Профилактическое обслуживание — комплекс мероприятий, направленных на поддержание БО в исправном состоянии, предупреждение отказов при работе и продление ресурса. Текущее техническое обслуживание (ремонт) осуществляют с целью устранения возникших в аппаратуре (оборудовании), неисправностей и продления её ресурса. Ремонт подразделяется на текущий и восстановительный.  
К эксплуатационным свойствам БО относятся показатели безотказности его работы, приспособленность к техническому обслуживанию и ремонту и т. п. Для количественной оценки эксплуатационных свойств применяют различные критерии: наработка на отказ (или вероятность безотказной работы), среднее время восстановления, объём профилактики и др.  
Организация Э. а. т. состоит из мероприятий по подготовке квалифицированных кадров, снабжению запасными частями и расходными материалами, по планированию эксплуатации, а также по сбору и обобщению результатов Э. а. т. Правила Э. а. т. в полёте и на земле изложены в документации эксплуатационной.

Под безотказностью понимают свойство объекта сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или некоторой наработки. На безотказность авиационной техники влияют различные факторы, определяемые условиями проектирования, производства и эксплуатации. В процессе эксплуатации каждый объект может находиться в исправном, неисправном, работоспособном или неработоспособном состояниях. Анализ факторов показывает, что отказы агрегатов и систем ЛА возникают из-за наличия конструктивных и производственных недостатков, эксплуатационных повреждений, недостаточной надежности агрегатов и систем.

Исправное состояние - такое состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям, установленным нормативно-технической и (или) конструкторской документации или ремонтной документации. Если объект исправен, то он всегда работоспособен, а работоспособный объект может быть неисправен, рис.1.

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 возникновения неисправности. Возникновение неисправности проявляется в виде повреждения или отказа.

Повреждение - событие, заключающееся в нарушении исправного состояния объекта, при котором ряд параметров объекта, определяющих его  работоспособность,  находятся  в установленных пределах, а некоторые характеристики объекта,  непосредственно

не влияющие на его работоспособность, не соответствуют нормативным требованиям (нарушение окраски, ржавчина, внешние царапины и т.д.).

Отказ - событие, заключающееся в нарушении работоспособности объекта.

Классификация отказов. 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.

По причинам возникновения отказы разделяются на конструкции 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 Л А;

- 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);

-  способу устранения (при оперативном и период-ком ТО, при ремонте).

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.

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

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

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, рис.1.

 

1.2. Долговечность и живучесть летательных аппаратов

Под долговечностью объекта эксплуатации понимают его свойство сохранять работоспособность до наступления предельного

состояния при установленной системе технического обслуживания

и ремонта. 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 факторы подразделяются на:

-конструктивные;

-производственные;

-технологические;

-нагрузочные;

-температурные.

Эксплуатационные факторы учитывают:

-режимы  полета;

-индивидуальные  особенности членов экипажа и  их профессиональную подготовку;

-метеорологические  и климатические условия полетов;

-квалификацию  инженерно-технического состава (ИТС);

-качество  профилактических и диагностических мероприятий.

Организационные факторы учитывают периодичность, своевременность и эффективность различных форм технического обслуживания и ремонта.

Физическая долговечность основывается на прочностных характеристиках конструкции, возникающих под действием эксплуатационных факторов при определенной системе ТОиР.

Экономическая долговечность определяется рентабельностью ЛА, которая во многом зависит от физической долговечности, интенсивности платной эксплуатации, числа и продолжительности ТОиР.

Моральная долговечность обусловлена особенностями протекания научно-технического прогресса в авиации.

Применительно к ЛА, двигателям, агрегатам и изделиям приняты следующие виды ресурсов и сроков службы:

Гарантированный ресурс (срок службы) - наработка (календарное время), в течение которой предприятие-изготовитель несет ответственность за техническое состояние объекта при условии выполнения инструкции по эксплуатации, рис.2., поз.1. В течение гарантированного ресурса возникающие на объекте отказы и повреждения изготовитель устраняет своими силами и за свой счет.

Назначенный ресурс - суммарная наработка, при достижении которой применение объекта по назначению должно быть прекращено, рис.2., поз.2.

Различают понятия: ресурс до первого ремонта и межремонтный ресурс, рис.2., поз.3 и 4, соответственно. Межремонтные ресурсы устанавливаются на основе обобщения опыта эксплуатации и первого ремонта объекта. Их значения, как правило, меньше значений до первого ремонта объекта. В настоящее время для наиболее отработанных типов ГТД достигнуты межремонтные ресурсы 14-16 тысяч часов.

Под живучестью ЛА или функциональной системы понимают свойство, обеспечивающее нормальное выполнение заданных функций в полете с отдельными отказами или повреждениями. Живучесть - это свойство ЛА, характеризующее его способность завершить полет в случае отказов или боевых повреждений. Живучесть оборудования и систем ЛА обеспечивается их резервированием - установкой дублирующих систем и элементов оборудования, способных выполнить функции основных систем в случае их отказа.