CC BY
223
НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА серия Аэромеханика и прочность, поддержание летной годности ВС
УДК 629.735.017.2
ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТ И ВНЕДРЕНИЕ МЕТОДОВ ЭКСПЛУАТАЦИИ ИЗДЕЛИЙ АВИАТЕХНИКИ ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ СОСТОЯНИЮ
С.В. ДАЛЕЦКИЙ
Показана организация работ и практические результаты перевода на эксплуатацию по состоянию агрегатов и комплектующих изделий самолётов Як-40 и Як-42.
Структурное резервирование и функциональная избыточность бортовых систем и оборудования ВС допускают возможность эксплуатации многих серийно выпускаемых КИ сверх ранее устанавливавшихся для них ресурсов и сроков службы с сохранением уровня лётной годности ВС в целом. Ещё больше возможностей в этой области существует применительно к новой АТ. Обоснованный выбор пределов использования КИ по назначению при сохранении лётной годности ВС в целом определяется методами технической эксплуатации рассматриваемых КИ.
Метод технической эксплуатации изделий АТ - совокупность правил выбора предельного состояния изделия, по достижении которого дальнейшее использование изделия по назначению прекращается или приостанавливается.
Видами предельного состояния, до которого допустимо использование изделия по назначению, могут быть его назначенный ресурс (наработка) или срок службы, либо контролируемое приближение выбранных функциональных параметров к установленным для них ограничениям (нормам технических параметров - НТП), либо полная или частичная потеря работоспособности (отказ). Согласно указанным видам предельного состояния изделий выделены следующие методы технической эксплуатации: до выработки ресурса (ТЭР); до предотказного состояния (ТЭП); до безопасного отказа (ТЭО).
Методы ТЭП и ТЭО определяются как методы технической эксплуатации по состоянию (ТЭС).
Выбор критерия предельного состояния изделия, до которого допускается его использование по назначению, обусловлен последствиями отказа изделия на безопасность и регулярность полётов ВС, а также приспособленностью конструкции ВС в целом и конкретного изделия АТ к проведению работ по контролю данного критерия предельного состояния и экономической эффективностью выполнения таких работ.
Выбор метода технической эксплуатации изделия базируется на двух условиях: необходимое - обеспечение нормативных уровней безопасности и регулярности полётов ВС;
достаточное - обеспечение экономической эффективности работ по контролю предельных состояний и технической эксплуатации ВС в целом.
Методы технической эксплуатации предусматривают следующие ограничения в отношении безотказности изделий АТ в эксплуатации:
метод ТЭР предполагает, что вероятность отказа любого изделия данного типа за установленный интервал наработки в ожидаемых условиях эксплуатации не превысит заданной величины, что соответствует установлению равного ресурса всем изделиям данного типа без дополнительного контроля технического состояния и условий эксплуатации изделий; метод ТЭП предполагает, что вероятность отказа каждого конкретного изделия в реальных условиях эксплуатации не превысит заданной величины, что соответствует определению
предельного состояния (по существу - индивидуального ресурса) каждого изделия по результатам параметрического контроля состояния с учётом условий его эксплуатации; метод ТЭО предполагает, что число отказов изделий за установленный интервал наработки не превысит заданной величины, что соответствует установлению гамма-процентного ресурса парку изделий без дополнительного контроля технического состояния и условий эксплуатации изделий.
Указанные выше ограничения распространяются и на сроки службы изделий.
Применение ТЭС обеспечивает максимальное использование работоспособности каждого изделия АТ при соблюдении условий:
обнаружения и устранения повреждений до наступления отказа изделия и (или) безопасности этого отказа для ВС в целом;
наличия структурного и (или) функционального резервирования в функциональных системах ВС для исключения опасного влияния отказа изделия на лётную годность ВС в целом;
наличия минимальных перечней оборудования (известных в международной практике как MMEL и MEL), отказы которого не препятствуют отправке ВС в рейс и (или) его продолжению, для обеспечения эксплуатации ВС при наличии допустимых отказов и повреждений;
наличия системы сбора и анализа информации о надёжности АТ в эксплуатации для обеспечения контроля безотказности и (или) технического состояния изделий и ВС в целом.
Сущность ТЭС для ВС в целом заключается в максимальном использовании запасов работоспособности конструкции планера, агрегатов и КИ каждого экземпляра ВС на основе проведения необходимого объёма контроля для оценки его технического состояния в процессе эксплуатации, а также - систематического контроля и анализа надёжности парка ВС данного типа. Снижение эксплуатационных затрат при переводе ВС на ТЭС обеспечивается:
заменой трудоёмких и дорогостоящих плановых (капитальных и средних) ремонтов ВС в целом оптимальными по объёму формами регламентных работ большой периодичности -контрольно-восстановительными работами (КВР);
сокращением потребных объёмов обменных фондов запасных частей в связи с исключением межремонтных ресурсов КИ и, соответственно, плановых замен по выработке ресурса КИ;
уменьшением трудоёмкости работ и простоев ВС на ТО вследствие оптимизации режимов ТО каждого типа и экземпляра КИ.
В целом , переход от принципа замены агрегатов АТ по отработке безопасного ресурса (назначенного и (или) межремонтного) к принципу замены агрегатов по достижению безопасного повреждения (отказа) обеспечивает эффективность методов ТЭС за счёт увеличения средней наработки изделия АТ на замену, что может быть выражено условием [1]:
С = Сизд (Тср/Т - 1) - ДСуд Э • Тср > 0 , (1)
где: С - выходной экономический эффект;
Сизд - стоимость изделия;
ДС Эуд - дополнительные (к ресурсной эксплуатации) удельные эксплуатационные затраты;
Т - установленный ресурс изделия;
Тср - средний (фактически реализуемый) ресурс изделия.
Методические основы обоснования и реализация методов ТЭС для различных типов изделий АТ достаточно раскрыты многими авторами, в том числе в работах [1,2] и выпущенными на их основе нормативами и методическими документами, например [3,4]. Технической основой выбора методов ТЭС являются выполненные разработчиком ВС результаты анализа влияния отказов и неисправностей агрегатов и комплектующих изделий ВС на безопасность полё-
тов, ранжированную по особым ситуациям: без последствий (БП) усложнение условий полёта (УУП); опасная ситуация (ОС); аварийная ситуация (АС); катастрофическая ситуация (КС).
Если отказ изделия АТ в совокупности с другим последовательным отказом в данной системе ВС непосредственно не приводит к ситуации более опасной, чем УУП, то данное изделие АТ на данном типе ВС может быть переведено на ТЭС при выполнении условия (1). Организационно необходимо, чтобы результаты такого анализа безопасности отказа (предотказного состояния) агрегатов и КИ на данном типе ВС были оформлены в виде обоснования, отчёта или заключения и признаны как разработчиком ВС, так и авиационными властями, непосредственно и (или) через уполномоченные организации (сертификационные центры).
Согласование результатов анализа безопасности полётов ВС, при наличии отказавших изделий функциональных систем ВС, внесение изменений в эксплуатационную документацию ВС, а также оформление директивных документов о переводе изделий АТ на конкретном типе ВС на эксплуатацию по ТЭС с правилами и условиями такого перевода, и представляет основы организации работ по внедрению методов ТЭС.
Следует отметить, что несмотря на наличие технических обоснований и результатов их опытной проверки, перевод изделий АТ для отечественных типов ВС в условиях административной системы не получил широкого применения. При плановой бесплатной (для авиапредприятий) поставке запчастей для замены изделий по отработке ресурсов эксплуатационные предприятия не имели экономической заинтересованности в более эффективном использовании авиатехники. Положение изменилось, когда авиапредприятия стали не только владельцами АТ, но и ответственными за поддержание лётной годности ВС, включая замену изделий АТ по отработке ресурсов за свой счёт для стареющих типов ВС.
В зависимости от условий эксплуатации типа ВС и выполненных обоснований по применению ТЭС для агрегатов и КИ на данном типе ВС их перевод на ТЭС может производиться для всего парка, группы или отдельного экземпляра ВС данного типа, однако систематическая оценка надёжности изделий АТ, переведённых на ТЭС, всегда должна проводиться по парку данного типа изделий, так как контроль надёжности одиночного экземпляра изделия АТ или малочисленной группы изделий не имеет смысла по условиям математической статистики для малых выборок высоконадёжных изделий машиностроения, которыми и являются изделия АТ.
В условиях массового перевода изделий АТ на ТЭС прямой контроль безотказности изделий АТ может и не проводиться, если нормативными документами не установлены контрольные уровни их надёжности, а обоснованность перевода этих изделий на ТЭС по условиям безопасности полётов ВС в целом может быть подтверждена ежегодным обобщением опыта эксплуатации данного типа ВС по результатам анализа безопасности полётов и безотказности систем и оборудования ВС за отчётный период при сравнении этих результатов с аналогичными показателями эксплуатации типа ВС до перевода его агрегатов и КИ на ТЭС.
С изложенных позиций рассмотрим особенности организации и результаты работ по переводу изделий на ТЭС для самолётов типа Як-40 и Як-42.
Самолёт Як-40 начал эксплуатироваться в РФ с 1968г., выпуск прекращён с 1981г., допущен к эксплуатации аттестатом типа, сертификации не проходил, нормативные уровни безотказности агрегатов и КИ не устанавливались. Техническим заданием на разработку ВС самолёту Як-40 были заданы следующие ресурсы (сроки службы): назначенный - 25000 л.ч., 25000 полётов, 25 лет; межремонтный - 4000 л.ч., 4000 полётов, 4 года.
В настоящее время парку самолётов Як-40 бюллетенем № 884-БЭ установлены следующие ресурсы:
назначенный - 32000 л.ч., 28000 полётов, 25 лет; межремонтный - 6000 л.ч., 6000 полётов, 6 лет.
Эксплуатация самолётов Як-40 производится по Руководству по лётной эксплуатации (РЛЭ) - 1995г. выпуска и Регламенту технического обслуживания (РО) -1995 года выпуска.
Решением авиационных властей России определены условия и порядок индивидуального установления самолётам типа Як-40 следующих ресурсов: назначенного - 38000 л.ч., 32000 полётов, 35 лет; межремонтного - 10000 л.ч., 8000 полётов, 18 лет.
Одной из проблем эксплуатации самолётов Як-40 с продлёнными ресурсами является эксплуатация комплектующих изделий (КИ) и оборудования, имеющих фиксированные ресурсы, менее ресурсов самолёта. Замена этих изделий представляет организационные трудности (ограниченный выпуск, отсутствие поставок и т.д.) и большие материальные затраты. Для решения этих задач ГосНИИ ГА совместно с ОАО "ОКБ им. А.С. Яковлева" выполнен комплекс работ по переводу КИ на ТЭС, включающий в себя обоснование эксплуатации КИ по ТЭС по условиям безопасности и эффективности эксплуатации Як-40 в целом и определение порядка и условий перевода КИ самолётов Як-40 на ТЭС.
В результате выполненных работ подтверждена возможность и обоснована целесообразность перевода на ТЭС (до безопасного отказа - ТЭО) около 80% номенклатуры КИ и агрегатов самолётов Як-40 (около 600 наименований) и определен следующий порядок и условия перевода КИ и агрегатов Як-40 на ТЭС:
перевод на ТЭС производится индивидуально по каждому самолёту Як-40 по заявке эксплуатанта (с перечислением типов КИ и агрегатов и их паспортных и учётных данных) и в соответствии с выполненным "Обоснованием...";
основанием для перевода на ТЭС являются совместное заключение Разработчика ВС и НИИ ГА и выпущенное на его основе решение государственного органа управления воздушного транспорта (ГОУВТ).
При подготовке указанных документов производится оценка технического состояния агрегатов и КИ, переводимых на ТЭС (входной контроль) и проверка подлинности их документации.
Эксплуатация агрегатов и КИ самолётов Як-40 по ТЭС производится при следующих ограничениях:
эксплуатация производится до отработки ресурсов (сроков службы), установленных данному экземпляру самолёта Як-40, в том числе и при их последующем увеличении до разрешённых значений;
перестановка агрегатов и КИ, переведённых на ТЭС на другой экземпляр самолёта Як-40, не допускается. При отказе такого изделия оно снимается, восстанавливается (при возможности) и возвращается взамен временно установленного. При невозможности восстановления в авиапредприятии, изделие отправляется в ремонт или списывается.
Прямой контроль безотказности агрегатов и КИ, переведённых на ТЭС, не производится. Вместо него, при указанных ограничениях и условиях, производиться мониторинг (научнотехническое сопровождение) эксплуатации всего парка самолётов Як-40. По выявленным недостаткам разрабатываются мероприятия и вносятся изменения в эксплуатационную документацию (Регламент ТО и технологические карты по его выполнению).
Результаты эксплуатации агрегатов и КИ по ТЭС на самолётах Як-40 за 1997-2005гг. показали техническую обоснованность и экономическую эффективность указанных процедур, что подтверждается обобщением опыта эксплуатации самолётов Як-40 за указанный период, а именно:
статистические показатели надёжности систем, оборудования и самолётов Як-40 в целом не уменьшились (табл. 1);
новых, опасных видов отказов агрегатов и КИ, переведённых на ТЭС, не выявлено; инциндентов самолётов Як-40, связанных с эксплуатацией агрегатов и КИ по ТЭС и приведших к ситуациям хуже УУП, не было.
Таблица 1
Показатели надёжности самолётов Як-40
Показатели Г оды эксплуатации
1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004
Тс 50,3 59,89 42,99 43,68 42,74 37,68 43,5 37,9
Тп 89,7 147,11 121,58 116,23 136,6 114,31 126,3 109,7
где: Тс - наработка на неисправность, выявленную в полете и при всех видах ТО;
Тп - наработка на неисправность, выявленную в полёте.
Некоторое снижение показателей с 2002г. объясняется: изменением системы сбора и обработки информации;
выполнением периодического ТО в основном по календарным срокам службы.
Перевод агрегатов и КИ на ТЭС может составлять от 1 до 400 и более наименований для экземпляра Як-40 по заявке эксплуатанта, т.е. агрегаты и КИ отрабатывают установленные им ресурсы и лишь затем переводятся на ТЭС в случае технической необходимости для эксплуатанта.
Таким образом, введение технически обоснованных ограничений и условий перевода агрегатов и КИ на ТЭС для аттестованных типов ВС вполне адекватно прямому контролю безотказности этих изделий, не требует изменения правил и процедур эксплуатации ВС в целом, обеспечивает сохранение лётной годности и экономическую эффективность эксплуатации аттестованных типов ВС при внедрении методов эксплуатации агрегатов и КИ по ТЭС.
Другой подход реализован в организации и внедрении методов ТЭС для агрегатов и КИ самолётов Як-42.
Самолёт Як-42 начал эксплуатироваться в РФ с 1980г., прошёл сертификацию и допущен к эксплуатации сертификатом типа серийный выпуск самолётов продолжается. Техническим заданием на разработку ВС самолёту Як-42 были заданы следующие ресурсы (сроки службы): назначенный 30000 л.ч.. 30000 полётов, 25 лет.
Самолёт эксплуатируется без проведения капитальных ремонтов с выполнением трудоёмких форм технического обслуживания "ТО-10000" и "ТО-20000".
Дополнением к сертификату типа №9-42/30 от 28.03.03г. самолётам Як-42 устанавливается назначенный ресурс 30000 л.ч., 18000 полётов, 30 лет при условии: выполнения трудоёмких форм ТО, выполнения обязательных бюллетеней и работ, эксплуатации по действующей ЭД, индивидуального оформления данного ресурса.
При сертификации самолёта Як-42 были представлены расчётные значения безотказности и безопасности отказов систем, изделий и оборудования и определены нормативные значения показателей безотказности.
Учитывая, что указанные ресурсы подтверждаются поэтапно и индивидуально каждому экземпляру самолёта Як-42, проблемы эксплуатации агрегатов и КИ, имеющих фиксированные ресурсы на самолётах Як-42, аналогичны Як-40. Эти проблемы решаются переводом агрегатов и КИ на ТЭС.
На основе доказательной документации при сертификации самолётов Як-42 (анализ надёжности, анализ безопасности отказов, РО и РЭ) разработаны и утверждены ГОУВТ РФ начальные перечни агрегатов и КИ, эксплуатируемых по ТЭС, с установлением им контрольных уровней надёжности. В 1995г. ГОУВТ РФ введена в действие методология ежегодного контроля надёжности агрегатов и КИ самолётов Як-42, которая включает [1]: сбор и анализ данных об отказах;
расчёты уровней надёжности изделий и КИ и их сравнение с контрольными уровнями;
оформление заключения о сохранении лётной годности самолётов Як-42 по результатам контроля надёжности с предложением об изменении контрольных уровней и перечней агрегатов, эксплуатируемых по ТЭС и внесения изменений в ЭД самолёта Як-42.
По результатам проведённых работ перечень агрегатов и КИ, эксплуатируемых по ТЭС на самолётах Як-42, расширен с 200 до 560 наименований, что составляет около 75% их номенклатуры на самолёте. Эти перечни введены в действие бюллетенями и внесены в ЭД (Руководство по технической эксплуатации самолёта Як-42, раздел 5). Органом по сертификации ВС (Авиарегистр МАК) подтверждена классификация изменений ЭД, связанных с переводом агрегатов и КИ на ТЭС, как второстепенных, что соответствует и международной практике.
Таблица 2
Показатели надёжности самолётов Як-42
Показатели Г оды эксплуатации
1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004
Тс 64 64,9 50,7 54,5 52,3 27,6 27,7 24,0
Тп 149,6 159,1 160,4 163,5 154,2 67,7 65,1 66,3
Снижение показателей с 2002 года связано с изменением системы сбора данных об отказах.
По результатам контроля надёжности, контрольные уровни отдельных агрегатов и КИ могут быть изменены, но таким образом, чтобы общий норматив надёжности системы ВС и уровни безопасности полётов, принятых при сертификации ВС, не изменялись в сторону ухудшения.
Контроль надёжности агрегатов и КИ самолётов Як-42, эксплуатирующихся в РФ, выполняет ГосНИИ ГА на договорных условиях с авиапредприятиями. Экономическая эффективность перевода агрегатов и КИ на ТЭС определена согласно (1) , а средний (Тср) реализуемый ресурс каждого изделия в 1,5-2 раза выше установленного, причём дополнительные затраты на обеспечение контроля состояния, внеплановые замены изделий по отказу и т. д. составляют 23% от экономии на исключении плановой замены изделий по отработке ресурсов.
Таким образом, доказательная документация для сертификации ВС и прямой контроль надежности агрегатов и КИ, сертифицированных типов ВС в эксплуатации, обеспечивают условия перевода агрегатов и КИ на ТЭС и безопасную и эффективную эксплуатацию ВС в целом. При этом, мониторинг состояния парка ВС в эксплуатации обеспечивает разработку и внедрение в ЭД мероприятий по устранению причин и последствий появления нерасчётных видов отказов и неисправностей ВС или устранению недостатков ЭД.
Рассмотренные принципы организации и проведения работ по переводу изделий АТ на ТЭС пригодны для всех типов ВС отечественного производства, при этом конкретные формы реализации могут быть отличны от рассмотренных при условии, что выполненные обоснования и формы внедрения не противоречат действующим в ГА РФ положениям и обеспечивают поддержание и контроль лётной годности данного типа ВС.
ЛИТЕРАТУРА
1. Далецкий С.В. Проектирование систем технического обслуживания и ремонта воздушных судов гражданской авиации. - М.: МАИ, 2001.
2. Далецкий С.В, Деркач О.А, Петров А.Н. Эффективность технической эксплуатации самолётов гражданской авиации. - М.: Воздушный транспорт, 2002.
3. Положение о технической эксплуатации по состоянию гражданской авиационной техники. Общие принципы, порядок разработки и внедрения. - М.: Воздушный транспорт, 1980.
4. Руководство по технической эксплуатации по состоянию гражданской авиационной техники. - М.: НТИЦ ГА, 1995.
AERONANTICAL PRODUCTS IN ACCORDANCE WITH CONDITION MAINTENAME METHODS
ORGANIZATION AND EMBODIMENT
Daletskiy S.V.
It was presented work organization and practical results of Yak-40, Yak-42 components transition into maintename in accordance with condition system.
Сведения об авторе
Далецкий Станислав Владимирович, 1944 г.р., окончил МАИ (1969), доктор технических наук, начальник отдела ГосНИИ ГА, заслуженный работник транспорта РФ, почётный авиастроитель РФ, академик Российской академии транспорта и Российской академии проблем качества, эксперт Г осстандарта РФ и Межгосударственного авиационного комитета, автор более 100 научных работ, область научных интересов - разработка, испытания и техническая эксплуатация воздушного транспорта.
