CC BY
556
УДК 629.735.014.4:31
АНАЛИЗ СТАТИСТИКИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ С БОЛЬШИМ НАЛЕТОМ
С.В. БУТУШИН, В.В. НИКОНОВ, А.В. СЕМИН
В работе рассматриваются распределения эксплуатационных повреждений применительно к самолетам гражданской авиации с большим налетом. Основное обсуждение связано с типичными дефектами, выявляемыми в процессе эксплуатации.
Ключевые слова: эксплуатационные повреждения, коррозия, силовые элементы, усталостные трещины.
Введение
В практике эксплуатации отечественных и зарубежных воздушных судов к «стареющим» самолетам (самолетам с большим налетом) относят воздушные суда, срок службы которых превышает 15 лет.
В основе оценки технического состояния воздушных судов лежит сбор и систематизация сведений о неисправностях, отказах, повреждениях и дефектах, выявляемых в процессе эксплуатации.
Результаты систематизации и их анализ позволяют выработать мероприятия по упреждению отказов, неисправностей и обеспечить целостность конструкции планера ВС.
Ниже на основе информации (данные до 2004 года), накопленной в базе данных, приведены результаты анализа эксплуатационных повреждений планера самолетов типа Ту-154, Ил-86, эксплуатирующихся в Западно-Сибирском регионе, и 18 самолетов Ил-76.
Для анализа взяты сведения о повреждениях, выявленных в ходе дефектации конструкции планера самолета при проведении регламентных работ по техническому обслуживанию ВС и работ по продлению назначенных и межремонтных ресурсов и сроков службы.
В качестве классификационных групп выбраны агрегаты конструкции планера: фюзеляж, крыло, хвостовое оперение, мотогондолы, шасси. Классифицируемыми признаками являлись повреждения, вызванные износом, коррозией, механическим воздействием и усталостью. При систематизации не учитывались повреждения, не влияющие на несущую способность элементов конструкции планера ВС.
Результаты систематизации представлены в виде диаграмм и таблиц.
Повреждения самолета Ту-154
□ Коррозия
Из диаграммы (рис. 1) видно, что на коррозионные повреждения приходится 86% всей совокупности обнаруженных повреждений в конструкции планера, на усталостные повреждения приходится 6%, на износ - 6%, на механические повреждения - 2%.
Распределение повреждений по агрегатам конструкции планера самолета показано на рис. 2. Наибольшее количество повреждений приходится на фюзеляж самолета - 88%, остальное на крыло - 8%, хвостовое оперение и мотогондолы - 2% и 2% соответственно.
□ Ф юзеляж
2%
Рис. 2. Распределение повреждений по агрегатам самолета Ту-154
Рассмотрим результаты классификации видов повреждений на агрегатах планера.
Фюзеляж. Из диаграммы (рис. 3) видно, что преобладающим эксплуатационным повреждением фюзеляжа является коррозия. На усталостные повреждения приходится 2%, на повреждения от износа - 2%. Механических повреждений на фюзеляже не выявлено.
□ Коррозия 96%
Рис. 3. Эксплуатационные повреждения фюзеляжа самолета Ту-154
Крыло. Основными видами повреждений крыла являются усталостные трещины, износ кинематических пар агрегатов механизации крыла и коррозия (рис. 4).
□ Механическое повреждение 8%
□ Усталость
□ Коррозия 18%
□ Износ 38%
Хвостовое оперение. Основными видами повреждений хвостового оперения как и крыла являются усталостные трещины, износ кинематических пар агрегатов механизации и механические повреждения (рис. 5).
□Усталость □ Износ
33%
34%
Рис. 5. Эксплуатационные повреждения хвостового оперения самолета типа Ту-154
Мотогондолы. Среди повреждений мотогондол отсутствуют коррозионные повреждения (рис. 6).
□ Износ
Рис. 6. Эксплуатационные повреждения мотогондол самолета Ту-154
Распределение повреждений от коррозии среди конструктивных элементов фюзеляжа отражает гистограмма на рис. 7.
350
ц
го
ч
го
Ц
03
I
03
СО
□
ю
о
с;
о
с
С!
0)
і_
1
2 С!
¿5
О
I
03
1
ф
2 ф с; 0
^ й ^ сі
^ о)
х
I- 03
£ Е
о
Графическая интерпретация представленных данных свидетельствует о том, что наиболее сильно коррозией поврежден стрингерный набор. Расслаивающая коррозия стрингеров - основной тип коррозионных дефектов самолетов типа Ту-154. Следующими элементами, наиболее подверженными коррозии, являются обшивка фюзеляжа, балки пола и шпангоуты. На рис. 7 под формулировкой «элемент конструкции планера» подразумеваются конструктивные элементы типа кронштейнов, узлов крепления и др.
На основе информации, накопленной в базе данных о повреждении стрингеров, балок и шпангоутов фюзеляжа, определены наименования позиций элементов, в которых коррозия повторялась неоднократно. Эти результаты представлены на рис. 8, 9, 10.
Рис. 8. Повреждение шпангоутов
Рис. 9. Повреждение балок пола
Рис. 10. Повреждение стрингеров
В табл. 1 приведены численные показатели значений выявленных повреждений и их процентные доли.
Таблица 1
Процентные соотношения повреждений планера самолетов типа Ту-154
Тип дефекта Элемент конструкции Коррозия Усталость Износ Механическое повреждение Всего дефектов
кол. % кол. кол. % кол. % кол. %
Вся конструкция 426 86.23 32 6.48 28 5.67 8 1.62 494 100
Фюзеляж 418 96,31 9 2,07 7 1,61 -- -- 434 87,86
Крыло 7 17,95 14 35,90 15 38,46 3 7,69 39 7,89
Хвостовое оперение 1 8,33 4 33,33 4 33,33 3 25 12 2,43
Мотогондолы -- -- 5 55,56 2 22,22 2 22,22 9 1,82
Повреждения самолета Ил-86
Аналогичные диаграммы получены для самолета типа Ил-86 (рис. 11-17).
□ Коррозия 61%
Рис. 11. Эксплуатационные повреждения планера самолета Ил-86
Из диаграммы (рис. 11) видно, что на коррозионные повреждения приходится 61% всей совокупности обнаруженных повреждений в конструкции планера, на усталостные повреждения - 17%, на износ - 16%, на механические повреждения - 6%.
Распределение повреждений по агрегатам конструкции планера самолета показано на рис. 12. Наибольшее количество повреждений приходится на фюзеляж самолета - 82%, остальное на крыло - 14%, оперение и шасси - 3 % и 1% соответственно.
□ Фюзеляж
Рис. 12. Распределение повреждений по агрегатам самолета типа Ил-86
Фюзеляж. Из диаграммы (рис. 13) видно, что преобладающим эксплуатационным повреждением фюзеляжа является коррозия 73%. На усталостные повреждения приходится 18%, на повреждения от износа - 6%, на механические повреждения - 3%.
□ Механическое
■ Коррозия П°ВреЖдение
Крыло. Основными видами повреждений крыла является износ кинематических пар агрегатов механизации крыла - 66%, на усталость и механические повреждения приходится по 17% (рис. 14).
□ Механическое повреждение
Рис. 14. Эксплуатационные повреждения крыла самолета Ил-86
Хвостовое оперение. В хвостовом оперении эксплуатационные повреждения распределились практически поровну между износом - 34%, усталостью - 33% и коррозией - 33% (рис. 15).
□Механическое
повреждение
33%
□ Износ
^ 34%
□ Коррозия 33%
Рис. 15. Эксплуатационные повреждения хвостового оперения самолета типа Ил-86
Распределение повреждений от коррозии среди конструктивных элементов фюзеляжа отражают гистограммы на рис. 16, 17.
3 л
Рис. 17. Повреждение обшивки
Как видно из рис. 16, наиболее сильно коррозии подвержена обшивка, стрингерный набор и шпангоуты.
В табл. 2 приведены численные показатели значений выявленных повреждений и их процентные доли.
Таблица 2
Процентные соотношения повреждений планера самолетов типа Ил-86
\Тип дефекта Коррозия Усталость Износ Механическое повреждение Всего дефектов
ЭлементЧ конструкции^ кол. % кол. % кол. % кол. % кол. %
Вся конструкция 53 60,92 15 17,24 14 16,09 5 5,75 87 100
Фюзеляж 52 73,24 13 18,31 4 5,63 2 2,82 71 81,61
Крыло -- -- 2 16,67 8 66,67 2 16,67 12 13,79
Хвостовое оперение 1 33,33 -- -- 1 33,33 1 33,33 3 3,45
Шасси -- -- -- -- 1 100 -- -- 1 1,15
Повреждения самолета Ил-76
Для анализа и обобщения использовались результаты документирования технического состояния 18 самолетов Ил-76Т, ТД (два из них проходили документирование технического состояния два раза, а один - три раза), на которых проводились работы по продлению назначенных и межремонтных ресурсов и сроков службы.
Распределение дефектов по элементам конструкции ВС Ил-76Т, ТД, прошедших документирование технического состояния, представлено на рис. 18, а распределение видов дефектов - на рис. 19.
□Фюзеляж
Рис. 18. Распределение дефектов по элементам конструкции ВС Ил-76Т, ТД
Как видно из полученных данных, наибольшее количество дефектов относится к следующим элементам конструкции ВС: фюзеляж (77,1%); крыло (13,3%); пилоны (5,9%); шасси (1,7%).
□ Прочие 2%
] Нарушение ЛКП и др.покрытий 1%
□ Коррозия 57%
□ Трещины 26%
□ Вы крашивание хром.покрытия 2%
] Разрушение элементов 3%
□ Пробоины, деформация 5%
□ Дефекты в заклепках, винтах 5%
Рис. 19. Распределение основных видов дефектов ВС Ил-76Т,ТД
Как показал анализ, основными видами дефектов конструкции планера, выявленными при ведении документирования технического состояния, являются: коррозия различного типа (57,4%); трещины (25,7%); утяжка, ослабление, обрыв заклепок, винтов и др. (5,1%); пробоины, деформации (4,6%); разрушение элементов конструкции (3,0%).
Распределение ВС Ил-76Т, ТД по месту выявленного дефекта в зависимости от наработки после последнего ремонта характеризует диаграмма на рис. 20.
Рис. 20. Распределение ВС Ил-76Т, ТД 110 по месту выявленного дефекта в зависимости от наработки после последнего ремонта
Как видно из рис. 20, количество ВС с дефектами фюзеляжа составляет 100%, крыла - 75%, шасси - 25% и практически не зависит от наработки после последнего ремонта. Количество самолетов с дефектами пилонов в зависимости от наработки имеет некоторую тенденцию к увеличению, достигая 50% при наработке свыше 5000 часов после последнего ремонта.
Распределение ВС по виду выявленного дефекта в зависимости от наработки после последнего ремонта представлено на диаграмме рис. 21.
Анализ распределения ВС Ил-76Т, ТД по виду выявленного дефекта в зависимости от наработки после последнего ремонта показывает, что практически на каждом самолете, прошедшем документирование технического состояния, встречаются коррозионные повреждения конструкции, на 75% - трещины, на 25-50% - пробоины и деформации, на 25-37,5% - утяжка, ослабление, обрывы заклепок и отсутствие винтов (рис. 21). Количество самолетов, имеющих вышеперечисленные виды дефектов, не имеет четкой зависимости от наработки после последнего ремонта. Кроме того, следует отметить уменьшение количества самолетов с дефектами типа разрушение конструкции с 50% до 25% и увеличение числа самолетов, имеющих прочие дефекты, в рассматриваемом диапазоне их наработки ППР.
К прочим отнесены дефекты, которые не могут быть отнесены ни к одной из вышеперечисленных групп дефектов и носят единичный характер.
До 2000
2000-4500 4500-5000
Наработка ППР, час
5000 и более
□ Коррозия □ Трещины □ Пробоины,
□ Деформации □ Дефекты заклепок, винтов □ Разрушение эле-ментов конструкции
□ Выкрашивание хром. покрытия □ Нарушение ЛКП и др. покрытий
Рис. 21. Распределение ВС по виду выявленного дефекта в зависимости от наработки после последнего ремонта
Кроме того, статистические данные анализировались с целью получения зависимости количества дефектов, обнаруживаемых на самолетах от наработки после последнего ремонта. Этот анализ показал, что количество дефектов на ВС в зависимости от наработки после последнего ремонта характеризуется большим разбросом, а сама зависимость не имеет явной тенденции к увеличению (рис. 22).
£
и
О
ь
■&
и
-
-
си. ~|-гь _ , П
До 2000
2000-4500 4500-5000
Наработка ППР, час.
5000 и более
о
□ Коррозия
□ Т рещины
□ Пробоины, деформации
□ Утяжка, ослабление, обрывы и отсутствие заклепок и винтов
□ Разрушение элементов
□ Выкрашивание [хром.покрытия
□ Нарушение ЛКП и др. покрытий
□ Прочие
Рис. 22. Доля видов дефектов в зависимости от наработки после последнего ремонта для самолетов Ил-76
Распределение видов дефектов в зависимости от наработки после последнего ремонта для самолетов Ил-76Т, ТД представлено на рис. 22.
Данные, приведенные на рисунке, свидетельствуют, что с увеличением наработки после последнего ремонта доля коррозионных повреждений уменьшается с 55,4% до 33,8%, также происходит уменьшение доли пробоин и деформаций, с другой стороны - увеличивается количество трещин (с 9,7% до 43,8% от общего числа дефектов).
На основании приведенных данных об эксплуатационных повреждения ВС типа Ил-76Т, ТД можно сделать следующие основные выводы:
анализ статистических данных показал, что количество дефектов на ВС в зависимости от наработки после последнего ремонта характеризуется большим разбросом и не имеет явной тенденции к увеличению;
количественная обработка данных технического состояния самолетов Ил-76Т, ТД выявила наиболее подверженные повреждениям места конструкции планера - фюзеляж (77,1%); крыло (13,3%); пилоны (5,9%) и основные виды повреждений - коррозия различного типа (57,4%) и трещины усталости (25,7%);
с увеличением наработки количество дефектов типа коррозия, трещины, пробоины и деформации, утяжка, ослабление, обрывы и отсутствие заклепок и винтов уменьшается. В свою очередь, происходит увеличение количества прочих дефектов;
с увеличением наработки после последнего ремонта доля коррозионных повреждений уменьшается с 55,4% до 33,8%. Также происходит уменьшение и доли пробоин и деформаций. Количество трещин с увеличением наработки увеличивается (с 9,7% до 43,8% от общего числа дефектов).
Коррозионные повреждения являются одним из наиболее опасных форм старения материалов и элементов конструкций ВС. Необходимость эксплуатации самолетов за пределами установленного назначенного ресурса, вызванная высокой стоимостью ВС новых типов и, следова-
тельно, экономической целесообразностью использования самолетов старых модификаций, свидетельствует о том, что проблема предотвращения коррозионных повреждений является весьма актуальной.
По существующим нормам каждый тип ВС регулярно или по мере накопления эксплуатационной наработки подвергается контрольным осмотрам с целью выявления возможных дефектов или разрушений и организации ремонтно-профилактических работ.
Предприятия-разработчики авиационной техники в сопроводительной и эксплуатационной документации предусматривают порядок и условия обследования ВС. ОКБ, обладая подробной информацией обо всех узлах самолета и режимах их эксплуатации, включают в регламент по техническому обслуживанию самолета (РТО) ряд мероприятий по обнаружению и устранению коррозионных дефектов.
В РТО, Технологических указаниях по РТО и др. документах, разработанных ОКБ, отмечены зоны и элементы конструкции, обязательные для дефектации на предмет коррозии, а также разработаны допуски на величину коррозионных поражений этих зон. В соответствии с этими допусками предусмотрены различные методы устранения коррозионных повреждений. При обнаружении коррозионных поражений в пределах допустимых значений, установленных ОКБ, проводится комплекс работ по устранению коррозии и восстановлению защитных покрытий по указанной технологии. При превышении этих значений производится замена пораженных элементов конструкции на первую категорию или ремонт данной зоны в соответствии с Технологическими указаниями. В отдельных случаях, при глубине коррозии больше предельнодопустимой величины, ремонт конструкции согласуется с ОКБ.
При обнаружении пораженных коррозией новых зон вопрос об устранении коррозионных повреждений решается на основе изучения нормативно-технологической документации ОКБ с последующим заключением по контролю данной зоны. При накоплении информации о повреждаемости данной зоны ОКБ и ФГУП ГосНИИ ГА разрабатывают мероприятия по предотвращению возникновения данного типа коррозионных повреждений с выпуском соответствующей документации (дополнение к регламенту технического обслуживания, разовые осмотры, бюллетени).
Вместе с тем следует напомнить, что в настоящее время в нашей стране не существует единой методологии эксплуатации "стареющих" ВС, что, в частности, проявляется в индивидуальном увеличении ресурсов и сроков службы самолетов, в то время как ведущие западные авиационные фирмы используют разработанные программы предупреждения и контроля коррозионных поражений. При этом существуют соответствующие государственные органы, контролирующие выполнение работ, связанных с дополнительными мероприятиями по обеспечению безопасности полетов длительно эксплуатируемых самолетов. Например, в США в области гражданской авиации действуют Федеральные авиационные правила (FAR) и документы Федерального авиационного управления (FAA) - Рекомендательные циркуляры и Авиационные новости. Для поддержания летной годности длительно эксплуатируемых воздушных судов разработаны инструкции по дополнительным осмотрам (SID), содержащие детальные указания о порядке выполнения контроля элементов конструкции. Разработаны методики оценки работоспособности конструкции при наличии повреждения (DTR), учитывающие воздействие окружающей среды и других факторов. Представителями Федерального авиационного управления США, Управления гражданской авиации Великобритании (САА), Ассоциации воздушного транспорта США (АТА), самолетостроительных фирм и авиакомпаний в 1980 г. было разработано руководство MSG-3, указывающее, в частности, рациональные приемы выполнения работ по техническому обслуживанию новых самолетов и предусматривающее создание системы допусков на повреждение конструкции планера самолетов.
Тем не менее существующие мероприятия, связанные с эксплуатацией длительно эксплуатируемых самолетов, основаны на использовании в основном статистического материала по наблюдаемым в эксплуатации коррозионным и другим повреждениям. Можно утверждать, что в
настоящее время не существует единого подхода к нормированию коррозионных повреждений, основанного на изменении прочностных характеристик материалов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Акопян К.Э., Лапаев А.В., Семин А.В. Анализ коррозионного состояния самолетов Ту-154М ОАО авиакомпании “Аэрофлот-РАЛ” по данным технического обслуживания в объеме формы “2” // Научный Вестник МГТУ ГА, серия Аэромеханика и прочность. - 2007. - № 119. - С. 24-29.
2. Бутушин С.В., Семин А.В., Шапкин В.С., Шупляков В.В. Экспериментальная оценка влияния длительности эксплуатации самолетов Ту-154Б,М на усталостную долговечность типового клепанного соединения “обшивка-стрингер” фюзеляжа // Научный Вестник МГТУ ГА, серия Аэромеханика, прочность, поддержание летной годности. - 2004. - № 73(2). - С. 10-16.
3. Метелкин Е.С., Ковалевский С.А. Анализ и обобщение документирования технического состояния самолетов Ил-76Т, ТД // Научный Вестник МГТУ ГА. - 2002. - № 53. - С.35-42.
4. Регламент технического обслуживания самолета Ил-86. Регламент. - М.: Редиздат МГА, 1980.
STATISTIC ANALYSIS OF IN-SERVICE DAMAGED AIRCRAFTS OF CIVIL AVIATION WITH LONG LIFETIME
Butushin S.V., Nikonov V.V., Semin A.V.
The paper considers in-service damages distribution applicable to aircrafts of civil aviation with long lifetime. Main discussion directed to estimate typical in-service discovered damages.
Key words: in-servicel damages, corrosion, main structures, fatigue cracks.
Сведения об авторах
Бутушин Сергей Викторович, 1948 г.р., окончил МАТИ (1971), кандидат технических наук, старший научный сотрудник НЦ ПЛГВС ГосНИИ ГА, автор 99 научных работ, область научных интересов -механика и работоспособность технических устройств и машин.
Никонов Валерий Васильевич, 1953 г.р., окончил МГУ им. М.В. Ломоносова (1976), доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой двигателей летательных аппаратов МГТУ ГА, автор более 100 научных работ, область научных интересов - прочность и живучесть летательных аппаратов.
Семин Александр Викторович, 1957 г.р., окончил МИИГА (1982), начальник группы НЦ ПЛГВС ГосНИИ ГА, автор 20 научных работ, область научных интересов - эксплуатационная прочность и ресурс ВС.
