CC BY
84
Оригинальная статья / Original article УДК: 656.7.08
DOI: 10.21285/1814-3520-2016-11-201 -206
МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ БЕЗОТКАЗНОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ ПОИСКОВО-СПАСАТЕЛЬНЫХ ОПЕРАЦИЙ С ПОМОЩЬЮ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ ПО МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИМ УСЛОВИЯМ
© А.В. Соболев1, В.А. Попов2, А.В. Селезнев3
Ульяновский институт гражданской авиации им. Главного маршала авиации Б.П. Бугаева, 432071, Россия, г. Ульяновск, ул. Можайского, 8/8.
РЕЗЮМЕ. ЦЕЛЬ. Поисково-спасательные операции (работы) (ПСО (Р)) проводятся с целью минимизации последствий авиационных происшествий (АП). Основным поисково-спасательным средством является поисковое воздушное судно (ВС), надежность и эффективность работы которого во многом зависят от метеорологической обстановки в районе авиационного происшествия. МЕТОД. В статье рассмотрен метод определения показателя безотказности воздушных судов при проведении ими ПСО (Р) по метеорологическим условиям. РЕЗУЛЬТАТЫ. Представлена структура метеорологических явлений в контексте теории надежности, выделены наиболее значимые критерии и предложены математические зависимости корректного определения надежности воздушных судов. ВЫВОДЫ. Разработанный метод позволит получить численные значения вероятности безотказности ВС, привлекаемых к проведению поисково-спасательных работ, что, по нашему мнению, обеспечит повышение уровня безопасности эксплуатируемых воздушных судов и, как следствие, повысит оперативные возможности спасания пострадавших в авиационном происшествии.
Ключевые слова: поиск и спасание, надежность, оптимизация, воздушное судно, метеорология.
Формат цитирования: Соболев А.В., Попов В.А., Селезнев А.В. Метод определения показателя безотказности проведения поисково-спасательных операций с помощью воздушных судов по метеорологическим условиям // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2016. Т. 20. № 11. С. 201-206. DOI: 10.21285/1814-3520-2016-11-201-206
THE METHOD DETERMINING THE RELIABILITY INDEX OF AVIATION SEARCH AND RESCUE OPERATIONS ACCORDING TO METEOROLOGICAL CONDITIONS A.V. Sobolev, V.A. Popov, A.V. Seleznev
Ulyanovsk Institute of Civil Aviation named after Chief Air Marshal B.P. Bugaev, 8/8 Mozhaiskogo St., Ulyanovsk, 432071, Russia.
ABSTRACT. PURPOSE. Search and rescue operations (works) (SRO (W)) are carried out in order to minimize the consequences of aviation accidents (AA). The main search and rescue tool is a search aircraft (SA) reliability and operation efficiency of which to a large extend depend on weather conditions in the area of the accident. METHOD. The article considers a method of determining the reliability index of the aircrafts performing SRO (W) according to the meteorological conditions. RESULTS. The structure of meteorological phenomena is presented in terms of the reliability theory; the most important criteria are distinguished; mathematical dependences of the accurate determination of aircraft reliability are proposed. CONCLUSION. The developed method will allow to obtain the numerical values of the reliability probability of the aircrafts engaged in search and rescue operations. According to the authors, this will increase the safety level of exploited aircrafts and as a result will enhance the operational capabilities of the rescue of aircraft accident survivers. Keywords: search and rescue, reliability, optimization, aircraft, meteorology
1Соболев Алексей Вячеславович, спасатель 3 класса, e-mail: al-4112@mail.ru Sobolev Aleksey, 3rd class rescue officer, e-mail: al-4112@mail.ru
2Попов Владимир Александрович, кандидат технических наук, доцент кафедры поискового и аварийно-спасательного обеспечения полетов и техносферной безопасности, e-mail: vpopov51@rambler.ru Popov Vladimir, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Search and Rescue Flight Operations and Technospheric Security, e-mail: vpopov51@rambler.ru
3Селезнев Андрей Владимирович, кандидат технических наук, доцент кафедры поискового и аварийно-спасательного обеспечения полетов и техносферной безопасности, e-mail: anceleznev@yandex.ru Seleznev Andrey, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Search and Rescue Flight Operations and Technospheric Security, e-mail: anceleznev@yandex.ru
For citation: Sobolev A.V., Popov V.A., Seleznev A.V. The method determining the reliability index of aviation search and rescue operations according to meteorological conditions // Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2016, vol. 20, no. 11, pp. 201-206. (In Russian) DOI: 10.21285/1814-3520-2016-11-201-206
Введение
В гражданской авиации особое значение уделяется обеспечению безопасности полетов на всех этапах летной эксплуатации воздушного судна (ВС). Система авиационно-космического поиска и спасания является частью обеспечения безопасности полетов в вопросах поискового, аварийно-спасательного и эвакуационного обеспечения полетов [1]. В ее ведении находятся силы и средства, способные оказывать экстренную помощь потерпевшим бедствие воздушным судам4.
В случае возникновения нештатной ситуации руководством координационных центров поиска и спасания на воздушном
транспорте принимается решение о привлечении поисково-спасательных сил и средств для оказания ими необходимой помощи. Наиболее функциональным и мобильным средством являются поисково-спасательные ВС. Кроме того, согласно Воздушному кодексу РФ (ст. 60), для проведения визуального поиска, эвакуации или оказания помощи при чрезвычайных ситуациях природного или техногенного характера, возникших на море или других водных бассейнах, могут привлекаться ВС, не оснащенные специальным поисково-спасательным оборудованием5,6.
Методы исследования и обсуждение результатов
Привлечение поисково-спасательных воздушных судов дает возможность более оперативно осуществлять поисковые мероприятия. При этом экипажи ВС должны уметь взаимодействовать с речными и морскими судами с помощью радиосвязи или визуальных сигналов и команд.
Однако статистика показывает, что около 9% всех поисково-спасательных операций (работ) (ПСО (Р)) осуществляется со сбоями по метеорологическим условиям. (рис. 1), В свою очередь это означает, что оказание помощи пострадавшим осуществляется с определенными ограничениями или задержкой по времени.
У всех технологических систем существуют свои пределы эксплуатации, вы-
ход за рамки которых не гарантирует правильную работу этой системы [2]. У ВС, как правило, пределы эксплуатации излагаются в руководстве по летной эксплуатации (РЛЭ), техническом описании [3].
Невозможность осуществления ПСО (Р) может быть вызвана тем, что метеорологические условия не позволяют безопасно использовать ВС в пределах заданных значений эксплуатации.
Моделирование и решение данной проблемы возможно с помощью оценки надежности воздушных судов. Особенностью надежности является ее связь со всеми этапами эксплуатации технической системы: от хранения на базе спасателей до возвращения обратно после проведения
4Попов В.А., Селезнев А.В. Организация и проведение поисково-спасательных операций (работ): учеб. пособие. Ульяновск: Изд-во УВАУ ГА(И), 2015. 160 с. / Popov V.A., Seleznev A.V. Organization and carrying out of search and rescue operations (works): Learning aids. Publ. Ulyanovsk: UVAU GA (I), 2015. 160 p.
5О введении в действие «Положения о привлечении гражданской авиации к ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций»: приказ МЧС России и Минтранса России от 20.10.1995 г. № 714/87 / On the implementation of the "Regulations on the involvement of civil aviation in emergency recovery": Order of the Russian Ministry of Emergency Situations and the Ministry of Transport of Russia from 20 October 1995 no. 714/87.
6Воздушный кодекс Российской Федерации: федер. закон РФ от 19.03.1997 г. № 60-ФЗ / Air Code of the Russian Federation: the Federal Law of the Russian Federation from 19 March 1997 no. 60-FZ.
Рис. 1. Динамика сбоев в работе ВС по метеоусловиям при проведении ПСО (Р)
за период с 2010 по 2015 гг. Fig. 1. Dynamics of aircraft failures due to meteorological conditions when performing SRO (W)
for the period from 2010 to 2015
Рис. 2. Логический процесс закладываемых параметров надежности в техническое средство Fig. 2. Logical process of designed aircraft reliability parameters
ПСО (Р) (рис. 2). Надежность ВС может рассматриваться на трех уровнях:
1. Проектирование: надежность обеспечивается инженерными решениями за счет изменения конструкции ВС.
2. Повседневное хранение: надежность обеспечивается соблюдением регламентных работ и качественным обслуживанием ВС техническим персоналом.
3. Эксплуатация по назначению: надежность обеспечивается соблюдением пилотами требований РЛЭ путем правильно принятого решения.
Безусловно, наибольшие возможности обеспечения требуемого уровня надежности технической системы определяются на этапе ее проектирования и создания. Однако в контексте поставленных задач основное внимание необходимо уделять именно процессу эксплуатации по
назначению, так как на этом этапе существует объективная возможность рассчитать количественные показатели работоспособности технической системы в конкретных условиях и дать соответствующие рекомендации по принятию решения.
Моделируя процесс принятия решения, оценивается множество критериев, оказывающих влияние на работоспособность ВС, но определение безотказности происходит по наиболее распространенным показателям, например, метеорологическим: скорости ветра (РД температуре воздуха (Р) видимости (Р0) и т.п. При этом метеорологические критерии имеют независимый характер, и, согласно теории надежности, структура критериев будет иметь вид системы без резервирования, как представлено на рис. 37.
ГОСТ 27.301-95. Надежность в технике. Расчет надежности. Основные положения. М.: Издательство стандартов, 2002 / GOST 27.301-95. Reliability in engineering. Calculation of reliability. Main provisions. Moscow: Publishing Standards, 2002.
Рис. 3. Структура влияния метеорологических критериев на надежность ВС Fig. 3. Structure of the meteorological criteria effect on aircraft reliability
Общая вероятность отказа ВС по метеорологическим критериям будет определяться выражением
Р = P • P-Р.
Определение закона распределения, интенсивности отказов и времени восстановления не представляется рациональным, так как для расчета этих параметров необходимо знать среднее время наработки для отказа [4]. Поскольку метеорологические критерии имеют высокую степень неопределенности, расчет вышеперечисленных критериев будет давать недостоверные результаты. Повысить надежность ВС возможно путем прогнозирования вычисления безотказности каждого из критериев ВС за аналогичный период прошлых лет по формуле
Пг ) = ^, N '
(1)
где Ы0 - общее число благоприятных дней; п - число неблагоприятных дней за рассматриваемый интервал времени.
Для определения числа неблагоприятных дней воспользуемся неравенством вида
n = Хф > Хд,
(2)
где Хф - фактический показатель критерия; Хд - допустимый показатель критерия;
[1, если условие выполняется;
[0, в противном случае.
Таким образом, можно провести экстраполяцию прошлого и настоящего на будущее.
Как известно, погодные явления имеют стохастический характер и изменя-
ются за короткий промежуток времени, и определяемая таким образом вероятность отказа будет некорректной относительно временных особенностей.
Нами были предложены математические зависимости, адаптированные для проведения практических расчетов. Так, общая вероятность безотказности будет определяться как сумма вероятностей безотказности каждого фактического показателя критерия, отнесенная к общему количеству показателей:
z p
P(t )=
г=1
N
(3)
где Р/ - вероятность безотказности каждого фактического показателя; N0 - общее количество показателей.
Исследованиями установлено, что вероятность изменения метеорологических явлений равновероятно может колебаться вблизи фактических значений. При этом отклонения сверх допустимого показателя будут характеризоваться как недопустимые с вероятностью безотказности равной 0, так как ни при каких обстоятельствах невозможна эксплуатация технического средства в условиях, превышающих допустимые:
Р =
Xй + n(-1)
Xй F
100;
(4)
0 > P < 1,
где Р - показатель отклонения от критического показателя, изменяемый от 1 до 100, %; п - фактический показатель критерия.
Р определяется, исходя из характера метеорологического явления по формуле
F =
Qc
срдень
100,
(5)
^^максгод
где Qмaксгод - максимальное годовое колебание; Qсрдень - среднее дневное колебание.
Предположим, к выполнению ПСО (Р) привлекается ВС, допустимый показатель скорости ветра (Хд]/) которого равен 10. Фактические показатели скорости ветра изменяются каждый час, а отклонение условно принято равным 40% (рис. 4).
ш
ш
m
ш
CP -Д (Л
G "О о !=
& 5
О
Время, час / Time, hour Рис. 4. Динамика фактической скорости ветра в зависимости от времени Fig. 4. Dynamics of the actual wind speed depending on the time
Выводы
Теоретически на момент возникновения аварийной ситуации ПСО (Р) возможно осуществить данным воздушным судном, так как скорость ветра равна 9 м/с. Однако общая вероятность безотказности ВС согласно формулам (1) и (2) будет рав-
на 0,6 (табл. 1). Это свидетельствует о том, что ВС может эксплуатироваться 6 часов из 10 допустимых по метеоусловиям. При использовании выведенных формул (3)-(5) общая вероятность безотказности ВС составит 0,28 (табл. 2).
Таблица 1
Вероятность безотказности ВС по скорости ветра согласно формулам (1) и (2)
Table 1
Probability of aircraft reliability by the wind speed according to the formulas (1) and (2)
Параметр / Parameter Значение / Value
Время, ч / Time, hour 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Скорость ветра, м/с / Wind speed, mps 11 12 8 7 6 7 9 11 13 9
Вероятность безотказности / Reliability probability 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1
Общая вероятность безотказности / Total probability of reliability 0,6
Таблица 2
Вероятность безотказности ВС по скорости ветра согласно формулам (3)-(5)
Table 2
Probability of aircraft reliability by the wind speed according to the formulas (3)-(5)
Параметр / Parameter Значение / Value
Время, ч / Time, hour 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Скорость ветра, м/с / Wind speed, mps 11 12 8 7 6 7 9 11 13 9
Вероятность безотказности / Reliability probability 0 0 0,4 0,6 0,8 0,6 0,2 0 0 0,2
Общая вероятность безотказности / Total probability of reliability 0,28
Продемонстрированный пример показывает, что определение вероятности безотказности по формулам (3)-(5) более точно отражает процесс метеорологических явлений, чем по формулам (1) и (2).
Представленный метод определения надежности ВС по применимости в различных метеорологических условиях при привлечении их к поисково-спаса-
тельным работам позволит определить численные значения надежности работы воздушных судов. Это позволит руководителю ПСО (Р) обоснованно принимать решения о привлечении альтернативных средств поиска и спасания, что может повысить оперативность оказания помощи пострадавшим в авиационном происшествии.
Библиографический список
1. Чугунов В.И. Поисковое и аварийно-спасательное обеспечение полетов авиации. Организация авиационной службы поиска и спасания. СПб.: Академия ГА, 2004. 105 с.
2. Струков А.В. Анализ международных и российских стандартов в области надежности, риска и безопасности [Электронный ресурс]. URL: http://szma.com/standarts_analysis.pdf (01.09.2016).
3. Половко А.М. Анализ надежности сложных технических систем по данным их эксплуатации. Надежность самолета ТУ-154 М. Показатели надежности сложной системы // Надежность. 2004. № 4 (23). С. 54-62.
4. Singpurvalla N. Survival in Dynamic Environments // Statistical Science. 1995. Vol. 1. No. 10. Р. 86-103.
References
1. Chugunov V.I. Poiskovoe i avariino-spasate'noe obespechenie poletov aviatsii. Organizatsiya aviatsion-noi sluzhby poiska i spasaniya [Search and rescue flight support. Organization of aviation search and rescue services]. St. Petersburg, Academy of Civil Aviation Publ., 2004, 105 р. (In Russian)
2. Strukov A.V. Analiz mezhdunarodnykh i rossiiskikh standartov v oblasti nadezhnosti, riska i bezopasnosti [Analysis of international and Russian standards of reliability, risk and safety]. Available at: http://szma.com/standarts_analysis.pdf (accessed
Критерии авторства
Соболев А.В., Попов В.А., Селезнев А.В. рассмотрели метод определения показателя безотказности воздушных судов при проведении ими поисково-спасательных операций по метеорологическим условиям, провели обобщение и написали рукопись. Соболев А.В. несет ответственность за плагиат.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
1 September 2016).
3. Polovko A.M. Analiz nadezhnosti slozhnykh tekhnicheskikh sistem po dannym ikh ekspluatatsii. Nadezhnost' samoleta TU-154 M. Pokazateli nadezhnosti slozhnoi sistemy [Reliability analysis of complex technical systems according to their operation data. Tu-154 M plane reliability. Reliability indices of a complex system]. Nadjozhnost' [Reliability]. 2004, no. 4 (23), pp. 54-62. (In Russian)
4. Singpurvalla N. Survival in Dynamic Environments. Statistical Science. 1995, vol. 1, no. 10, pp. 86-103.
Authorship criteria
Sobolev A.V., Popov V.A., Seleznev A.V. considered the method for determining the reliability index of air-crafts performing search and rescue operations according to meteorological conditions, summarized the material and wrote the manuscript. Sobolev A.V. bears the responsibility for plagiarism.
Conflict of interests
The authors declare that there is no conflict of interests regarding the publication of this article.
Статья поступила 07.07.2016 г.
The article was received 07 Jule 2016
