CC BY
61
ной годности гражданских воздушных судов. М. : УПЛГ ФАС России, 1998. 137 с.
2. Воробьев, В. Г. Надежность и эффективность авиационного оборудования / В. Г. Воробьев, В. Д. Константинов. М. : Транспорт, 1995. 143 с.
3. Новожилов, Г. В. Безопасность полета самолета. Концепция и технология / Г. В. Новожилов, М. С. Неймарк, Л. Г. Цесарский. М. : Машиностроение, 2003. 143 с.
4. ОСТ 1 00132-84. Надежность изделий авиационной техники. Методы количественного анализа безотказности функциональных систем при проектировании самолетов и вертолетов.
5. Емелин, Н. М. Отработка систем технического обслуживания летательных аппаратов / Н. М. Емелин. М. : Машиностроение, 1995. 128 с.
6. Нормы летной годности самолетов. Авиационные правила : АП-25. М. : МАК, 1989.
O. G. Boyko
ABOUT THE POSSIBILITY OF MARC'S APPROXIMATION IN THE CALCULATIONS OF RELIABILITY OF THE CIVIL AVIATION AIRPLANES FUNCTIONAL SYSTEMS
The methodic questions of using the theory of marc's processes in the calculations of complicated systems reliability are viwed.
УДК 621.431.75
И. А. Толманов, А. И. Толманов МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ПС-90А
Предложена методика определения технического и ресурсного состояния парка авиадвигателей ПС-90А относительно «идеального», которая позволяет оптимизировать эксплуатацию двигателя до выработки межремонтного ресурса.
В настоящее время у эксплуатирующих предприятий гражданской авиации существует много проблем, одна из них - это большие затраты на ремонт и покупку двигателей. Приобретая двигатель, авиапредприятие становится перед выбором: купить новый двигатель, взять в аренду или приобрести отремонтированный. Покупая новый двигатель, авиапредприятие затрачивает огромные денежные суммы, кроме того, у нового двигателя есть период приработки, а значит, возможны неисправности и отказы, но предприятие получает гарантийное обслуживание двигателя от завода-изготовителя.
Приобретая отремонтированный двигатель, авиапредприятие затратит меньше денежных средств, чем при покупке нового, но у двигателя не будет периода приработки. С другой стороны, нет гарантии на ремонт, т. е. придется тратить денежные и временные ресурсы на оценку технического состояния, продление ресурса, покупку агрегатов и комплектующих изделий (АиКИ) двигателя.
Объектом анализа является двигатель ПС-90А, который представляет собой турбовентиляторный двух-контурный двигатель тягой 16 000 кгс с высокой степенью двухконтурности, со смешением потоков воздуха наружного и газа внутреннего контуров в общем реактивном сопле и с реверсом тяги в наружном контуре.
Двигатель ПС-90А разработан ОАО «Авиадвигатель» и сертифицирован в 1992 г. (Сертификат типа № 16Д от 03.04.1992 г. Авирегистра МАК).
ПС-90А эксплуатируется на пассажирских самолетах Ил-96-300 (с 1993 г.), Ту-204 (с 1996 г.), Ту-214 (с 2001 г.), а также на транспортном самолете ИЛ-76 МФ.
Серийно выпускается ОАО «Пермский моторный завод», (в июле 2002 г. ПМЗ отправил 4 двигателя ПС-90А, изготовленных по заказу Росавиакосмоса для самолета президента России Ил-96-300ПУ).
Разработчиком постоянно ведутся работы по совершенствованию двигателя. За десять лет после сертификации двигателя ПС-90А ОАО «Авиадвигатель» получило 18 дополнений к основному сертификату, средняя наработка на отправку двигателя в ремонт выросла в 6-7 раз за счет увеличения назначенных ресурсов на агрегаты и комплектующие изделия (АиКИ). По комплексу технико-экономических характеристик ПС-90А находится на уровне лучших современных двигателей в своем классе тяги 16-18 тс.
Статистические данные по наработке самолетов Ту-204-100, Ту-214, Ил-96-300, а также по двигателям ПС-90А, которые на них установлены, были собраны в ОАО АК «Красноярские авиалинии» и у представителей Пермского моторного завода.
Анализируемые двигатели установлены на трех ВС Ту-204-100 (по 2 двигателя), одном Ту-214 (по 2 двигателя) и на двух Ил-96-300 (по 4 двигателя).
В связи с тем, что ВС эксплуатируются на линиях разной протяженности и с разной интенсивностью, суммарное количество посадок и суммарный налет за 2005 г. существенно отличаются в зависимости от типа ВС и сезона (рис. 1). Следует отметить, что в сентябре 2005 г. был запрет на эксплуатацию ВС Ил-96-300 по причине обнаружения дефектов, а данных за декабрь нет.
Средняя продолжительность полета для различных типов ВС помесячно и за год представлена графически на рис. 2.
Рис. 2. Средняя продолжительность полета для различных типов ВС
По данным графиков видно, что продолжительность полета не постоянная в течение года, а главное, что средняя за год изменяется в зависимости от типа ВС: от 4,1 ч для Ту-204-100 до 6,3 ч для Ил-96-300. Этот важный факт используем в дальнейшем.
В результате обработки статистических данных по восемнадцати двигателям по состоянию на декабрь 2005 г. разработана методика определения технического состояния двигателя ПС-90А.
Для того чтобы оценить техническое состояние конкретного двигателя предлагается методика сравнения его с «идеальным» (идеальным считаем двигатель, собранный из АиКИ с максимально возможными ресурсами). Эта оценка возможна в эксплуатации, когда необходимо сравнить между собой весь имеющийся парк двигателей, такую же оценку необходимо производить при покупке, продаже, аренде, принятии двигателя с ремонта и т. д.
Методика сравнения процентного состояния двигателя с «идеальным» заключается в следующем:
- определение рассматриваемого перечня агрегатов и комплектующих изделий, подлежащих анализу для определения «реального» состояния двигателя;
- разделение АиКИ на две группы: ограниченные ресурсом по часам и по циклам;
- выбор АиКИ с максимальными ресурсами;
- комплектование «идеально» двигателя;
- для каждого отдельно взятого двигателя производится пересчет ресурсов АиКИ отдельно по часовой и циклической составляющим в проценты от «идеального»;
- сравнение двигателей отдельно по часовой и по циклической составляющим в процентном отношении с «идеальным»;
- анализ состояния парка двигателей.
Блок-схема методики определения состояния двигателя приведена на рис. 3.
Рассмотрим более подробно каждый из блоков. Блок «Парк двигателей» - это сбор статистической информации. В нашем случае эта информация по 10 двигателям авиакомпании «Красноярские авиалинии» и по 8 двигателям авиакомпании «Домодедовские авиалинии», которые установлены на шести ВС и 2 в запасе.
Блок «Двигатель ПС-90А» подразумевает собой индивидуальный подход к каждому двигателю, т. е. на каком воздушном судне он эксплуатируется. Несмотря на то, что двигатель ПС-90А универсальный (устанавливается на различных типах ВС: Ил-96-300, Ту-204, Ту-214 и др.), имеются отличия в назначенных ресурсах некоторых АиКИ.
Парк двигателей ПС-90А
г
Двигател ь ПС-90А
г
Выбор АиКИ подлежащих анализу
г
Анализ ресурса
Ресурс по часам
I
По техническому состоянию
I
Ресурс по часам и циклам
Ресурс по циклам
Выбор агрегатов с максимально возможным ресурсом Выбор агрегатов с максимально возможным ресурсом
Пересчет ресурса в проценты от «идеального»
л г
«Идеальный » двигатель
Пересчет ресурса в проценты от «идеального»
Рис. 3. Схема методики определения состояния двигателя ПС-90А
На некоторых двигателях стоят агрегаты РЭД-90 (регулятор электронный двигателя) 8 серии (Ту-214), а на других отсутствует. Коробка приводов двигателя, устанавливающихся на Ту-204, Ту-214, имеет максимальный назначенный ресурс 9 400 ч (по состоянию на 01.12.2005 г.), а на Ил-96-300 - 29 150 ч. Для того чтобы не вносить ошибку при расчетах, было сделано допущение, что ресурс коробки приводов равен 9 400 ч, а РЭД-90 не учитывался.
Блок «Выбор АиКИ подлежащих анализу» - перечень агрегатов берется только из формуляра двигателя (216 АиКИ).
Блок «Анализ ресурса». Все АиКИ можно разделить на три группы, каждая из которых эксплуатируется по часам (блок «Ресурс по часам»), по циклам (блок «Ресурс по циклам») и по состоянию. АиКИ, которые эксплуатируются по состоянию, не учитывались (так как не было возможности достоверно оценить их состояние).
В следующем блоке производится выбор агрегатов с максимально возможным назначенным ресурсом из формулярных данных восемнадцати двигателей отдельно по часам и по циклам. Из этих АиКИ «собирается» «идеальный» двигатель. Здесь следует отметить, что одни и те же АиКИ на разных двигателях могут иметь отличающиеся назначенные ресурсы, даже если двигатели новые, поэтому понятие «идеальный» двигатель труднодостижимое в реальном исполнении.
Далее идет пересчет АиКИ каждого двигателя в проценты от «идеального».
Наконец строятся диаграммы состояния парка двигателей в процентах от «идеального» отдельно по циклической и по часовой составляющим, и производится их анализ.
Диаграмма состояния двигателей по отношению к «идеальному» в процентах по циклической составляющей представлена на рис. 4. Эта диаграмма ран-
жирована по возрастанию и двигателям присвоены условные номера от 1 до 18, под номером 19 «идеальный» двигатель. Аналогичная диаграмма (рис. 5), но по часовой составляющей (двигатели в том же порядке).
Цифры на поле каждого двигателя на рис. 4 - это остаточный межремонтный ресурс на момент анализа по циклической составляющей, а на рис. 5 - остаточный межремонтный ресурс данного двигателя в летных часах (по часовой составляющей).
Прежде чем анализировать полученные результаты, делать выводы и обоснованные рекомендации по дальнейшей эксплуатации двигателей ПС-90А, необходимо заметить, что с 1997 г. эксплуатация двигателя ведется по современной экономичной теории: перевод управления ресурсами двигателя ПС-90А на стратегию № 2. По новой методологии базой для увеличения ресурса является назначенный ресурс основных Аи-КИ, определенный путем опережающих циклические испытания на установках поузловой доводки вне двигателя, а также анализ реальных условий эксплуатации двигателя ПС-90А. Из этого следует, что максимальный межремонтный ресурс по часам для двигателя не может быть больше минимального назначенного ресурса АиКИ, который можно заменить только при ремонте. Агрегаты и комплектующие изделия, которые можно заменить при эксплуатации, т. е. навесные АиКИ (среди АиКИ эксплуатирующихся по часам их большинство), могут иметь назначенный ресурс меньше межремонтного ресурса по часам (насос, насос-регулятор, автомат распределения топлива, термодатчик, генератор и т. д.). В нашем случае АиКИ определяющим величину межремонтного ресурса по часам является подшипник шариковый компрессора высокого давления - 11 000 ч, он может быть заменен только при ремонте.
100 -Т %
90 -80 -70
60 4 50 -40 -| 30 20 10 -0
96
71 71 71 71
100 циклы 5500
3500
- 2500
- 500
Рис. 4. Состояние двигателей по отношению к «идеальному» в процентах (по циклической составляющей): —♦--изменение остаточного ресурса двигателей по цикличной составляющей
500
Рис. 5. Состояние двигателей по отношению к «идеальному» в процентах (по часовой составляющей): —ф--изменение остаточного ресурса двигателей по цикличной составляющей
Аналогичная ситуация с АиКИ, которые эксплуатируются по циклам. Среди них тоже есть АиКИ, которые можно заменить в процессе эксплуатации (стартер воздушный, электромагнит), но их мало, большинство можно заменить только при ремонте; лимитирующим межремонтным ресурсом по циклам является ТВД дефлектор диска 2-й ступени - 1 963 цикла.
Итак, у «идеального» двигателя межремонтный ресурс по часам 11 000 ч, а по циклам 1 963 цикла. В формулярных данных есть АиКИ, которые эксплуатируются и по часам, и по циклам одновременно, для того чтобы не вносить ошибку и не учитывать эти АиКИ дважды, необходимо производить анализ, по какой из составляющих раньше вырабатывается ресурс, и учитывать только одну из них.
Из диаграммы (рис. 4) видно, что максимальное отличие в техническом состоянии по циклической составляющей у двигателей между собой 29 %, а от «идеального» 33 %. Разница в техническом состоянии значительная, но больший интерес представляет то, что относительную монотонность возрастания остаточного межремонтного ресурса двигателя (цифры на поле) с увеличением номера нарушают ресурсы двигателей № 3, 9, 10, 11, 12. В результате детального изучения «истории жизни» этих двигателей оказалось, что двигатель № 3 досрочно снят 05.07.2004 г. по причине помпажа, двигатель № 9 был снят досрочно после отработки 59 циклов, а № 10 после отработки 89 циклов, двигатель № 11 снят досрочно 25.12.2004 г. -помпаж, двигатель № 12 снят 07.10.2004 г. - попадание птицы.
Досрочно снятые двигатели прошли восстановительный ремонт и заменой АиКИ им был повышен межремонтный ресурс и по циклам и по часам. Здесь можно сделать вывод, что проценты от «идеального» характеризуют общее техническое состояние, а цифры на поле - ресурсное состояние двигателей по циклической составляющей.
Следует отметить, что на техническое состояние двигателя не влияет год выпуска: «лучший» двигатель под № 18 изготовлен в 1993 г., двигатель под № 2 («плохой») изготовлен 2003 г. Среди парка двигателей есть «патриарх» (№ 5), который выпущен в 1989 г. (за три года до сертификации), но после капитального ремонта резко возрастает его техническое состояние. Можно сделать вывод, что на техническое состояние ПС-90А мало влияет наработка с начала эксплуатации (СНЭ), а определяющим является наработка после последнего ремонта (ППР). У двигателя № 18 наработка ППР составляет по часам 6 %, по циклам - 8 % от межремонтных ресурсов (на декабрь 2005 г.).
Анализ диаграммы на рис. 5 показывает, что максимальное отличие в общем техническом состоянии по часовой составляющей у двигателей между собой еще больше - 41 %, а от «идеального» - 60 %.
В ресурсном состоянии двигатели очень сильно отличаются друг от друга:
- по циклической составляющей от 304 цикла до
I 714 цикла;
- по часовой составляющей от 1 102 ч до 10 346 ч.
Для справки: двигатели на Ту-214 за 7 месяцев
2005 г. налетали 1 862 ч.
Двигатель № 5, установленный на Ту-204-100, через 7-8 месяцев должен быть отправлен в капитальный ремонт, а двигатель № 14, стоящий на том же ВС, при той же интенсивности эксплуатации прослужит еще два года и отправится в ремонт с выработанным ресурсом по циклам и остаточным ресурсом по летным часам равным 5 650. Это больше половины от межремонтного ресурса по часам, который равен
II 000 ч.
Чтобы выяснить хорошо это или плохо введем два понятия: коэффициент эксплуатационный - Кэ и коэффициент действительный - Кд.
Кэ определим как отношение годовой наработки в летных часах к количеству посадок за год, а Кд как
отношение межремонтного ресурса в часах к межремонтному ресурсу в циклах (посадках).
Коэффициент Кэ численно равен средне годовой продолжительности полета в часах: для Ту-204-100 он равен 4,1; для Ту-214 - 5,1; для Ил-96-300 - 6,3 (рис. 2).
В связи с тем, что в процессе эксплуатации межремонтные ресурсы по часам и по циклам расходуются двигателями, установленными на разные ВС, с разной интенсивностью, коэффициент Кд будет меняться, а на момент анализа ресурсного состояния двигателей будет представлять собой отношение остаточного ресурса по часам к остаточному ресурсу по циклам.
Значения Кэ и Кд для двигателей, установленных на свои ВС, представлены на рис. 6.
Если Кд у нового или после ремонта двигателя больше чем Кэ, то в процессе эксплуатации он будет возрастать и к моменту выработки межремонтного ресурса (МРР) по циклам останется очень большой запас по часам (двигатели № 14, 2, 13, 7 особенно № 1 и 4). Причиной очень больших значений Кд двигателей № 1 и 4 является то, что после ремонта они при-
шли с Кд, равным 11,5 и 12,7 (МРР равно 11 000 ч -960 циклов и 11 000 ч - 855 циклов) соответственно. Ни одно из ВС компании не летает с такими Кэ. Следует учитывать, что максимальную работу (а значит и прибыль) двигатели произведут в том случае, когда к очередному ремонту подойдут с выработанными ресурсами и по часам и по циклам, т. е. (в идеальном случае), когда Кд = Кэ.
Сравнивая Кд и Кэ между собой для каждого двигателя и для парка в целом, можно сделать вывод, что основной массив двигателей придет к очередному ремонту с большим запасом ресурса по часам.
Забегая вперед, отметим, что стоимость восстановления ресурса по циклам обходится значительно дороже, чем восстановление ресурса по часам, а восстанавливать ресурс по циклам под оставшийся ресурс по часам не выгодно, так как увеличивается частота ремонтов и на стоимость ремонта окажет большее влияние постоянная составляющая ремонта (транспортировка, разборка, промывка, дефектация и т. д.), но эта тема следующей публикации.
24,8
15,2
11,3
А1
А2
3 11 19 A3 Б
8 18
В1
В2
Рис. 6. Значение коэффициентов Кэ и Кд для парка двигателей ПС-90А: А1, А2, А3 - ВС Ту-204-100; Б - ВС Ту-214; В1, В2 - ВС Ил-96-300
I. A. Tolmanov, A. I. Tolmanov THE METHODS OF ENGINE PS-90A TECHNICAL CONDITION DEFINITION
The methods of defining the technical and resource condition is proposed for engines PS-90A relatively with «Ideal». The methods allow to optimize the exploitation methods the engine till the output of the petween-repair resource.
25
20
20
15
10
5
5
0
0
