CC BY
112
2005 НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА 86(4)
серия Эксплуатация воздушного транспорта и ремонт авиационной техники. Безопасность полетов
УДК 629.735.017
НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ ПРОЦЕДУР КОНТРОЛЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ
ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ
Б.В. ЗУБКОВ, А.С. СКРИПЧЕНКО
В статье рассмотрены вопросы оценки и контроля летной годности ВС в условиях эксплуатационного предприятия.
Введение
Состояние проблемы безопасности полетов во многом определяется эффективностью действующей системы сохранения летной годности ВС. Проблема сохранения летной годности является одной из актуальных в сфере технической эксплуатации авиационной техники. Ее особая актуальность в современных условиях отрасли обуславливается рядом важных обстоятельств. К числу их относится множество самостоятельных авиапредприятий; изменение принципов, правил и форм государственного регулирования в авиационной отрасли; эксплуатируется парк стареющих ВС; необходимость обеспечения
конкурентоспособности отечественных ВС и повышения эффективности процессов их создания и эксплуатации.
В изменившихся условиях решение рассматриваемой проблемы усложняется. Старая система управления процессами поддержания ЛГ ВС и система нормативных документов неработоспособны. Вопросы обеспечения, поддержания и сохранения ЛГ в действующих документах регламентируются отрывочно и не образуют единую систему.
В настоящее время исключительно актуальным стал вопрос о дальнейшем развитии отечественной правовой, нормативно-технической и методической базы в гражданской авиации России в части сохранения летной годности гражданских ВС.
При решении данной проблемы требуются новые подходы привлечения к работе специалистов ряда организаций и предприятий. При этом требуется также более глубокое изучение с целью возможного использования основных положений, принципов и правил обеспечения и сохранения летной годности ВС, содержащихся в документах ИКАО.
Создание правовой, нормативно-технической и методической баз системы сохранения летной годности, отвечающих требованиям времени, следует осуществлять с системных позиций.
Исходя из изложенного в качестве первоочередной задачи возникает необходимость в обосновании концепции разработки системы сохранения летной годности ВС, отражающей: современное состояние проблемы; исходные положения концепции; факторы, определяющие сохранение летной годности ВС; принципы формирования нормативной базы; методы и процедуры контроля и оценки летной годности; основы управления сохранением летной годности.
Методология выборочного контроля опасных зон конструкции планера ВС
При формировании системы сохранения ЛГ ВС разрабатывается научно-методическая и организационно-техническая база. При этом в процессе эксплуатации ВС прежде всего уделяется внимание разработке и совершенствованию методов и процедур контроля и оценки ЛГ ВС. В соответствии со структурой системы сохранения ЛГ ВС их действие направлено на
совершенствование эксплуатационной и ремонтной документации. Это должно явиться основой для разработки требований по поддержанию и сохранению ЛГ ВС.
Необходимо отметить, что рассмотрение факторов, влияющих на ЛГ ВС, таких как базовая программа ТО и Р; типовая эксплуатационная документация; технологические процессы ТО и Р и др. позволяет сделать вывод о необходимости их корректировки на этапе эксплуатации ВС с целью постоянного поддержания и сохранения его ЛГ. Научно - обоснованный механизм принятия решений для такой корректировки может быть получен только путем разработки методик поддержания и процедур контроля и оценки ЛГ ВС в эксплуатационном авиапредприятии (ЭАП). Это утверждение, прежде всего, относится к контролю и сохранению целостности конструкции ВС, т.к. решение о доработках может быть принято только на основании процедуры контроля ЛГ ВС непосредственно в условиях эксплуатации.
Постановка задачи
В условиях эксплуатации на конструкцию планера ВС действует комплекс факторов, связанных с условиями летной и технической эксплуатации: в полете - действующие нагрузки, уровень и частота их повторяемости, характер вибраций; на земле - внешняя среда и ее воздействие (влажность, запыленность, осадки, солнечная радиация и т.д.). Повреждения, возникающие в элементах конструкции планера, носят случайный характер. Наработки до возникновения повреждений можно описать известными законами распределения непрерывной случайной величины с учетом физических причин возникновения повреждений (табл. 1).
Таблица 1.
Виды повреждений элементов планера
Повреждения Причина Распределение наработки до возникновения повреждения Частота повторяемости повреждений, %
Трещины У сталостные напряжения Логарифмически -нормальное 40
Вмятины, забоины Удары посторонними предметами Экспоненциальное 20
Коррозия Воздействие окружающей среды Вейбулла 10
Люфты, зазоры Износ Нормальное 30
Для сохранения целостности конструкции планера, ее соответствия требованиям ЛГ различные повреждения подлежат контролю и устранению при ТО. Совокупность объемов и периодичность работ по ТО планера определяется принципами заложенных в ВС конструкторских решений, наличием средств и методов диагностирования. Явления износа и коррозии требуют применения специальных видов и средств контроля, при этом существенным является частота контрольных осмотров. Трудоемкость таких работ зависит от наработки. При формировании процедур контроля целостности конструкции планера должны учитываться следующие особенности: опасные зоны силовых элементов, где могут образовываться усталостные повреждения, определяются разработчиком ВС в период проектирования и испытаний; они должны быть доступны для контроля; остаточная прочность конструкции должна обеспечивать ее
целостность до момента обнаружения повреждений; скорость развития повреждений исследуется предварительно; используются специальные методы и средства неразрушающего контроля.
Эти условия позволяют реализовать принцип безопасного повреждения, заложенный в конструкции планера.
В связи со случайным характером возникновения повреждений значительная часть работ по планеру выполняется по результатам диагностирования, т.е. широко используется стратегия ТОСКП (изделия эксплуатируются до предотказного состояния).
Для особо важных элементов конструкции планера применяется стратегия ТОНАР (изделия эксплуатируются до выработки ресурса независимо от ТС).
Поддержание и сохранение ЛГ ВС в ЭАП обеспечивается комплексом работ, в том числе по техническому обслуживанию планера, который включает:
1. постоянный объем работ - регламентные плановые работы не зависят от наработки и ТС конструкции (визуальный внешний осмотр целостности конструкции, удаление влаги в подпольном пространстве фюзеляжа, контроль затяжки болтовых соединений, контроль люфтов и зазоров, контроль «опасных зон»);
2. переменный объем работ - неплановые работы, которые зависят от результатов контроля и диагностирования (удаление коррозии, восстановление покрытий, регулировка зазоров, восстановление герметизации фюзеляжа и крыла, удаление повреждений, доработка конструкции).
Рассмотренные условия для организации процедуры контроля планера ВС в ЭАП предполагают использование выборочного метода, когда решение о техническом состоянии планера (целостности конструкции) принимается по результатам контроля ограниченного объема опасных зон.
Программа контроля планера выборочным методом является частью программы ТО и Р и включает:
- осмотры при регламентном обслуживании в оперативном цикле ТО (предполетные маршрутные осмотры в промежуточном порту);
- разовые специальные проверки в случаях неисправности после грубой посадки, после влияния особых климатических условий;
- многоразовый выборочный контроль при тяжелых формах ТО.
Выборочный метод контроля предполагает сокращение объемов наблюдений не только по ограниченному количеству опасных зон планера ВС, но и по ограниченному количеству осматриваемых ВС парка. При достаточно больших объемах парка ВС (NBC >30) этот метод целесообразен и экономичен, однако требует специального математического обоснования режимов выборочного контроля (количества ВС, перечня числа опасных зон и периодичности их контроля в часах наработки).
Таким образом, основная задача организации контроля целостности конструкции планера при сохранения ЛГ ВС в ЭАП формулируется так: «Определение плана выборочного контроля опасных зон конструкции планера». План выборочного контроля позволяет оценить состояние опасных зон конструкции планера, в которых к опасным типам неисправностей относятся процессы накопления усталостных, износовых и коррозионных повреждений.
Под планом выборочного контроля понимается количество контролируемых ВС парка- nt,
периодичность контроля (наработка ВС до осмотра)- ti, количества осмотров- i = 1, m.
Критерием оценки ТС рассматривается минимальная вероятность появления повреждения Rc, которая определяется с учетом вероятности ее образования, накопления и обнаружения:
R*C = min RC {ti, ni, i = 1, m} (1)
Алгоритм определения режимов выборочного контроля и схемы принятия решений о продолжении эксплуатации в ЭАП представлен на рис. 1.
Исходная информация
Этапы выборочного контроля
Количество ВС в парке №с
Перечень опасных зон а
Периодичность ТО 1то
Функция распределения наработки до повреждения * (tJ ,0)
Вероятность непоявления повреждения Р(ч=1)
1 нет повреждения Ці = |^0 повреждение
Выборочный контроль на период до появления повреждения
Статистические данные по наработкам до подтверждения к-}
Средний ресурс трср
Вероятность появления повреждения Ко
Величина подтверждения при разовом осмотре
Допустимая величина повреждения ёдоп
Модель развития повреждения в отказ
Статистические данные по наработкам до подтверждения с учетом его развития к}
Назначенный ресурс Тн
Г
Предкритическая величина повреждения ёпкр
Разработка мероприятий по поддержанию целостности конструкции планера
Рис. 1. Алгоритм определения режимов выборочного контроля и схемы принятия решения
Алгоритм устанавливает этапы выборочного контроля; схему принятия решений о корректировке характеристик плана контроля, о продолжении эксплуатации; перечень исходной информации. При реализации данного алгоритма вероятность появления повреждения рассматривается как допустимый риск при принятии решения о дальнейшей эксплуатации ВС. Задание допустимых рисков устанавливается путем оценки потерь от неверно принятых решений и обусловлено требованиями Норм летной годности ВС, разрешающей способностью применяемых средств дефектации опасных зон и ошибками из-за ограниченного объема наблюдений. Рекомендуемые значения Я*с составляют 0.05-0.01.
Разработка процедуры контроля опасных зон конструкции планера
На основе анализа опыта эксплуатации отечественных и зарубежных ВС, результатов дефектации опасных зон конструкции ВС, результатов использования средств неразрушающего контроля целесообразно рассмотреть три этапа выборочного контроля (рис. 2).
1 этап: контроль опасных зон планера ВС при выполнении ТО с периодичностью, предусмотренной регламентом на период до обнаружения повреждения;
2 этап: контроль опасных зон планера ВС при разовом осмотре;
3 этап: контроль опасных зон планера ВС с учетом развития повреждения и перерастания его в отказ при многоразовых осмотрах.
Реализация такой схемы проведения осмотров опасных зон планера ВС предполагает предварительное определение плана контроля и формирование осматриваемых ВС в выборку случайным образом. Определение плана выборочного контроля следует выполнять индивидуально для каждого этапа контроля.
Процедура контроля опасных зон конструкции планера включает: подготовку исходной информации; установление риска эксплуатации как вероятности появления повреждения; определение и согласование характеристик плана выборочного контроля для каждого этапа; проведение контроля опасных зон средствами неразрушающего контроля; принятие решений о продолжении эксплуатации ВС или разработке мероприятий для поддержания ЛГ; анализ результатов контроля и выводы о их соответствии нормам ЛГ ВС в части целостности конструкции планера.
Для 1-го этапа контроля определению подлежит количество ВС, на которых будет проводиться осмотр опасных зон. Рассматривается вероятность непоявления повреждения Р(gi = 1)=0.95...0.98. Основное уравнение для определения характеристик плана контроля запишется в виде:
Р(а = 1)=[1-(2)
где Р, М) - вероятность распределения наработки до появления повреждения;
К-количество ВС парка;
п - количество контролируемых ВС;
X - периодичность регламентных работ;
М- параметр распределения.
п1=3
п2=4
п3=5
Рис.2. Схема проведения выборочного контроля опасных зон конструкции планера
Функция распределения наработки Р(^ М) - появления повреждения должна определяться в соответствии с характером повреждения. Предварительными исследованиями установлено, что для усталостного вида повреждений Р (^ М) - логарифмически
нормальное распределение, для износовых повреждений - нормальное распределение, для коррозийных повреждений - распределение Вейбулла (табл. 1). Например, для контроля процесса износового характера уравнение запишется в виде:
Р( & = 1) =
а
N-щ
(3)
где Тср - математическое ожидание наработки до появления износа, превышающего установленную допустимую величину в соответствии с технической документацией; о - среднеквадратическое отклонение наработки до появления износа;
и _ т ф(1 ср)
а
табличное значение функции нормального распределения.
При подтверждении гипотезы о законе распределения наработки до появления повреждения принимают: Тср=Т*ср; о = о *. Определение Т*ср и о * должно производиться
статистическими методами на базе накопленных данных по износовым повреждениям опасных зон (результаты дефектации по данным АРЗ).
Решение уравнения (3) относительно п позволяет определить план выборочного контроля опасных зон конструкции планера ВС на предмет наличия износовых повреждений, превышающих допустимые значения.
Для 2-го этапа контроля - проведение разового осмотра после обнаружения повреждения при регламентных осмотрах, определению подлежат две величины: '2 - количество контролируемых ВС и 12 - периодичность осмотра в часах наработки, которая должна назначаться дополнительно к регламенту. Основным уравнением для решения задачи будет:
Яс = Р (г2,М) +[1 - Р (12,М) ]”2 +[Р (ТКР ,М) - Р (г2,М) ] (4)
где Яе=1-Р - вероятность появления повреждения при разовом осмотре (риск эксплуатации);
Р(*2,М) - вероятность появления повреждения при наработке г2, определяется с учетом закона расширения наработки до появления контролируемого повреждения;
[1-Р^М)]”2 - вероятность не появления повреждения на ”2 контролируемых ВС при наработке г 2;
[р (Тс ,М) - Р (г 2,М)] - вероятность появления повреждения после осмотра при наработке г 2 до выработки ресурса;
Трср - средний ресурс ВС.
Решение уравнения (4) относительно неизвестных ”2 и г2 позволяет установить план выборочного контроля опасных зон конструкции планера ВС для разового осмотра.
Для многоразовых осмотров план выборочного контроля определяется в соответствии с уравнением
Яс = Р(12, М) + Ё Щ [1 - Р(',,«)]”' }[РЛ М) - р((,-„«)] (5)
¿=2 [ . =2
где Р (г 2, М) - вероятность появления повреждения при разовом осмотре;
г , - вероятность непоявления повреждения при каждом последующем
[1-Р(г., М 1-м осмотре;
. [Р(1„в) - Р(<НМ)] - вероятность появления повреждения между
осмотрами;
di - величина повреждения при разовом осмотре; ёд - допустимая величина повреждения.
Решение уравнения (5) относительно неизвестных ”|, г,, 1=1,ш будет являться планом выборочного контроля для многоразовых осмотров опасных зон конструкции планера ВС. Результаты дефектации на этом этапе позволяют наблюдать развитие дефекта.
Рассмотренное математическое обеспечение процедуры контроля опасных зон конструкции позволяет получать планы выборочного контроля в альтернативном виде и формировать несколько его вариантов.
При назначении различных рисков эксплуатации и рассмотрении различной периодичности ТО представляется возможным определить соответствующее количество осматриваемых ВС. Так, например, для контроля повреждений в опасных зонах планера могут быть получены следующие планы контроля ВС:
при объеме парка КВС=30, объемы выборок: п=3 (10% от ЫВС ) ДЛЯ гТО = 1800ч. (1 вариант);
п=10 (30% от ЫВС) для гТО = 2500ч. (2 вариант);
п=20 (66% от ЫВС) для гТО = 4000ч. (3 вариант).
Такие планы контроля были получены для самолета Ил-62М при осмотрах скоса ребра нижней панели (бак №5) в АТБ ДПО на периодическом ТО (300 ч.) для 1-го этапа контроля - до обнаружения повреждения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Нормы летной годности гражданских транспортных самолетов (НЛГС - 3). М.: СЭВ, 1985.
2. Безопасность полетов / Под ред. Р.В. Сакача. - М.: Транспорт.
3. Смирнов Н.Н., Чинючин Ю.М. и др. Техническая эксплуатация летательных аппаратов. Учебник для вузов / Под ред. Н.Н. Смирнова. - М.: Транспорт, 1990.
4. Герасимова Е.Д., Полякова И.Ф. Эксплуатационная надежность и режимы технического обслуживания ЛА и АД. Пособие по выполнению комплекса практических и лабораторных работ. - М.: МГТУ ГА, 1999.
SCIENTIFIC-METHODICAL BASES OF CONSTRUCTING PROCEDURES OF TESTING THE FLYING FITNESS OF THE AIRCRAFTS AT EXPLOITATION
Zubkov B.V. , Skripchenko A.S.
This article contains the method of the valuation of the level of the air safety of aircraft and its application in an atmosphere of the exploitation.
Сведения об авторах
Зубков Борис Васильевич, 1940 г.р., окончил КИИГА (1966), действительный член Академии наук авиации и воздухоплавания, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой безопасности полетов и жизнедеятельности МГТУ ГА, автор более 100 научных работ, область научных интересов - вопросы обеспечения безопасности полетов и жизнедеятельности, авиационной безопасности.
Скрипченко Александр Сергеевич, 1979 г.р., окончил МГТУ ГА (2003), аспирант кафедры безопасности полетов и жизнедеятельности МГТУ ГА, область научных интересов - проблема обеспечения безопасности полетов.
