CC BY
87
УДК 629.7.017.083
Л. Г. Шаймарданов
НЕКОТОРЫЕ ПРОБЛЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ И СОСТОЯНИЯ САМОЛЕТНОГО ПАРКА ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ
Рассматриваются некоторые аспекты безопасности полетов связанные с надежностью авиационной техники, ее старением, региональными факторами, фактором эксплуатанта и системами сертификации на воздушном транспорте.
Вопросы безопасности полетов самолетов гражданской авиации (ГА) в последнее время в нашей стране поднимаются в средствах массовой информации и на уровне правительства страны. Было бы не правильно не затронуть их на страницах вестника Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М. Ф. Решетнева. Следует сразу отметить, что абсолютной безопасности быть не может, а ее повышение стоит очень дорого особенно после достижения высокого уровня безопасности.
Разработчик, изготовитель и эксплуатант авиационной техники за безопасность не платят, поскольку включают расходы на безопасность в цену продукции либо услуги. За безопасность платит налогоплательщик, т. е. общество в целом. Возникает вопрос, сколько следует платить за безопасность, в частности, в ГА. Если платить недостаточно, общество будет терять из-за последствий аварий и катастроф. Если вкладывать в безопасность слишком много, общество будет беднеть, поскольку это не производительные расходы. В развитых авиационных странах принята концепция, в соответствии с которой расходы на безопасность должны компенсироваться стоимостью предотвращенных аварий и катастроф.
Кривая затраты-прибыль [1] для всех отраслей имеет одинаковый характер (рис. 1). Отраслевые отличия проявляются в абсолютных значениях затрат и прибылей.
Характерным для кривой является существенное уменьшение прибыли при увеличении затрат. На первоначальном этапе для повышения безопасности достаточно покрасить опасные места в кранный цвет, сделать ограждения, повесить таблички и получить прибыль от уменьшения выплат за увечья. В системах с высоким уровнем безопасности затраты на безопасность почти не приносят прибыли, но их уменьшение чревато реализацией аварий и катастроф.
Соотношение затрат и прибылей в мировой гражданской авиации в настоящее время находится на почти горизонтальной прямой (рис. 1). Мировое сообщество непрерывно вкладывает различными путями средства в безопасность полетов, а она не повышается. Удается ее только поддерживать на примерно постоянном уровне в течение 30 лет. Число погибших пассажиров отнесенное к 100 тыс. перевезенных, либо к 100 млн пассажирокило-метров примерно остается постоянным. С 1977 г. этот показатель изменяется от 0,03 до 0,11, а за последние 5 лет от 0,035 до 0,013 [2]. Специалисты США считают, что до 2015 г. относительные показатели безопасности полетов останутся неизменными.
Скорее всего, при существующем качественном уровне авиации предельный максимум безопасности поле-
тов достигнут. Дальнейшее его увеличение, очевидно, произойдет при изменении качественного уровня, принципов летания.
Для реализации достигнутого уровня необходимо, прежде всего, уметь проектировать меры, направленные на повышение безопасности. Нужна научная школа и подготовка кадров. В США подготовка инженеров по безопасности полетов ведется с 1953 г. Специалисты востребованы как у разработчиков, так и у эксплуатантов. В России пока такой научной школы нет, а обязанности специалистов по безопасности полетов исполняют бывшие пилоты. Летать они умеют, а проектировать меры по повышению безопасности полетов едва ли. От качества проектирования затрат в безопасность прямо зависит прибыль (экономия от предотвращенных аварий и катастроф). При неумелом проектировании кривая затраты-прибыль пойдет значительно ниже идеальной, приведенной на рис. 1.
Затраты
Рис. 1. Кривая затраты-прибыль в области безопасности
Безопасность полетов в крупном плане определяется как произведение вероятности возникновения особой ситуации в полете и вероятности ее парирования экипажем. Статистика говорит о том, что 80.. .90 % авиапроисшествий определяются негативным влиянием человеческого фактора. Влияние человеческого фактора многогранно, в том числе в вероятности возникновения особых ситуации в полете и вероятности их парирования. С позиции вероятности парирования неблагоприятных ситуаций особое место занимает, прежде всего, отбор и подготовка пилотов.
В США, Германии вкладываются большие средства в разработку тестовых процедур по отбору кандидатов в летные школы. В США считают, что их пилоты набираются из лучших 10 % мужского населения нации. Так ли это в России? Пока не так.
Отказы авиационной техники в полете обуславливают, по различным источникам, 15.20% тяжелых авиа-
ционных происшествий. Значительно существеннее влияние фактора эксплуатанта. Данные по показателю потерь самолетов Западного производителя по регионам мира за период с 1986 по 1995 г. при летных происшествиях (на миллион отправлений в рейс) [2] приведены в таблице.
Безопасность полетов на однотипных самолетах в Латинской Америке, Карибском бассейне, Китае в 8.9 раз ниже, чем в США и Канаде, а в Океании почти в два раза выше.
Но безотказность авиационной техники и безопасность полетов зависят не только от региона и государства. Они существенно различны для авиакомпаний одной страны. Так, по авиакомпаниям России налет на 1 инцидент на самолетах Ил-86 в следствии отказов отличается в 3,6раза [2].
Минимальные требования государства в области безопасности полетов определены в Нормах летной годности. Там зафиксированы требования к надежности, устойчивости, управляемости, к руководству по летной эксплуатации, в котором должны быть даны указания по выводу самолета из особых ситуаций. Там все про авиационную технику и почти ничего относительно требований к самому опасному - человеческому фактору.
В Советское время бытовали две концепции в авиастроении: абсолютной безопасности (бесценности, неоценимости жизни советского человека) и безошибочности действий экипажа. Преодоление первой недавно намечено в решении правительства о доведении страховых выплат за пассажиров до уровня мировых стандартов. Это существенно повысит ущерб эксплуатанта из-за аварий и катастроф и стимулирует его к повышению безопасности полетов.
Концепция безошибочности экипажа привела в свое время к большому числу катастроф и жертв, о которых в то время общественность не информировали. От нее постепенно отказались.
В последние годы на слуху проблема стареющего парка самолетов России и приход в наши авиакомпании далеко не новых самолетов зарубежного производства. С позиций технической эксплуатации самолет это планер, двигатели, функциональные системы и его старение определяется изменением во времени характеристик надежности именно этих компонентов.
Двигатели имеют ресурс 8.12 тыс. летных часов и регулярно заменяются. На самолете могут стоять двигатели с различной наработкой в пределах ресурса до первого ремонта, либо межремонтного. Самолет, находящий-
ся в эксплуатации 5 лет может иметь двигатели с большей наработкой, чем самолет, эксплуатирующийся 20.25 лет. Т. е. с позиций ресурсного состояния двигателей самолеты не стареют.
Функциональные системы самолета, такие как: гидравлическая, топливная, кондиционирования, управления, механизации, шасси, электросистема, система автоматики, навигации и т. д., - оказывают существенное влияние на безопасность полетов. Агрегаты систем имеют ресурсы чаще меньше, чем у планера, и заменяются по техническим либо по организационно-техническим причинам. Наши исследования [3] показали, что средняя относительная отработка ресурсов агрегатами функциональных систем асимптотически стремиться к значению 60 % и не превышает это значение в исследованном диапазоне налета самолета до 40 тыс. летных часов. Темп стремления к 60 % зависит от собственных ресурсов агрегатов систем. Если система механизации и управления планером самолета Ту-154М достигает 60 % отработки среднего ресурса при налете 15 тыс. ч, то трансмиссия вертолета Ми-8МТВ выходит на это значение при налете 3 000 ч.
Выполненные нами исследования дали возможность утверждать, что функциональные системы самолетов и вертолетов не подвержены старению.
У планера самолета элементы силового набора не могут быть заменены в процессе эксплуатации либо ремонта. За их состоянием осуществляется визуальный и инструментальный контроль, возобновляются защитные покрытия, устраняются повреждения. В целом планер, безусловно, стареет, но в практике эксплуатации случаи разрушения планера в полете чрезвычайно редки. На самолете Ан-10 были разрушения центроплана в полете, но не по старости, а из-за конструктивных недостатков. Все самолеты этого типа были сняты с эксплуатации.
Все относящееся к процессам старения в равной степени касается как отечественных, так и самолетов зарубежного производства. Когда говорят: «вторичный рынок старых самолетов», - имеют в виду не снижение показателей надежности, моральное старение, заключающееся в повышенном расходе топлива и повышенных затратах на техническое обслуживание.
Солидно полетавший самолет при достойном техническом обслуживании - это хороший надежный самолет. Осредненная по многим типам самолетов зависимость (рис. 2) К1 числа катастроф приходящихся на 105 ч налета в функции налета самолета в пределах установленного ресурса [2] показывает, что более опасным считается начальный этап эксплуатации. Здесь проявляется недо-
Потери самолетов западного производителя за период с 1986 по 1995 гг.
Страна или рЕуион ПоказатЕль потерь
Соединенные Штаты и Канада 0,5
Латинская АмЕрика и Карибский бассЕЙн 4,6
Европа 1,0
Ближний Восток 1,5
Африка 11,1
Китай 4,2
Япония 0,8
Азиатско-ТихоокЕанский рЕуион 2,9
ОкЕания 0,3
По всем рЕуионам 1,5
статочная освоенность нового самолета летным составом, службами обеспечения, некоторыми недостатками конструкции. Во время эксплуатации в конструкцию внесут доработки по менее надежным узлам и агрегатам, проявят себя и будут устранены дефекты, допущенные в производстве, и т. п.
Рис. 2. Зависимость коэффициента катастроф К от наработки самолета в пределах назначенного ресурса
В гражданской авиации России существуют две системы сертификации: разработчика и изготовителя во главе с Межгосударственным авиационным комитетом (МАК) и эксплуатанта во главе с Гражданским союзом (ГС) ГА. Системы во многом не гармонизованы, в том числе и в части оценки надежности авиационной техники. Разработчик, в соответствии с Нормами летной годности (НЛГ), оценивает надежность в вероятности возникновения в полете особых ситуаций различной тяжести на 1ч полета, обусловленной отказами. Так, вероятность возникновения катастрофической ситуации оценена как практически невероятная величиной в 1 • 10-7для самолета в целом и 1 • 10-8для отдельной системы.
Эксплуатант оценивает надежность авиационной техники в косвенных показателях таких, как налет на отказ, количество отказов на 1 000 ч налета и им подобным.
Нормативный показатель налета на отказ для Ту-154М -
5,5 часов. В авиакомпаниях нашего региона он составил 33 ч. Это не страшные потоки отказов, поскольку не все отказы приводят к особым ситуациям. На Ту-154М 934 агрегата эксплуатируются по стратегии до безопасного отказа. И дело не в том 5,5 либо 33 ч на 1 отказ. И в том и в другом случае эксплуатант фактически не оценивает надежность своей авиатехники. Контрольная цифра 5,5 ч на
1 отказ пришла от разработчика, а что под ее реализацией имеет в виду разработчик, эксплуатант не знает. Эксплуатант фактически не знает состояние надежности техники и не имеет оснований для совершенствования стратегий и режимов технической эксплуатации.
С поступлением в эксплуатацию в России самолетов иностранного производства, мы изучили Методику оценки надежности авиатехники, предписанную для реализации эксплуатантом в качестве обязательной. Оценки выполняются помесячно в абсолютных значениях отказов функциональных систем и самолетов в целом приводящих к особым (негативным) ситуациям различной опас-
ности. Особые ситуации подобны используемым в российской гражданской авиации. Но в России приняты относительные оценки, такие как налет на отказ, количество отказов на 1 000 ч налета и им подобные. Относительные оценки естественно более информативны. К Методике прилагается лицензионная программа, дающая возможность оценить верхнюю доверительную границу вероятности отказа агрегатов систем. Превышение числом отказов этой границы служит сигналом для принятия мер по повышению надежности. Эксплуатант не посвящается в структуру методики и должен принимать ее на веру. При этом для эксплуатанта связь допустимого значения числа отказов с требованиями Норм летной годности остается не призрачной как в отечественной авиации.
Здесь своевременно отметить, что практическая техническая эксплуатация очень консервативна, и это правильно. Она основывается на проверенном, одобренном и не допускает волюнтаристских решений. С жизнями пассажиров не следует экспериментировать. Но есть и эксплуатационная наука. Она призвана расширять границы уже дозволенного, различных ограничений, совершенствовать систему технического обслуживания. Естественно, результаты исследований могут быть внедрены в практику только после одобрения и сертификации в установленном в отросли порядке.
Нами выполнены оценки надежности функциональных систем самолетов Ту-154М в показателях НЛГ как в среднем по парку авиакомпании, так и для отдельных экземпляров. Оценка надежности систем самолетов в среднем по парку, безусловно, характеризует состояние надежности парка самолетов авиакомпании, но пассажиров везет не средний по парку самолет, а конкретный экземпляр. Надежности систем экземпляров существенно отличаются друг от друга в зависимости от отработки ресурсов агрегатов, имеющих отказы. Так, надежность гидросистемы, выраженная в вероятности отказа на 1ч полета может отличаться у различных экземпляров на
2 порядка. Но и менее надежные системы удовлетворяют требованиям НЛГ.
Поскольку системы самолетов имеют различную степень как полного, так и частичного резервирования нами выполняются исследования, направленные на оптимизацию отработки ресурсов агрегатами систем с целью уменьшения затрат на их эксплуатацию.
Назначенные агрегатом систем самолетов ресурсы далеко не всегда отражают степень их износа и надежность, а предлагаемые разработчиком режимы обслуживания не соответствуют программам нагружения агрегатов.
Нами выполнены исследования возможности изменения стратегии и режимов технического обслуживания рулевых приводов и агрегатов самолетов Ту-154М. Рулевые привода, безусловно, ответственные агрегаты и влияют на безопасность полетов. Им установлены межремонтные ресурсы в 12 000 летных часов. Рулевые привода имеют трехкратное резервирование и питаются от трех автономных систем. Ресурс установлен в летных часах. Здесь следует отметить, что большая часть приводов обслуживает средства механизации планера и срабатывают, как и шасси при взлетах и посадках, т. е. циклически. Но шасси ресурс задан в посадках. Привода управления
полетом в полной мере тоже нагружаются только на снижении, посадке, заходе на посадку, на взлете и выходе на трассу, т. е. квазициклически.
Нами установлено [4], что налет на посадку является случайной величиной с равномерной плотностью распределения вероятностей. Т.е. с равной вероятностью у экземпляра самолета он может составлять как 1, так и
3,5 ч. Следовательно, с равной вероятностью самолет, при ресурсе приводов в 12 000 ч, может иметь как 3,5, так и 12 тыс. циклов срабатывания приводов. Тогда при чем здесь ресурс 12 000 летных часов.
На самолете 24 рулевых привода. В авиакомпании их налет составил 2 919 144 летных часов, при этом отказов не было. Были снятия по неисправностям, проявляющимся во внутренней, либо внешней негерметичности и не влияющим на безопасность полетов. При этом, налет на такую неисправность у наименее надежного привода составил более 46 000 ч, а у наиболее надежного более 182 000 ч. При этом авиакомпания, терпя большие убытки, снимала и отправляла рулевые привода в ремонт через каждые 12 000 летных часов.
Естественно было бы перевести эти агрегаты на стратегию технического обслуживания с контролем параметров и контролировать внутреннюю и внешнюю негерме-тичность, тем более что действующие при техническом обслуживании методики обеспечивают такой контроль.
Внимательный человек задаст вопрос: как же так, в эксплуатации не выполняется разработка агрегатов, а если есть внутренние опасные усталостные повреждения?
Мы изучили и систематизировали результаты деффек-тации на авиаремонтном заводе рулевых приводов 36 самолетов Ту-154 и не обнаружили опасных внутренних повреждений.
Но вот выходят на линии гражданской авиации самолеты Ту-204 и Ту-214. Что мы в праве ожидать: конструк-
тивную преемственность и совершенствование, использование накопленного опыта, применение новых материалов и технологий и, как следствие, использование при технической эксплуатации прогрессивных стратегий, увеличение ресурсов и экономической эффективности. Однако привода Ту-204, 214 конструктивно подобны Ту-154, стратегия эксплуатации оставлена прежней по налету часов, а межремонтный ресурс уменьшен с 12до 9 тыс. летных часов. Таков, к глубокому сожалению, «регрессивный прогресс» в отечественном самолетостроении для гражданской авиации. И это далеко не единственная причина, побуждающая эксплуатантов отдавать предпочтение вторичной иностранной авиационной технике.
Библиографический список
1. Браун, Д. Б. Анализ и разработка систем обеспечения техники безопасности / Д. Б. Браун. М. : Машиностроение, 1979. 546 с.
2. Новожилов, Г. В. Безопасность полета самолета. Концепция и технология / Г. В. Новожилов, М. С. Ней-марк, Л. Г Цесарский. М. : Машиностроение, 2003. 143 с.
3. Шаймарданов, Л. Г. Вопросы методологии обеспечения надежности, летной годности и безопасности полетов самолетов гражданской авиации / Л. Г. Шаймарданов, В. Г. Бондаренко // Вестн. Сиб. гос. аэрокосмич. ун-та им. акад. М. Ф. Решетнева / под ред. проф. Г. П. Белякова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Вып. 6. Красноярск, 2005. С. 109-113.
4. Шаймарданов, Л. Г. Анализ стратегий технического обслуживания рулевых приводов самолетов Ту- 154Б и М / Л. Г. Шаймарданов, Е. А. Нартов // Вестн. Сиб. гос. аэрокосмич. ун-та им. акад. М. Ф. Решетнева / под ред. проф. Г. П. Белякова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Вып. 6. Красноярск, 2005. С. 179-182.
L. G. Shaymardanov
SOME PROBLEMS OF FLIGHT SAFETY AND CIVIL AVIATION AIRCRAFT PARK CONDITION
There are some aspects of safety of flights, connected with reliability of aviation techniques. Also the aspects are: techniques getting-old, regional factors and the systems of certification at the air transport.
Принята к печати в декабре 2006 г.
