CC BY
104
НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА серия Аэромеханика и прочность
УДК 629.7.017
НОРМАТИВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ, ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА РАЗРАБОТКИ ПРОГРАММ КОНТРОЛЯ И ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ КОРРОЗИИ КОНСТРУКЦИИ ТРАНСПОРТНЫХ САМОЛЕТОВ
В.Е. СТРИЖИУС
Проведен обзор и анализ нормативных требований, теории и практики разработки программ контроля и предупреждения коррозии конструкции отечественных и зарубежных самолетов транспортной категории. Отмечены определенные недостатки практики разработки подобных программ для отечественных транспортных самолетов. Сделан ряд рекомендаций, направленных на устранение отмеченных недостатков.
1. Введение
Программа контроля и предупреждения коррозии основной силовой конструкции самолета транспортной категории является одной из важнейших частей эксплуатационно-технической документации (ЭТД) современного самолета. Именно в подобных программах формируются требования по осмотрам, выполнение которых является необходимым условием установления и продления сроков службы основным силовым элементам планера самолетов по условиям коррозионной прочности.
Настоящая статья посвящена обзору и анализу нормативных требований, теории и практики разработки подобных программ для отечественных и зарубежных самолетов транспортной категории.
2. Анализ нормативных требований, теории и практики разработки программ контроля и предупреждения коррозии конструкции отечественных транспортных самолетов
1) Основным нормативным требованием по установлению сроков службы основным силовым элементам планера отечественных самолетов транспортной категории по условиям коррозионной прочности являются требования §25.571(а) АП-25 "Оценка допустимости повреждений и усталости конструкции": "Оценка прочности, проектирования элементов и качества производства должна показать, что катастрофического разрушения вследствие усталости, коррозии, производственных дефектов или случайного повреждения можно избежать в течение всего срока эксплуатации самолета".
Раздел 4.2 "Допустимая наработка критического места по условиям коррозионной прочности" МОС АП-25.571 [1] предписывает (рекомендует):
"4.2.1. Должно быть обеспечено и подтверждено, что возникновение предельного состояния критического места по условиям коррозионной прочности в процессе эксплуатации (в пределах допустимой наработки до первого осмотра и допустимой наработки между осмотрами) практически невероятно.
4.2.2. Допустимая наработка по условиям коррозионной прочности до первого осмотра и допустимая наработка между осмотрами устанавливается в единицах календарной продолжительности эксплуатации (в годах). В соответствии с этим устанавливаются сроки проведения необходимых замен, доработок и осмотров в пределах назначенного ресурса.
4.2.3. Средние значения времени до возникновения и длительности роста возможных коррозионных повреждений должны определяться на основе анализа и обобщения данных по опыту эксплуатации аналогичных конструкций в условиях, близких к рассматриваемым, с учетом имеющихся экспериментальных материалов по испытаниям в коррозионной среде образцов и элементов конструкций и в зависимости от следующих факторов:
• ожидаемой эффективности специальной защиты и покрытий материала;
• чувствительности материала к коррозии под напряжением;
• степени агрессивности окружающей среды;
• характеристик нагруженности.
4.2.4. Допустимая наработка до первого осмотра и величины интервалов между осмотрами в эксплуатации определяются по оценкам средних длительностей, проведенным в соответствии с 4.2.3, с учетом надежности используемых данных. Должны быть приняты необходимые запасы для учета возможных отклонений от средних значений. При установлении допустимых наработок тщательные осмотры рекомендуется проводить не реже, чем со следующей периодичностью:
• внешних поверхностей конструкции - ежегодно;
• внутренних элементов конструкции в местах возможного накопления влаги - одни раз в 2-4 года.
Обязательные осмотры внутренних элементов конструкции проводятся не реже одного раза в 8-10 лет".
2) Каких-либо конкретных методов или методик по определению частоты осмотров при разработке программ контроля и предупреждения коррозии, по установлению сроков службы основным силовым элементам планера отечественных самолетов транспортной категории по условиям коррозионной прочности в практике работы отечественных самолетостроительных ОКБ в настоящее время нет. Практически все методические рекомендации, имеющиеся на сегодня в распоряжении отечественных ОКБ, сведены к рекомендациям пп. 4.2.3 и 4.2.4 [1], изложенным выше.
3) Практика работы отечественных самолетостроительных ОКБ по разработке программ контроля и предупреждения коррозии, по установлению и продлению сроков службы основным силовым элементам планера самолетов транспортной категории по условиям коррозионной прочности характеризуется следующими основными особенностями:
• многие ОКБ в своей работе применят принцип "допустимости возникновения и роста коррозионных повреждений" с определением условий (начала и периодичности осмотров) обеспечения безопасности эксплуатации при наличии таких повреждений;
• предельное состояние или уровень допустимых коррозионных повреждений очень часто четко не регламентирован;
• условия обеспечения безопасности определяются, как правило, только на основе анализа опыта эксплуатации самолетов-аналогов ОКБ - Разработчика и самолетов-аналогов других ОКБ;
• отдельная "Программа контроля и предупреждения коррозии" очень часто не разрабатывается и в ЭТД не представляется; в ЭТД отечественных самолетов, как правило, представляется интегрированная программа осмотров, которая по своей сути является и программой контроля коррозионных повреждений, и программой контроля случайных повреждений, и программой зонных осмотров;
• указанные программы подвергаются ревизиям при каждом продлении назначенных ресурсов и сроков службы самолетов, однако порядок ведения ревизий не регламентирован, историю проведенных ревизий очень трудно проследить.
3. Анализ нормативных требований, теории и практики разработки программ контроля и предупреждения коррозии конструкции зарубежных транспортных самолетов
1) Основным нормативным требованием по установлению сроков службы основным силовым элементам планера зарубежных самолетов транспортной категории по условиям коррозионной прочности являются требования §25.571(а) FAR 25 "Оценка допустимости повреждений
и усталости конструкции": "Оценка прочности, проектирования элементов и качества производства должна показать, что катастрофического разрушения вследствие усталости, коррозии, производственных дефектов или случайного повреждения можно избежать в течение всего срока эксплуатации самолета".
Раздел 6 "Введение" редакции 6 (от 20.02.03 г.) проекта рекомендательного циркуляра АС 25.571-1х (практически действующий в настоящее время в западной авиапромышленности рекомендательный циркуляр БАА) рекомендует:
"а. Содержание данного циркуляра рассматривается 1АА/БАА на предмет определения его соответствия требованиям 1АВУБАВ. 25.571. Целью является предотвращение катастрофического разрушения конструкции из-за усталости (ББ), окружающей среды (ББ) (например, коррозии) или случайного повреждения (АО). Требования можно сгруппировать в две различные категории. Одна охватывает установление обязательных действий при техническом обслуживании, а другая включает проектирование. Вместе взятые они создают конструкцию, для которой сочетание проектных характеристик и технического обслуживания послужит для предотвращения любого разрушения от ББ, ББ или АО.
§25.571(а)(6) предполагает разработку программы осмотров для ББ и АО.
§25.571(а)(6) - Контроль воздействия среды и случайного повреждения. Должны быть определены сроки осмотров на предмет ББ и АБ. Особое внимание следует обратить на зоны, где предыдущий опыт эксплуатации продемонстрировал особенную подверженность влиянию среды или чувствительность к удару и/или неправильной эксплуатации. Предполагается, что эти осмотры будут эффективными при обнаружении ББ или АБ вскоре после появления повреждения, поэтому ББ или АБ будет устранено или отремонтировано до того, как оно будет представлять серьезную угрозу. Обычно интервалы этих осмотров определяются на основе предыдущего опыта эксплуатации с помощью качественной оценки Г руппы управления техническим обслуживанием (МБО-3). Те осмотры на предмет ББ или АБ, которые необходимы для предотвращения катастрофического разрушения самолета из-за наличия усталостных трещин, должны быть включены в раздел ограничений летной годности (АББ) инструкций по поддержанию летной годности (1СА) согласно требованиям §25.1529".
2) В настоящее время все зарубежные Разработчики транспортных самолетов в качестве методики разработки "Программы контроля и предупреждения коррозии" используют методику, основные положения которой изложены в известном документе Американской ассоциации воздушного транспорта (АТА) МБО-3 "Основные положения по разработке требований к плановому техническому обслуживанию самолёта" [2].
Более детально каждым Разработчиком для каждого самолета подобная методика представляется в типовом документе "Разработка планового технического обслуживания. Стратегия и процедуры".
3) Основные положения применяемой зарубежными Разработчиками методики:
• классификация элементов конструкции в соответствии с логической схемой анализа (рисунок);
• определение "Уровня № 1 коррозии" (уровня, до которого можно допустить в эксплуатации развитие проблем, связанных с коррозией); как правило, это определение применяется в следующей редакции: "Уровень № 1 коррозии — это коррозионное повреждение, которое не требует усиления конструкции или замены (элементов конструкции). Либо коррозия, появляющаяся между последовательными осмотрами, достигает допустимого предела, но является локальной и может быть связана с событием, не типичным для использования эксплуатантом других самолетов в данном парке (например, разлив ртути)",
Все элементы Выбр анные элементы
-------------► -------------------------
Рисунок. Логическая схема анализа конструкции зарубежных транспортных самолетов
• рейтинговая оценка ухудшения состояния элементов конструкции в результате воздействия окружающей среды по следующим направлениям:
о оценка влияния на элемент негативных факторов воздействия окружающей среды (пример системы подобной оценки приведен в табл. 1);
Таблица 1
Система оценки влияния на конструктивно-важный элемент негативных факторов воздействия окружающей среды
Влияние негативных факторов воздействия окружающей среды Возможное Вероятное Маловероятное
Оценка (рейтинг Я!) 0 1 2
о оценка защиты элемента от окружающей среды (пример системы подобной оценки приведен в табл. 2);
Таблица 2
Система оценки защиты конструктивно-важного элемента от окружающей среды
Защита от окружающей среды Стандартная Улучшенная Особое внимание
Оценка (рейтинг Я2) 0 1 2
о оценка видимости элемента для осмотра и проверок во время планового ТО (пример системы подобной оценки приведен в табл. 3);
Таблица 3
Система оценки видимости конструктивно-важного элемента для осмотра и проверок во время планового ТО
Видимость элемента для осмотра и проверок во время планового ТО Слабая Нормальная Хорошая
Оценка (рейтинг Я3) 0 1 2
о оценка чувствительности элемента к размерам повреждения (пример системы подобной оценки приведен в табл. 4);
Таблица 4
Система оценки чувствительности конструктивно-важного элемента
к размерам повреждения
Чувствительность к размерам повреждения Высокая Средняя Низкая
Оценка (рейтинг Я4) 0 1 2
• определение суммарного рейтинга ухудшения состояния конструктивно-важного элемента в результате воздействия окружающей среды: +К2+-К3+^-4;
• определение периодичности и метода осмотров конструктивно-важных элементов с использованием специальных матриц осмотров; пример такой матрицы приведен в табл. 5;
• подготовка по результатам проделанной работы начальной "Программы контроля и предупреждения коррозии" (ПКПК);
• периодическая ревизия и уточнение ПКПК по опыту эксплуатации;
• введение ПКПК в объединенную программу технического обслуживания (ТО) конструкции планера.
Таблица 5
Базовая матрица частоты осмотров (для элементов фюзеляжа транспортного самолета)
Суммарный рейтинг для оценки коррозионного повреждения Размерность Внешний Внутренний
1 месяцы 2 12
2
3 месяцы 12 24
4
5 месяцы 24 48 (4 года)
6 и более 96 (8 лет)
4. Выводы
По результатам обзора и анализа нормативных требований, теории и практики разработки программ контроля и предупреждения коррозии, работ по установлению и продлению сроков службы основным силовым элементам планера отечественных и зарубежных самолетов транспортной категории по условиям коррозионной прочности можно сделать следующие основные выводы:
1. В практике российских самолетостроительных ОКБ отсутствуют конкретные методы, методики или методические разработки по определению частоты осмотров при разработке программ контроля и предупреждения коррозии, по установлению сроков службы основным силовым элементам планера отечественных самолетов транспортной категории по условиям коррозионной прочности.
2. Применяемый многими российскими ОКБ принцип "допустимости возникновения и роста коррозионных повреждений" не отвечает требованиям современной мировой практики и по некоторым аспектам не обеспечивает необходимый уровень безопасности эксплуатации самолетов по условиям коррозионной прочности конструкции.
3. Все зарубежные самолетостроительные фирмы при разработке ПКПК, при установлении сроков службы элементам планера зарубежных самолетов транспортной категории по условиям коррозионной прочности применяют принцип "безопасного срока службы" и методику, основные положения которой изложены в документе Американской ассоциации воздушного транспорта (АТА) МБО-3 "Основные положения по разработке требований к плановому техническому обслуживанию самолёта" [2].
5. Заключение
По результатам выполненного анализа можно сделать ряд рекомендаций:
1. С учетом значительного повышения требований к обеспечению безопасности эксплуатации современной авиатехники применяемую в настоящее время практику работы отечественных самолетостроительных ОКБ по разработке ПКПК, по установлению и продлению сроков службы основным силовым элементам планера самолетов транспортной категории по условиям коррозионной прочности следует признать приемлемой только при индивидуальных продлениях сроков службы отдельных экземпляров воздушных судов (ВС) на 1-2 года.
2. При подготовке программ начального технического обслуживания для типа самолета, при установлении назначенных и проектных сроков службы элементам планера отечественных самолетов транспортной категории (для всего парка самолетов) по условиям
коррозионной прочности конструкции следует применять принятую в международной практике методику, основные положения которой изложены в документе Американской ассоциации воздушного транспорта (АТА) MSG-3 "Основные положения по разработке требований к плановому техническому обслуживанию самолёта" [2].
3. Раздел 4.2 МОС АП-25.571 "Допустимая наработка критического места по условиям коррозионной прочности" должен быть коренным образом пересмотрен и переработан.
ЛИТЕРАТУРА
1. Обеспечение безопасности конструкции по условиям прочности при длительной эксплуатации. Методы определения соответствия (МОС) к АП 25.571. АР МАК. 1996.
2. Основные положения по разработке требований к плановому техническому обслуживанию самолёта (ATA MSG-3). Изменение 2003.1. Американская ассоциация воздушного транспорта (АТА). 2003. www.air-transport.org, e-mail: pubs@airtransport.org.
THE NORMATIVE REQUIREMENTS, THEORY AND PRACTICE OF DEVELOPMENT OF THE PROGRAMS OF THE CONTROL AND PREVENTION (WARNING)
OF CORROSION OF A DESIGN OF TRANSPORT PLANES
Strizhius V.E.
The review and the analysis of normative requirements, theories and practice of development of programs of the control and the prevention of corrosion of a design of domestic and foreign airplanes of a transport category is carried out. The certain lacks of practice of development of similar programs for domestic transport airplanes are marked. A number of the recommendations directed on elimination of marked lacks is made.
Сведения об авторе
Стрижиус Виталий Ефимович, 1951 г.р., окончил ХАИ (1974), доктор технических наук, начальник Департамента ресурса ЗАО "Гражданские самолеты Сухого", автор 30 научных работ, область научных интересов - усталость элементов авиаконструкций при сложном программном нагружении; методы определения ограничений летной годности для основной силовой конструкции самолета.
