CC BY
268
2008 НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА № 127
серия Эксплуатация воздушного транспорта и ремонт авиационной техники. Безопасность полетов
УДК 629.735.017
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ СОСТОЯНИЮ АГРЕГАТОВ И КОМПЛЕКТУЮЩИХ ИЗДЕЛИЙ СИСТЕМЫ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА САМОЛЁТОВ ЯК-42
Е.С. ДАЛЕЦКИЙ
Статья представлена доктором технических наук, профессором Шапкиным В.С.
Рассмотрена организация работ и практические результаты по переводу агрегатов и КИ самолётов Як-42 на эксплуатацию по техническому состоянию на примере системы СКВ.
Перевод агрегатов и комплектующих изделий (КИ) на эксплуатацию по техническому состоянию (ТЭС), является основным направлением повышения эффективности эксплуатации отечественных типов воздушных судов гражданской авиации (ВС ГА) за счёт снижения эксплуатационных расходов на замену этих изделий и КИ по отработке установленных ресурсов.
Обоснование перевода на ТЭС агрегатов и КИ выполняется разработчиком ВС по каждой функциональной системе ВС из условий безопасности и экономичности эксплуатации ВС в целом и реализуется в зависимости от условий для конкретного экземпляра, группы или всего парка ВС данного типа.
Решение данной задачи требует:
■ теоретических основ применения методов ТЭС, закреплённых в действующих нормативных и методических документах отрасли ГА и авиапромышленности;
■ расчётов отказобезопасности агрегатов и КИ в системах ВС;
■ анализа уровней надёжности агрегатов и КИ в системах ВС и установление контрольных уровней, ниже которых эксплуатация изделий до отказа оказывается не эффективной;
■ разработки программ контроля уровней надежности изделий в эксплуатации;
■ проведения практических расчетов надежности изделий в эксплуатации;
■ анализа результатов расчетов и принятие решений;
■ информационного и технологического обеспечения расчетов надежности изделий в эксплуатации;
■ оценки экономической эффективности эксплуатации применения ТЭС для изделий в системах ВС.
Решение всех указанных задач показано на примере системы кондиционирования самолета Як-42 (система 021 по классификации ГОСТ 18675 «Документация эксплуатационная и ремонтная на авиационную технику и покупные изделия для неё»), так как для других систем подход в целом аналогичен.
В указанную блок-схему не включены информационное и технологическое обеспечение контроля и расчетов надежности изделий в эксплуатации, которые составляют технологическую часть, а так же экономические расчеты, которые составляют экономическую часть работ по обоснованию и применению методов ТЭС.
Блок-схема исследований выглядит следующим образом (рис. 1):
Рис. 1. Блок-схема работ по переводу изделий СКВ на ТЭС
1. Конструкция системы кондиционирования воздуха самолета Як-42
Система кондиционирования включает в себя систему кондиционирования воздуха в герметической кабине и систему автоматического регулирования давления в герметической кабине.
Система кондиционирования (СКВ) в гермокабине предназначена для выполнения следующих задач:
- обогрева, вентиляции и охлаждения кабины экипажа и пассажирского салона;
- подачи воздуха для охлаждения оборудования;
- подачи воздуха к стартерам при запуске двигателей;
- подачи воздуха для наддува согласующего устройства станции Ядро-2;
- подачи воздуха для наддува гидробака;
- обогрева трубопроводов сливных насадок переднего и заднего туалетов.
Система автоматического регулирования давления (САРД) в гермокабине обеспечивает:
- автоматическое регулирование давления в гермокабине по заданной программе;
- автоматическую защиту гермокабины от перенаддува, недопустимого обратного перепада давления и от разгерметизации;
- принудительную разгерметизацию гермокабины на земле и в полете.
Состав системы кондиционирования воздуха и условия её эксплуатации приводятся в «Руководстве по технической эксплуатации (РЭ) самолёта Як-42».
2. Теоретические основы эксплуатации изделий АТ по ТЭС
Теории эксплуатации изделий АТ по ТЭС посвящено множество работ, общие положения которых следующие:
-инструкция 54-003-025-89;
-система ТО и РАТ;
-термины и определения.
Использование изделий авиационной техники по назначению основывается на применении комплекса методов эксплуатации, каждый из которых представляет совокупность определённых правил выбора критерия предельного технического состояния изделия, по достижении которого дальнейшая его эксплуатация прекращается или приостанавливается. Предельные состояния изделия могут быть обусловлены наработкой, снижением или полной потерей работоспособности, соответственно и методы эксплуатации определены до выработки ресурса, до предотказного состояния, до отказа (ТЭР, ТЭП, ТЭО). Все методы эксплуатации могут применяться для всех типов изделий.
Реализация методов эксплуатации требует проведения работ по контролю и оценке технического состояния и определения их пригодности к дальнейшей эксплуатации. Общим признаком таких работ является то, что их выполнение не изменяет технического состояния изделий, восстановление которого производится последующими работами (регулировкой, ремонтом, заменой) по результатам контроля.
Методы эксплуатации требуют выполнения следующих плановых работ: ТЭР - контроля наработки; ТЭП - контроля, оценки и прогнозирования технического состояния; ТЭО - контроля работоспособности и оценки надёжности. Контроль может выполняться непрерывно или периодически, в полёте или на земле в плановом порядке через установленные интервалы наработки (срока службы) летательного аппарата в соответствии с регламентом технического обслуживания.
При переводе агрегатов СКВ Як-42 на ТЭС использовалось «Руководство по технической эксплуатации по состоянию гражданской авиационной техники», утв. ДВТ МТ РФ от 28.12.1994г.
3. Анализ отказобезопасности изделий в системе СКВ
Оценка эксплуатационного уровня безопасности полётов, определяемого вероятностью возникновения особых ситуаций из-за отказа функциональных систем, была выполнена ОКБ на основании анализа инцидентов по Як-42 за 1996-2001 гг., а также анализа карточек учёта неисправностей (КУНАТ) за тот же период. За указанный период на самолётах не было выявлено полной потери работоспособности 2-х - 3-х кратно резервированных систем, к которым относится и СКВ. Контроль соответствия уровня безотказности Як-42 требованиям НЛГ проводился методом доверительных интервалов с расчётом верхней, доверительной границы (ВДГ) видов отказов с односторонней доверительной вероятностью у = 0,9. Результаты расчётов приведены в табл. 1. Установлено, что ВДГ отказов, приводящих к СС, АС и КС не ниже, чем нормируется «Основными принципами оценки соответствия самолёта Як-42 общим требованиям к лётной годности», принятым при сертификации Як-42.
Таблица 1
Расчётные вероятности опасных отказов СКВ в целом по видам отказов
№ п/п Вид отказа Расчётная вероятность отказа Последствия Этап полёта
1 Прекращение подачи воздуха по 2-м подсистемам 0,25-10-5 СС Г оризонтальный полёт Н=10000м
2 Отказ автоматического регулирования температуры и индивидуальной вентиляции 0,315^ 10-3 УУП - її -
3 Нарушение температурного режима в гермокабине (по различным причинам) £ 2,205-10"8 СС - її -
4 Перенаддув гермокабины £ 0,26-10-7 СС - її -
5 Снижение давления в гермокабине £ 0,68-10-8 СС - її -
6 Разгерметизация гермокабины: -отказ основной САРД -отказ дублирующей САРД £ 1,4-10-9 1,27-10-5 0,84-10-5 СС СС СС - У -
4. Выбор методов эксплуатации контрольных уровней надёжности изделий в СКВ Як-42
Выбор методов эксплуатации и контрольных уровней надёжности изделий СКВ Як-42 проводился ОКБ по действующим методикам (п. 2) и результатам анализа отказобезопасности (п. 3) конкретных изделий и агрегатов СКВ. Некоторые результаты приведены в табл. 2. Всего методом ТЭО переведено 63 наименования изделий и их агрегатов, а с учётом их количества в СКВ это число увеличивается до 172 агрегатов.
Таблица 2
Перечень комплектующих изделий СКВ самолета Як-42, эксплуатируемых методом ТЭО
Наименование системы, агрегата системы Тип или индекс агрегата Кол-во Контрольный уровень надежности, '^ун-10'4
СИСТЕМ [А КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ
Фильтр 11ВФ12 3 0,072
Фильтр 11ВФ12-1 4 0,124
Регулятор давления 1227Б 1 0,031
Дроссельная заслонка 1293 ДТ 3 0,407
Регулятор абсолютного давления 1314В 3 0,0103
Клапан обратный 1327 7 0,0052
Регулятор подачи воздуха 1408Т 6 0,35
Регулирующая заслонка 1919Т 2 0,40
Регулятор давления 2077АТ 1 0,188
Электроклапан переключения 2259Т 6 0,0052
Радиатор воздухо-воздушный 2385 6 0,0157
Обратный клапан 2509Т 6 0,0052
И т.д.
5. Расчёт надёжности изделий и агрегатов СКВ Як-42
Расчёт надёжности изделий и агрегатов СКВ Як-42 в эксплуатации производится Г осНИИ ГА с 1995г. в соответствии с «Инструкцией по использованию программного обеспечения автоматизированного отображения и документирования динамики характеристик технического состояния (надёжности) агрегатов и готовых изделий самолётов ГА», утв. ОТЭРАТ ДВТ МТ РФ от 23.06.93г. и Указанием от 06.06.95г. № ДВ-25.2-14-205 «О проведении работ по контролю надёжности комплектующих изделий самолёта Як-42, эксплуатирующихся по техническому состоянию».
Методика контроля надёжности КИ Як-42 в эксплуатации [2] включает алгоритм расчётов и описание статистических методов, используемых при оценке характеристик надёжности, анализе тенденций их изменения, расчёта контрольных уровней и управляющих действий, выбираемых на основе информации о тенденции и контрольном уровне надёжности. Эти действия могут состоять в:
- технических исследования по обоснованию программы (регламента) технического обслуживания СКВ;
- фактических изменениях программы ТО (регламента);
- введение доработок или ремонта изделий и агрегатов СКВ.
6. Результаты контроля надёжности СКВ Як-42
Результаты контроля надёжности СКВ Як-42 в эксплуатации показывают, что в связи с изменениями условий и режимов эксплуатации Як-42 постоянно изменяются уровни надёжности агрегатов СКВ эксплуатирующихся по состоянию, поэтому первоначально установленные их контрольные уровни (табл. 2) не могут считаться фиксированными. Если в течение какого-либо периода времени контрольный уровень агрегата постоянно превышается, то он может быть пересмотрен таким образом, чтобы надёжность СКВ в целом не понижалась и соответствовала расчётным значениям по безопасности полётов (табл. 1).
На основе анализа полученных результатов контроля за 1997-2003 гг. установлено следующее:
- из всех агрегатов (изделий) СКВ, допущенных к эксплуатации по ТЭО, в рассматриваемые периоды эксплуатации отказы имелись у всех агрегатов;
- тренд параметра потока отказов в пределах удвоенного значения заданного контрольного уровня надежности имеет 1 агрегат, а именно ЭП-528Т;
- шесть агрегатов СКВ имеют графики параметра потока отказов, расположенные вблизи или на уровне удвоенного значения заданного контрольного уровня. Статистически значимых трендов эти агрегаты не имеют, однако у них имеет место устойчивое многократное превышение заданного уровня надежности (типа "скачка"), что особенно важно на последнем отрезке данного периода эксплуатации. Сюда относятся агрегаты (изделия): 1408Т, 1919Т, 3184, 4073Т, 5499АТ(Т), 5687Т(Т);
- один агрегат 1293ДТ имеет графики параметра потока отказов, расположенные, в основном, в пределах удвоенного значения заданного уровня, но при этом значения модели и соответствующей доверительной границы многократно превышают заданный контрольный уровень. Статистически значимых трендов параметра потока отказов не обнаружено;
- у шести агрегатов (изделий) на рассматриваемых интервалах эксплуатации статистически значимых трендов параметра потока отказов в пределах заданных контрольных уровней не обнаружено. Сюда относятся агрегаты: 5063 АТ(Т), 5589Т, 5590АТ, 5684, 5686Т, ВСИД.
7. Решения, принятые по результатам контроля надёжности агрегатов СКВ, эксплуатирующихся методом ТЭО
По результатам контроля надёжности агрегатов СКВ, эксплуатирующихся методом ТЭО, ГосНИИ ГА и ОКБ были приняты следующие решения:
- результаты проведенного анализа изменения характеристик надежности агрегатов СКВ относительно заданных контрольных уровней показали, что летная годность самолетов Як-42, установленная сертификатом типа, в эксплуатации сохраняется;
- для большинства агрегатов (изделий) рассматриваемого перечня уровень надежности в период эксплуатации парка самолетов Як-42 с 1990(1993 )г. по 2003 г. существенно не изменился, что подтверждает обоснованность применяемого метода ТЭО для агрегатов СКВ;
- для агрегата ЭП-528Т, имеющего тренд параметра потока отказов в пределах удвоенного значения заданного контрольного уровня надежности, т. е. для которого установлена тенденция к снижению надежности на последних интервалах рассматриваемого периода эксплуатации, необходимо на основе инженерного анализа причин отказов, условий эксплуатации и экономических последствий отказов выработать мероприятия, обеспечивающие поддержание заданного уровня надежности;
- для агрегатов, у которых имело место превышение контрольного уровня (типа "скачка") или устойчивое многократное превышение заданного уровня надежности, необходимо на основе инженерного анализа причин отказов и условий эксплуатации агрегатов выработать требования к разработчику агрегатов по повышению их надежности. Сюда относятся агрегаты: 14081, 1919Т, 3184, 4073Т, 5499АТ(Т), 5687Т(Т);
- для агрегатов 1919Т, 3184, 5499АТ(Т), 5687Т(Т) следует пересмотреть заданный контрольный уровень надежности как заниженный.
Предложения Г осНИИ ГА по изменению контрольных уровней надежности агрегатов СКВ приведены в табл. 3.
Таблица 3
Предложения по изменению контрольных уровней надежности КИ самолета Як-42
Наименование системы, агрегата, готового изделия Шифр агрегата, изделия Заданный уровень, '^ун10'4 Новый уровень, ’^ун-10'4
Регулятор подачи воздуха 1408Т 0,35 0,75
Регулирующая заслонка 1919Т 0,40 0,80
Заслонка 3184 0,40 0,80
Электроклапан переключения 4073Т 0,016 0,13
Обратный клапан 5499АТ 0,11 0,30
Регулятор избыточного давления 5589Т 0,50 0,40
Задатчик абсолютного давления 5687Т 1,00 2,00
8. Эффекивность безресурсной эксплуатации агрегатов СКВ Як-42 по ТЭС
Эффективность безресурсной эксплуатации агрегатов СКВ Як-42 по ТЭС может быть рассчитана, например, по [2]. Приближённая оценка эффективности показывает, что за период перевода на ТЭС с 1995г. по 2004г. средняя наработка агрегатов на замену более, чем в 1,5 раза превысила ранее установленные ресурсы, т.е. только на замене агрегатов эксплуатант имеет экономию в 0,5 стоимости каждого агрегата СКВ, переведённого на ТЭС.
Таким образом, рассмотренное решение задачи перевода агрегатов СКВ самолётов Як-42 по предложенной блок-схеме и изложенным правилам и процедурам каждого блока обеспечивает
эффективное и обоснованное применение методов ТЭС для данной системы СКВ. Для других функциональных систем самолётов Як-42 или других сертифицированных типов ВС процедуры могут быть аналогичны изложенным.
ЛИТЕРАТУРА
1. Далецкий Е.С. Повышение эффективности реализации конструктивных качеств самолётов Як-42 за счёт применения безресурсной эксплуатации агрегатов на примере системы кондиционирования воздуха (СКВ). // Дипломная работа МАИ, 2004.
2. Далецкий С.В. Проектирование систем технического обслуживания и ремонта воздушных судов гражданской авиации. - М.: МАИ, 2001.
MAIN RESULTS OF YAK-42 AIR-CONDITIONING SYSTEM UNITS AND COMPONENTS ‘ON
CONDITION’ OPERATION
Daletskiy E.S.
In paper there are considered the management and practical results of transfer of units and components of Yak-42 airplane to maintenance at technical condition on example of air-conditioning system.
Сведения об авторе
Далецкий Евгений Станиславович, 1980г.р., окончил МАИ (2004), аспирант МГТУ ГА, ведущий инженер ОАО «Аэрофлот», автор 5 научных работ, область научных интересов - информационное обеспечение процессов эксплуатации ВС и контроль надежности авиатехники.
