CC BY
158
2008 НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА № 127
серия Эксплуатация воздушного транспорта и ремонт авиационной техники. Безопасность полетов
УДК. 629.735.017
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ КОНСТРУКТИВНЫХ КАЧЕСТВ САМОЛЁТОВ ЯК-42 ПРИ БЕЗРЕСУРСНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ АГРЕГАТОВ ПО СОСТОЯНИЮ
Е.С. ДАЛЕЦКИЙ
Статья представлена доктором технических наук, профессором Ципенко В.Г.
Рассмотрены принципы, условия и результаты повышения эффективности технической эксплуатации самолётов Як-42 за счёт применения безресурсной эксплуатации агрегатов по техническому состоянию.
Конструктивные качества изделий авиационной техники закладываются при проектировании, обеспечиваются заводами-изготовителями и реализуются в процессе эксплуатации.
Конструктор-разработчик стремится вложить в него самые лучшие решения, использовать новейшие методы расчетов, применить современные материалы.
Завод-изготовитель обязан строго выдерживать предписанные конструктором параметры изготавливаемых деталей и узлов на основе прогрессивных технологических процессов, соблюдать правила сборки, доводки и испытаний изделий. Выполнение всех этих условий способствует передаче на эксплуатацию нового изделия, наиболее полно отвечающего замыслам конструктора и расчетным условиям использования этого изделия у заказчика (эксплуатанта). Таким образом, каждое новое изделие авиационной техники является совершенным в той же степени, в которой можно считать совершенными знания и умение разработчиков и изготовителей.
Разработчик самолета гражданской авиации (далее - воздушное судно - ВС) проектирует ВС таким образом, чтобы обеспечивалась его безопасная эксплуатация в течение заданного проектного ресурса с заданными показателями эффективности, основными из которых (как показывает практика) являются удельные затраты труда, времени и средств в эксплуатации, приходящиеся на единицу наработки (час полета) ВС.
Проектный ресурс, задаваемый разработчику ВС техническим заданием на разработку, в настоящее время составляет 30 - 60 тысяч летных часов и более. Безопасная отработка проектного ресурса обеспечивается применением следующих принципов проектирования конструкции систем и оборудования ВС:
- безопасного ресурса;
- безопасного повреждения;
- конструктивного принципа.
Проектирование по принципу безопасного ресурса предполагает недопущение в эксплуатации повреждений конкретных элементов конструкции, изделий и оборудования ВС за счет повышенных запасов прочности и надежности элементов и ограничения их допускаемой наработки в эксплуатации, т. е. отказ этих изделий в эксплуатации не допускается с заданной вероятностью.
Проектирование изделий по принципу безопасного повреждения предполагает обеспечение заданной безопасности эксплуатации ВС в целом за счет повышенной их живучести при повреждениях и за счет резервирования функций изделий при повреждении или отказе одного из них.
Проектирование по конструктивному принципу предполагает, что повреждение и даже разрушение малоответственных изделий и элементов конструкции систем и оборудования ВС не влияет на безопасность и регулярность полетов ВС в целом.
Требования к надежности и безопасности ВС гражданской авиации устанавливаются действующими Нормами летной годности воздушных судов (НЛГ), а требования и правила проектирования ВС устанавливаются Руководством для конструкторов (РДК).
Для существующих нормативов к безопасности полетов ВС ГА, выраженной через появление в эксплуатации особых ситуаций полета ВС, а именно:
- катастрофическая ситуация < 10-9 1/час налета;
- аварийная ситуация < 10-7 1/час налета;
- сложная ситуация < 10-5 1/час налета;
- усложнение условий полета < 10-3 1/час налета,
требования к обоснованию безопасного ресурса ВС являются очень жесткими, поэтому конструктора вводят ограничения по ресурсам для большинства изделий ВС, а также вводят многочисленные проверки контроля состояния изделий и элементов конструкции систем и оборудования ВС в процессе эксплуатации, что вызывает существенные затраты эксплуатантов ВС и снижает эффективность их применения.
Применение принципа безопасного повреждения широко применяется в отечественном и зарубежном авиастроении, регламентировано нормативными и методическими документами и НЛГ. Многие системы и изделия ВС имеют 2-х и более кратное резервирование, что допускает их безопасную эксплуатацию при наличии повреждений и даже отказов отдельных элементов. Но эффект от реализации этого принципа появляется только в эксплуатации, нормы и правила которой для конкретного типа ВС определяет конструктор в эксплуатационной документации. Поэтому важно не только заложить конструктивные качества ВС при проектировании, но и реализовать эти качества в полной мере в процессе эксплуатации ВС, что требует взаимодействия конструкторов и эксплуатантов ВС.
Повышение эффективности использования конструктивных качеств ВС за счет реализации в эксплуатации принципов безопасного повреждения комплектующих изделий систем и оборудования ВС на примере самолета Як-42 рассмотрено в данной работе.
Самолет Як-42 с тремя двигателями Д-36 создан ОКБ им. А.С. Яковлева.
Серийный выпуск самолетов осуществлялся Саратовским и Смоленским авиационными заводами.
Первый полет самолет Як-42 совершил 26.12.75 г. Государственные и эксплуатационные испытания самолета были проведены в 1980 г. Регулярные пассажирские перевозки на самолете Як-42 начаты с 22.12.1980 г.
Летная эксплуатация самолета осуществляется в соответствии с Руководством по летной эксплуатации самолета Як-42, введенным в действие в 1984 г.
Техническая эксплуатация осуществляется в соответствии с Регламентом технического обслуживания (РО) самолета Як-42, введенным в действие Указанием ГУЭРАТ МГА от 03.09.84г. и Руководством по технической эксплуатации (РЭ), введённым в 1980г., с изменениями и дополнениями.
Среднегодовой налет на самолет Як-42, который числился в списках в 2002 г. составил 1104 часа, что больше, чем на самолет Ту-154, и свидетельствует о востребованности самолетов данного класса как на внутренних, так и на международных авиалиниях.
Техническим заданием самолёту Як-42 были заданы:
ресурс до списания 30000 л.ч., 30000 посадок, срок службы - 25 лет.
Дополнением к сертификату типа № 9-42/30 от 28.03.03г. самолётам Як-42 установлены назначенный ресурс 30000 л.ч., 18000 полётов, 30 лет при условии:
- выполнения трудоёмких форм «Т0-10000» и «Т0-20000»;
- выполнения обязательных доработок по бюллетеням;
- эксплуатации в соответствии с действующей эксплуатационной документацией.
Таблица
Конструктивные и эксплуатационные качества Як-42 и В-737-300
Тип ВС Год выпуска Взлётная масса, т Кол-во пасса- жиров Цена ВС, млн $ Удельная стоимость $/час налёта Себестоимость л.ч. по типовому маршруту 850 км $/чел при 75% загрузке Безопас- ность Кк10000 0
ВС ПЭР ТОиР
Як-42Д 1988 57 120 12,5 237 2336 488 33 0,31
В-737-300 1984 до 63,8 148 38-44 377 1772 625 32 0,021
Тип ВС Регулярность полётов тлз.Б. К 1000 Ресурс до списания л.ч. Топливная эффективность г/ткм Кт чел.ч/ч 1тр, мин Тсут (средн/ тах) Затраты на ТоиР %/л.ч
Як-42Д 13 30000 68,7 10,2 30-40 4,4/14,8 51,7
В-737-300 27 60000 53,6 6,3 35 6,9/8,1 17,0
Сравнение конструктивных и эксплуатационных качеств самолетов Як-42 и его зарубежного аналога, приведенных выше, показывает, что отечественный самолет Як-42 по конструктивным качествам не уступает зарубежным аналогам тех же лет разработки. Однако эксплуатационные качества самолетов Як-42 по эксплуатационной приспособленности и эффективности эксплуатации несколько хуже. Конструктивные качества самолетов реализуются в эксплуатации, что выражается в ограничениях и требованиях эксплуатационной документации, определяющих надежную, безопасную и эффективную эксплуатацию самолетов Як-42. Особенно эти проблемы связаны с правилами установления и ограничения безопасных ресурсов изделий и оборудования отечественных самолетов, тогда как на зарубежных самолетах широко используются возможности повышения эффективности эксплуатации самолетов за счет реализации принципов безопасного повреждения, заложенных и в отечественные типы самолетов.
Из таблицы следует, что в процентном отношении материальные затраты на ТОиР отечественных самолетов примерно в 3 раза выше, чем для зарубежных. Основную часть этих расходов составляют расходы на замену изделий и агрегатов, которые за рубежом в основном производятся после безопасного отказа реализацией принципа безопасного повреждения в системах и оборудовании самолета. Затраты на замену аналогичных изделий на отечественных самолетах выше, так как замена изделий производится после отработки безопасного ресурса.
Данные по безопасности полетов отечественных и зарубежных типов самолетов, приведенные в таблице, подтверждают возможность реализации в эксплуатации принципов безопасного повреждения изделий и агрегатов систем и оборудования самолета Як-42, заложенных при проектировании и изготовлении и подтвержденных при испытаниях этих самолетов.
Проводимые в ГосНИИ ГА работы по индивидуальному продлению ресурсов и сроков службы ВС различных типов показывают, что фактически реализуемые ресурсы ВС в 2 и более раз превышают расчётные до списания.
Аналогично эксплуатация отдельных агрегатов без ресурсов до безопасного отказа может быть в среднем в 2-3 раза выше ранее действующих ресурсов для этих агрегатов, что и обеспечивает эффективность их безресурсной эксплуатации.
Комплекс работ, выполненных в ГосНИИ ГА и ОАО «ОКБ им. А. С. Яковлева» по переводу агрегатов и КИ самолётов Як-42 на безресурсную эксплуатацию (до безопасного отказа) с контролем уровней надёжности этих изделий в эксплуатации, показал, что самолёт Як-42 в этом
отношении не уступает зарубежному аналогу. В результате этих работ примерно 560 агрегатов и комплектующих изделий самолётов Як-42 переведено на безресурсную эксплуатацию до безопасного отказа с контролем уровней надёжности этих изделий в эксплуатации. Перевод проводится в соответствии с действующими теоретическими обоснованиями и методиками, например [2].
Показатели надёжности самолётов Як-42 за период эксплуатации показывают, что перевод КИ на ТЭС не сказался на безопасности и надёжности эксплуатации самолётов этого типа (рис. 1 и 2).
ДИНАМИКА НАРАБОТКИ САМОЛЕТА НА ИНЦИДЕНТ
год
Рис. 1. Динамика наработки самолета на инцидент
год
Рис. 2. Динамика показателей Тсс и Тууп, где Тсс - наработка на отказ, приводящий к сложной ситуации; Тууп - наработка на отказ, приводящий к усложнению условий полёта
Установление ресурса изделию АТ при его ресурсной эксплуатации (ТЭР) производится известными способами расчета ресурсов по результатам проектирования, испытаний и эксплуатации.
Необходимое условие выбора метода безресурсной эксплуатации до безопасного отказа определяется тем, что последствия отказа в совокупности с отказом другого изделия в системе ВС не являются более тяжёлыми, чем усложнение условий полёта.
Достаточное условие для применения метода ТЭО определяется его эффективностью относительно метода ТЭР из условия [2]:
(1)
где С - выходной экономический эффект;
Сизд - стоимость изделия;
э
АС уд - дополнительные (к ресурсной эксплуатации) удельные эксплуатационные затраты; Т - установленный ресурс изделия;
Тср - средний фактически реализуемый ресурс изделия.
Дополнительные удельные эксплуатационные затраты в общем виде определяются как:
А Суд = [(С ТО - СТО) + (С Р - СР) + (С КПА - СКПА) + (С НР - СНР)]*1/Т
(2)
где С' и С - затраты при ресурсной и безресурсной эксплуатации изделия, соответственно;
ТО, Р, КПА, НР - затраты на ТО, ремонт, контрольно-поверочную аппаратуру, накладные расходы, которые, при необходимости, раскладываются на составные части эксплуатационных расходов в соответствии с нормативными документами, а общим правилом расчетов АСудэ является учет всех изменившихся расходов на ТОиР при методе ТЭО, отнесенных к величине установленного ресурса изделия при методе ТЭР. При этом следует учитывать только затраты на дополнительные работы по контролю состояния (включая стоимость и затраты на эксплуатацию дополнительных средств контроля, а при необходимости и стоимость неплановых замен изделий и убытки от простоев) дополнительно к затратам на ресурсную эксплуатацию изделия.
Дополнительные удельные эксплуатационные затраты на безресурсную эксплуатацию агрегатов и комплектующих изделий самолётов Як-42 АСудэ = 0, т. к. никаких изменений в эксплуатационную документацию по введению дополнительных работ ТОиР на этих агрегатах и КИ не вводится, соответственно и нет дополнительных затрат на эти работы, т.е. АС'то = АС'р = АС'кпа = АС'нр = 0.
В соответствии со сложившейся системой контроля уровня надежности агрегатов самолетов Як-42, выполняемого ГосНИИ ГА, эксплуатант ежегодно платит за проведение контроля каждого самолёта примерно 300 долларов США, т.е. на один агрегат самолета при его безресурсной эксплуатации приходится 300:560 = 0,53 доллара США затрат, величиной которых по сравнению с себестоимостью летного часа самолета Як-42 можно пренебречь.
Достигнутые наработки агрегатов и КИ самолета Як-42 на замену при безопасном отказе примерно в 1,5 раза выше ранее действовавших и отмененных ресурсов, т.е. Тср = 1,5Т для каждого агрегата и КИ.
Соответственно экономический эффект от применения безресурсной эксплуатации до безопасного отказа для каждого агрегата будет равен:
т.е. эффект равен примерно половине стоимости каждого агрегата, соответственно и материальные затраты на эксплуатацию этих агрегатов на самолёте Як-42 также сокращаются в 1,5 раза.
По самолету Як-42 общая номенклатура изделий в системах самолета составляет около 1000 наименований из них 560 переведено на безресурсную эксплуатацию, а стоимость всех изделий и оборудования составляет около 60% стоимости нового самолета Як-42 (12,5 млн. долларов США, таблица).
Тогда экономический эффект от безресурсной эксплуатации агрегатов и изделий каждого самолета Як-42 в пределах действующего назначенного ресурса 30000 л.ч. 18000 полетов 30 лет эксплуатации составит:
Таким образом, экономическая эффективность более полной реализации конструктивных качеств самолетов Як-42 за счет внедрения безресурсной эксплуатации агрегатов и изделий систем и оборудования самолета составляет примерно 2,1 млн. долларов США на каждый самолет Як-42, т.е. около 17% стоимости нового самолета за весь срок его эксплуатации.
Приведенные экономические оценки эффективности безресурсной эксплуатации агрегатов систем самолета Як-42 подтверждают актуальность исследований и разработок по безресурсной эксплуатации агрегатов и КИ на отечественных типах ВС с введением альтернативного контроля уровней надёжности этих изделий в эксплуатации.
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.
INCREASING OF YAK-42 AIRCRAFT DESIGN S GUALITY RELEASE DURING COMPONENTS
OPERATION WITHOUT ‘LIMITATIONS’
Daletskiy E.S.
There are examined the principles, conditions and results of efficiency increasing of the technical maintenance of Yak-42 airplane due to the application of recourse-free maintenance of units at technical condition.
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.
