CC BY
127
УДК 629.130
А. Г. Зосимов, Е. А. Нартов, Л. Г. Шаймарданов
ПРОБЛЕМЫ МОНИТОРИНГА НАДЕЖНОСТИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СИСТЕМ САМОЛЕТОВ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ
Рассмотрены особенности сопоставления результатов мониторинга надежности функциональных систем с оценками норм летной годности самолетов гражданской авиации.
Надежность самолетов гражданской авиации (ГА) является непременным условием обеспечения безопасности полетов. Она обеспечивается разработчиком и изготовителем в соответствии с нормами летной годности самолетов (НЛГС) [1]. В эксплуатации вся деятельность инженерно-авиационных служб направлена на поддержание летной годности, т. е. соответствия самолетов НЛГС. В НЛГС выражены минимальные требования государства к надежности авиационной техники. Они определены в виде вероятности возникновения в течение 1 ч полета особых (неблагоприятных) ситуаций, вызванных отказами авиационной техники. Так, катастрофическая ситуация (КС) определена НЛГС как практически невероятная с вероятностью возникновения, равной 10-7 для самолета в целом и 10-8 для отдельной системы самолета. Аварийная ситуация (АС) признана крайне маловероятной, а вероятности ее реализаций определены как 10-5 и 10-6 на 1 ч полета для самолета и системы соответственно. Сложная ситуация (СС) признана не столь опасной. Отказы авиационной техники, вызывающие эту ситуацию, парируются действиями экипажа в соответствии с руководством по летной эксплуатации самолета. Вероятности ее реализации на 1 ч полета определены как 10-3 и 10-4 для самолета и отдельной системы.
В эксплуатационных подразделениях (авиакомпаниях и авиапредприятиях), в соответствии с отраслевыми документами, для контроля за надежностью авиационной техники используются отличные от НЛГС показатели. Это прежде всего средняя наработка на отказ либо неисправность и К1 000 - количество отказов на 1 000 ч полета. Анализ динамики этих показателей, безусловно, обеспечивает возможность контроля надежности авиационной техники и планирования мер по ее поддержанию. Но средняя наработка на отказ и К1 000 применительно к НЛГС являются косвенными оценками надежности. Интегрирование ГА России в международное авиационное сообщество сопряжено с гармонизацией отечественной нормативной базы ГА с нормами ИКАО, которые требуют использования прямых оценок надежности эксплуатирующихся самолетов и их систем [2]. Кроме того, использование косвенных оценок надежности не дает возможности эксплуатантам на основе требований НЛГС разрабатывать предложения по изменению стратегий и режимов технического обслуживания, что широко практикуется зарубежными авиакомпаниями.
Авторами выполнены оценки надежности функциональных систем самолетов Ан-24, Ил-76, Ту-154М и ТУ-154Б с использованием статистических материалов о налете часов, отказах и неисправностях эксплуатанта. Как в процессе выполнения оценок, так и при их сопоставлении с НЛГС возникали определенные проблемы, которые и обсуждаются в данной статье.
Прежде всего следует отметить, что статистических материалов даже крупного эксплуатанта, интенсивно эксплуатирующего 15 самолетов одного типа, недостаточно для построения зависимости интенсивности отказов X (V) отдельных агрегатов от налета часов. В этих условиях приходится использовать точечную и, естественно, менее точную оценку в виде параметра потока отказов Ю, рекомендованную в [3] авторитетными в области надежности авиационной техники авторами. Использование же отраслевых статистических материалов обеспечивает возможность определения Х(7), но сопряжено с погрешностями другого вида. Технический персонал эксплуатантов допускает ошибки, причисляя неисправности агрегатов, не влияющие на безопасность полетов, к отказам, ведущим к тяжелым последствиям. Подобные ошибки чаще встречаются в случаях, когда агрегат вследствие возникшей неисправности снимают и отправляют в ремонт. При работе со статистикой конкретного эксплуатанта подобные ошибки легко выявляются и парируются. Использование отраслевой статистики такое парирование исключает. Кроме того, исследованиями, выполненными в ГосНИИГА [4], показано, что влияние фактора эксплуатанта на надежность авиационной техники многогранно и существенно.
Расчет надежности любой функциональной системы экземпляра самолета выполняется при определенных наработках агрегатов системы, которые всегда существенно различны. В результате расчета вычисляется вероятность безотказной работы либо отказа. Возникает вопрос о том, каким образом привести полученную вероятность отказа к 1 ч полета для сопоставления с требованиями НЛГС. Приведение показателей надежности агрегатов к 1 ч и последующий расчет надежности системы дает существенное расхождение с расчетом надежности системы по показателям надежности агрегатов, полученным для их фактических наработок. В случае параллельного соединения п одинаковых агрегатов, отработавших по Т ч каждый, ошибка составляет Тп-1 раз. Остается единственная возможность отнести рассчитанную для функциональной системы вероятность отказа к налету планера самолета. Насколько это оправданно? В НЛГС и нормативных отраслевых документах ответа на этот вопрос нет. Ранее он не возникал, поскольку мониторинг надежности экземпляров самолетов не выполнялся, а при сертификации типа самолета надежность функциональных систем определялась при задании всем агрегатам и планеру одинакового налета часов.
При анализе надежности функциональных систем возникает также вопрос о том, что нас больше интересует: прошлая надежность или будущая, т. е. до момента мониторинга либо на определенном интервале времени
после него. Ответ на него во многом зависит от закона изменения вероятности отказа системы. Отказ функциональной системы - событие редкое. Для расчета вероятностей разреженных потоков событий целесообразно использовать экспоненциальный закон [3]
Р = е-Ю,
где Ю - параметр потока отказов, являющийся, по определению, числом отказов в единицу времени, в качестве которой может быть принят 1 ч.
Результаты расчета вероятностей отказа в функции от налета г для различных значений параметра потока отказа Ю приведены на рис. 1. Там же нанесены прямые вероятностей отказа, нормируемые НЛГС для аварийной ситуации и сложной ситуации. Те же результаты, но для более широкого диапазона Ю, включающего и катастрофическую ситуацию, показаны на рис. 2.
Рис. 1. Вероятности отказов для аварийной и сложной ситуаций
Рис. 2. Вероятности отказов для АС, СС и КС
Анализ этих рисунков дает ответы если не на все поставленные вопросы, то на многие из них. Экспонента при малых значениях ю вырождается в прямую. Так, при Ю= 10-6 в диапазоне г от 0 до 45 000 ч, реализуемом для самолетов ГА, отклонение экспоненты от прямой не превышает 0,5 %. Но в этом случае вероятность реализации аварийной либо катастрофической ситуации на 1 ч полета, определяемая НЛГС, является тангенсом угла наклона прямой (2(г) для соответствующей ситуации и не зависит от налета часов г, т. е. неизменна во всем диапазоне летной эксплуатации самолета.
В связи с этим более оправданным представляется приведение результатов мониторинга надежности функ-
циональной системы к 1 ч полета при определении тангенса угла наклона касательной к зависимости (2(г) системы в точке мониторинга г. Такой подход правомерен, поскольку для данных систем (2(г) < 10-7.
Со сложной ситуацией все не так однозначно. Вероятность ее реализации на 1 ч полета, нормируемая НЛГС, с одной стороны, является функцией налета часов, - с другой, зависит от способа вычисления для двух различных способов - по секущей (рис. 3) и по касательной (рис. 4). Здесь следует иметь в виду, что сложная ситуация, вызванная отказами авиационной техники, не столь опасна, как аварийная и катастрофическая. Она парируется действиями экипажа в соответствии с руководством по летной эксплуатации и, скорее всего, вследствие этого не столь четко определена в НЛГС.
(^(45000) ^(^)/(45000 -
^^“w=0,0001
Рис. 3. Вероятность отказа, рассчитанная по секущей ((Q(t2)-Q(t1))/(t2-
♦ w=0,0001
Рис. 4. Вероятность отказов, рассчитанная по касательной
Библиографический список
1. АП-26. Авиационные правила. Нормы летной годности / Межгос. авиац. комитет. М., 1989.
2. Летная годность: прил. 8 к Конвенции о международной гражданской авиации. Летная годность воздушных судов / ИКАО. М., 1988.
3. Воробьев, В. Г. Надежность и эффективность авиационного оборудования / В. Г. Воробьев, В. Д. Константинов. М. : Транспорт, 1995.
4. Далецкий, С. В. Эффективность технической эксплуатации самолетов гражданской авиации / С. В. Далецкий, О. Я. Деркач, А. Н. Петров. М. : Воздуш. транспорт, 2002.
A. G. Zosimov, E. A. Nartov, L. G. Shaimardanov
THE PROBLEMS OF MONITORING OF CIVIL AVIATION AIRPLANES FUNCTIONAL SYSTEMS RELIABILITY
The specialties offunctional systems monitoring of the results of reliability comparison are viewed. Also there a the norms of flying validity of civil aviation airplanes.
