CC BY
761
УДК. 620.1(0.83)
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО УСТАНОВЛЕНИЮ РЕСУРСОВ ВЕРТОЛЕТУ МИ-2
В.А. ПИВОВАРОВ, Р.Л. СЕМЕНИХИН
В работе представлены анализ надежности всей конструкции вертолета Ми-2 с целью выявления отказывающих агрегатов; сравнение с другими типами вертолетов с целью классификации отказов; порядок продления ресурсов агрегатов; оценка состояния трансмиссии и рекомендации по поддержанию работоспособности агрегатов трансмиссии при установлении этим агрегатам ресурсов, равных ресурсам планера вертолета.
Ключевые слова: ресурс, трансмиссия вертолета, хвостовой вал, продление ресурсов, срок службы, Ы80-3 анализ, доказательная документация.
1. Сравнительный анализ надежности вертолетов Ми-2 и вертолетов Ми-8
1.1. Анализ показателей надежности вертолета Ми-2
Как известно, надежность - свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения параметров, характеризующих способность функционирования в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования.
К основным показателями надежности относят количественные характеристики безотказности [1].
Анализ надежности вертолета Ми-2 проводился на основании данных КУНАТ авиакомпании ЗАО «МАРЗ РОСТО» за период 1997 - 2010 гг. Данная авиакомпания имеет ряд вертолетов Ми-2, даты выпуска вертолетов от 1980 г. до 1989 г. Средний налет в месяц на 1 вертолет 30100 часов.
Как показала практика, наиболее часто отказывающими агрегатами вертолета Ми-2 являются:
- Двигатель ГТД-350. В среднем в квартал 1-2 двигателя досрочно снимались по причине появления металлической стружки на магнитных пробках, сопровождаемого повышенным расходом масла - 400-1000 грамм за час (при норме до 300 грамм в час). По заключениям завода, проводившего ремонты двигателей ГТД-350 (Уральский завод ГА, г. Екатеринбург), причинами появления стружки являются конструктивно-производственные недостатки третьей опоры турбокомпрессора, а именно масляное голодание подшипников опоры вследствие недостаточного диаметра масляных отверстий подвода масла к третьей опоре.
- Выхлопные патрубки двигателей ГТД-350. Появление трещин патрубков, в среднем 3-5 случаев в квартал. Причина - кратковременные забросы температур за свободной турбиной.
- Лопасти несущего винта. Отклеивание металлических оковок лопастей, в среднем 2 случая в квартал. Причина - конструктивно-производственный недостаток в изготовлении лопастей несущего винта.
- Авиагоризонты АГК-47. В среднем в квартал - 1-2 отказа, проявляющиеся в различных этапах полета в виде завала силуэта самолета. Причина - старение элементной базы агрегатов АиРЭО вертолета Ми-2.
- Радиовысотомеры РВ-3. В среднем 0-1 отказ в квартал, проявляющийся в различных этапах полета в виде перемещения стрелки указателя радиовысотомера на нуль. Причина - старение элементной базы агрегатов АиРЭО вертолета Ми-2.
- Стартеры-генераторы СТГ-3. В среднем 0-1 отказ в квартал, проявляющийся на земле и в полете в виде незапуска двигателя (на земле) либо падения напряжения (в полете). Причина -старение элементной базы агрегатов АиРЭО вертолета Ми-2.
Нетрудно заметить, что, агрегаты трансмиссии (хвостовой вал 50.25.000.00.00, промежуточный редуктор 42.51.1000, хвостовой редуктор 42.61.1000, главный вал 50.26.000.00.00) нико-
гда не отказывали за все годы эксплуатации вертолетов Ми-2. Это свидетельствует о высокой надежности перечисленных элементов трансмиссии. В то же время их ресурс ограничен и существенно меньше, чем планер вертолета Ми-2. Для установления возможности продления ресурса и доказательства необоснованности ограничения ресурсов элементов трансмиссии проведем сравнительный анализ надежности этих элементов на другом вертолете этого ОКБ - вертолете Ми-8.
1.2. Сравнение с другими вертолетами
Анализ надежности вертолета Ми-8 проводился на основании данных КУНАТ вертолетов различных авиапредприятий ГА за период 1980 - 1990 гг. Была произведена случайная выборка из 12 вертолетов Ми-8Т. Средний налет в месяц на 1 вертолет составил 50 часов.
Наиболее часто отказывающими агрегатами вертолетов Ми-8Т являются:
- Лопасти несущего винта. Отклеивание оковок на лопастях НВ в среднем 2 случая в квартал. Причина - конструктивно-производственный недостаток в изготовлении лопастей несущего винта.
- Растрескивание резиновой прокладки на фильтре маслосистемы главного редуктора. В среднем - 1-2 случая в квартал. Причина - конструктивно-производственный недостаток изготовления резиновых прокладок.
- Стружка на магнитной пробке главного редуктора. В среднем 3 случая в квартал при малых наработках СНЭ. Причина - приработка шестерен шестеренчатых масляных насосов. Неисправность устранялась путем трехкратной промывки маслосистемы главного редуктора.
- Обрывы металлизаций и контровочных проволок. В квартал - до 15 случаев. Причина -конструктивно-производственные недостатки, случайные повреждения при техобслуживании.
Таким образом, из статистики вышеперечисленных дефектов видно, что агрегаты хвостовой трансмиссии также обладают высокой надежностью и имеют все основания на продление до ресурсов, равных или близких к ресурсам планера вертолета. Единственный агрегат хвостовой трансмиссии вертолета Ми-8, который присутствует в КУН - главный редуктор ВР-8. Неисправность - появление металлической стружки на магнитной пробке маслосистемы в процессе приработки. Она также устранялась путем двух - трехкратной промывки маслосистемы главного редуктора в условиях АТБ.
Проведенный анализ аварий вертолетов Ми-2 и Ми-8 за период с 2008 по 2011 гг. показал, что все они произошли по причине ошибок экипажа.
2. Методики оценки и продления ресурсов
Основным документом, регламентирующим условия и порядок продления ресурсов авиатехники, является Приказ ФАС № 47 от 19.02.1998 г. [2] об утверждении временного Положения об организации и проведении работ по установлению ресурсов и сроков службы гражданской авиационной техники.
По вопросам установления (изменения) ресурсов и (или) сроков службы изделиям авиационной техники Положение регламентирует следующую последовательность основных работ:
- подготовка и утверждение директивного документа (решения) о порядке установления ресурса, срока службы и условиях их отработки;
- подготовка доказательной документации, обосновывающей изменение (увеличение) ресурса и (или) срока службы;
- подготовка решения по установлению для парка, группы и отдельных изделий ресурса и (или) срока службы и об условиях их отработки;
- разработка и ввод в действие в установленном порядке необходимой эксплуатационной документации (бюллетеней).
Организация по техническому обслуживанию авиатехники должна иметь полученный в установленном порядке сертификат соответствия на выполнение работ, связанных с установлением ресурсов и сроков службы.
2.1. Порядок установления ресурса и (или) срока службы воздушного судна
Условия установления ресурса и (или) срока службы
В зависимости от технического состояния, условий эксплуатации парка, выбранной стратегии технического обслуживания и ремонта ресурсы и сроки службы (назначенные, до первого капитального ремонта и межремонтные) могут устанавливаться на парк (группу) или отдельное воздушное судно.
Директивный документ по установлению ресурса и (или) срока службы
Директивным документом по установлению ресурса и срока службы воздушного судна является решение ФСНСТ МТ РФ о порядке установления ресурсов и сроков службы, а также условиях их отработки. Это решение готовится на основании технического предложения (плана работ) разработчика, согласованного с соответствующими научно-исследовательскими институтами авиационной промышленности и гражданской авиации.
Доказательная документация
Доказательная документация, обосновывающая увеличение ресурсов и (или) сроков службы воздушного судна, готовится на базе натурных испытаний воздушных судов, анализа технического состояния воздушных судов парка (групп, экземпляра), данных по условиям их эксплуатации и нагруженности, а также других необходимых расчетных и экспериментальных исследований.
Доказательная документация включает:
а) по назначенному ресурсу и сроку службы - заключение разработчика воздушного судна, согласованное с соответствующими научно-исследовательскими институтами авиационной промышленности и гражданской авиации, об установлении ресурса и срока службы конструкции воздушного судна по условиям прочности при длительной эксплуатации согласно требованиям соответствующих Норм летной годности. В этом заключении должны быть определены условия установления и реализации ресурса и срока службы: для парка (группы) или для отдельных экземпляров воздушных судов;
б) по межремонтному ресурсу и сроку службы - заключение разработчика воздушного судна, согласованное с соответствующими научно-исследовательскими институтами гражданской авиации. В случаях, когда при установлении межремонтного ресурса и срока службы изменяются определенные в заключении по пункту а) условия отработки назначенного ресурса (периодичность осмотров, сроки доработок и замен), должно быть выполнено и согласовано с соответствующими научно-исследовательскими институтами авиационной промышленности и гражданской авиации;
в) заключение разработчика воздушного судна и соответствующего научно-исследовательского института гражданской авиации по ресурсу и (или) сроку службы (или летной годности) систем воздушного судна;
г) научно-технический отчет (техническая справка) соответствующих научно-исследовательских институтов гражданской авиации, содержащий обобщение опыта эксплуатации парка воздушных судов (изделий);
д) перечень комплектующих изделий с ограниченными ресурсами и сроками службы;
е) анализ отказобезопасности основных систем, выполненный разработчиком воздушного судна.
Для агрегатов несущей системы и трансмиссии вертолета - заключение разработчика воздушного судна, согласованные с соответствующими научно-исследовательскими институтами авиационной промышленности и гражданской авиации, об установлении ресурсов (сроков службы) по условиям прочности конструкции при длительной эксплуатации.
Ресурсы и сроки службы воздушному судну при индивидуальном продлении устанавливаются и доводятся до эксплуатантов соответствующим решением.
Решение является основанием для разработки необходимой эксплуатационной документации при индивидуальном установлении ресурса и (или) срока службы (эксплуатационных бюллетеней в установленном порядке).
2.2. Порядок установления ресурсов и сроков службы комплектующим изделиям трансмиссии (хвостовой вал, главный вал, промежуточный редуктор, хвостовой редуктор)
Условия установления ресурса и срока службы
Действие данного раздела распространяется на комплектующие изделия при установлении (продлении) им ресурсов и сроков службы отдельно от воздушного судна.
Отдельные комплектующие изделия, установленные на воздушное судно, могут иметь ресурсы и сроки службы менее соответствующих ресурсов и сроков службы планера. Ограничение ресурсов (сроков службы) обосновывается исходя из обеспечения безотказности и характеристик долговечности.
В зависимости от условий эксплуатации, выбранных методов технической эксплуатации ресурсы и сроки службы могут устанавливаться на отдельный тип комплектующего изделия. Ресурсы и сроки службы однотипных изделий, установленных на разных типах воздушных судов, могут быть унифицированы.
Документ по увеличению ресурса и срока службы изделия
Как упоминалось, основанием для проведения работ по увеличению ресурсов и сроков службы комплектующих изделий является решение ФСНСТ МТ РФ о порядке увеличения ресурсов и сроков службы. Это решение готовится на основании технического предложения (плана работ) разработчика воздушного судна совместно с разработчиком комплектующего изделия.
Техническое предложение (план работ), согласованное с соответствующими научноисследовательскими институтами авиационной промышленности и гражданской авиации, должно включать:
- анализ технического состояния и наработок комплектующих изделий;
- анализ технических возможностей комплектующих изделий для увеличения ресурсов и сроков службы;
- программу исследования комплектующего изделия (при необходимости), согласованную с соответствующими научно-исследовательскими институтами гражданской авиации;
- специальные требования к комплектующим изделиям (в случае необходимости).
Доказательная документация
Доказательная документация, обосновывающая увеличение ресурсов и сроков службы комплектующего изделия, готовится разработчиком воздушного судна и согласовывается с соответствующими научно-исследовательскими институтами гражданской авиации по результатам необходимых расчетных и экспериментальных исследований.
Доказательная документация должна включать научно-исследовательский отчет (техническую справку), содержащий:
- обобщение опыта эксплуатации парка комплектующих изделий;
- анализ уровней надежности комплектующих изделий и последствий отказов.
По комплектующим изделиям, отказ которых может приводить к ситуации хуже сложной ситуации, разработчик воздушного судна поручает (при необходимости) подготовить доказательную документацию разработчику комплектующего изделия.
3. Работы, связанные с оценкой состояния трансмиссии и продления до 10500 часов
Одновременно с установлением агрегатам трансмиссии вертолета Ми-2 (хвостовой,
главный валы, промежуточный, хвостовой редукторы) необходимо внести ряд задач и работ в Регламент технического обслуживания вертолета Ми-2 с целью гарантировать реализацию заложенных в конструкцию уровней безопасности и надежности ВС, восстанавливать безопасность и надежность до их заложенных в конструкцию уровней при появлении признаков ухудшения ее технического состояния, получать информацию, необходимую для совершенствования конструкции тех изделий, заложенный уровень надежности которых оказался недостаточным, осуществлять достижение этих целей с минимальными суммарными затратами, включая затраты на ТО и ущерб от последствий отказов.
Для внесения дополнительных работ и периодичности их выполнения проведем MSG-3 анализ для агрегатов хвостовой трансмиссии: хвостовой вал, главный вал, промежуточный редуктор, хвостовой редуктор. MSG-3 анализ проводится по стандарту AC 1.1.MSG-3-2008. «Основные положения по разработке требований к плановому техническому обслуживанию» [3].
Согласно [3] все рассматриваемые агрегаты классифицированы как «важный в плане ТО элемент» (Maintenance Significant Items - MSI) и рассматриваются по [3, п. 2, 3]. Проведем анализ по логической схеме [3, рис. 2.1].
Вопрос 1:
Можно ли отнести ФО в момент его возникновения к числу явных для экипажа ВС при выполнении им обычных обязанностей?
Этот вопрос задается для оценки того, будет ли экипаж ВС иметь информацию о потере функции (отказе) при условии, что он выполняет свои обычные обязанности. Вопрос 1 должен быть задан для каждого ФО анализируемого элемента. Цель его заключается в разделении явных и скрытых ФО. Понятие «экипаж ВС» здесь охватывает авиационный персонал кабины летного экипажа
Выбираем ответ «ДА», который означает, что функциональный отказ (ФО) явный; переходим к вопросу 2 [3, р. 2, 3, 5.2].
Вопрос 2:
Имеют ли ФО или вызванное им вторичное повреждение прямое негативное влияние на безопасность полетов?
Для ответа «ДА» ФО должен иметь прямое негативное влияние на безопасность полета.
Прямое:
Чтобы иметь прямое влияние, ФО или обуславливаемое им вторичное повреждение должны вызывать последствия непосредственно, не в комбинации с другими ФО (резервирование отсутствует и изделие является основным в плане влияния его отказов на возможность вылета).
Негативное влияние на безопасность:
Влияние на безопасность считается негативным, если последствия отказа не позволят безопасно завершить полет и выполнить посадку и/или могут послужить причиной серьезного вреда здоровью или смерти людей на борту.
Это понимается как проявление ФО в интервал времени, в течение которого пассажиры и экипаж находятся на борту ВС с целью выполнения полета.
Выбираем ответ «ДА», который означает, что этот ФО должен быть отнесен к категории непосредственно влияющих на безопасность полетов и работа(ы) по ТО должна(ы) быть определена(ы) в соответствии с положениями [3, р. 2, 3-6.1].
Раздел 2, 3-6.1 ФО рассматриваемых агрегатов как явно влияющий на безопасность полетов (Категория 5 - Evident Safety - ES). Категория ES должна рассматриваться с пониманием того, что работы по ТО необходимы для обеспечения безопасной эксплуатации. Для этой категории должны быть заданы все вопросы соответствующей ветви логической схемы. Если ни одной эффективной работы по результатам анализа не будет выбрано, то обязательна доработка конструкции. Последовательность анализа для ФО категории ES приведена в [3, рис. 2.1]. Из этого рисунка вытекает следующий вопрос.
Вопросы 5А, 6А, 7А, 8А и 9А:
Являются ли смазка или технологическое обслуживание приемлемыми и эффективными?
Рассматривается любой вид смазки или технологического обслуживания в целях поддержания заложенных в конструкцию характеристик.
Выбираем ответ «ДА» и получаем результат «LU/SV», который означает Lubrication / Servicing - смазка и техобслуживание.
Смазка выполняется по Регламенту ТО через каждые 25 часов налета. А в плане работ по техобслуживанию наиболее надежным будет внесение в Регламент ТО специальных детальных осмотров с применением методов неразрушающего контроля.
При определении оптимальной периодичности выполнения работ необходимо руководствоваться следующей информацией:
- данные испытаний и технического анализа разработчика;
- данные разработчика и рекомендации поставщиков покупных изделий;
- требования заказчика;
- накопленный опыт эксплуатации аналогичных агрегатов и подсистем;
- экспертные инженерные оценки.
Для того чтобы выйти на «наилучшую начальную» периодичность выполнения каждой работы, нужно оценить периодичность ТО на основании всех имеющихся в распоряжении данных. В рамках этой оценки для определения наиболее подходящей периодичности нужно дать ответы на следующие вопросы:
- Какой опыт эксплуатации имеется по подобным узлам, агрегатам и системам на другом типе ВС, для которого уже определена эффективная периодичность выполнения работы?
- Какие конструктивные меры были внедрены для гарантии большей периодичности ТО?
- Какая периодичность выполнения работы рекомендуется разработчиком/поставщиком на основании данных испытаний или анализа отказов?
Согласно [3], если периодичность выражена в виде параметра, характеризующего использование АТ, то ее определение состоит из следующих этапов:
- первый этап - определение доминирующего(щих) параметра(ов), характеризующего использование АТ. Для агрегатов хвостовой трансмиссии основным параметром является налет в часах;
- второй этап - определение величины периодичности в единицах выбранного параметра, характеризующего использование, с учетом критериев, рассмотренных ниже.
Иногда невозможно выполнить работу без демонтажа/съема с борта элемента/ФС. Периодичность такой работы необходимо согласовать со сроками демонтажа/замены элемента/ФС.
Агрегаты хвостовой трансмиссии имеют хороший доступ и их можно обслуживать без съема с борта вертолета. Также на вертолете Ми-2 из методов неразрушающего контроля применяется вихретоковый метод контроля картера промежуточного редуктора через каждые 500 часов налета. В связи с этим установить агрегатам хвостовой трансмиссии: главному валу, хвостовому валу, промежуточному редуктору, хвостовому редуктору периодичность выполнения контроля - 500 часов, с возможностью дальнейшего увеличения периода ультразвукового контроля до 1000 часов при положительных результатах эксплуатации агрегатов хвостовой трансмиссии до назначенного ресурса, равного ресурсу планера - 10500 часов.
4. Выводы
1. Проведенный анализ надежности вертолетов Ми-2 и сравнение с вертолетом Ми-8 показал высокую надежность агрегатов хвостовой трансмиссии отечественных вертолетов.
2. Определены дополнительные работы, которые необходимо внести в Регламент ТО вертолета Ми-2 при установлении назначенного ресурса агрегатам хвостовой трансмиссии -10500 часов с помощью МБО-3 анализа.
3. Сделаны рекомендации по оптимизации периодичности выполнения этих работ с помощью МБО-3 анализа.
ЛИТЕРАТУРА
1. ГОСТ 27.020-89. Надежность. Термины и определения.
2. Приказ ФАС № 47 от 19.02.1989 г.
3. АС 1.1.МБ0-3-2008. Основные положения по разработке требований к плановому техническому обслуживанию.
THE RECOMMENDATIONS OF SETTING HELICOPTERS MI-2 RESOURCES
Pivovarov V.A., Semenikhin R.L.
There are reliability analysis of whole Mi-2 airframe in this paper. Its purpose is items detecting which are failed more often; comparing analog helicopters for typical failures detecting during helicopters operation; items evaluation and prolonging recourse methods; items recourse prolonging orders; transmission state evaluation works and prolonging till 10500 hours; transmission items workability support recommendations during recourse 10500 hours.
Key words: resource, helicopter transmission, drive shaft, resource prolonging, life cycle, MSG-3 analysis, proof documentation.
Сведения об авторах
Пивоваров Владимир Андреевич, 1945 г.р., окончил МАТИ (1968), доктор технических наук, профессор кафедры технической эксплуатации летательных аппаратов и авиадвигателей МГТУ ГА, автор более 200 научных работ, область научных интересов - эксплуатация двигателей летательных аппаратов и диагностика авиационной техники.
Семенихин Роман Леонидович, 1980 г.р., окончил МГТУ ГА (2003), аспирант кафедры технической эксплуатации летательных аппаратов и авиадвигателей МГТУ ГА, ведущий конструктор ОАО «ОКБ П.О. Сухого», автор 1 научной работы, область научных интересов - прочность, живучесть и ре-сурсоспособность летательных аппаратов и их агрегатов.
