Дипломная (вкр): Техническая эксплуатация авиадвигателей в степени простых аппаратов

Глава 3. Контролепригодность летательных аппаратов

.1 Характеристика контролепригодности и ее оценка

Существенное повышение эффективности технической эксплуатации ЛА достигается при комплексном подходе к решению задач обеспечения приспособленности конструкций к прогрессивным методам ТОиР авиационной техники и, в частности, к методам ТОиР по состоянию Основное содержание работ при ТОиР по состоянию - техническое диагностирование объектов AT, связанное с контролем и прогнозированием их работоспособности. Затраты времени и труда на контроль растут с увеличением сложности конструкций ЛА, числа контролируемых объектов и замеряемых параметров, с ростом требований по обеспечению заданной глубины контроля и становятся определяющими в общем расходе времени и труда на проведение профилактических и восстановительных работ.

Если бы совершенствовались только методы и средства контроля, а сами ЛА конструировались бы без учета необходимости их контроля, то невозможно было бы достичь высоких результатов в условиях внедрения ТОиР по состоянию. Для успешного решения этой задачи конструирование современной AT ведется с учетом требований по обеспечению ее контролепригодности.

Под контролепригодностью ЛА понимается свойство, характеризующее его приспособленность (пригодность) к проведению контроля заданными методами и средствами технического диагностирования. Таким образом, контролепригодность характеризует свойство ЛА как совокупности объектов контроля и диагностирования (прежде всего методами автоматизированного контроля и физическими методами).

Значение проблемы контролепригодности конструкций ЛА в первую очередь отражается в требованиях по обеспечению их надежной работы. В то же время обеспечение приспособленности конструкций к проведению их проверок теми или иными методами и средствами контроля неизбежно связано с дополнительными затратами. Однако в процессе эксплуатации они окупаются за счет повышения надежности, более эффективного использования ЛА и сокращения расходов на их ТОиР. Одновременно в процессе эксплуатации проводится комплексная оценка контролепригодности AT, на основе которой разрабатываются рекомендации по повышению эффективности эксплуатации ЛА за счет усовершенствования AT и применяемых методов и средств контроля. При этом следует иметь в виду, что ЛА имеет наземный и бортовой уровни контролепригодности. Первый из них характеризует соответствие всех функциональных систем, планера и силовой установки ЛА требованиям диагностирования с целью прогнозирования изменения технического состояния AT, второй -соответствие AT требованиям оперативного контроля работоспособности и правильного его функционирования на всех этапах полета, а также требованиям к обработке и накоплению полетной диагностической информации для ее использования на земле и прогнозирования.

Комплексная оценка контролепригодности объекта AT включает (рис. 3.1.) оценку контролепригодности конструкции, бортовых приборов контроля, системы сбора и обработки полетной информации (СОПИ), системы наземного контроля. В свою очередь оценка контролепригодности конструкции предусматривает оценку контролепригодности собственно конструкции, встроенных средств контроля, устройств сопряжения объекта контроля со средствами контроля.

Оценка бортовых приборов контроля включает оценку соответствия состава контролируемых параметров заданному, соответствия точности измерения заданной, эргономических свойств комплекса индикаторов (указателей) и приборов контроля.

Оценка системы наземного контроля предусматривает оценку соответствия состава контролируемых параметров заданному, качества применяемых средств контроля, эффективности применяемых методик контроля технического состояния AT в условиях эксплуатации.

.2. Анализ контролепригодности авиационной техники

В связи с развитием AT улучшаются летно-технические и конструктивно-эксплуатационные характеристики ЛА. Повышение технического уровня AT оказалось возможным благодаря разработке и реализации на современных типах ЛА новых конструктивно-технологических принципов проектирования и конструирования элементов, узлов, агрегатов и функциональных систем, обладающих высоким уровнем контролепригодности. В настоящее время именно те виды AT, уровень контролепригодности которых в сочетании с заложенными в конструкцию свойствами безотказности обеспечивает безопасную и экономическую эксплуатацию ЛА, переводятся на методы ТОиР по состоянию.

При создании ЛА конструкторы используют два основных принципа решения проблемы повышения надежности и эффективности эксплуатации: "безопасного ресурса" и "безопасной повреждаемости". И в том и в другом случае применительно к конструкции планера проектируемых в настоящее время ЛА его особенностью с позиций контролепригодности является приспособленность к неразрушающим методам контроля и раннему выявлению трещин и коррозии.

Анализ имевших место случаев разрушения и серьезных повреждений конструкции свидетельствует о том, что они могут быть легко предотвращены, если обеспечивается необходимый доступ для контроля и осмотра элементов планера. Так, например, конструкция английского самолета БАе-146 спроектирована с учетом выполнения эффективного осмотра и контроля. Принято, что длина обнаруживаемой трещины у этого самолета составляет 10,2 см. Допускается, что трещины меньшей длины могут быть и не обнаружены. Вопросы обеспечения доступности для технического контроля конструкции решаются в начальной стадии проектирования ЛА. При этом учитывается, что неразрушающие методы контроля применяются тогда, когда визуальные технические осмотры неэффективны. Для зарубежного самолета А-300, например, около 5 % проверок силовых элементов конструкции требуют обязательного применения методов неразрушающего контроля, а для 15 % они могут быть заменены обычным визуальным осмотром.

Принимая во внимание, что принцип "безопасной повреждаемости" распространяется и на функциональные системы ЛА, надежность которых обеспечивается главным образом за счет резервирования изделий и систем в целом, тем не менее, и они нуждаются в высоком уровне контролепригодности.

Контроль технического состояния функциональных систем ЛА обеспечивается наличием штатных систем (приборов) индикации эксплуатационных параметров, систем раннего обнаружения неисправностей, аварийной сигнализации и автоматизированного контроля.

Штатные приборы контроля в форме различных видов носителей информации (стрелочные, цифровые, световые и т.п.) выводятся на приборные доски членов экипажа и обеспечивают контроль работоспособности важнейших агрегатов и функциональных систем ЛА.

Системы раннего обнаружения и сигнализации неисправностей предназначены для выявления предотказового технического состояния агрегатов и систем ЛА. Их контролируемые параметры отражают постепенно накапливающиеся изменения таких характеристик технического состояния, которые объективно свидетельствуют о возникновении неисправности, переходящей в дальнейшем в отказ агрегата или системы в целом.

Системы аварийной сигнализации используют в качестве выходного сигнала: световую индикацию красного цвета на приборных досках и пультах членов экипажа; звуковую сигнализацию в виде прерывистого зуммера или записанных на магнитную ленту речевых команд. Данные системы реагируют на такие изменения в работе основных систем ЛА, которые угрожают безопасности полета: помпаж двигателя, пожар, падение давления топлива, отключение генераторов и др.

Бортовая автоматизированная система контроля (БАСК) объединяет все бортовые системы контроля и регистрирует весь комплекс параметров, контролируемых на борту ЛА. БАСК имеет в своем составе бортовую ЭВМ. В составе каждой функциональной системы ЛА имеется логическое устройство, сравнивающее фактический выходной сигнал от датчика данного контролируемого параметра с эталонным из блока памяти ЭВМ. При недопустимом рассогласовании этих сигналов на дисплее экипажа появляется информация о неисправности или отказе с необходимыми рекомендациями. БАСК самолетов Б-747 и ДС-10 обеспечивают поиск 95% неисправных блоков.

Работоспособность основных электроцепей и агрегатов системы кондиционирования воздуха на отечественном самолете Як-42 проверяется с помощью бортовой системы автоматизированного контроля. В различных системах .управления ЛА находят применение микропроцессоры. Они устанавливаются в системах управления полетом, автоматического управления тягой двигателей, управления расходом топлива, контроля и оптимизации режимов работы двигателей и др. На базе микропроцессоров разработана система регулирования параметров в кабинах таких зарубежных самолетов, как Б-757 и Б-767 и др.

Совершенствование системы диагностирования ГТД в условиях эксплуатации по состоянию связано в настоящее время с разработкой их конструкции, обеспечивающей с помощью средств объективного контроля доступ к элементам, определяющим состояние двигателей, и разработкой систем автоматизированной обработки информации об изменении технического состояния ГТД. Конструкции современных ГТД позволяют обнаружить большинство повреждений на ранних стадиях их развития за счет возможности проведения контроля: состояния масла, уровня вибраций, значений термогазодинамических параметров, целости деталей проточной части двигателя и силовых элементов.

В табл. 3.1 приведены примеры обеспечения контролепригодности современных ГТД.

Примером конструктивного обеспечения контролепригодности может служить выполнение лючков на корпусах ГТД для визуального контроля состояния его проточной части (рис. 3.2). Стрелками на нем показаны места введения эндоскопов и заштрихованы элементы конструкции ГТД, доступные для визуального контроля.

.3 Категории контролепригодности

Под категорией контролепригодности понимается качественная характеристика приспособленности изделия к техническому диагностированию заданными средствами. Категорию устанавливают в техническом задании на вновь создаваемое изделие AT в целом или его составные части. Для того чтобы изделию присвоить определенную категорию контролепригодности, необходимо его оценить с точки зрения конструктивного исполнения по контролепригодности.

Различают шесть групп (1-6) конструктивного исполнения по контролепригодности (рис. 3.3).

Для обеспечения контролепригодности изделий AT в техническом задании на ее разработку или модернизацию должны устанавливаться конкретные требования по контролепригодности в виде значений показателей и качественных требований.

Номенклатура и значения показателей контролепригодности изделий AT задаются с учетом: технических требований на ЛА в целом; требований к эффективности технической эксплуатации ЛА и надежности изделий AT; вида и назначения системы диагностирования; информации о контролепригодности прототипов или аналогов изделий AT отечественного или зарубежного производства; требований действующей нормативно-технической документации; обеспечения возможности сравнения контролепригодности однотипных изделий AT.

Качественные требования по контролепригодности содержат общие требования к параметрам, методам, средствам технического диагностирования и к конструкции изделий AT. Общие требования к параметрам, методам и средствам в зависимости от вида и назначения систем диагностирования включают требования: к числу диагностических параметров, несущих достаточную информацию о техническом состоянии изделия; к номенклатуре встроенных и внешних средств контроля, их точности и достоверности; к оптимальности алгоритма диагностирования, обеспечивающего наиболее экономичную эксплуатацию ЛА при заданном уровне безотказности его изделий.

К числу общих требований, предъявляемых к самой конструкции AT, следует отнести: введение в конструкцию AT встроенных элементов контроля, обеспечивающих визуальный контроль параметров; введение в конструкцию AT встроенных средств диагностирования, измерительных преобразователей, средств микропроцессорной техники;

применение унифицированных и стандартизированных устройств сопряжения с внешними средствами контроля; обеспечение легкосъемности устройств сопряжения; обеспечение безопасного и однозначного соединения устройств сопряжения с учетом соблюдения требований пожаробезопасности, эргономических и эстетических характеристик.

Формирование требований по контролепригодности вновь создаваемой AT регламентируется отраслевыми и межотраслевыми нормативными документами, в том числе общими техническими требованиями к контролепригодности отдельных функциональных систем, газотурбинных двигателей и ЛА в целом.

Глава 4. Комплексная программа обеспечения надежности

.1 Комплексные показатели надежности

По мере усложнения AT, увеличения назначенного ресурса и срока службы все большее значение приобретает проблема обеспечения надежности ЛА в целом, его функциональных систем и отдельных агрегатов.

Поскольку в создании ЛА участвуют многие организации, а эксплуатация его длится несколько десятков лет, возникает необходимость комплексного решения проблемы обеспечения надежности. Важное место при этом занимает комплексная программа обеспечения надежности и безопасности полета на всех этапах его создания и эксплуатации. Впервые подобная программа была разработана для самолета Ил-86. Кроме последовательности этапов и содержания работ она определяет ответственных исполнителей, сроки, конечные результаты и формы отчетности.

Известно, что затраты на устранение конструктивных недостатков на этапах проектирования, серийного производства на порядок меньше, чем на этапе эксплуатации ЛА. Значительное увеличение затрат на разработку ЛА, создание испытательных стендов и прогрессивных средств производства позволяют значительно снизить затраты на эксплуатацию.

Оценка эффективности комплексной программы обеспечения надежности производится на каждом из этапов жизненного цикла ЛА. Но оценка по конечному результату осуществляется в процессе технической эксплуатации с использованием комплексных показателей.

В соответствии с действующей нормативной документацией установлены комплексные показатели надежности.

Коэффициент готовности Кг - вероятность того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых применение объекта по назначению не планируется. Следовательно, он представляет собой отношение времени исправной работы к суммарному времени исправной работы и времени восстановления после отказов:

где Tв - суммарное время восстановления после отказов в течение года; Tг - годовой налет.

Если известно число отказов nотк, например, за время Tг , то, поделив числитель и знаменатель на nотк . можно получить:

где To - наработка на отказ; tв - среднее время восстановления после отказа.

Коэффициент оперативной готовности Ког используется для оценки вероятности того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени и, кроме того, начиная с этого момента, будет работать безотказно в течение заданного интервала времени:

где P(t)- вероятность безотказной работы после устранения отказа (после восстановления).

Коэффициент технического использования Kт и определяется как отношение математического ожидания интервалов времени пребывания объекта в работоспособном состоянии за некоторый период эксплуатации к сумме математических ожиданий интервалов времени пребывания объекта в работоспособном состоянии и простоев на ТОиР за тот же период эксплуатации: