книги из ГПНТБ / Соломонов, П. А. Надежность планера самолета

Параллельно с плазовыми работами ведется разработка техно­ логии монтажных работ. При этом необходимо обращать внима­ ние на выбор баз, относительно которых должны фиксироваться агрегаты силовой установки, системы управления, топливной и гидросистем, связанные трубопроводами.

Окончательную отработку сложных пространственных эле­ ментов всех систем целесообразно проводить на макете самоле­ та или головном самолете. Это позволяет изыскать еще более простые решения компоновки агрегатов, монтажа элементов коммуникаций, сократить число соединений, повысить эксплу­ атационные качества самолетов. Монтажные работы на макете следует производить строго в соответствии с чертежами. Обна­ руженные при этом недостатки конструкции, снижающие каче­ ство и надежность изделия, должны устраняться. На макете ус­ танавливается все оборудование и приборы для отработки мон­ тажей. По мере отработки монтажей должны быть изготовлены эталоны всех элементов систем (трубопроводы, электрожгуты, коллекторы и т. д.). Эти детали в дальнейшем используются при изготовлении всей заготовительной, монтажной и контрольной оснастки. Отработку монтажей целесообразно производить по зонам.

В процессе подготовки производства и в ходе серийного производства целесообразно продолжать лабораторные иссле­ дования и испытания агрегатов и систем самолета. Необходи­ мость в проведении этих исследований и испытаний объясняется рядом причин. Во-первых, в процессе проектирования и построй­ ки опытного образца самолета не всегда удается в желательном объеме провести необходимые испытания. Кроме того, в процес­ се летных испытаний, конструктивно-технологической отработки самолета вносится целый ряд конструктивных и технологических изменений, которые требуют лабораторной проверки. Необходи­ мо также углубить и расширить исследования нагрузок и усло­ вий работы элементов конструкции планера, силовых установок, агрегатов оборудования и систем. Во-вторых, необходимость испытаний объясняется большими разбросами результатов ис­ пытаний. Испытания одного или даже нескольких образцов не всегда могут отражать действительную картину надежности из­ делий. Для принятия решения и разработки рекомендаций не­ обходимо провести максимально большее количество испытаний. В-третьих, проведение исследований и испытаний необходимо для выявления причин отказов в процессе серийного производ­ ства и эксплуатации первых партий серийных самолетов. Пери­ одические лабораторные испытания в процессе серийного произ­ водства необходимы также для проверки стабильности произ­ водства.

В процессе серийного производства целесообразно проводить испытания агрегатов и жизненно важных систем, от надежной работы которых зависит безопасность полетов и эффективность

100

использования самолетов. К ним относятся система управления самолетом и двигателем, гидравлическая и топливная система,

система энергоснабжения и т. д.

При экспоненциальном законе распределения в качестве ориентировочной продолжительности испытаний при 90%-ном доверительном уровне для генеральной совокупности изделий могут служить данные, приведенные в табл. 1.

Таблица 1

1 Т'зад — заданная техническими условиями средняя наработка на отказ; Гисп — продолжительность испытаний.

Кроме того, целесообразно проводить прочностные испытания как отдельных конструктивных узлов и соединений, так и целых агрегатов планера самолета и его систем. Программы испыта­ ний должны составляться так, чтобы они по возможности близко отражали условия работы и нагрузки испытываемых агрегатов и систем. При проведении ресурсных испытаний их продолжи­ тельность (особенно при ограниченном количестве испытываемых агрегатов и систем) должна в несколько раз превышать ресурс, назначаемый для агрегатов. Отдельные испытания целесообраз­ но продолжать вплоть до разрушения или невозможности даль­

101

нейшей работы этих агрегатов. Большое значение для обеспече­ ния надежности самолета имеют летные эксплуатационные испытания, которые начинают проводиться после запуска само­ летов в серийное производство.

Заводские испытания серийных образцов подразделяются на приемные или приемно-сдаточные, периодические (контрольные) и проверочные.

Приемно-сдаточные испытания проводятся для проверки со­ ответствия изготовляемых изделий требованиям технических услбвий конструкторской документации и эталону. Могут быть сплошные (100%-ные) и выборочные испытания. Периодические (контрольные) испытания проводятся с целью всесторонней про­ верки соответствия агрегатов и систем всем требованиям техни­ ческих условий. Испытаниям подвергаются первые экземпляры изделий, прошедшие приемо-сдаточные испытания. Проверочные испытания проводятся с целью определения соответствия изде­ лий требованиям технических условий при изменении материа­ лов или технологии изготовления. Программа проверочных ис­ пытаний обычно предусматривает проверку тех характеристик и параметров, на которые могут влиять изменения схемы, конст­ рукции или технологии.

Надежность авиационной техники не может быть обеспечена без глубокого изучения опыта эксплуатации, анализа фактиче­ ской надежности самолетов в эксплуатации. Ценными являются сведения по отказам изделий, полученные в процессе испытаний на серийном заводе и дальнейшей эксплуатации. Поэтому эти данные должны подвергаться тщательному анализу с примене­ нием метода математической статистики с тем, чтобы выявить закономерности отказов, их распределение по времени наработ­ ки, условиям и особенностям эксплуатации и т. д., получить математические характеристики этих закономерностей, разрабо­ тать методику контроля и отработки агрегатов и систем самоле­ та на заводе. От степени совершенства технологического про­ цесса зависят основные параметры изделий, определяющие их качество и надежность. Технологические процессы изготовления деталей должны способствовать получению точных геометриче­ ских размеров и форм деталей, обеспечению необходимого клас­ са чистоты поверхности. Одной из кардинальных задач при разработке технологических процессов является обеспечение устойчивости физико-механических характеристик деталей и их улучшение.

Элементы конструкции планера, силовых установок, агрега­ тов оборудования и систем самолета подвергаются воздействию различных переменных нагрузок, в том числе нагрузок, имею­ щих случайный характер.

Большое влияние на выносливость материалов оказывает ка­ чество поверхностного слоя. Выносливость деталей зависит не только от материала, из которого они изготовлены, но в значи­

102

авиационной техники заложены в автоматизации и механизации производственных процессов. Известно, что чем меньше доля ручного труда в изготовлении того или иного изделия, чем боль­ ше механизировано и автоматизировано производство, тем бо­ лее благоприятны условия для обеспечения высокой надежности изделий. По мере усложнения технологии того или иного изде­ лия роль автоматизации и механизации производственных про­ цессов возрастает. Поэтому технологические процессы должны способствовать сокращению ручного труда, сокращению трудо­ емкости и цикла изготовления изделий.

Соединение деталей должно обеспечить высокую статическую и усталостную прочность, по возможности исключить или сни­ зить уровень концентрации напряжений в местах соединения, снять остаточные напряжения в элементах конструкции. Одним из направлений повышения надежности конструкций является освоение клеесварных комбинированных соединений, сочетаю­ щих точечную контактную сварку и склеивание элементов кон­ струкции. Технологические процессы монтажно-сборочных ра­ бот должны способствовать изготовлению изделий с высоким качеством и надежностью.

Чтобы тот или иной агрегат работал безотказно, его надеж­ ность должна быть обеспечена с самого начала производствен­ ного процесса. Надежность зависит от каждой ступени производ­ ственного процесса, развития техники, производственных процессов и исполнительности обслуживающего персонала. На­ дежность должна являться неотъемлемой частью производства и достигается в полной мере конкретными средствами контроля. Необходимо распределить систему проверок и испытаний и при­ менять их на протяжении всего процесса производства.

Факторы, влияющие на работу каждого агрегата, многочис­ ленны и сложны. Увеличение количества различных элементов в системе или комбинации систем повышает сложность, а следо­ вательно, трудность обеспечения надежности систем. Из этого следует, что надежность систем должна быть заложена в процес­ се проектирования, изготовления деталей, элементов систем и агрегатов. Все усилия при создании любого самолета должны быть сконцентрированы для обеспечения однородности надеж­ ности изделия. Такая однородность может быть достигнута толь­ ко точным определением методов контроля процесса производ­ ства.

Определение основных критериев надежности является спе­ цифическим для каждого индивидуального изделия и процесса производства.

Необходимо в процессе производства составить ряд меро­ приятий (программу надежности), направленных на обеспече­ ние необходимой надежности. Проверки и испытания должны осуществляться на каждой производственной операции, чтобы

104

контролировать те отклонения, которые могут возникнуть в са­ мом производстве. Кроме того, необходимы статистические ис­ следования партии образцов. Любой уровень надежности работы того или иного устройства зависит от степени контроля процес­ са производства. Более того, он зависит от степени подготовлен­ ности каждого исполнителя. Поэтому, кроме автоматизации, не­ обходимо иметь данные о дефектах производства, тщательно их анализировать и устранять причины появления.

Большим резервом повышения надежности и экономической эффективности производства является применение средств ак­ тивного контроля, так как они позволяют без увеличения коли­ чества оборудования и производственной площади поднять про­ изводительность труда и повысить точность обработки деталей на металлорежущих станках, в первую очередь, на операциях окончательной обработки, осуществляемых с помощью абразив­ ного режущего механизма. Активный контроль — это выдача ин­ формации о размере обрабатываемой или только что обработан­ ной детали. Эта информация используется оператором или ав­ томатически для управления станком для получения требуемых размеров детали.

На ряде ведущих зарубежных предприятий для контроля ка­ чества составляются карты дефектных деталей. В них указыва­ ются цех, смена, чертеж, наименование детали, поставщик, испол­ нитель, станок, дефект, обнаруженный при операции и т. д. Та­ кая карта составляется на каждую забракованную деталь или деталь, подлежащую переделке отделом технического контроля. Далее составляются перфокарты, которые обрабатываются на вычислительной машине. По результатам обработки выявляют причины появления брака, разрабатываются мероприятия по улучшению качества производства.

Одним из средств, предотвращающих проникновение в про­ изводство дефектных агрегатов и материалов, является входной контроль. Целесообразно контролировать размеры металличе­ ских материалов и полуфабрикатов, соответствие марки сплава, его механические свойства и твердость, макро- и микрострукту­ ру, технологические свойства. Входному контролю следует под­ вергать также неметаллические материалы и жидкости.

Целесообразно проверять плотность, фракционный состав, вязкость, кислотность, содержание посторонних примесей, водо­

стики (предел прочности при разрыве, относительное и остаточ­ ное удлинения, твердость и т. д.). У различных сортов резин, кроме этого, целесообразно проверять также объемное и весовое набухание и т. д.

105

Объем и характер контроля зависят от вида материала и его использования в конструкции самолета. В ряде случаев также могут использоваться методы неразрушающей дефектоскопии (магнитного, индукционного, ультразвукового, люминесцентного и других методов). Внедрение методов неразрушающего контро­ ля элементов систем, деталей и агрегатов для обнаружения тре­ щин, раковин, волосовин предупреждает проникновение дефект­

ных материалов и деталей в производство. Все более широ­ ко физические методы нераз­ рушающего контроля применя­ ются непосредственно в техно­ логическом процессе и конт­ рольное оборудование устанав­ ливается на поточных произ­ водственных линиях.

Входному контролю целесо­ образно подвергать также ком­ плектующие изделия. При этом, в первую очередь, про­ верка агрегатов производится по паспортным данным. Одна­ ко бывают случаи, когда ха­ рактер работы агрегата в ла­ боратории существенно отли­ чается от его работы на само­ лете, причем завод-изготови- гель одни и те же агрегаты по­ ставляет нескольким потреби­ телям, использующим их в различных условиях.

Не всегда удается в слож­ ных машинах создать для мно­ гих сотен комплектующих агре­ гатов и элементов заданные ус­

ловия. Часто это оказывается невозможным или экономически невыгодным. В овязи с этим технические условия должны уточ­ няться на основе опыта эксплуатации и анализа исследований, особенно летных эксплуатационных испытаний первых серийных экземпляров самолетов.

Одним из важных направлений в повышении надежности яв­ ляется изготовление изделий в соответствии с технической доку­ ментацией. Для этого следует совершенствовать организацию и управление производством, повышать качество серийной техни­ ческой документации, обеспечивать производство высококачест­ венной технологической и контрольной оснасткой, улучшать условия труда и квалификацию кадров, а также добиваться ритмичной работы предприятия. Ритмичная работа предприя­

106

тия — одно из важнейших условий обеспечения высокого каче­ ства выпускаемой продукции. Отсутствие ритмичности в работе предприятия приводит к повышению брака (рис. 45).

Одной из мер, направленных на повышение надежности са­ молета в процессе серийного производства, является оператив­ ный контроль. Он проводится для поддержания качества выпу­ скаемой продукции на требуемом уровне и осуществляется систематическими проверками технологии, технологической дис­ циплины, организации и культуры производства. В процессе опе­ ративного контроля целесообразно проверять:

— наличие технической .документации, соответствие выпуска­ емой продукции действующей документации (проверка геомет­ рических размеров, чистоты поверхности, соответствие марок материала техническим условиям, диаметров и посадок, сопря­ жение и вписываемость агрегатов, нивелировочные данные

Ит. д.);

—техническое состояние приспособлений, инструмента, средств измерения, всех видов производственной и контрольной оснастки;

—соблюдение технологических процессов и производствен­ ных инструкций (наличие оборудования, оснастки на рабочих местах, соблюдение режимов обработки и т. д. и соответствие их указанным в технологии);

—своевременное и полное устранение дефектов, выявленных

впроизводстве, а также в процессе эксплуатации авиационной техники;

—качество продукции и монтажа.

На основании выявленных при оперативном контроле недос­ татков разрабатываются и проводятся необходимые мероприя­ тия, направленные на их устранение.

3.4. Повышение надежности авиационной техники резервированием

Одним из эффективных средств повышения надежности ави­ ационной техники является резервирование [8, 15]. Сущность ре­ зервирования заключается в том, что в системах предусматрива­ ются избыточные (резервные) агрегаты, детали, узлы, блоки, вступающие в работу при появлении неисправностей основных рабочих элементов. В авиационной технике имеется много при­ меров резервирования, например, установка двух подкачиваю­ щих насосов в топливных системах самолетов, двух заборников топлива из баков (рис. 46). В гидросистемах некоторых самоле­ тов предусмотрено резервное питание тормозной системы, ава­ рийный выпуск шасси, щитков закрылков (рис. 47 и рис. 48), аварийное управление стабилизатором и т. д. Примером резервирования являются также статически неопределимые силовые системы планера самолета. Большое количество резерв­

107

ных элементов, агрегатов и блоков имеется в радио- и радио­ техническом оборудовании самолетов.

Основной характеристикой резервирования является его кратность т, т. е. отношение числа резервирующих агрегатов (элементов) к числу резервируемых, необходимых для функцио­ нирования систем. Кратность резервирования определяется соот­ ношением

вание и резервирование системы по агрегатам (элементам) или раздельное резер!Вирование (ем. рис. 49,6). При раздельном ре­ зервировании количество резервных агрегатов (элементов) для каждого из рабочих (основных) может быть неодинаковым.

Резервные агрегаты или системы в целом могут быть вклю­ чены на все время эксплуатации (горячий или нагруженный резерв) или могут включаться после выхода из строя основных (холодный или ненагруженный резерв). Особенность резервиро­ вания самолетных, например, гидравлических систем, системы управления стабилизатором и т. д. состоит в том, что в них, как правило, применяются системы и агрегаты с нагруженным ре­ зервом. Это объясняется условиями работы и тяжелыми послед­ ствиями, к которым ведет выход из строя системы, требующей непрерывной работы основной и резервной (дублирующей) сис­ тем. Системы с ненагруженным резервом не всегда обеспечива­ ют условия непрерывной работы (на включение резервной ли­ нии требуется определенное время) и в процессе работы систем

108

возникает разрыв. Поэтому в большинстве случаев ненагруженный резерв применяется как аварийный, кратковременно дейст­ вующий резерв.

К резервированию с дробной кратностью относится также резервирование со скользящим резервом. Такое резервирование

Рис. 47. Структурная схема резервирования исполнительных силовых систем основной гидросистемы самолета легкого типа

в основном применяется в автоматических системах. В этом слу­ чае любой из резервных элементов может заменять любой элемент основной системы. Такое резервирование может приме­ няться в сложных автоматических системах, у которых есть уст-

5

13

§

S-

$

Рис. 48. Структурная схема резервирования гидро­ механической системы управления элеронами манев­ ренного самолета

ройство, позволяющее отыскать неисправный элемент и подклю­ чить вместо него, резервный.

В жизненно важных системах самолета, отказ которых угро­ жает безопасности полетов, резервированию должно уделяться

109