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

особое внимание. Так, при отказе основной.системы резервная система должна включаться автоматически. Источники питания дублирующих (резервных) систем, агрегатов и устройств долж­ ны быть независимы от основной системы, а коммуникации дуб­ лирующих систем должны быть максимально удалены от ком­ муникаций основной системы.

Резервные системы управления сверхзвуковым самолетом должны быть комплексными и обеспечивать возможность управ­ ления самолетом в автоматическом, полуавтоматическом и

Рис. 49. Схема резервирования системы:

а—общее резервирование; б—поагрегатное (поэлементное) резервирование

ручном режимах. Структуру резервных систем управления целе­ сообразно строить по методу «пересиливания» или «поддавливания» отказавшего агрегата. Этот метод более надежен по срав­ нению с методом использования специальных агрегатов для определения отказавшего агрегата (системы) и их отключения. Целесообразно также, чтобы система управления и перестанов­ ки стабилизатором при отказе основной и резервной систем обес­ печивала возможность установки стабилизатора в посадочное положение.

При отказе основных и резервных систем управления воз­ духозаборником и реактивными соплами следует предусмотреть механическое устройство, обеспечивающее установку их в по­ ложение, при котором возможно безопасное завершение по­ лета.

Для самолетов, оборудованных системами автоматического управления (САУ), кроме мер повышения надежности с целью обеспечения безопасности полетов, целесообразно:

—ограничить усилия рулевых машинок автопилота и обеспе­ чить возможность пересиливания их летчиком;

—аварийно отключать автопилот в случае механического пересиливания рулевых машинок летчиком;

—ограничить сигналы на входе усилителей.

Целесообразно, чтобы механическая проводка управления имела дублирование от рычагов управления до рулевых

по

поверхностей (или до золотников гидроусилителей). При нару­ шении (обрыве или заклинивании) одной из них должно обеспе­ чиваться управление самолетом с оставшейся неразрушенной проводкой. Кроме того, для обеспечения безопасности полетов целесообразно использовать многосекционные рулевые поверхно­ сти. При заклинивании одной из них должно обеспечиваться уп­ равление самолетом с оставшейся неповрежденной проводкой. Наличие в системах управления с гидроусилителями в каждом канале не менее двух гидроусилителей способствует повышению безопасности полетов. В том случае, когда рули имеют гидро­ усилители на жаждой секции или группе секций, то отказ (закли­ нивание) одного из гидроусилителей не должен нарушать рабо­ ту гидроусилителей остальных секций рулей.

От надежности работы силовых установок зависит безопас­ ность полетов. Поэтому системы регулирования и управления ре­ жимом работы газотурбинных двигателей, обеспечивающие за­ данный режим работы, должны иметь простейшие устройства, обеспечивающие подачу топлива в двигатель в зависимости от давления воздуха на входе при отказах основной системы. В сис­ теме автоматики и регулирования газотурбинных двигателей при отказе основного топливного насоса целесообразно предусмот­ реть автоматическое устройство, обеспечивающее питание ос­ новной топливной системы от форсажного насоса. В релейных системах электроавтоматики двигателей следует предусмотреть дублирование механизации компрессора двигателей, управления створками реактивного сопла, включения форсажного режима и запуска двигателя в воздухе.

Дублирующая гидравлическая система должна иметь мощ­ ность не менее мощности основной системы; действовать незави­ симо от основной системы; питаться от двух или более гидрона­ сосов, работающих одновременно, и иметь бортовые средства контроля и сигнализации исправности.

Анализируя надежность систем при общем резервировании, как правило, считают, что отказы элементов резервированной системы являются простейшим потоком случайных событий, пе­ реключающие устройства идеальны, а основная и все резерв­ ные системы равнонадежны.

При общем резервировании с постоянно включенным резер­ вом все т+ 1 системы одновременно работают на одну нагруз­ ку. При отказе какой-либо одной системы нагрузка перераспре­ деляется на оставшиеся системы. Это может понизить надеж­ ность резервированной системы не только потому, что уменьши­ лась кратность резервирования, но также из-за увеличения на­ грузки на каждую систему. Однако при расчете с учетом приня­ тых допущений это не учитывается.

Считая, что отказы являются событиями случайными и неза­ висимыми, вероятность безотказной работы P(t) любой из

111

m+1 систем можно считать равной произведению вероятностей безотказной работы элементов, т. е.

112

Анализ характеристик надежности при общем резервирова­ нии системы с постоянно включенным резервом (рис. 50) пока­ зывает, что вероятность безотказной работы резервированной системы всегда больше вероятности безотказной работы нерезер­ вированной системы, причем чем выше кратность резервирова­ ния, тем больше вероятность безотказной работы. Среднее время

переключающие устройства идеальны, а основной элемент и все его резервирующие имеют одинаковую надежность.

Вероятность отказа системы из-за отказов г'-х элементов равна произведению вероятностей отказов этих элементов, т. е.

тт

3/(0=ГЫ0=П[1-а Д*)]- (3.21)

Тогда вероятность безотказной работы системы из-за элемен­ тов I-го типа будет

Pi (t) будет равна произведению вероятностей безотказной ра­ боты всех «-типов элементов, соединенных в резервные группы, т. е.

113

Вероятность безотказной работы системы при поэлементном резервировании при прочих равных условиях выше вероятности безотказной работы системы с общим резервированием. Извест­ но, что повышение надежности по вероятности отказов тем вы­ ше, чем меньше интенсивность отказов резервируемой и резерв­ ных систем. Следовательно, резервировать целесообразно мел­ кие узлы н детали сложной системы, так как интенсивность их отказов всегда меньше интенсивности отказов крупных узлов или всей системы. Среднее время безотказной работы (рис. 51) с ростом кратности поэлементного резервирования с постоянно

включенным резервом ра­ стет. Скорость роста тем выше, чем проще нерезер­ вированная система (чем меньше элементов N). Одна­ ко повышение надежности по среднему времени безот­ казной работы с уменьше­ нием числа элементов так­ же уменьшается. Следова­ тельно, поэлементное резер­ вирование целесообразно использовать для повыше­ ния надежности сложных систем.

Резервирование позволяет из малонадежных элементов скон­ струировать достаточно надежную систему. Однако при этом может существенно увеличиться масса, габариты и стоимость из­ делий. Поэтому на практике, особенно при проектировании сис­ тем летательных аппаратов, часто возникает задача, каким обзом нужно зарезервировать систему, чтобы ее масса, габариты или стоимость были меньше или равны допустимым, а надежность была максимальной. Если надежность системы оценивать веро­ ятностью безотказной работы, то задачу оптимального резерви­ рования можно сформулировать следующим образом. Имеется нерезервированная система, состоящая из N элементов, вероят­ ности их отказов q\(t), q<i(t),..., qN(t)> а массы Wh W„.

Требуется так зарезервировать систему, чтобы ее вес (или стои­ мость, или габариты) не превышали допустимого, а вероятность безотказной работы была максимальной. Масса Wc резервиро­ ванной системы зависит от массы Wi и числа N элементов основ­ ной системы, способа и кратности т резервирования, т. е.

Вероятность Pc(t) безотказной работы резервированной сис­ темы также зависит от числа N, кратности т и способа резерви­ рования. Она также является функцией вероятности Р, без­ отказной работы элементов:

114

одного дополнительного агрегата надежность системы значи­ тельно повысилась (с 0,95 до 0,9975). Аналогичным образом можно рассчитать надежность системы при любом количестве параллельно соединенных равнонадежных агрегатов (рис. 52).

3. 5. Испытания эксплуатационной надежности самолетов

Большое значение для определения надежности авиационной техники, разработки мероприятий по ее повышению имеют ис­ пытания эксплуатационной надежности самолетов при их запу­ ске в серийное производство. В процессе этих испытаний:

—определяют нагрузки на элементы конструкции планера в полете, при взлете и посадке;

—собирают статистические данные о повторяемости перегру­ зок в центре тяжести самолета, угловых скоростях вращения

115

самолета, темпах отклонения рулей, вибрациях и других пара­ метрах;

—исследуют условия работы и нагружения агрегатов обору­ дования, систем и силовой установки самолета;

—оценивают изменения технического состояния планера са­

молета и его оборудования в зависимости от налета самолета, количества взлетов и посадок, календарного срока эксплуатации авиационной техники;

—определяют изменения основных летных характеристик са­ молета и разрабатывают мероприятия по их сохранению в про­ цессе выработки технического ресурса;

—уточняют единый регламент технического обслуживания и

технологии выполнения регламентных работ;

— разрабатывают предложения к профилактическим меро­ приятиям по повышению эксплуатационной надежности самоле­ та и его оборудования в серийном производстве и в процессе эксплуатации.

В зависимости от объема и результатов ранее проведенных исследований, конструкции самолета и его назначения объем ис­ следований, а следовательно, и степень решения этих задач бу­

дут различны.

Испытания эксплуатационной надежности самолетов и вер­ толетов целесообразно проводить на заводах-изготовителях. Как правило, для испытаний выделяется один из первых серийных экземпляров самолетов, который оборудуется необходимой из­ мерительной аппаратурой. На этот самолет устанавливаются самописцы перегрузок и высот полета (К-3-63 и др.), осцилло­ графы (К-20-21, К-12-21, СД-51) для измерения нагрузок на элементы конструкции планера и оборудования самолета, тем­ пов отклонения рулей, угловых скоростей вращения самолета, пульсаций давлений гидросмеси, а также виброизмерительная аппаратура. Подготовку к проведению испытаний целесообразно начинать в процессе производства выделенного для испытаний самолета, при этом следует заранее предусмотреть измеряемые в полете, на взлете и посадке параметры и способы их измере­ ния, места установки испытательной аппаратуры, способы ее включения. Аппаратура должна устанавливаться в местах, обес­ печивающих доступ для ее регулировки и обслуживания. В ка­ честве примера на рис. 53 приведена типовая схема размещения измерительной аппаратуры при испытаниях эксплуатационной надежности легкого самолета.

Значительное количество отказов планера самолета, агрега­ тов оборудования и систем связано с высоким уровнем вибра­ ций. Определение величин вибраций необходимо как для уста­ новления программ лабораторных испытаний и накопления статистического материала для уточнения действующих норм вибраций, так и для определения причин отказов и неисправно­ стей. Единственным надежным методом исследования вибраци­

116

онных нагрузок на элементы конструкции планера в местах установки агрегатов оборудования, а также самих агрегатов оборудования в настоящее время является экспериментальный метод.

Целью измерения колебаний, как правило, является следую­ щее:

—количественное определение характеристик колебаний (амплитуд, частот, виброперегрузок);

—выявление режимов с повышенными колебаниями и разра­ ботка рекомендаций по устранению этих колебаний;

—оценка допустимости колебаний из условий обеспечения прочности основных агрегатов самолета;

Рис. 53. Примерная схема размещения измерительной аппаратуры на са­ молете МиГ-21 в процессе испытаний эксплуатационной надежности:

/—вибродатчик перегрузок АВ-44; 2—осциллограф К12-21; 3—осциллограф СД-51; 4—

— оценка параметров колебаний в местах размещения авиа­ ционного оборудования и накопление статистического материа­ ла для уточнения действующих норм по испытанию механиче­ ской надежности (вибропрочности и виброустойчивости) агре­ гатов оборудования в лабораторных условиях.

Измерять вибрации целесообразно в местах установки агре­ гатов оборудования, на приборных досках в кабине, на элемен­ тах конструкции хвостового оперения, в двигательном отсеке (рис. 54). Для определения характеристик вибраций агрегатов оборудования вибродатчики можно устанавливать как в местах крепления на конструкцию самолета этих агрегатов, так и на самих агрегатах. Тензодатчики для измерения нагрузок следует наклеивать на основные элементы конструкции планера и шас­ си, от которых зависит статическая прочность и статическая вы­ носливость, а также на элементы конструкции, подвергающиеся значительным динамическим нагрузкам, на основные силовые элементы крыла, оперения, фюзеляжа, на узлы крепления кры­ ла и оперения к фюзеляжу, на силовые тяги управления само­

117

летом, на элементы конструкции шасси. Напряжения необходи­ мо измерять также и на элементах конструкции планера самоле­ та, подверженных значительным вибрационным нагрузкам. К таким элементам относятся обшивка канала всасывания, об­ шивка фюзеляжа в плоскости вращения винтов, элементы хвос­ тового оперения и т. д. (рис. 55). Кроме измерения вибраций и напряжений (нагрузок) в процессе испытаний эксплуатационной надежности самолета целесообразно измерять переменные и монтажные напряжения в трубопроводах (рис. 56), давление и

температуру гидросмеси, величину поддавливания в топливных баках, температуру в отсеках двигателя, а также элементов конструкции планера и агрегатов оборудования и другие пара­ метры.

При выявлении недопустимо высоких температур изменяется система обдува или производится защита агрегатов и деталей от воздействий высоких температур. Измерение температур, как правило, целесообразно производить по зонам установки агрега­ тов оборудования и систем. В процессе летных измерений сле­ дует непрерывно вести запись скоростей, высот полета и пере­ грузок в центре тяжести самолета. Кроме того, при измерениях нагрузок на органы управления необходимо измерять углы от­ клонения рулей и угловые скорости вращения самолета, а при измерениях нагрузок на шасси — перемещения штоков аморти­ заторов. Записи всех параметров должны быть синхронизиро­ ваны.

:118