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

Для того чтобы безошибочно в минимальное время выявить неисправность, следует придерживаться вполне определенных общих принципов и работу по обнаружению неисправности вес­ ти, соблюдая строгую последовательность. Необходимо учиты­ вать, что нарушение определенной последовательности действия при установлении причины отказа может значительно услож­ нить, а иногда и лишить возможности ее определения. В некото­ рых случаях нарушение последовательности может привести к появлению новых неисправностей, сильно затрудняющих уста­ новление истинной причины отказа. При установлении причины отказа часто бывает необходимо восстановить исходное поло­ жение всех элементов обследуемой системы или агрегата. По­ этому все изменения, вносимые в положение или регулировку отдельных элементов, надо записывать, ставить соответствующие риски, делать заметки, чтобы в любой момент можно было вос­ становить первоначальное положение и, если необходимо, уточ­ нить характер возникшей неисправности.

Работы по исследованию причин отказов самолета целесооб­ разно выполнять в следующей последовательности:

— изучать обстоятельства возникновения отказов системы, агрегата и условий их работы (режим работы, наработка, на­ лет, количество ремонтов и т. д.);

—проверять выполнение правил эксплуатации и ремонта авиационной техники;

—подбирать и изучать статистический материал по аналогич­ ным случаям неисправностей;

—■анализировать внешнее состояние системы или агрегата, определять характер неисправности по внешним признакам и устанавливать возможность испытаний (проверок);

— проводить испытания (проверки) систем (агрегатов) для выявления характера неисправности с последующей разборкой и анализом внешнего состояния деталей. При этом нельзя раз­ бирать, испытывать, разрезать агрегаты до тех пор, пока нет уверенности в том, что анализ внешнего состояния проведен тща­ тельно и встесторонне;

—устанавливать предполагаемые причины неисправностей;

—проводить исследование влияния факторов, определяющих надежность самолета, для проверки сделанных выводов о пред­ полагаемых причинах неисправности и установления действи­ тельной их причины;

—разрабатывать мероприятия по предупреждению аналогич­ ных неисправностей.

Практика показывает, что почти всегда может быть установ­ лено несколько вероятных причин отказа, а выявление истинной причины иногда требует значительного времени. Для этого иног­ да необходимо провести разборку систем, снять агрегаты, про­

верить их параметры на стендах и специальных установках. В этих случаях при непосредственном отыскании неисправности

140

для сокращения времени необходима оптимальная последова­ тельность действий. Определение такой последовательности по­ иска неисправности иногда является довольно сложной задачей. Полный комплекс проверок работоспособности для конкретных агрегатов планера или бортовых систем самолета представляет собой ряд операций.

Проверка работоспособности выявляет хотя бы одну отка­

(элемента) системы. Иначе говоря, проверка работоспособности служит основанием для начала поиска отказавших агрегатов. Примером проверки работоспособности может служить опробо­ вание авиационного двигателя, которое проводится для выявле­ ния работоспособности отдельных систем, составляющих такой сложный технический комплекс как авиационный двигатель. Так, в процессе разгона турбины при выходе двигателя на ре­ жим малого газа проверяется работоспособность системы запус­ ка, а затем после устойчивой работы двигателя на режиме ма­ лого газа и прогрева его проверяется работоспособность системы приемистости, системы форсажа и других систем, а также от­ дельных агрегатов двигателя. В процессе опробования двигателя проверяется работоспособность различных бортовых систем са­ молета (оборудования силовой установки, топливной системы, гидравлической системы и т. д.).

Из этого примера видно, что для определения работоспособ­ ности системы производится проверка всех ее агрегатов. Очевид­ но, что чем меньше требуется проверок для устранения этого факта, тем выше эксплуатационное совершенство объекта конт­ роля.

После установления факта отказа системы необходимо опре­ делить, какой агрегат (элемент) или группа агрегатов (элемен­ тов) явились причиной отказа системы. Если последовательность этих проверок выбрана случайно, то желаемый результат мож­ но получить при больших затратах времени, сил и средств. По­ этому обычно находят более удобную последовательность прове­ рок, которая называется оптимальным поиском. При этом также определяется необходимая глубина поиска. Под глубиной поиска обычно понимают степень детализации образцов в сис­ теме до функциональной группы элементов, подсистемы, съем­ ного агрегата, регулировочного узла. Неправильный выбор глу­ бины поиска может привести к ошибочным заключениям о месте отказа.

Так, например, работоспособность системы управления ха­ рактеризуется ее определенной реакцией на совокупность пер­ вичных воздействий, не зависимых по своей величине и форме от работы системы. На рис. 59 приведена принципиальная схема системы управления рулем высоты самолета. На рис. 60 показа­

141

на модель этой системы как объекта эксплуатационного конт­ роля. Элементы обозначены цифрами, а их реакции — значени­ ями соответствующих параметров, определяющих техническое состояние элемента. Чтобы полностью описать эту техническую систему как объект'эксплуатационного контроля, следует ука­ зать, какие комбинации воздействий каждого элемента необхо­ димы для получения требуемых реакций. Нормальные выходные параметры получаются только тогда, когда к элементу поданы

Рис. 59. Блок-схема системы управления рулем высо­ ты самолета:

/ — р у ч к а у п р а в л е н и я ; 2— з а г р у з о ч н ы й м е х а н и з м ; 3—т я г а ; 4— в х о д н а я к а ч а л к а г и д р о у с и л и т е л я ; 5— г и д р о у с и л и т е л ь ; 6— т я г а ; 7— п р о м е ж у т о ч н а я к а ч а л к а ; 5— р у л ь в ы с о т ы ; 9— к р а н в к л ю ч е н и я г и д р о у с и л и т е л я ; / 0 — ф и л ь т р ; 11— р е г у л я т о р д а в ­

все необходимые сигналы и когда этот элемент функционирует нормально. Например, для системы управления рулем высоты (см. рис. 59) нормальные выходные параметры системы управ­ ления рулем высоты a, cti, Р штурвала будут получены только в случае подачи нормальных сигналов SBX и рк и работоспособно­ сти всех элементов механических групп.

Рассмотренная модель объекта контроля однозначно опреде­ ляет проверки, которые могут выполняться при поиске неисправ­ ности. Они заключаются в том, что к каждому элементу подают­

142

—внешних признаков отказа, проявляющихся еще при проверке работо­ способности системы;

—вероятности отказа системы из-за отказа каждого из элементов, со­ ставляющих систему;

—минимального зна­ чения средней стоимости обнаружения отказа эле­ мента.

К задачам оптимиза­ ции процесса поиска отно­

утратившей работоспособ­ ность. К числу таких методов построения оптимальных схем

поиска относятся методы последовательных приближений, «вре­ мя (стоимость) — вероятность», «половинного разбиения» и ком­ бинированный метод.

Метод последовательных приближений состоит в последова­ тельной проверке агрегатов системы. Этим методом целесооб­ разно пользоваться при отыскании неисправностей в сравнитель­ но простых схемах при отсутствии достаточного опыта эксплуатации, когда ,не представляется возможным по внешним признакам отказа оценить сравнительную вероятность выхода из строя агрегатов, входящих в систему.

143

Метод «время (стоимость) — вероятность» состоит в том, что по известным значениям среднего времени (стоимости) провер­ ки i-ro элемента U (г'= 1, 2, . . п, где п — число элементов в сис­ теме) и относительным вероятностям отказов элементов q\ строят схемы поиска тремя путями:

некоторые недостатки. Так, если между элементами системы существуют функциональные взаи­ мосвязи, т. е., если результаты проверки одного элемента могут дать информацию о техническом состоянии другого элемента, то при поиске такая информация полностью не используется. Сле­ довательно, в случаях взаимосвязанных элементов рассматри­ ваемый метод не всегда является оптимальным. Например, объект контроля (рис. 61) имеет самолетный подкачивающий насос 2, фильтр 5 и топливный насос 1. При проверке величины давления перед насосом причину снижения давления за фильтром можно отнести к отказу фильтра, в то время как при­ чиной наблюдаемого снижения давления топлива у взаимосвя­ занных элементов может быть отказ подкачивающего насоса или системы поддавливания топливного бака.

Метод «время—вероятность» трудно применить при наличии большого количества агрегатов. Однако в этом случае для пост­ роения схемы поиска этим методом сложные объекты делят на более мелкие функциональные группы и проверяют исходные функциональные группы отдельно. Например, падение давления гидросмеси на выходе из крана включения гидроусилителя бу­ дет признаком того, что отказали группы 9—10—11—12—13— 14 (см. рис. 60).

144 -

Кроме этого, если вероятность отказа элемента и трудозат­ раты для всех проверок одинаковы, то применение этого метода приводит к случайному выбору последовательности проверок элементов. Следовательно, метод «время—вероятность» хорошо применять для небольшого числа невзаимосвязанных элементов.

В тех случаях, когда вероятности отказов и трудозатраты (время), требуемые на выполнение проверок, неизвестны, мо­ жет применяться так называемый метод «половинного разбие­ ния». Пусть, например, имеется система, состоящая из 10 эле­ ментов (рис. 62), в которой обнаружен отказ. Инженерно-тех­ нический состав не имеет опыта эксплуатации самолета этого

Рис. 62. Схема системы, состоящей из десяти после­ довательно соединенных агрегатов

типа. Анализ схемы показывает, что отказ мог произойти в ре­ зультате выхода из строя любого из нескольких агрегатов. В этом случае определять причину отказа можно путем пооче­ редной проверки каждого агрегата схемы. Для ускорения опре­ деления причины отказа предложенная выше схема может быть разбита на группы. В каждой группе проверяется значение вы­ ходных параметров. Проверяемыми параметрами оборудования и систем самолета, /как уже указывалось, могут быть перемеще­ ния штоков гидроусилителей, исполнительных штоков автома­ тов управления рулями, давления в системах, напряжения и си­ ла тока в электрических цепях, обороты турбохолодильника и т. д. Для их проверки используются соединения трубопроводов, штепсельные разъемы. После нахождения неисправного участка производится последовательная проверка всех элементов его схемы. Если в участок схемы входит много агрегатов, он может быть снова разбит для последовательной проверки этих участ­ ков. При наличии статистических данных по отказам и неисправ­ ностям, а также трудозатратам на выполнение проверок агрега­ тов для установления причины отказов участка схемы может применяться уже рассмотренный метод «время—вероятность».

В тех случаях, когда между элементами системы имеются взаимосвязи, а трудозатраты (время), требуемые для проведе­ ния проверок, и вероятности отказов известны и не равны меж­ ду собой, оба рассмотренных выше метода не дают оптимальной последовательности поиска отказавшего элемента. При этом при­ меняется так называемый комбинированный метод построения схемы поиска, в основу которого положен метод «половинного разбиения», но скорректированный с информацией о трудоемко­

145

сти проверок и вероятности отказов. Этот метод позволяет учи­ тывать функциональные взаимосвязи между элементами, а так­ же влияние неравенства их надежности в сложной структуре объекта контроля. Он иногда используется для разработки алго­ ритмов поиска в самолетных бортовых гидравлических, топлив­ ных, пневматических, механических и других системах, а также в силовых установках.

Характерной особенностью систем современных летательных аппаратов является насыщение их различного рода автоматиче­ скими устройствами.

Автономные проверки каждого из множества функциональ­ ных элементов связаны с полной разборкой узла или агрегата и практически не могут быть выполнены в эксплуатирующих ор­ ганизациях. К этому следует добавить, что информация об отка­ зах отдельных элементов и их регулировок, как правило, полно­ стью отсутствует. Это обстоятельство в значительной степени затрудняет контроль технического состояния и поиск отказав­ ших элементов указанными выше методами. Выбор оптимальной схемы проверки работоспособности и поиска отказавших эле­ ментов в этих системах может быть сделан из анализа функци­ онирования этих элементов с учетом отдельных положений логи­

ки поиска.

Метод функциональной логики основан на установлении свя­ зей между внешними признаками отказа объекта контроля и со­ вокупностью поисковых проверок, которая несет исчерпываю­ щую информацию об отказавшем элементе. Применение метода функциональной логики может быть значительно ограничено, ес­ ли конструкция объекта контроля эксплуатационно несовершен­ на, т. е. разработана без учета возможности получения инфор­ мации о техническом состоянии каждого из его элементов. Поэтому еще на стадии проектирования конструкция объекта контроля создается с учетом требуемых технологии и объема проверки, а также с учетом необходимой последовательности и.у проведения.

Решая задачу по определению технологии и объема проведе­ ний каждой из поисковых проверок, следует учесть возможность перехода от сложного к простому (элементарному) событиям При этом каждое из возможных состояний отказавшей системы рассматривается как простое событие, а каждый внешний приз­ нак ненормальной работы— как сложное событие, состоящее из некоторого множества простых событий. Количество простых событий, составляющих это множество, равно количеству эле­ ментов, отказы которых могут вызвать внешний признак ненор­ мальной работы. Учитывая, что вероятность совместного отказа двух и более элементов ничтожно мала, можно количество воз­ можных состояний отказавшей системы принять равным коли­ честву ее элементов. Тогда внешний признак, как сложное со­ бытие, будет состоять из количества простых событий, равных

146

количеству элементов, входящих во внешний признак (количест­ ву элементов, схваченных поисковой проверкой).

Например, если система состоит из трех соединенных эле­ ментов Эь Э2, Эз, то число простых событий, входящих во внеш­ ний признак .ненормальной работы А, который может наблю­ даться при поисковой проверке трех элементов, будет равен трем.

Внешний признак А можно записать в такой форме:

входят соответственно элементы Э{, Э2 и Э2, Э3, можно записать так:

B = (3V Э2);

(4.2)

с = (Э2, э 3),

где Э), Э2, Э3 — отказы 1, 2, 3-го элементов.

Далее, используя определения внешнего признака ненормаль­ ной работы объекта контроля и отказа элемента, в терминах теории множества строим схему поиска отказавших элементов путем логического перехода от сложного к простому событию.

Не всегда при появлении отказа необходимо производить проверку большого количества агрегатов. В ряде случаев на основании опыта эксплуатации заранее известна последователь­ ность, методы и объем проверки агрегатов системы с целью выявления причины отказа. В качестве примера рассмотрим та­ кой случай. В полете очень медленно убираются шасси самоле­ та. В этом случае, в первую очередь, необходимо проверить заправку гидросистемы самолета гидросмесью и давление в гид­ роаккумуляторе. Затем во время опробования двигателя проверя­ ется внешняя герметичность гидросистемы, определяется работа авторазгрузочного клапана. Если эти проверки не привели к вы­ полнению поставленной цели, причину неисправности нужно ис­ кать в нарушении внутренней герметичности гидравлической системы. Причиной отказа может явиться или недостаточная производительность гидронасоса, или неисправность (негерметичность) предохранительного клапана. Если опыт эксплуата­ ции показывает, что гидравлические насосы работают надежно, то причину отказа следует искать в неисправности предохрани­ тельного клапана. Кстати сказать, его легко можно проверить в аэродромных условиях и, если он неисправен, заменить новым.

В некоторых случаях в аэродромных условиях трудно уста­ новить причину отказа. Для этого требуются лабораторные ис­ пытания, статические испытания и испытания на повторные наг­

В этих случаях отказавшие агрегаты и детали с подробным опи­

147

санием проявления отказа должны .направляться в исследова­ тельские организации, заводы-изготовители или ремонтные пред­ приятия.

Однако мало выявить неисправный агрегат или деталь и при­ чину отказа авиационной техники. Необходимо, если это воз­ можно, разработать эффективные мероприятия по устранению и предупреждению аналогичных отказов в процессе эксплуатации. В качестве мероприятий может быть более частое выполнение регламентных работ, введение новых регламентных работ, конт­ роль отдельных параметров системы, замена дефектных дета­ лей или агрегатов, усиление отдельных мест конструкции и другие работы. Особенно тщательному анализу должны подвер­ гаться вновь выявленные неисправности. После изучения подоб­ ных неисправностей даются указания о методах их обнаруже­ ния и устранения, а также разрабатываются профилактические мероприятия по их предупреждению. Как правило, при обнару­ жении таких неисправностей на отдельных самолетах проводит­ ся проверка данного узла или агрегата на всех самолетах. Осо­ бое место в предупреждении отказов авиационной техники занимает внимательный анализ замечаний летного состава о ра­ боте авиационной техники в полете. Своевременный грамотный анализ отказов имеет большое значение для обеспечения надеж­ ности авиационной техники в процессе эксплуатации.

4.3. Прогнозирование отказов

Для повышения эксплуатационной надежности самолета важно не только быстро выявить и устранить отказ. Еще более важно предупредить появление отказа, т. е. прогнозировать его. Под прогнозированием отказов понимают научно-обоснованное предсказание моментов возникновения отказов на основе прове­ денных испытаний, измерений или наблюдений [9, 19, 30]. Разви­ вающиеся методы технической диагностики раннего обнаруже­ ния отказов являются одним из важнейших современных направ­ лений повышения надежности и снижения стоимости эксплуата­ ции самолетов. Эти методы позволяют решить ряд проблем. Так, в процессе испытаний самолета его характеристики доводятся в сравнительно короткий период времени, в то время как устано­ вить с требуемой определенностью срок службы и надежность самолета, всех его систем и агрегатов трудно. Оптимальное же решение проблемы профилактических работ на самолете встре­ чает всегда определенные трудности, так как преждевременное назначение профилактических работ приводит к нерационально­ му простою самолетов, а необоснованное увеличение времени между профилактическими мероприятиями — увеличению числа отказов из-за несвоевременного устранения неисправностей. Кроме того, как уже указывалось, выполнение монтажных и де­ монтажных работ на самолете может вызвать появление неисп­

148

равностей, вводимых обслуживающим персоналом. Эти и другие проблемы обеспечения надежности с успехом могут быть реше­ ны с помощью методов технической диагностики раннего обнару­ жения неисправностей.

Дальнейшее усовершенствование методов технической диаг­ ностики позволит автоматически накапливать и обрабатывать информацию прогнозирующих параметров и автоматически сиг­ нализировать о появляющихся неисправностях самолета в про­ цессе его эксплуатации.

Метод прогнозирования в основном может быть применен для отказов, имеющих закономерный характер накапливания качественных изменений. Однако и отказы, которые называют случайными, происходят также во времени, но их не всегда мож­ но выявить. Это определяется исключительно уровнем развития средств и методов контроля.

Для того чтобы прогнозировать отказы и неисправности тех­ ники, необходимо научиться распознавать поведение «подозри­ тельного» элемента конструкции накануне его выхода из строя, т. е. определять некоторое «критическое» состояние элемента конструкции накануне его выхода из строя. Однако зафиксиро­ вать это состояние очень трудно, а для некоторых случаев прак­ тически невозможно. Следовательно, необходимо разрабатывать такие методы и средства, которые позволяли бы распознавать возникновение критического состояния элемента конструкции в эксплуатации. Критическим состоянием элемента конструкции называется такое его состояние, когда в нем развиваются «скры­ тые» неисправности, не препятствующие исправной работе до некоторого определенного момента, по истечении которого эле­ мент конструкции перестает выполнять свои функции и достига­ ет предельного состояния.

Всвязи с этим предельное состояние будет характеризовать­ ся изменением геометрии и формы конструкции, изменением ха­ рактеристик материалов, появлением трещин таких размеров, при которых начинается ускоренное их распространение и даль­ нейшая эксплуатация становится опасной.

Внастоящее время одним из методов технической диагности­ ки раннего обнаружения отказов самолетов является предотвра­

щение отказов на основе использования статистических распре­ делений вероятностей исправной работы агрегатов и систем самолета до первого отказа. В этом случае отказ элемента опре­ деляется с некоторой вероятностью.

Сущность этого метода состоит в определении среднего вре­ мени безотказной работы агрегатов и нахождении по этому вре­ мени календарных сроков их замены. Так, с допустимым для практики приближением время предупредительной замены мож­ но определить по формуле

149