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

где Т0* — среднее статистическое время безотказной работы аг­

регата; Д^р — наработка агрегата между регламентными работами;

а ■— среднее квадратичное отклонение Т0*;

k — доверительный коэффициент; при нормальном законе распределения То* с достаточной для практики точностью мож­ но брать &«2.

Для предупреждения отказов системы необходимо заменить ненадежные ее агрегаты при первых регламентных работах, предшествующих их отказам.

Поэтому в формуле для Тизм от граничного значения време­ ни безотказной работы вычитается Д/р. Этот метод прогнозиро­ вания дает хорошие результаты для предупреждения отказов агрегатов, имеющих ограниченный срок службы из-за их старе­ ния и износа.

Кроме статистического метода прогнозирования, в настоящее время широко применяются инструментальные методы прогно­ зирования. Сущность инструментального прогнозирования состоит в измерении параметров и снятии характеристик, позво­ ляющих оценить техническое состояние устройства. Такая оцен­ ка, предусматривающая сравнение с эталонными значениями, а также вычисление определенных показателей, позволяет пред­ сказать возможность появления неисправностей в эксплуатации до следующей проверки.

При этом необходимая точность и объективностьисходных данных зависит от правильности выбора контрольно-измеритель­ ной аппаратуры и методики выполнения контроля. Проверка производится либо на неработающем устройстве, либо на уст­ ройстве, работающем в номинальном режиме, а создание искус­ ственных режимов, отличных от рабочих, не производится. При проверке неработающих устройств обычно контролируют пара­ метры электрических цепей, перемещения подвижных элементов, люфты, зазоры и т. д.

В рабочих режимах обычно проверяют давления, расходы, производительности, моменты, мощности, температуру, скорости и точности отработок.

Высокая эффективность инструментального прогнозирования во многом зависит от правильности выбора контролируемых параметров. Такими параметрами могут быть рабочие парамет­ ры агрегатов или их выходные параметры. К ним предъявляют­ ся особые требования: их изменения должны указывать на приближение неисправностей еще до того, как будут отмечены нарушения работоспособности. Для прогнозирования отказов часто производится контроль промежуточных параметров или даже контроль косвенных признаков, не входящих в перечень паспортных данных.

Обычно для выявления параметров, позволяющих успешно

150

прогнозировать появление неисправностей, проводятся специ­ альные исследования.

Иногда для прогнозирования необходимо не только измере­ ние определенных параметров, но и проведение расчетов с ис­ пользованием результатов измерений.

Важным средством ускорения работ по прогнозированию яв­ ляется (в этом случае автоматизация контрольных, вычислитель­ ных и других работ прогнозирования. Методы инструментально­ го прогнозирования можно разделить на две группы:

—методы дискретного контроля, при которых контролирую­ щие устройства вводятся в действие в периоды между полетами;

—методы непрерывного контроля, при которых специальная аппаратура непрерывно контролирует параметры устройства, выдавая сигнал предупреждения о приближении неисправностей.

Аппаратура дискретного контроля, как правило, выполняется

в виде специальных пультов, блоков, поверочных установок и т. п. Для применения в полете такая аппаратура выпускается в миниатюрном конструктивном исполнении с использованием по­ лупроводников, пленочных конструкций и т. п.

Аппаратура непрерывного контроля встроенная, и ее элемен­ ты рассредоточены по узлам, блокам и деталям контролируемо­ го устройства.

В настоящее время в средствах инструментального контроля, как правило, предусматривается получение исходной информа­ ции от различных систем и устройств самолета (топливной, гидравлической систем, устройств оборудования и др.) в унифи­ цированном виде для переработки этой информации и прогнози­ рования работоспособности систем в едином бортовом вычисли­ тельном устройстве.

Математические основы прогнозирования включают в себя аппарат численного анализа (теорию экстраполяции, а также применяемые при обработке экспериментальных данных спосо­ бы наименьших квадратов, приближения функций многочлена­ ми, рядами) и аппарат теории случайных функций. Применение тех или иных математических методов определяется имеющими­ ся априорными и экспериментальными сведениями о процессах состояния прогнозируемого объекта.

Пусть контролируемый параметр агрегата представляет со­ бой функцию %(t), которая в течение времени Т\ эксплуатации

Инструментальное прогнозирование неисправностей выполня­ ется также при проведении специальных проверочных режимов,

151

отличных от рабочих режимов проверяемых устройств. Цель создания таких режимов состоит в имитации наработки. Напри­ мер, известно, что с увеличением наработки уменьшается произ­ водительность топливного насоса.

В топливной аппаратуре двигателя имеются автоматические устройства для компенсации в некоторых пределах таких изме­ нений производительности. Для проверки устройств топливной

эксплуатации, но и для выбора оптимальных режимов, характе­ ристик, рабочих точек на характеристиках при проектировании устройства и систем авиационной техники. Очевидно, что эффек­ тивное инструментальное прогнозирование неисправностей (лю­ быми методами) позволяет эксплуатировать самолеты в соот­ ветствии с их реальным техническим состоянием и отказаться от статистического прогнозирования, имеющего указанные выше недостатки. Поэтому разработка новых методов инструменталь­ ного прогнозирования и отыскание новых параметров, позволя­ ющих прогнозировать неисправности, — важнейшие задачи обес­ печения высокой эксплуатационной надежности самолета.

4.4. Средства контроля за состоянием самолета

Одной из задач, возникающих в процессе технической эксплу­ атации самолета, является контроль его технического состояния. Задачей эксплуатационного контроля является выявление посте­ пенных и внезапных отказов. Для контроля технического состо­ яния авиационной техники в эксплуатации используются;иеобходймые средства инструментального контроля. .;

152

Средства инструментального контроля разделяются на назем­ ные, наземно-бортовые и средства автоматизированного контро­ ля. К назем'ным средствам контроля относятся контрольно-изме­ рительная аппаратура общего применения, специализированные (сервисные) контрольно-поверочные средства, комплексные контрольно-поверочные средства, контрольно-поверочные сред­ ства, специализированные по объектам, контрольно-поверочные средства, специализированные по функциональным комплексам.

Наземные средства контроля могут быть как неавтоматизи­ рованными, так и автоматизированными.

К наземно-бортовым средствам контроля относятся аварий­ ные и эксплуатационные регистраторы параметров полета. Они могут использоваться при наземной комплексной обработке ре­ зультатов измерений и анализе полетных данных, а также для выявления отдельных отказов в полете. В последнем случае они будут бортовыми автоматизированными средствами контроля. К бортовым автоматизированным средствам контроля относятся встроенные средства контроля и переключатели, специализиро­ ванные по объектам контроля или по функциональным комп­ лексам, а также комплексные средства.

Применительно к задачам по выявлению внезапных и посте­ пенных отказов средства инструментального контроля разделя­ ются на средства регламентного контроля и средства контроля в процессе подготовки самолетов к полетам. Средства автоматизи­ рованного контроля должны использоваться при выполнении регламентных работ или в процессе подготовки самолетов к по­ летам при крайне низкой надежности систем для быстрого вы­ явления постепенных и внезапных отказов. Контроль внезапных отказов самолета должен с абсолютной полнотой выявляться бортовыми средствами контроля. Комплексные средства контро­ ля должны использоваться для проверки функциональных комп­ лексов оборудования самолетов и сложных систем. Они должны выявлять внезапные отказы технических устройств, т. е. решать задачу оценки работоспособности комплексов и частично мест отказов. В связи с указанным назначением комплексные средст­ ва должны быть бортовыми. Бортовые системы регистрации па­ раметров полета предназначены для решения задач повышения эффективности исследований самолетов, на которых в полете произошли отказы, а также для оценки работоспособности тех­ нических устройств (выявления внезапных отказов). Таким об­ разом, на различных этапах подготовки самолетов к полетам при выполнении на самолетах периодических работ применяют­ ся различные средства контроля (см. табл. 2 и 3).

Применяемые в настоящее время системы инструментально­ го контроля иногда требуют больших материальных затрат и труда высококвалифицированных специалистов, что снижает ко­ эффициент готовности проверяемых изделий и удорожает экс­ плуатацию. Используемые для контроля установки часто имеют

153

очень большие габариты и все же не всегда обеспечивают объ­ ективный контроль и быстрое выявление неисправностей. Для уменьшения времени на проверку авиационной техники, сокра­ щения обслуживающего инженерно-технического состава, улуч­ шения качества проверок, удешевления стоимости проверочного оборудования в настоящее время применяются средства автома­ тизированного контроля. Кроме указанных, имеются и другие преимущества автоматизированных систем контроля за состо­ янием авиационной техники. При неавтоматизированных систе­ мах контроля решающую роль в определении неисправности играет человек. Между тем, известно, что человек имеет ограни­ ченные возможности в оценке целого ряда сложных, быстро про­ текающих явлений, и поэтому могут возникать ошибки в оценке исправности контролируемых систем. Кроме того, систематиче­ ские работы по разборке и сборке агрегатов, их демонтажу и монтажу могут привести к возникновению неисправностей, вы­ званных случайными ошибками инженерно-технического соста­ ва вследствие неодинакового характера работы и т. д.

Разработка систем автоматизированного контроля произво­ дится в процессе опытного строительства и серийного производ­ ства. Автоматизированным контролем желательно охватить раз­ личные системы и агрегаты, от надежной работы которых зависит безопасность полета. Так, по системам самолета и дви­ гателя автоматизированному контролю подвергаются система запуска двигателей, топливная система, гидравлическая система и система управления самолетов. Для автоматизированного конт­ роля предусматривается совокупность параметров, подлежащих проверке. Эти параметры должны характеризовать работоспо­ собность систем авиационной техники. Такими параметрами мо­ гут быть нагрузки на элементы конструкции планера и силовых установок, деформации, отклонения рулей, давления, температу­ ра, расходы топлива, напряжения и сила тока, электрические сопротивления, время срабатывания систем, блоков или агрега­ тов. В тех случаях, когда параметры, подлежащие контролю, взаимосвязаны между собой, контролируются независимые па­ раметры. В системах, имеющих гидравлические, электрические и воздушно-электрические агрегаты, контролируется их сраба­ тывание в определенной последовательности, а также потребля­ емый этими агрегатами ток. Автоматизированный контроль может применяться для проверки внутренней герметичности гид­ равлических систем. Этот контроль осуществляется по измене­ нию давления, зависящего от расхода жидкости из-за внутрен­ ней негерметичности системы. Однако человек не может заме­ тить по манометру незначительный перепад давлений. Поэтому время проверки внутренней негерметичности значительно увели­ чивается. Эти же проверки при наличии достаточно точных дат­ чиков могут проводиться на автоматизированной установке в очень короткое время. Известно, что расход жидкости через за­

154 •

зоры пропорционален перепаду давлений. Поэтому, измеряя изменение перепада давлений в течение 'небольшого времени, можно быстро получить ответ на выходном устройстве автома­ тизированной установки об исправности системы или агрегата. С помощью автоматизированных установок можно прогнозиро­ вать также появление отказов, связанных с износами или сис­ тематическим изменением характерных величин. Для этого в процессе эксплуатации измеряются величины необходимых па­ раметров и анализируются результаты этих измерений.

Автоматизированный контроль осуществляется как при рабо­ тающих, так и при неработающих изделиях и системах авиаци­ онной техники. Если контролируемая система или агрегат не ра­ ботают, то на их вход подаются сигналы, которые могут иметь различную природу в зависимости от выбора параметров для контроля. При помощи входных (испытательных) сигналов в системах возникают процессы, аналогичные тем процессам, ко­ торые происходят при работе агрегатов или систем. Выходные сигналы в объектах контроля выдаются в виде импульсов нап­ ряжения или тока. Если выходные сигналы являются неэлектри­ ческими параметрами (температура, давление, перемещение, деформация и т. д.), то они преобразуются в электрические сиг­ налы. На выходе из агрегата или системы выдаются сигналы, пропорциональные величинам контролируемых параметров. При работающих агрегатах или системах испытательные сигналы в большинстве случаев не нужны. В этом случае величины контро­ лируемых параметров измеряются непосредственно на выходе из агрегатов и систем. Для проверки различных параметров са­ молета с помощью автоматизированных систем контроля ис­ пользуются специальные датчики. Датчики вмонтированы в сис­ темы или агрегаты.

Выходные электрические сигналы датчиков, как правило, пропорциональны величинам контролируемых параметров, ко­ торые могут иметь различную природу.

В системах автоматизированного контроля оценка исправно­ сти проверяемого изделия или системы производится по крите­ рию «годен — не годен» или по более совершенному критерию (величине проверяемого параметра «ниже—годен—выше»). Для получения этих сигналов в специальном устройстве сравнивают­ ся получаемый и эталонный сигналы. В некоторых автоматизи­ рованных установках обеспечивается не только контроль по схе­ ме «годен — не годен», но применяется новый метод оценки результатов измерения с использованием «коэффициента досто­ верности» при «показателе тенденции к изменению параметра», При этом способе контроля после прохождения сигнала «годен» специальный индикатор выдает дополнительные данные в виде двух десятичных знаков (от нуля до 99). Эти данные позволяют делать выводы об изменении параметров и дают возможность прогнозировать техническое состояние испытываемого объекта.

155

Таблица 3

Контроль состояния основных силовых элемен­ тов и узлов

Комплексный контроль самолета после проведе­ ния регламентных работ

Таким образом, автоматизированная система контроля выра­ батывает испытательные сигналы и подает их в объект контроля. После измерения ответных сигналов контролируемый параметр сравнивается с допускаемой величиной и проводится анализ ре­ зультатов сравнения. Результаты сравнения подаются на инди­ катор. Кроме того, в системе автоматизированного контроля предусматривается поиск неисправности. Почти все системы ав-

Рис. 64. Примерная блок-схема системы автоматизированного контроля са­ молета

томатизированного контроля имеют устройства самопроверки. Основными агрегатами системы автоматизированного контроля являются сигнал-генераторы, программное устройство, логиче­ ское устройство, система самоуправления, индикатор (рис. 64). Сигнал-генераторы предназначены для выработки заданных сиг­ налов напряжения, силы тока, давления, линейных и угловых перемещений, скоростей и ускорений и т. д. Сигналы подаются по командам от программирующего устройства. Программиру­ ющее устройство предназначено для определения характера и последовательности работы всей системы контроля. В нем выра­ батываются сигналы для включения и выключения всех агрега­ тов системы автоматизированного контроля. В соответствии с программой проверки программирующее устройство выдает сиг­ нал в блок сигнал-генератора. Выработанный этим блоком (сиг­ нал-генератором) калиброванный испытательный сигнал посту­ пает к контролируемому агрегату или системе объекта контро­

158

ля. Такой же сигнал вводится в специальное задерживающее устройство, откуда он после необходимого периода задержки по­ ступает в устройство для сравнения. Логическое устройство слу­ жит для сравнения полученного от объекта сигнала, характери­ зующего величину параметра, с его допустимым значением. По­ сле сравнения этих величин логическое устройство вырабатывает необходимые сигналы, поступающие в записывающее устройство и индикаторы. Логическое устройство состоит из компаратора и анализатора. Индикатор служит для выдачи результатов про­ верки.

Как уже указывалось, в системе автоматизированного конт­ роля имеется система самопроверки, которая служит для про­ верки исправности всей системы. В случае применения системы автоматизированного контроля на самолете предусматриваются контрольные точки, где устанавливаются необходимые датчики, используя которые можно производить проверку. От этих датчи­ ков к борту самолета проводятся электрические провода, закан­ чивающиеся штепсельными разъемами, к которым подключа­ ется аппаратура для автоматизированного контроля.

Автоматизированный контроль может также использоваться при проверке и испытаниях снятого с самолетов и ракет обору­ дования.

Автоматизированным контролем могут проверяться автома­ ты управления рулями, гидросистема, топливная система, блоки радио- и радиотехнического оборудования, отдельные агрегаты и целые системы электрического и приборного оборудования самолетов и ракет.

Определяющей характеристикой эффективности эксплуатаци­ онного контроля самолета являются его прогнозирующие свой­ ства, т. е. его способность предупреждать внезапные и постепен­ ные отказы отдельных элементов систем. Решением проблемы повышения прогнозирующих свойств эксплуатационного контро­ ля самолета был и остается выбор таких проверяемых парамет­ ров, которые имеют прогнозирующие свойства, и определение их предельно допустимых значений. При этом важно установить, на каких этапах обслуживания самолета (подготовка к полетам или регламентные работы) возможно осуществление эффектив­ ного долгосрочного прогноза его работоспособности.

В процессе эксплуатации технические устройства и их эле­ менты подвергаются износу. При этом различают три вида из­ носа.

Во-первых, в отдельных элементах устройств появляются не­ допустимые зазоры в сочленениях кинематических пар в резуль­ тате истирания и слипания рабочих поверхностей в процессе ра­ боты (например, уменьшение эмиссии катодов электронных приборов с увеличением времени наработки, уменьшение прово­ димости транзисторов, электрический износ и др.).

159