3.4 Надежность агрегатов функциональных систем самолетов, планы испытаний на надежность и программы технической эксплуатации и технического обслуживания

Практика выполнения расчетов надежности агрегатов и функциональных систем самолетов гражданской авиации [60-64] опирается на результаты испытаний, программы которых в соответствии с ГОСТами [65-68] определяются планами испытаний. Поверочные расчеты надежности агрегатов и систем самолетов выполняются по статистической информации о наработках и отказах, собранной в эксплуатационных подразделениях (авиакомпаниях и авиапредприятиях). При этом, программы технической эксплуатации не соответствуют планам испытания на надежность. В результате, возникает неоднозначное толкование результатов расчетов.

В предлагаемой работе рассматриваются вопросы соответствия программ технической эксплуатации и планов испытаний на надежность применительно к выбору оценки надежности агрегатов. С точки зрения выбора плана испытания на надежность агрегаты систем разделяют на восстанавливаемые и невосстанавливаемые [60, 61, 63]. План испытания на надежность восстанавливаемых агрегатов предусматривает замену отказавших агрегатов в процессе испытаний на новые. При этом число испытываемых агрегатов остается в процессе испытаний неизменным.

По плану испытания невосстанавливаемых агрегатов, отказавшие агрегаты не меняют и число испытываемых агрегатов уменьшается с течением времени испытаний.

По результатам испытаний невосстанавливаемых агрегатов определяют интенсивность отказов (t), а для восстанавливаемых агрегатов параметр потока отказов ω(t). Статистической оценкой (t) и ω(t) является среднее число отказов в единицу времени (1 час). Процедуры расчета (t) и ω(t) различны.

В практике технической эксплуатации и технического обслуживания различают две стратегии: стратегию технической эксплуатации до выработки ресурса и стратегию технической эксплуатации по фактическому техническому состоянию. Последняя, в свою очередь, предусматривает стратегии технической эксплуатации до предотказного состояния, и технической эксплуатации до безопасного отказа.

Каждой из стратегий технической эксплуатации соответствует определенная стратегия технического обслуживания. Так, стратегии технической эксплуатации до выработки ресурса соответствует стратегия технического обслуживания с контролем наработки часов (циклов, календарного срока службы). Агрегат, наработка которого соответствует назначенному ресурсу, снимают и заменяют на новый либо на ремонтный. Отличие нового агрегата от ремонтного состоит в том, что новому назначается ресурс до первого ремонта. Этот ресурс больше чем, назначаемый отремонтированному агрегату межремонтный ресурс.

Стратегии технической эксплуатации до предотказного состояния соответствует стратегия технического обслуживания с контролем параметров. Она предусматривает периодический либо непрерывный контроль параметров, определяющих работоспособность агрегата. Достижение параметром предотказного значения требует его замены на новый либо на отремонтированный. Стратегия технической эксплуатации до безопасного отказа используется для агрегатов, отказы которых не оказывают влияния на безопасность полетов. В процессе технического обслуживания этих агрегатов осуществляется периодический контроль их надежности. При снижении надежности до уровня допустимой (установленной), выполняются мероприятия по ее повышению. В эксплуатационных подразделениях, эти мероприятия заключаются в замене части агрегатов, имеющих наибольшую наработку на новые, либо на отремонтированные.

С планами испытаний, используемыми для определения (t) и ω(t) совпадает только стратегия эксплуатации до безопасного отказа, но только до той поры, пока не выполняются мероприятия по повышению надежности, Которые заключаются в замене части не отказавших агрегатов на новые либо на отремонтированные.

С целью пояснения проблемы выбора оценок надежности агрегатов по статистическим материалам эксплуатирующих подразделений, определим возможные значения соотношения наработок и отказов для рулевых приводов самолета Ту-154М. Рассматриваемые рулевые привода эксплуатируются до выработки ресурса равного 12 000 летных часов.

Первой из оценок является средняя наработка на отказ . Ее значение определяется по статистике отказов и наработок за рассматриваемый период времени всех отказавших и не отказавших агрегатов. При этом, параметр потока отказов ω(t) является величиной обратной . Используя статистику о наработках и отказах только отказавших агрегатов, т. е. без учета наработки не отказавших агрегатов, определено,,. Значения указанных наработок приведены в табл.3.1.

Таблица 3.1

Значения наработки агрегатов

Тип агрегата	Тср	Т0ср	Т0min	Т0max
РП-55-2А	40600	3999	213	10000
РП-56-2	182700	6200	2410	10640
РП-57	121800	9180	580	15800
РП-58	162400	5758	1197	12276

Зафиксированные значения , превышающие установленный ресурс 12 000 часов, указывают на эксплуатацию агрегатов с продленными ресурсами.

Приведенные в табл. 3.1 значения средних наработок на отказ , используемые для расчета параметра потока отказов и надежности агрегатов, существенно отличаются от,,. Более того, при среднем годовом налете самолета равном 2 000 часов и средней наработке на отказ = 182 700 часов, календарный срок работы на 1 отказ агрегата РП-56-2 составляет 91 год, а для агрегата РП-55-2А – 20 лет. Рассматриваемые агрегаты являются гидромеханическими агрегатами с высоким давлением гидросмеси, уплотняемой резиновыми манжетами и совершенно очевидно, что они не смогут безотказно работать не только 91 год, но и 20 лет.

Складывается, на первый взгляд, абсурдная ситуация. Расчет надежности агрегатов выполняется по наработке на отказ , которая для агрегатов реально недостижима. Здесь следует иметь в виду два аспекта действующей стратегии технической эксплуатации агрегатов. Первый состоит в том, что заменяются не только отказавшие агрегаты, но и все неотказавшие и наработавшие 12 000 часов, т. е. реально ни 20 лет, ни 91 год агрегаты не эксплуатируются. Второй аспект заключается в стационарности процесса технической эксплуатации. Наработки на отказ приведенные в табл. 1 получены по статистическим материалам, взятым в произвольный момент времени. При стационарном процессе, эти оценки не зависят от момента времени их определения, т. е. от времени сбора статистической информации об отказах и наработках. Установленным фактом является то, что средние наработки на отказ, при стационарном процессе эксплуатации не зависят от времени, и по своей величине, явно превышают реальную долговечность агрегатов.

Вместе с этим, в расчетах надежности агрегатов и систем необходимо использовать именно эти значения . Но при этом необходимо помнить, что эта оценка не только собственных свойств безотказности агрегата, но и их свойств при действующей системе технического обслуживания, а она сильно зависит от стратегии и режимов. Под собственным свойством безотказности агрегата может быть принята его безотказность определенная, например, по плану испытаний соответствующему ГОСТ для восстанавливаемых изделий. Таким образом, собственное свойство надежности агрегата (изделия) не может быть выявлено как таковое и, очевидно, характеризует надежность только применительно к определенному плану испытаний. Вместе с этим, наиболее близким планом испытаний для выявления свойства надежности нам представляется план испытаний невосстанавливаемых агрегатов. Тогда среднюю наработку на отказ целесообразно представить в виде суммы

,

где – средняя наработка на отказ, определяемая по плану испытаний в соответствии с ГОСТ;– средняя наработка на отказ, зависящая от стратегии и режимов технического обслуживания.

Если к тем же приводам применить стратегию технического обслуживания до безопасного отказа, то, очевидно, что оценка существенно уменьшится. При сохранении действующей стратегии обслуживания по наработке,так же уменьшится, если изменить режим технического обслуживания в сторону увеличения ресурса до замены свыше 12 000 часов наработки.

По статистическим материалам эксплуатации агрегатов систем, при действующих стратегиях и режимах технического обслуживания, не представляется возможным определить составляющие средней наработки на отказ , обусловленные собственной безотказностью агрегатов, и составляющую, зависящую от стратегии и режима технического обслуживания [69]. В связи с этим, становится ясно, что предлагаемые в научной и учебной [60, 63, 70] литературе методы определения интенсивности отказов(t) и параметра потока , не учитывающие режимы технического обслуживания, оценивают надежность агрегатов систем в условиях эксплуатации неадекватно. В отраслевом стандарте [71] «Надежность изделий авиационной техники», для учета влияния на надежность агрегатов систем их технического обслуживания, введен в рассмотрение коэффициент влияния технического обслуживания, но методика определения этого коэффициента не рассмотрена. В [72] отмечается, что в зависимости от плана испытаний, значения полученных оценок надежности агрегатов могут различаться в 1,5 ÷ 2 раза. Результаты выполненных нами следований показали, что расхождение планов испытаний на надежность и режимов технического обслуживания могут служить причиной и, существенно больших расхождений.

***

С целью получения результатов расчета надежности систем, приближенных к значениям, реализующимся в эксплуатации, на стадии проектирования предлагается изменить методологию проектирования систем и испытаний агрегатов. При проектировании систем самолетов необходимо одновременно разрабатывать стратегии и режимы технического обслуживания агрегатов, а испытания агрегатов выполнять по планам, моделирующим режимы технического обслуживания.