Text
                    Методы определения эксплуатационнотехнических характеристик самолета и вертолета

Справочная библиотека авиационного инженера-испытателя ЛИИЛ Летные испытания самолетов и вертолетов Серия основана в 1982 г. Методы определения -эксплуатационнотехнических характеристик самолета и вертолета Москва • Машиностроение-1991
ББК 39.52-07я2 М54 УДК 629.73.017.1(035) Авторы: В. И. Бочаров, О. Я. Деркач, О. Б. Буслаев, В. А. Полтавец, Л. Л. Шичко Редакционная коллегия серии: К. К. Васильченко (пред.),|Г. П. Долголенко,] А. М. Знаменская, М. Д. Клячко, Ю. Б, Махонькин, А. Д. Миронов, М. И. Хейфей (отв. секретарь) Методы определения эксплуатационно-технических характе-М54 ристик самолета и вертолета /В. И. Бочаров, О. Я, Деркач, О. Б. Буслаев и др. - М.: Машиностроение, 1991. - 144 с.: ил. -(Справ, б-ка авиац. инж.-испытателя). ISBN 5-217-01049-5 Приведены сведения о номенклатуре эксплуатационно-технических характеристик (ЭТХ) самолетов и вертолетов и методы их определения при летных испытаниях. Изложены расчетно-экспериментальные методы оценки и подтверждения ЭТХ иа различных этапах испытаний, а также описаны информационно-измерительная система, необходимая для определения ЭТХ, и методики обработки и анализа результатов измерений. Для инженеров-испытателей, работников НИИ, ОКБ и других организаций, связанных с созданием, летными испытаниями и эксплуатацией самолетов и вертолетов. 2705140400-413 21_б8^1 ББК 39.52-07я2 038(01)-91 ISBN 5-217-01049-5 © В. И. Бочаров, О. Я. Деркач, О. В. Буслаев и др., 1991
ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ АП - авиационное происшествие АРЗ - авиаремонтный завод АРП - авиаремонтное предприятие АС - аварийная ситуация w АТ - авиационная техника АТБ - авиационно-техническая база АТС — авиационная транспортная система БП - без последствий БСК - бортовое средство контроля БУР - бортовое устройство регистрации ВПП - взлетно-посадочная полоса ВПР - высота принятия решения ВПУ - взлетно-посадочное устройство ГИ - государственные испытания ГСМ - горюче-смазочные материалы ГТД - газотурбинный двигатель ИИС - информационно-измерительная система ИТС - инженерно-технический состав КО - контрольный осмотр КПА - контрольно-проверочная аппаратура КР - капитальный ремонт КС - катастрофическая ситуация КСБ - конструктивно-сменный блок КТС - кинотеодолитная станция КУН - карточка учета неисправностей ЛКИ - летно-конструкторские испытания ЛП - летное происшествие ЛТХ - летно-технические характеристики HACK - наземное автоматизированное средство контроля НБСК - наземно-бортовое средство контроля НПП - наставление по производству полетов НСК - наземное средство контроля НТД - нормативно-технический документ ОК - объект контроля ОКБ - опытное конструкторское бюро ОС - особая ситуация
ПОН - прибор общего назначения ПОС - противообледенительная система РЛЭ - руководство по летной эксплуатации РО - регламент (технического) обслуживания РТ - ремонтная технологичность РЭ - руководство по эксплуатации РУД - рычаг управления двигателем САУ - система автоматического управления СК - средство контроля СНК - средство неразрушающего контроля СНО - средство наземного обслуживания СПУ — самолетное переговорное устройство СС - сложная ситуация СТО - средство технического обслуживания СУ - силовая установка ТВД - турбовинтовой двигатель ТГ - технологический график ТЗ - техническое задание ТО - техническое обслуживание (ТО и Р - техническое обслуживание и ремонт) УВД - управление воздушным движением УУП - усложнение условий полета (УС - усложненная ситуация) ЭИ - эксплуатационные испытания ЭК - эксплуатационный контроль ЭТ - эксплуатационная технологичность (Э и РТ - эксплуатаци- онная и ремонтная технологичность) ЭТХ - эксплуатационно-технические характеристики
Предисловие Справочная библиотека „Летные испытания самолетов и вертолетов” охватывает широкий круг научно-методических вопросов, возникающих при подготовке и проведении летных испытаний и исследований. w В книгах библиотеки: самолет, его силовая установка и бортовое (общее и специальное) оборудование рассматриваются как сложная комплексная система, к разработке методов испытаний которой привлекается современный математический аппарат исследования больших систем; приводится структура испытаний, основанная на комплексном сочетании собственно летных испытаний и моделирования; в алгоритмах обработки и анализа результатов летных испытаний и моделирования применяются теория подобия, статистические методы и методы идентификации; рассматриваются информационно-измерительные системы для летных испытаний и излагается методология оценки погрешности результатов измерений; значительное место отводится автоматизированным системам обработки и анализа результатов измерений и управления летным экспериментом, базирующимся на цифровых вычислительных машинах; должное внимание уделяется методологии сертификационных испытаний, обеспечивающих повышение безопасности полетов гражданских самолетов; достаточно полно отражаются методы летных испытаний и доводки опытных газотурбинных двигателей и силовых установок самолетов и вертолетов; охватывается широкий круг вопросов, связанных с испытаниями и доводкой большой номенклатуры бортового оборудования (пилотажно-навигационных комплексов, радиоэлектронного, радио-, электро- и светотехнического оборудования и ряда других систем). Выпуск справочной библиотеки начался с книги „Задачи и структура летных испытаний самолетов и вертолетов” под редакцией А. Д. Миронова. В вышедших в 1982-1989 гг. книгах библиотеки (всего 24) изложены методологии общих и специальных летных испытаний и исследований самолетов, вертолетов, силовых установок и бортового
оборудования, а также вопросы создания и применения информационно-измерительных систем. Настоящая книга посвящена методам определения и оценки при испытаниях опытных самолетов и вертолетов их эксплуатационно-технических характеристик как части решения единого комплекса задач по обеспечению высокого уровня этих характеристик на вновь создаваемых самолетах и вертолетах. Введение, гл. 1 и 2 написаны В. И. Бочаровым, гл. 3 - В. А. Полтавцем, гл. 4 - О. Б. Буслаевым, гл. 5 - О. Я. Деркачем, гл. 6-Л. Л. Шичко. Готовится к изданию книга „Управление летным экспериментом” (авторы Л. М. Берестов, В. И. Вид, В. В. Горин и др.).
Введение Летные испытания являются завершающим, наиболее ответственным этапом создания авиационной техники. В процессе летных испытаний самолетов и вертолетов проводится отработка функционирования различных систем, достигается необходимый уровень их технических и эксплуатационных характеристик, определяется влияние отказов на эффективность и безопасность полета, исследуются и устраняются причины отказов и повреждений, оценивается приспособленность этих систем, а также самолета (вертолета)* в целом к техническому обслуживанию и эксплуатационному контролю. По результатам летных испытаний определяются основные характеристики систем и самолета в целом, производится контроль соответствия этих характеристик требованиям заказчика. Наряду с летно-техническими и другими характеристиками, традиционно оцениваемыми при летных испытаниях самолетов, в последние годы важное место занимают оценка и обеспечение высоких эксплуатационно-технических характеристик (надежности, безопасности, эксплуатационной технологичности и контролепригодности). Это объясняется тем, что ЭТХ стали оказывать преобладающее влияние на готовность самолета к полету и существенно препятствовать достижению заданных характеристик эффективности и безопасности полетов. Ранее основным направлением развития самолетостроения являлось главным образом совершенствование летно-технических характеристик самолетов (увеличение скорости, высоты, дальности полета и др.). По мере расширения областей применения самолетов, увеличения числа решаемых ими задач и повышения требований к точности их выполнения стали возникать трудности в обеспечении необходимого уровня исправности эксплуатируемого самолетного парка, готовности к полету, безотказного выполнения задания, безопасности полетов (вследствие увеличения потока отказов и повреждений, а следовательно, возрастания затрат времени и труда на техническое обслуживание самолетов). Объясняется это усложнением конструкции самолетов последних поколений, которое, если не принимать специальных мер, приводит к ухудшению их ЭТХ и снижению эффективности применения. Поэтому необходим совместный анализ летных и эксплуата * Далее рассуждения, приведенные для самолета, справедливы и для вертолета.
ционных характеристик для каждого варианта конструкции с принятием компромиссного рационального решения на всех этапах создания изделия. В данной книге изложены основные правила и принципы комплексного анализа ЭТХ и методы их определения при проведении летных испытаний. Отличительными особенностями этих методов являются их базирование на вероятностной основе и зависимость достоверности искомых величин от объемов испытаний: при достаточном объеме испытаний все характеристики самолета конкретного типа можно определить экспериментально; при практической невозможности реализовать необходимый объем испытаний приходится применять расчетно-экспериментальные методы, т. е. в этом случае искомый показатель для самолета в целом рассчитывается на основе экспериментально определенных соответствующих показателей его составных частей или по значениям показателей составных частей аналогичных самолетов предшествующих поколений. Использование сведений по аналогам допускается только в случае, когда необходимый объем испытаний нового самолета не может быть реализован по экономическим соображениям или в заданные сроки. Важнейшей задачей испытаний по определению и оценке соответствия требованиям ЭТХ новых самолетов является выявление слабых мест и поиск резервов их совершенствования. Только в этом случае может быть принято компромиссное рациональное решение, обеспечивающее реализацию потенциальной эффективности применения самолета.
1. ЭКСПЛУАТАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ САМОЛЕТА. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ. Эксплуатационно-техническими являются характеристики отказобезопасности, надежности, эксплуатационной технологичности, контролепригодности функциональных систем и самолета в целом. Эти ха-рактеристикинепосредственно влияют на эффективность выполнения задания, исправность эксплуатируемого парка, готовность к полету, безопасность полетов и стоимость эксплуатации самолетов. Безопасность полета - это способность самолета совершать полет без летного происшествия в заданных условиях эксплуатации [14]. Надежность определяется как свойство объекта (самолета, системы, агрегата) сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования [11]. Надежность является сложным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения состоит из сочетаний свойств: безотказности, долговечности и др. В настоящей работе надежность рассматривается как свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки. Эксплуатационная технологичность конструкции самолета представляет собой совокупность свойств, определяющих приспособленность конструкции к выполнению на ней работ по техническому обслуживанию в процессе эксплуатации, хранению и транспортированию с минимальными затратами времени, труда и материальных средств [7]. Под контролепригодностью понимается свойство изделия, характеризующее его приспособленность к проведению контроля заданными средствами [9]. Указанные свойства характеризуются количественными показателями, которые обеспечиваются и контролируются на всех стадиях жизненного цикла изделия и его составных частей. К числу основных показателей ЭТХ относятся: Рб - вероятность безотказной работы при выполнении типового задания, которая определяется как вероятность того, что в типовом полете не возникнет отказ, приводящий к невыполнению задания; Тп.п. - средний налет на летное происшествие, определяемый как отношение налета рассматриваемой совокупности самолетов за опре
деленный период эксплуатации к математическому ожиданию числа летных происшествий в течение этого налета; Кк - среднее число катастроф на 100000 ч налета; К, - удельная трудоемкость технического обслуживания и ремонта, определяемая отношением суммарной трудоемкости технического обслуживания и ремонта к налету самолета за определенный период эксплуатации; Ккг- коэффициент технической готовности, определяемый как вероятность того, что в произвольный момент времени самолет не будет находиться на плановом техническом обслуживании и ремонте и его вылет не будет задержан сверх допустимого времени или отменен из-за его неисправности. Коэффициент технической готовности определяется как произведение коэффициента планируемого применения Кп,п, характеризующего долю периода эксплуатации [11], в течение которой самолет не должен находиться на плановом техническом обслуживании и ремонте, и коэффициента готовности к вылету Кпв, который можно определить как вероятность того, что запланированный на определенное время вылет самолета не будет задержан сверх допустимого времени или отменен из-за его неисправности: = (Ы) В практической деятельности наряду с основными применяется ряд дополнительных показателей, номенклатура которых определяется целями проводимого исследования (испытаний, расчета, анализа, синтеза). К каждому из этих показателей предъявляется только одно требование с позиций правомерности его применения - наличие аналитической связи с основными показателями. Показатели, оцениваемые при испытаниях, рассматриваются далее. Значения основных показателей ЭТХ зависят от степени проявления многочисленных факторов в конкретной конструкции самолета. Всю совокупность таких факторов обычно представляют в виде так называемой системы причинно-следственных связей. Факторы верхнего уровня этой системы, отражающие идеологию создания и применения самолета, следующие: сложность конструкции; надежность элементов функциональных систем; резервирование систем; стратегия технического обслуживания и уровень эксплуатационной и ремонтной технологичности; полнота и глубина эксплуатационного контроля; опасность последствий отказов систем; условия применения. Определение влияния каждого из этих факторов на ЭТХ является одной из задач испытаний нового самолета, а полученные результаты подлежат изучению с целью поиска резервов улучшения характеристик самолета без существенного изменения его конструкции. Остано
вимся более подробно на характерных особенностях причинно-следственных связей между перечисленными факторами и ЭТХ. Сложность конструкции обусловливается в первую очередь характеристиками назначения и условиями применения создаваемого самолета (высота, скорость, дальность полета, всепогодность и др.), видами и числом полетных заданий, требованиями к точности их выполнения. Рост значимости этих факторов для новых поколений самолетов объясняется требованием увеличения эффективности их применения. Усложнение конструкции вследствие увеличения числа составля-ющих ее элементов при медленном повышении надежности элементной базы приводит к снижению показателей безотказности, готовности и возрастанию трудоемкости и стоимости эксплуатации самолета. В результате возникает необходимость разработки дополнительных мер, так как иначе усложнение конструкции окажется в целом неэффективным, т. е. рост уровня летных и функциональных характеристик будет сопровождаться одновременным снижением уровня эксплуатационных характеристик. Надежность элементов функциональных систем самолета является одним из основных факторов, влияющих на уровень его ЭТХ, т. е. повышение уровня надежности элементов конструкции всегда является первоочередной задачей при создании нового самолета. Однако решить эту задачу в полной мере не всегда возможно из-за объективно существующих на данном этапе развития технических или экономических ограничений. Особо следует остановиться на экономическом (стоимостном) ограничении, возникающем при стремлении повысить уровень надежности тогда, когда это требует существенного увеличения затрат (стоимости) на создание элементов конструкции при существующем уровне технологии их проектирования и изготовления. В этом случае растут цена готовой продукции и стоимость эксплуатации. Кроме того, как бы не был высок уровень надежности элементов конструкции, нельзя полностью исключить их отказы в эксплуатации, т. е. безопасность полета самолета зависит от безотказности любого из элементов конструкции. Поэтому в современных конструкциях широко применяется резервирование элементов, в значительной мере исключающее эту зависимость. Резервирование систем, с одной стороны, существенно повышает безопасность полетов и вероятность выполнения полетного задания, с другой стороны, приводит к росту числа элементов конструкции и, следовательно, снижает исправность парка эксплуатируемых самолетов, уровень их готовности к полету, одновременно увеличивая первоначальную стоимость самолета и затраты на его эксплуатацию. В этих условиях возникла необходимость совершенствования стратегии технического обслуживания, компенсирующей недостатки резервирования. Стратегия технического обслуживания и уровень эксплуатационной и ремонтной технологичности оказывают существенное влияние
на ЭТХ и в первую очередь на показатели исправности парка, готовность к полету, стоимость эксплуатации. Особую практическую значимость эти факторы приобрели в связи с внедрением резервирования систем самолета, т. е. когда отказ одного, а в некоторых случаях и двух элементов функциональных систем, не стал определять исход полёта. Поэтому появилась возможность эксплуатировать большую часть элементов до отказа или предотказного состояния и исключить из технического обслуживания большой объем профилактических и ремонтных работ (т. е. перейти на так называемую эксплуатацию по техническому состоянию). Однако в этом случае остается высокой потребность в проведении неплановых восстановительных работ при подготовке самолета к полету, снижающих коэффициент технической готовности. Этот недостаток можно компенсировать за счет: допуска вылета самолета с отказавшим элементом, имеклцим работоспособный резерв; сокращения трудоемкости и продолжительности работ по восстановлению системы посредством сокращения времени поиска отказавшего элемента (контроля работоспособности элементов системы) и непосредственно времени устранения отказа. Последняя проблема может быть решена увеличением полноты, глубины и уровня автоматизации эксплуатационного контроля и совершенствованием эксплуатационной технологичности. Опасность последствий отказов различных систем обуславливается относительным ухудшением при этом характеристик самолета, а также своевременностью и правильностью действий экипажа по восстановлению полной или частичной работоспособности отказавшей системы и условиями, при которых этот отказ произошел. Опасность характеризуется условной вероятностью катастрофы при появлении отказа в определенных условиях полета. Для определения этой условной вероятности требуется выполнить относительно большой объем работ и, кроме того, необходимо априорное знание некоторых статистических данных. Поэтому на практике чаще используются экспертные методы оценки уровня опасности. Отличительной особенностью этих методов является то, что при их реализации не требуется знать численные значения ряда величин, характеризукицих влияние неблагоприятных факторов. Экспертным методом устанавливается, сделано ли все возможное для снижения опасности последствий отказа, но само значение условной вероятности не определяется. Очевидно, что чем большую опасность создает рассматриваемый отказ, тем реже он должен проявляться. Именно этим принципом необходимо руководствоваться при проведении испытаний нового самолета, оценке полноты использования резервов снижения уровня опасности и частоты проявления отказов систем конкретного вида. Таким образом, увеличение сложности конструкции в целях повышения эффективности применения самолета должно сопровождать
ся комплексом мер по совершенствованию эксплуатационно-технических характеристик. Методы определения численных значений основных показателей ЭТХ по результатам испытаний и самих испытаний конкретного типа самолета рассматриваются далее. Оценка конечного результата и эффективности дополнительных мер выполняется посредством сравнительного анализа полученных при испытаниях значений основных ЭТХ с заданными.
2. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТРЕБУЕМЫХ ЭКСПЛУАТАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК САМОЛЕТА Обеспечение требуемых эксплуатационно-технических характеристик вновь создаваемого самолета должно осуществляться на базе комплексного метода, предусматривающего: определение уровня характеристик для каждого конструктивного варианта; оценку полноты реализованных мер повышения уровня характеристик с выделением оставшегося резерва; рациональное согласование противоречивого взаимного влияния характеристик. При испытаниях новых самолетов в соответствии с этим методом необходимо провести: опережающие стендовые испытания по определению и подтверждению выполнения требований к безотказности, эксплуатационной технологичности, контролепригодности комплектующих изделий, уровень характеристик которых значимо влияет на уровень характеристик самолета в целом; натурные испытания самолета по определению и подтверждению выполнения требований к контрольным уровням показателей безотказности, эксплуатационной технологичности, контролепригодности расчетно-экспериментальным методом с использованием результатов опережающих стендовых испытаний; проверку и оценку полноты мер по снижению влияния неблагоприятных факторов на характеристики самолета с выделением оставшегося резерва; определение или подтверждение влияния отказов элементов функциональной системы на уровень ее характеристик работоспособности и быстротечность его ухудшения в этих случаях с выделением тех особенностей, которые не были учтены в расчетах на этапе проектирования (имитация отказов в натурных условиях проводится только в тех случаях, когда расчетные и стендовые результаты не могут быть признаны достоверными, а искомое значение существенно влияет на характеристики самолета и обеспечена безопасность эксперимента); обобщение полученных материалов при натурных испытаниях и оценка рационального решения по согласованию противоречивого взаимного влияния характеристик самолета в целом с указанием на нереализованные возможности.
При решении задачи обеспечения заданных эксплуатационно-технических характеристик самолета целесообразно, в том числе и на этапе испытаний, опираться на следующие базовые принципы. 1. Повышения надежности самолета в целом необходимо в первую очередь добиваться повышением надежности его составных частей; это позволит снизить трудоемкость непланового технического обслуживания и стоимость эксплуатации. 2. Целесообразно применять резервирование функциональных систем, что позволит обеспечить безопасность полетов и сохранить живучесть самолета при любом отказе изделий, составляющих его системы, независимо от причин отказа (конструктивно-производственные недостатки, внешние неблагоприятные воздействия). Резервирование всегда приводит к увеличению трудоемкости и стоимости эксплуатации, поэтому необходимы дополнительные меры по повышению уровня эксплуатационной технологичности и контролепригодности, а также по совершенствованию методов технической эксплуатации. 3. Для обеспечения снижения трудоемкости технического обслуживания и стоимости эксплуатации необходимо поэтапно увеличивать периодичность работ по обслуживанию с одновременным переходом на эксплуатацию по состоянию и минимизацией работ при ремонте. В целях предупреждения ущерба от задержек вылетов из-за возможного роста объема восстановительных неплановых работ при подготовках к полетам необходимо повышать контролепригодность и восстанавливаемость систем самолета. 4. Для обеспечения необходимого уровня эксплуатационной технологичности самолета при выполнении плановых и неплановых работ (особенно при реализации третьего принципа) необходимо: повысить контролепригодность функциональных систем за счет использования бортовых автоматизированных систем контроля, способных осуществлять сбор, обработку, анализ необходимой информации в темпе времени контроля с оценкой работоспособности изделий, прогнозированием их технического состояния и определением места отказа до съемного блока; повысить доступность к местам установки комплектующих изделий, их модульную и функциональную взаимозаменяемость и легко-съемность. 5. Оценка эффективности совершенствования ЭТХ должна производиться по приросту эффективности применения самолета по назначению. Работы по обеспечению и оценке ЭТХ самолетов и вертолетов на всех этапах их жизненного цикла производятся обычно в соответствии с комплексной программой, которая разрабатывается и реализуется согласно действующему НТД, устанавливающему порядок создания авиационной техники. Эта программа предусматривает проведение следующих основных работ. Заводские или летно-конструкторские испытания включают в себя:
разработку раздела программы заводских испытаний по определению ЭТХ; определение фактических нагружений, условий и режимов работы систем и агрегатов в полете. Оценку характеристик систем самолета, систем и средств контроля, сигнализации, а также средств, продолжительности и трудоемкости технического обслуживания; сбор необходимой информации и оценку ЭТХ систем и самолета в целом, полученных при испытаниях. Разработку мероприятий по повышению ЭТХ в процессе доводки самолета, совершенствованию средств контроля и технического обслуживания; обобщение данных по отработке ЭТХ самолета и его систем, средств эксплуатационного контроля и технического обслуживания. Разработку раздела „ЭТХ” акта по ЛКИ. Подготовку технической документации для получения заключения по ЭТХ самолета. Государственные испытания включают в себя: разработку раздела программы ГИ по определению ЭТХ самолета и его систем; сбор и анализ данных, необходимых для комплексной оценки ЭТХ самолета. Определение достигнутых уровней ЭТХ самолета и его систем при испытаниях. Оценку соответствия полученных результатов заданным требованиям (контрольным уровням), нормам летной годности; подготовку материалов по оценке ЭТХ для раздела акта государственных испытаний; разработку мероприятий по устранению выявленных при испытаниях недостатков, снижающих уровень ЭТХ. Эксплуатационные испытания включают в себя: разработку раздела программы и методики эксплуатационных испытаний по определению ЭТХ в реальных условиях эксплуатации; уточнение эксплуатационной документации в части ЭТХ по результатам испытаний; оценку ЭТХ самолета и его систем. Разработку раздела акта по эксплуатационным испытаниям; разработку мероприятий по устранению выявленных недостатков, снижающих ЭТХ самолета.
3. ОЦЕНКА БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ Обеспечение безопасности полетов является одним из важнейших требований. Под безопасностью полетов понимается способность авиационной транспортной системы осуществлять воздушные перевозки без угрозы для жизни и здоровья людей [13], либо, как указывалось выше, способность самолета выполнять попеть! без летных происшествий (катастроф, аварий, поломок). Опыт эксплуатации показывает, что летные происшествия происходят в основном в результате неблагоприятного сочетания нескольких отклонений в работе авиационной транспортной системы, состоящей из следующих взаимосвязанных звеньев: экипажа (пилота), самолета, службы управления воздушным движением, служб подготовки и обеспечения полетов. Успешное выполнение полета зависит от четкой работы всех составляющих АТС, подверженных различным внутренним и внешним воздействиям, способным вывести ее из устойчивого состояния и привести к неблагоприятному исходу полета. Устойчивость функционирования АТС, способность парировать возникающие отклонения в работе ее звеньев и тем самым предотвращать летные происшествия определяются степенью совершенства каждого отдельного звена и их взаимодействия. Безопасность полетов в основном обеспечивается предотвращением летных происшествий посредством своевременного выявления отклонений в работе АТС, сочетание которых может привести к ЛП, анализа их причин и разработки эффективных мер по устранению их повторения. 3.1. УСЛОВИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ОСОБЫХ СИТУАЦИЙ И ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ИХ ОЦЕНКИ В [13] особая ситуация характеризуется как ситуация, возникшая в полете в результате воздействия неблагоприятных факторов или их сочетаний и приводящая к снижению безопасности полетов. Такими факторами являются [15]: отказы систем самолета и наземных средств обеспечения полетов; ошибки летного и наземного составов. При этом необходимо учитывать, что одни и те же отклонения в работе АТС могут создавать особые ситуации различной степени опас-
ности в зависимости от области полета и внешних воздействий, в связи с чем особые ситуации подразделяются на усложнение условий полета (или усложненную ситуацию), сложную ситуацию, аварийную и катастрофическую. Усложнение условий полета - особая ситуация, характеризующаяся незначительным увеличением психофизиологической нагрузкй на экипаж или незначительным ухудшением характеристик устойчивости и управляемости или летных характеристик самолета. Усложнение условий полета не приводит к необходимости немедленного или непредусмотренного заранее изменения плана полета и не препятствует его благополучному завершению. В этом случае допускается изменение плана полета в соответствии с указаниями РЛЭ [13]. Сложная ситуация - особая ситуация, характеризующаяся заметным повышением психофизиологической нагрузки на экипаж или заметным ухудшением характеристик устойчивости и управляемости или летных характеристик самолета, или выходом одного или нескольких параметров полета за эксплуатационные ограничения, но без достижения предельных ограничений (расчетных условий). Предотвращение перехода сложной ситуации в аварийную или катастрофическую может быть обеспечено своевременными и правильными действиями экипажа (в соответствии с РЛЭ), в том числе немедленным изменением плана, профиля и режима полета. Аварийная ситуация - особая ситуация, характеризующаяся значительным повышением психофизиологической нагрузки на экипаж или значительным ухудшением характеристик устойчивости и управляемости или летных характеристик самолета, а также ситуация, приводящая к достижению (превышению) предельных ограничений. Предотвращение перехода аварийной ситуации в катастрофическую требует высокого профессионального мастерства экипажа. Катастрофическая ситуация - особая ситуация, для которой принимается, что при ее возникновении предотвращение гибели людей оказывается практически невозможным [13]. Первоначально возникшая особая ситуация в результате отказа системы самолета при определенных внешних условиях, в определенной области полета может получить дальнейшее развитие из-за ошибок экипажа при парировании этого отказа или на завершающем этапе полета в результате ухудшения внешних условий. Исходя из этого, особую ситуацию, связанную с отказом системы самолета, можно разделить на два следующих этапа: от момента возникновения отказа системы самолета до парирования его экипажем; от момента окончания парирования отказа до завершения полета. Эти два этапа особой ситуации принципиально отличаются друг от друга. Первый из них характеризуется изменением определяющих параметров и их выходом за границы рекомендуемых. Второй характеризуется значениями определяющих параметров на новых уровнях функционирования системы самолета, летных характеристик, харак-18
геристик устойчивости и управляемости, характеристик жизнеобеспечения экипажа, параметров полета. На степень опасности ОС на ее первом этапе существенное влияние оказывает резерв времени для парирования отказа, т. е. времени, в течение которого определяющий параметр при отказе достигает предельного ограничения (критического значения). В ряде ситуаций, связанных с разрушением конструкции, взрывом, он близок к нулю, в других - может быть относительно* большим. Чем меньше резерв времени, гем опаснее ОС. В качестве определяющих принимаются в зависимости от вида отказа системы параметры пространственного положения самолета, на которые оказывает влияние данный отказ, параметры функционирования системы и жизнеобеспечения людей, находящихся на борту (угол крена, положение центра масс, концентрация примесей в воздухе кабины, усилия на органах управления и др.). Критические шачения определяющих параметров приведены в нормативно-технических документах. * Превышение предельных ограничений недопустимо ни при каких обстоятельствах, поэтому возникновение такого события классифицируется как аварийная ситуация. Степень опасности особой ситуации на втором этапе зависит от нового уровня функционирования системы и режима полета в конкретных внешних условиях. Характеристики функционирования любой системы по влиянию ее отказов на безопасность полета можно условно разделить на три уровня. На первом уровне функционирования системы влияние ее отказов на безопасность полетов практически отсутствует при выполнении полета в основной области, заданной РЛЭ как рекомендуемая, а также при завершении полета. На втором уровне функционирования системы может появиться незначительное ухудшение характеристик устойчивости и управляемости или летных характеристик самолета, а также увеличение психофизиологической нагрузки на экипаж. Отказ системы в этом случае не вызывает необходимости немедленного изменения полетного задания, хотя при этом и допускается изменение плана полета в соответствии с указаниями РЛЭ. На третьем уровне функционирования системы вследствие отказов ее элементов может появиться заметное ухудшение характеристик устойчивости и управляемости, летных характеристик самолета, заметное увеличение психофизиологической нагрузки на экипаж. В этом случае для обеспечения безопасности полета иногда требуется немедленное изменение полетного задания, а от экипажа - своевременные и правильные действия в соответствии с РЛЭ. Полный отказ системы рассматривается как превышение третьего уровня функционирования. Для предотвращения катастрофы от экипажа требуется высокое профессиональное мастерство.
Исходя из приведенных выше определений для каждой системы устанавливаются граничные значения параметров, характеризующих уровни ее функционирования. Опасность особой ситуации при ее возникновении и дальнейшем развитии обусловливается следующими основными факторами. 1. Возможности экипажа для своевременного обнаружения и распознавания характера отказа. Возможности экипажа определяются: наличием или отсутствием характерных внешних или каких-либо других признаков отказа, по которым он сравнительно легко может быть обнаружен и распознан (хорошо или плохо распознаваемый отказ); наличием или отсутствием на самолете сигнализации об отказе, а также совершенством и надежностью ее срабатывания (заметность сигнала, четкость и достоверность инфор-. мации о характере отказа). 2. Скоротечность развития ситуации, т. е. резерв времени, которым располагает экипаж для обнаружения, распознавания отказа и принятия мер по предотвращению его дальнейшего развития, а также неблагоприятного влияния на экипаж и поведение самолета. 3. Влияние отказа на поведение самолета (затруднение управления, снижение устойчивости, самопроизвольные эволюции самолета). При этом существенное значение имеют скрытность и скоротечность этого влияния. Опасны как постепенное, незаметное для экипажа воздействие (особенно при полете в автоматизированном режиме управления), так и резкое, приводящее к энергичному изменению скорости, высоты и вертикальной скорости полета самолета, а также его пространственного положения (крена, угла тангажа, скольжения и др.). 4. Степень физического и психологического (эмоционального) воздействия отказа на экипаж. Опасно сильное прямое физическое воздействие, лишающее экипаж возможности нормально управлять самолетом и режимами работы его систем. Например, сильная вибрация, при которой невозможно различить показания приборов, потеря работоспособности экипажем в результате отравления угарным газом и др. Особенно опасно психологическое воздействие на экипаж, вызывающее сильное нервное возбуждение, при котором вероятность ошибок, поспешных, неправильных действий существенно возрастает, а следовательно, возрастает и вероятность летного происшествия. Такое воздействие может оказать сложившееся у экипажа ложное представление о том, что на самолете возник пожар (срабатывание сигнализации о пожаре, появление дыма, запаха гари и др.), потеряно представление о пространственном положении самолета, его местонахождении, что полностью выработано топливо и др. 5. Сложность необходимых действий и быстрота реакции экипажа на отказ. Здесь существенное значение имеет осведомленность экипажа о подобных случаях на самолетах данного типа: особенностях их проявления и возможных последствиях. Иначе говоря, большое значение имеет наличие опыта у экипажа по парированию отказа и соответст
вующих рекомендаций в руководстве по летной эксплуатации (инструкции). Такие рекомендации могут быть даны по опыту эксплуатации самолетов других типов или на основании анализа возможных отказов и их моделирования (воспроизведения) физического (в полете) или математического (на тренажерах, ЭВМ). Немаловажное значение имеют также тренировки экипажа на тренажерах по действиям в подобных ситуациях. Отсутствие у экипажа знаний о таких случаях и необходимых действиях, а также навыков парирования отказов повышает вероятность ЛП. 6. Степень дублирования (резервирования) отказавших систем или агрегатов и способ перехода на резервные системы (обеспечивается переход на дублирующие приборы автоматически или вручную, насколько сложные и экстренные действия требуются от экипажа в этом случае, насколько эффективна сигнализаций позволяет ли она своевременно принять решение о переходе на работу дублирующих агрегатов или приборов, т. е. распознать, какие агрегаты или приборы отказали, а какие работают нормально). Наличие резерва с автоматическим переключением на исправные агрегаты или приборы или четкой надежной сигнализации экипажу о необходимости такого переключения (перехода) существенно снижает опасность отказа или исключает ее полностью. Необходимо учитывать также возможность использования других систем для продолжения и благополучного завершения полета [37]. 7. Условия возникновения особой ситуации (метеоусловия, время суток, режим полета, характер выполняемого задания, режим работы отказавшей системы, конфигурация самолета, его полетная масса и др.). Сложные метеоусловия усугубляют опасность создавшейся ситуации, особенно, если отказ касается систем и приборов индикации пространственного положения (авиагоризонтов), навигации и др. Большую опасность представляют отказы и нарушения правил эксплуатации системы противообледенения при полете в условиях обледенения, отказы радиолокаторов при грозе, стеклоочистителей во время взлета и посадки при наличии атмосферных осадков и др. Увеличивается также степень влияния отказа на безопасность полета в ночное время суток (в первую очередь отказов, влияющих на определение пространственного положения самолета). 8. Этап полета. Наиболее опасно возникновение особой ситуации на этапах полета с повышенными физическими и психологическими нагрузками экипажа. К ним относятся взлет (в первую очередь вторая половина разбега и отрыв), посадка (в первую очередь выравнивание и первая половина пробега), уход на второй круг с малой высоты и др. Некоторые отказы, не представляющие большой опасности на многих этапах полета, на отдельных из них могут быть опасными. К ним относятся, например: отказ двигателя во второй половине разбега на
взлете, отказ автомата юза при посадке, потеря эффективности управления при посадке, самопроизвольная уборка закрылков на малой высоте при взлете или посадке и др. Некоторые отказы опасны только на определенных режимах полета. Например, небольшая неточность показаний высотомера при полете на малой высоте, отказ системы индикации скорости при полетах на скоростях, близких к минимально допустимым, и др. При возникновении ситуаций, которые требуют изменения высоты полета или приводят к самопроизвольному снижению, существенное значение имеет местность, над которой совершается полет. Так, отказ одного двигателя на многодвигательном самолете при полете по маршруту в обычных условиях может быть безопасным. Однако при полете над высокогорной местностью на высоте, близкой к практическому потолку самолета, такой отказ может привести к снижению фактической высоты полета над местностью. В этом случае также опасно падение точности показаний высотомера. В ряде случаев большое влияние на уровень опасности ситуации оказывает характер выполняемого задания. Опасны многие ситуации при взлетах с ограниченных по размерам взлетно-посадочных полос и посадках на них (например, снижение тяги двигателей, неполный выпуск закрылков, снижение точности работы системы индикации скорости и др.). Немаловажное значение во многих ситуациях имеют конфигурация и полетная масса самолета. При возникновении особых ситуаций сложная конфигурация в некоторых случаях ухудшает устойчивость и управляемость самолета. Так, отказ противообледенительной системы, вызвавший обледенение управляющих поверхностей самолета, может сделать его практически неуправляемым при выпущенных закрылках, тогда как при убранных закрылках он будет вполне управляемым. Такая же картина наблюдается при отказе системы управления стабилизатором. Большое значение имеет полетная масса самолета. Совершенно очевидно, что отказ двигателя на взлете более опасен при максимально допустимой массе самолета, чем при сравнительно низких ее значениях. Очень опасны отказы, вызывающие необходимость экстренной посадки самолета при больших полетных массах. Существенное значение имеет обоснованность действий экипажа по изменению плана, режима или маршрута полета в связи с возникшей ситуацией, т. е. явились ли они следствием того, что необходимо было парировать фактически возникшую угрозу безопасности полета, или же экипаж, спокойно проанализировав создавшуюся обстановку, сделал необходимые изменения. Например, при взлете может „не встать” на замок убранного положения одна из стоек шасси. Это не вызывает непосредственной угрозы безопасности полета, но делает дальнейший полет нецелесообразным. После взлета иногда не включается система кондиционирования (наддува) кабины самолета. В этом случае прямой угрозы безопасности полета обычно не возникает, но дальнейший набор высоты становится бессмысленным и небезопасным. В профилактических целях целесообразно прервать полет и совершить вынужденную посадку.
3.2. ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА, ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ПРИ ОЦЕНКЕ ОСОБЫХ СИТУАЦИЙ Одним из основных источников информации при оценке ОС является запись параметров в полете. Поэтому при подготовке к прове-цсиию летных испытаний особое внимание уделяется составлению перечня регистрируемых в полете параметров с применением ИИС и БУР. Желательно также иметь запись параметров, характеризующих психофизиологическое состояние пилота, таких, как длительность сердечного цикла, легочная вентиляция, температура тела, сила зажима ручки управления. Кроме того, на самолете устанавливается аппаратура, регистрирующая переговоры членов экипажа между собой и с диспетчерскими службами. При анализе используются записи БУР, предназначенные для эксплуатационного контроля, и дополнительные параметры, получаемые с помощью ИИС, позволяющие в ряде случаев более полно описать характер возникновения и развития ОС. Перечень параметров, получаемых с БУР, должен обеспечивать возможность распознавания ОС (это параметры полета, пространственного положения самолета, основные параметры функционирования его систем). После полета, в котором возник отказ какой-либо системы самолета, производится автоматизированная обработка зарегистрированной БУР полетной информации с построением графиков изменения параметров. Причем для любой ОС строятся графики изменения траекторных параметров (высоты полета, угла курса, отклонений от заданной линии пути, скорости полета), параметров положения самолета (углов атаки, тангажа, крена, скольжения), параметров работы двигателей, системы управления, положения взлетно-посадочных устройств, механизации крыла, работы пилотажно-навигационного оборудования, а также основных параметров, характеризующих состояние отказавшей системы. Все эти параметры позволяют оценить не только характер развития отказа, но и действия экипажа по его парированию и обеспечению завершения полета. Результаты обработки записи БУР позволяют составить общее представление о причинах возникновения и развития ОС. По данным ИИС находятся значения дополнительных параметров, более полно характеризующих состояние отказавшей системы, которые позволяют провести углубленный анализ характера отказа и особенностей изменения определяющих параметров функционирования системы. Одновременно производится выявление признаков отказа по записи БУР для его распознавания при изучении ОС. График с полным набором параметров, характеризующих отказ и развитие ОС, строится начиная со времени за 2 мин до момента отказа и до окончания полета. Ё процессе летных испытаний по мере определения и уточнения признаков отказов систем и доработки РЛЭ (инструкции) должны быть разработаны алгоритмы и программа экспресс-анализа полетной информации, предусматривающая контроль действий экипажа по выдер
живанию параметров полета, работе с системами самолета и контролю их работоспособности. Таким образом, полетная информация должна обеспечить оценку: влияния отказа на поведение самолета, его летные характеристики, характеристики устойчивости и управляемости; действий экипажа при парировании отказа; последовательности действий экипажа при парировании отказа; интенсивности изменения параметров, характеризующих ОС при отказе; времени от момента возникновения отказа до момента его обнаружения экипажем; времени между моментом обнаружения отказа и началом действий по его парированию (время запаздывания); времени от момента возникновения отказа до его парирования; психофизиологической нагрузки экипажа при парировании отказа и последующем завершении полета. 3.3. МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОЦЕНКИ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ В процессе летных испытаний проводится качественная оценка безопасности полетов при отказах функциональных систем, т. е. по существу оценивается отказобезопасность. Под отказобезопасностью понимается свойство самолета, обеспечивающее возможность завершения полета без летного происшествия при возникновении отказов функциональных систем. Качественной мерой отказобезопасности является степень опасности особой ситуации, возникшей при отказе какой-либо системы самолета. Под ОС при исследовании отказобезопасности понимается совокупность отказа функциональной системы самолета при определенных внешних условиях, на определенном этапе полета и действий летного и наземного составов по его парированию. Летные испытанг я проводятся в соответствии с основной программой, содержащей специальные разделы по имитации отказов функциональных систем самолета во всем диапазоне ожидаемых условий эксплуатации. Кроме того, особый интерес представляют случайно возникшие отказы, которые создали ОС. С целью выделения случайных отказов в процессе летных испытаний анализу подвергаются все отказы, возникшие в полетах, с оценкой их последствий. При создании самолета степень опасности ОС, которая может возникнуть в полете при отказе какой-либо системы, оценивается исходя из возможных его последствий, с учетом предусмотренной системы информации экипажу об отказе, способов его парирования в ожидаемых условиях эксплуатации и возможности последующего безопасного завершения полета. На первом участке ОС определяющим при ее оценке является, как указывалось выше, резерв времени у экипажа на локализацию отказа, а на втором - новый уровень функционирования системы. Учитывая случайный характер проявления отказа, действий
летного состава и внешних условий, особая ситуация в каждом конкретном полете может иметь различный характер протекания. Поэтому по небольшому числу реализаций в летных испытаниях невозможно однозначно судить о фактической степени опасности ОС, связанной с данным отказом. С учетом этого оценка ОС в летных испытаниях проводится следующим образом. Для первого участка ОС: определяется темп изменения определяющего параметра, который является критичным при данном отказе (быстрее других выходит за предельное ограничение); характер изменения определяющего параметра сравнивается с характером его изменения, оцененным на этапе проектирования и при стендовых испытаниях системы; подтверждается степень опасности данной ОС, определенная при создании самолета (если характер изменения определяющего параметра и резерв времени на локализацию отказа Сбвпадают (или не совпадают) с предполагаемыми). При меньшем резерве времени от принятого ранее разрабатываются меры по его нормализации или степень опасности ОС при данном отказе повышается; оценивается достаточность информации экипажу для распознавания отказа, удобство расположения средств для его локализации, правильность рекомендаций РЛЭ (инструкции); оценивается время от момента возникновения отказа до его парирования экипажем в конкретном полете и сравнивается с предполагавшимся на этапе создания самолета; проводится экспертная оценка летным составом эффективности средств распознавания и локализации отказа; разрабатываются меры по повышению эффективности парирования отказа, если имеются замечания летного состава, или степень опасности ОС при данном отказе повышается. Для второго участка ОС: определяется новый уровень функционирования системы после парирования отказа; оценивается соответствие нового уровня функционирования системы предполагавшемуся на этапе проектирования самолета и полученному при стендовых испытаниях; подтверждается степень опасности ОС, принятая на этапе создания самолета, если новый уровень функционирования системы совпадает (или не совпадает) с предполагавшимся; разрабатываются меры по приведению уровня функционирования системы к ранее принятому, если он хуже предполагавшегося или степень опасности ОС повышается. Кроме того, производятся следующие оценки: действий экипажа при парировании отказа системы и последующем завершении полета; отклонений в работе других элементов АТС; неблагоприятных внешних воздействий, оказавших влияние на развитие ОС, и степени ее опасности, обсусловленной совокупностью этих отклонений в кон-
кретном полете. Такой анализ позволяет выявить недостатки в функционировании элементов АТС, устранить которые необходимо для повышения безопасности летных испытаний. Таким образом, при летных испытаниях проводится оценка уровня функционирования системы при имитируемых и случайных отказах, а также оценка соответствия этого уровня принятому при проектировании. При их несоответствии выясняется причина и принимаются меры по уменьшению опасности последствий отказа или пересмотру степени опасности ОС. Проводится также оценка степени опасности ОС в каждом полете с отказом и устанавливается соответствие ее данным табл. 3.1, в которой приведены принципы оценки степени опасности ОС, используемые при создании самолета и отражающие ее зависимость от уровня функционирования системы после парирования отказа, а также области полета (при возникновении отказа и после его парирования). Таблица 3.1. Принципы оценки опасности особой ситуации Область полета Уровень функционирования системы Первый Второй Третий Ниже третьего Основная БП УС СС АС Эксплуатационная УС СС АС АС Предельная СС АС АС АС Запредельная АС АС АС АС Для неманевренных самолетов, выполняющих полеты в основной области, оценка степени опасности ОС производится в зависимости от уровня функционирования системы после парирования отказа в соответствии с первой горизонтальной строкой таблицы. Для маневренных самолетов оценка ОС производится в зависимости от области, в которой выполняется полет. При совпадении оценки уровня функционирования с принятым при проектировании, но с большей степенью опасности ОС в данной области полета определяются другие неблагоприятные факторы, определившие ухудшение ОС (ошибки пилота, службы УВД и др.), для принятия мер по исключению их повторения. Летные испытания позволяют выявить недостатки различных систем, после тщательного анализа которых должны быть разработаны и приняты меры по их устранению до запуска самолета в серийное производство (пока затраты на доработку систем относительно невелики). В процессе летных испытаний самолета по разделу обеспечения безопасности полетов проводятся следующие виды работ: выявляются особенности проявления отказов систем по сравне-26
пию с предполагавшимися на этапе проектирования самолета, при >том проводится оценка степени ухудшения характеристик систем при отказах элементов без вмешательства экипажа и после парирования их экипажем, а также определяется располагаемое время для эффективного использования средств парирования; оценивается достаточность средств парирования отказов; оценивается степень опасности особых ситуаций, связанных с отказами систем; оцениваются действия экипажа при парировании отказа и последующем завершении полета; уточняется РЛЭ (инструкция) в части действий экипажа по распознаванию и парированию отказов; отрабатываются признаки распознавания отказов систем самолета но записи БУР; отрабатываются алгоритмы и программа акспресс-анализа полетной информации по контролю действий экипажа и работоспособности систем для внедрения их на этапе эксплуатации самолета. Одним из основных этапов анализа ОС является оценка резерва нремени для парирования отказа и нового уровня функционирования системы посредством сравнения фактических последствий развития отказа систем самолета, полученных при летных испытаниях, с предполагавшимися на стадии его проектирования. В случае установления в процессе стендовых, тренажерных и летных исследований худших последствий отказа, чем предполагалось при проектировании, обязательно определяется их причина и принимаются меры по снижению степени опасности ОС или уменьшению вероятности отказа системы. Для оценки опасности ОС применяются два метода: основанный на анализе определяющих параметров функционирования отказавшей системы, параметров движения самолета, летных характеристик, характеристик устойчивости и управляемости, зафиксированных штатными системами сбора полетной информации и ИИС; основанный на летной оценке последствий отказа в процессе его парирования и последующего завершения полета. Анализ указанных методов показал, что для получения достоверных результатов оценки ОС необходимо их комплексное использование. Комплексное использование нескольких методов для оценки возможностей систем самолета и экипажа по парированию последствий отказа и благополучному завершению полета заключается в анализе: возможностей функциональных систем парировать отказ отдельных элементов или подсистем без вмешательства экипажа; возможностей своевременного распознавания и парирования экипажем последствий отказа; достаточности указаний в РЛЭ экипажу по распознаванию отказа и последующим действиям; влияния внешних условий, времени суток, этапа полета и других факторов на усугубление последствий отказа.
Особенно сложно оценить возможности экипажа для своеврсмен-юго распознавания и парирования развития ОС. Функционирование •кипажа как звена контура управления при особой ситуации можно разделить на следующие этапы [19]: прием информации, по которой оператор обнаруживает существеннее для управления сигналы; переработка информации, включающая в себя опознавание и оценку ситуации; принятие решения, формирующего цель действия оператора и 1ыбор способа ее достижения; выполнение принятого решения. Информация может передаваться экипажу различными способами речевое сообщение, световое табло, стрелочный прибор, внешние Признаки и др.), но от вида ее передачи зависит время восприятия. Время принятия решения определяется конкретной ситуацией и 1ависимостью исхода полета от результатов реализации принятого решения, т. е. чем опаснее последствия, тем труднее принять решение. Время действий экипажа по парированию последствий возникшей :итуации зависит от числа членов экипажа, самостоятельности выпол-<ения этих действий, расположения рычагов, тумблеров и их числа, а акже от навыков экипажа по действиям в конкретной ситуации. В процессе летных испытаний не могут быть оценены все отказы, юздающие особые ситуации, поэтому летным испытаниям должны Предшествовать стендовые и тренажерные. При введении отказов на :тенде и тренажере производится уточнение степени опасности ОС. По результатам этих наземных испытаний определяются методика и усло-зия имитации отказов в полетах. При стендовых испытаниях произво-хится оценка надежности функциональных систем. При летных испытаниях имитируются все виды отказов, которые иогут привести к особой ситуации, априорно классифицируемой как зложная. Отказы, которые при создании самолета классифицировались сак создающие усложнение условий полета, имитируются в тех слу-1аях, когда для их парирования требуется вмешательство летного гостава и отказ влияет на пилотирование. В процессе имитации таких хгказов проверяются требования РЛЭ по их парированию и пилотиро-Мнию самолета после локализации отказа. При более сложных факти-1ески предпринятых действиях, чем рекомендуемые, рассматривается юпрос о переводе ситуации в более опасную или принимаются меры |ю уменьшению ее опасности. Имитация отказов, которые могут привести к аварийной ситуации, [роизводится в тех случаях, когда требуется отработка при летных [спытаниях рекомендаций по действиям летного состава и при этом беспечена безопасность эксперимента [14]. Имитация отказов по юзможности должна проводиться в различных ожидаемых условиях. Для всех отказов, происшедших случайно, также производится ценка степени опасности особой ситуации, которую они создали. Способы имитации каждого вида отказа приводятся в методиче-8
ской части программы с учетом обеспечения безопасности летного эксперимента. Имитация отказов производится посредством изменения характеристик функциональной системы штатными органами, переключателями системы или с помощью специального пульта. Член экипажа, который должен распознать и парировать отказ, не должен знать какой отказ будет вводиться в данном полете. Для обеспечения безопасности второй пилот должен быть полностью информирован о моменте и условиях введения отказа. Сведения, полученные при летных испытаниях для оценки ОС, заносятся в табл. 3.2. При анализе любых ситуаций используется следующая исходная информация: технические акты расследования предпосылок, связанных с отказом техники; карточки на предпосылки, связанные с отказом техники; протоколы контроля за выполнением полетов по записи штатного БУР; расшифровки записей ИИС и штатного БУР; расшифровки фонограмм переговоров членов экипажа между собой и с диспетчерскими службами; расшифровки записей КТС; протоколы экспертной оценки особой ситуации; дневник полетов; дневник самолета; руководство по летной эксплуатации; журнал руководителя полетов; летная оценка экипажем особой ситуации и поведения самолета в ней; показания очевидцев при необходимости. Анализ отклонений, приведших к возникновению и развитию особой ситуации При анализе ОС, связанной с отказом системы самолета, составляется перечень всех отклонений, выявленных в работе элементов авиационной системы, в хронологическом порядке. В процессе последующего анализа может выясниться, что какие-то из этих отклонений не связаны с особой ситуацией, но меры по их устранению должны быть приняты. Поэтому составление такого перечня в любом случае оправдано. Для каждого отклонения указываются пункты нормативных документов, которые были нарушены, а также время начала и окончания каждого отклонения (см. табл. 3.2). Далее последовательно анализируется каждое отклонение в работе звеньев АТС. Отклонение проявляется через определенные признаки, которыми являются параметры полета, параметры работы систем самолета, летные характеристики самолета, характеристики устойчивости и управляемости, параметры жизнеобеспечения экипажа и др.
Сведения, полученные при испытании самолета № п/п Дата и этап' полета Вид отказа Параметры, характеризующие, работу системы Параметры, характеризующие отказ системы и регистрируемые на борту самолета Параметры движения, устойчивости и управляемости самолета, изменяющиеся при отказе, конфигурация самолета Характер изменения определяющих параметров, их экстремальные значения, время переходного процесса, располагаемое время Характер изменения пара-* метров психо-физио- ЛОГИ-ческой нагрузки экипажа 42 * 6.07. 88 Потеря 50% тяги двигателей «РУД. пв.д« пн.д» Ст. * Рв. * Рт «руд. пв.д» G, Высота эшелона, угол скольжения, высота ухода на второй круг; посадочная конфигурация Падение частоты вращения левого двигателя в течение 7 с от пв.д = Д° частоты вращения авторотации; fp = 16 с до достижения скорости сваливания от возникшего угла скольжения Силовая Отсутствует запись
для оценки особой ситуации, связанной с отказом Таблица 3.2 Действия экипажа по парированию отказа в соответствии с инструкцией Фактические действия экипажа по парированию отказа Значение параметров нового уровня функционирования системы, номер уровня Отклонения параметров полета от заданных Летная оценка особой ситуации на обоих ее участках Степень опасности особой ситуации на обоих ее участках установка Командир экипажа энергично парирует элеронами и рулем направления стремление самолета к развороту и крену в сторону отказавшего двигателя, выдерживая прямолинейный полет созданием крена 2—4е в сторону работающего двигателя Элероны отклонены на 2/3 хода через 4 с после отказа на парирование момента от двигателей; руль направления только через 12 с, когда угол скольжения достиг 18°, медленно в течение 5 с отклоняется на 10°. Правый двигатель выведен на 0,7 номинального через 11 с после отказа левого двигателя. Сваливание, выразив,-шееся в кренении до 23° в течение 3 с, пилот ликвидировал, действуя элеронами и рулем направления 50% тяги двигате-телей; второй Падение* скорости полета за 17 с до скорости сваливания на высоте круга ОС при правильных действиях пилота по парированию отказа двигателя отклонением руля направления соответствует СС. Ошибка пилота перевела СС в АС. После вывода самолета из сваливания ОС стала СС На первом участке ОС: СС из-за отказа двигателя, АС из-за ошибки пилота. На втором участке: СС, обусловленная потерей 50% тяги двигателей
Не следует путать признаки отклонений с самыми отклонениями. При отсутствии признаков проявления выявленного отклонения в рассматриваемой особой ситуации оно относится к группе отклонений, не связанных с ОС. Отклонение в работе техники заключается в нарушении функционирования систем самолета, выражающееся в самопроизвольном отклонении поверхностей управления, механизации крыла, несинхронном их отклонении или невозможности отклонения, разрушении двигателя, пожаре, нарушении индикации приборов, обесточивании самолета, ложном срабатывании сигнализации и др. В перечне отклонений приводится четкая формулировка отказа, например: разрушение диска третьей ступени турбины двигателя № 1, приведшее к разрушению топливного трубопровода и возникновению пожара (силовая установка); самопроизвольное отклонение триммера руля высоты, приведшее к возрастанию усилий на колонке управления и неуправляемому движению самолета (система управления самолетов); ложное срабатывание сигнализации ПОЖАР В МОТОГОНДОЛЕ ДВИГАТЕЛЯ № 1, приведшее к необходимости выключения двигателя и возврата в аэропорт вылета (система жизнеобеспечения). Отклонения в работе техники выявляются на основе: анализа записей параметров полета, полученных с помощью бор-то,вых средств сбора параметрической информации; анализа записей переговоров членов экипажа между собой и с диспетчерскими службами; исследований авиационной техники; анализа результатов летной оценки членов экипажа; анализа объяснительных записок членов экипажа и показаний очевидцев. Параметры работы основных систем самолета фиксируются бортовыми средствами сбора полетной информации (включая штатные системы и ИИС). Записи параметров и разовых команд, характеризующих состояние систем, позволяют выявить отклонения в их работе. Наиболее достоверно можно оценить работоспособность таких систем, по которым регистрируется входной и выходной сигналы, например положение РУД и частота вращения, отклонение органов управления и поверхностей управления, положение переключателя в кабине и исполнительного органа системы. В записи переговоров членов экипажа между собой при отказе техники может содержаться информация о характере его проявления и некоторых действиях по парированию. Диспетчерской службе экипаж обычно сообщает обобщенную характеристику отказа, не раскрывая его проявления. Полетная информация, полученная от штатной системы, как правило, позволяет выявить отказ системы, а полученная от ИИС — в ряде случаев отказ блока или узла. Летная оценка членов экипажа позволяет выявить признаки отказа и характер его проявления. Показания очевидцев могут характеризовать внешние признаки отказа (конфигурацию самолета, отклонение поверхностей, положение ВПУ, пожар и др.). На основе указанных выше данных выявляются признаки отказа. Проявление отказа может быть определено по нескольким источникам 32
информации. Признаками отклонений в работе техники являются, например, зафиксированная средствами сбора параметрическая информация (самопроизвольное изменение режима работы системы, срабатывание сигнализации отказа, несрабатывание исполнительного органа при перемещении рычага или переключателя в кабине) и сообщение экипажа (описание характера проявления отклонения в работе техники и источники этой информации). При этом оценивается время действия отклонения, которое наносится на график расшифровки параметров полета. Основные отклонения в действиях экипажа от предусмотренных РЛЭ при парировании отказа и последующем завершении полета классифицируются следующим образом: неправильные, несвоевременные действия экипажа по работе с системами самолета или отсутствие необходимых действий; невыдерживание экипажем рекомендуемых параметров полета и нарушение летных ограничений, заданных в РЮ; несоблюдение экипажем предписанной схемы полета; неправильная информация диспетчера о местонахождении самолета, параметрах полета, времени пролета определенных пунктов и др.; нарушение минимума погоды. Отклонения в работе экипажа выявляются на основе: анализа записи параметров полета, полученных с помощью бортовых средств сбора полетной информации; анализа записи траекторных параметров, полученных с помощью КТС; анализа записи переговоров членов экипажа между собой и с диспетчерскими службами; анализа результатов летной оценки членов экипажа и показаний очевидцев. Отклонения устанавливаются посредством сравнения данных о действиях экипажа с действиями, предписанными нормативными документами. Отклонения рекомендуемых значений параметров и превышение ограничений, заданных в нормативных документах, выявляются непосредственно по записи скорости, высоты полета, угла крена и др. Записи аналоговых параметров и разовых команд, характеризующих состояние систем самолета и режим их работы (положение стабилизатора, элементов механизации крыла, режим работы автоматической системы управления, включение ПОС и др.), позволяют оценить действия экипажа, в частности неправильное управление двигателями, несвоевременный выпуск — уборку закрылков, неправильное использование САУ, невключение, позднее включение или раннее выключение ПОС и др. При отказе системы самолета записи параметров позволяют установить несвоевременность действий экипажа по парированию отказа и перехода на резерв, неправильные действия, отсутствие необходимых действий. По данным КТС оцениваются выдерживание схемы полета, отклонения от заданной траектории по высоте и курсу на посадочной прямой. Записи переговоров членов экипажа между собой и с диспетчерскими службами позволяют выявить отклонения в выдерживании параметров полета, нарушения в работе экипажа с системами, нарушение взаимодействия членов экипажа, несоблюдение экипажем предписанной схемы полета, ошибочную передачу информации с борта на землю и др. Показания очевидцев могут характеризовать траекторию движения самолета, его конфигурацию, положение ВПУ, а также свидетельствовать об отклонениях в действиях экипажа.
Установление причин возникновения отклонении в работе системы Опыт изучения особых ситуаций за длительный период эксплуатации самолетов показал, что для разработки эффективных мероприятий по устранению недостатков в работе звеньев АТС следует устанавливать причину ее отказов как минимум до третьего уровня ее детализации: сначала определяется непосредственная причина отказа системы, затем выявляется недостаток, приведший к причине отказа и, наконец, выявляется недостаток, следствием которого явился недостаток более высокого уровня. Например, отказ произошел из-за несовершенства конструкции системй, обусловленного неполным учетом действующих нагрузок в результате несовершенства методики стендовых испытаний. Установлению причины во многих случаях помогает информация о ранее происходивших отказах на самолетах-аналогах. Анализ отказов, аналогичных по характеру проявления с имевшими место ранее, позволяет наметить пути поиска причин исследуемого отказа и выявить общие недостатки в формировании и работе звена АТС. Таким образом устанавливается, обусловлено ли возникновение отказа действиями только конкретного лица в звене АТС (члена экипажа, диспетчера в смене, авиамеханика), недостатком конкретного экземпляра АТ или же общими недостатками, присущими всему звену АТС (недостатки методики, программы подготовки личного состава, отсутствие указаний в РЛЭ по действиям в создавшихся условиях, конструктивный недостаток и др.). Алгоритм процесса установления причины отказа на примере анализа работы систем самолета и экипажа приведен на рис. 3.1 и 3.2. Перечисленные на этих рисунках факторы не охватывают все возможные варианты, а иллюстрируют лишь подход к выявлению причины отказа. При изучении особой ситуации могут быть выявлены также другие факторы, которые тоже должны рассматриваться до третьего уровня детализации. В описании ОС используются данные, позволившие установить причину отклонений в работе системы. Такими данными являются: результаты оценки работоспособности систем самолета; результаты исследований отказавших блоков, узлов, агрегатов; объективные данные бортовых и наземных средств сбора полетной информации; формуляр самолета, бортовая техническая документация, документация по техническому обслуживанию самолета, доработкам по бюллетеням; результаты анализа методов эксплуатации самолета; результаты проверки уровня профессиональной подготовки экипажа и инженерно-технического состава, обслуживающего самолет; результаты анализа стендовых и летных исследований систем самолета;
Рис. 3.1. Схема установления причины отклонения в работе систем самолета
f Отклонение в работе зкилажа по выдерживанию параметров полета с системами самолета по самолетовожде нию и навигации Экипаж не гатоВ к Выполнению полета I ♦ I Нарушение технологии пред-- вари тельной предполетной подготовки ♦ Недостаточ- -пая профессиональная -подготовка Экипаж не обеспечен необходимой информацией - ¥__________ Низкий уровень дисциплины зкипажа Недостаток РЛЭ, НПП и других нормативных документов Эргономический недостаток пилотской кабины I I Недооценка последствий своих действий Халатное отношение к сбоим обязанностям Спадая подготовка инструкторского состава Несовершенство средств подготовки летного состава Слабый контроль за выполнением полетов В летном отряде Другие Несовершенство комплектования зкипажо и анализа его работы Недостаточные организаторские способности командира, зкипажо влияние отклонения в работе звена РТС но исход полета Неудовлетворительное медицинское обеспечение Другие Другие Рис. 3.2. Схема установления причины отклонения в работе экипажа
результаты анализа нормативных документов по созданию самолета; результаты анализа конструктивных решений системы; результаты анализа технологии изготовления агрегатов, узлов, блоков самолета; результаты анализа статистических данных по отказам систем самолетов-аналогов в эксплуатации; результаты анализа проб ГСМ; показания очевидцев; результаты изучения характера полетного задания; результаты изучения наработки, срока службы, ресурса АТ, условий ее эксплуатации и хранения; другие материалы. Причины отклонений в работе экипажа устанавливаются на основе следующих данных: результатов сравнения действительных действий экипажа с предписанными нормативно-техническими документами; результатов анализа достаточности требований нормативно-технических документов; объективных данных бортовых и наземных средств сбора полетной информации; результатов проверки уровня профессиональной подготовки экипажа; результатов анализа соблюдения экипажем режима отдыха, сна и питания в течение последних трех дней; результатов анализа использования отпусков и выходных дней, летной нагрузки накануне, в день полета, в течение последнего месяца; результатов анализа состояния членов экипажа в изучаемой ситуации с учетом медицинской экспертизы после полета; результатов анализа состояния здоровья членов экипажа по медицинской книжке; результатов анализа индивидуальных психологических особенностей и морально-психологического состояния каждого члена экипажа за последний месяц; изучения состояния дисциплины летного состава; результатов анализа соблюдения правил ведения радиосвязи и фразеологии радиообмена, его содержания; результатов анализа летной работы каждого члена экипажа за последний год с оценкой допущенных ранее отклонений; результатов анализа методов тренировок летного состава; результатов анализа метеоусловий, соответствия их минимуму погоды; результатов анализа использования экипажем наземных радиосветотехнических средств; результатов анализа подготовки экипажа к данному полету. При рассмотрении второго и последующих отклонений анализируется связь настоящего отклонения с предыдущими и устанавливается ее характер. Если предыдущее отклонение вызвало рассматриваемое, то описывается сущность этой причинной связи. Если отклонения взаимосвязаны, то следует попытаться объединить их под общей формулировкой, так как они могут быть вызваны одними и теми же причинами. Далее устанавливается, предусмотрены ли в нормативно-техническом документе, регламентирующем работу звена АТС, указания о действиях по выявлению, парированию или недопущению данного отклонения. При отсутствии таких указаний описываются предпринятые
действия и разрабатываются предложения по дополнению документации. Оценка степени опасности особой ситуации После установления причин возникновения отклонений в работе системы производится оценка степени опасности особой ситуации в конкретном полете (с учетом всех выявленных отклонений в процессе ее создания и дальнейшего развития). Эта оценка производится на основе анализа полетной информации, зарегистрированной с помощью ИИС, штатных бортовых регистраторов параметров и речи, с использованием результатов экспертизы, выполненной летным и инженерным составами, проводящими испытания, с привлечением врачей - специалистов авиационной медицины. После каждого полета с отказом системы экипаж в письменном виде дает оценку имеющимся средствам и методам парирования отказа с целью выявления: привлекающей способности средств отображения информации по времени, затраченному для привлечения внимания на распознавание отказа; степени однозначности поступившей к экипажу информации для определения характера возникшего отказа и принятия правильного решения; * достаточности имеющихся средств для своевременного парирования последствий отказа; обеспеченности успешного продолжения полета и выполнения посадки. Наиболее ответственным и сложным процессом деятельности экипажа по парированию отказа является принятие решения. Сложившиеся условия и многообразие поступающей информации усугубляют влияние на временное характеристики принятия решения и его содержание. Задержка принятия решения может возникнуть из-за необходимости выбора из нескольких вариантов действий. Недостаточность и неопределенность информации также влечет за собой задержку в принятии решения. При опросе экипажа в процессе экспертной оценки степени опасности ОС важно выявить признаки, послужившие основой при распознавании отказа, а также все варианты, которые оценивались в полете в процессе принятия решения, и характер ошибочных операций, которые предшествовали принятию решения или последовали за ним, т. е. должны быть выявлены мотивы деятельности экипажа и способы достижения цели по парированию отказа. Эти данные необходимы для правильного выбора направлений разрабатываемых мер по снижению степени опасности конкретной ОС. Кроме того, необходимо провести экспертную оценку ОС, позволяющую понять особенности действий экипажа и сложность возникшей в полете ситуации, а также возможность парирования отказа и завершения полета в худших ожидаемых условиях эксплуатации эки
пажем средней квалификации (так как летные испытания проводят летчики-испытатели наивысшей квалификации). Летные испытания позволяют выявить расхождение истинных последствий отказа, возникших в полете, с предполагавшимся при проектировании самолета развитием особой ситуации. Необходимо определить причины такого несоответствия, которые могут быть обусловлены: непредвиденным развитием отказа функциональной системы; недостаточной привлекающей способностью признаков отказа; недостатком информации; неопределенностью информации; несогласованностью информации, поступающей по различным каналам; перегруженностью канала восприятия информации; неудовлетворительной компоновкой кабины экипажа; неудовлетворительными условиями освещения в кабине; неправильным распределением обязанностей среди членов экипажа; плохим изложением указаний РЛЭ (инструкции); недостаточной профессиональной подготовкой экипажа по парированию отказа; неудовлетворительным состоянием здоровья членов экипажа и др. Обобщение результатов анализа развития ОС и выявленных причин непредвиденных ее особенностей должно быть положено в основу разработки мероприятий по совершенствованию функциональных систем, средств и методов своевременной локализации отказов, методов подготовки летного состава и др. Экспертная оценка степени опасности ОС формируется на основе учета следующих факторов: скоротечности процесса развития ОС при возникновении отказа; резерва времени у экипажа для распознавания и принятия мер по парированию отказа; степени автоматизации процесса локализации последствий отказа; наличия признаков отказа; эффективности средств распознавания и парирования отказа; степени влияния отказа на поведение самолета, его устойчивость и управляемость; достаточности рекомендаций РЛЭ по локализации отказов; сложности пилотирования самолета после парирования отказа; психофизиологической нагрузки экипажа в создавшейся ОС; уровня функционирования систем после парирования отказа; зависимости развития ОС от ее этапа, режима полета, времени суток, метеоусловий; влияния последствий отказа на работоспособность экипажа (появление дыма, запаха гари, токсичных веществ в кабине и др.); степени подготовки экипажа к парированию последствий отказа. Модель экспертной оценки степени опасности ОС, основанной на
C 20,21,22 Рис. 3.3. Модель экспертной оценки опасности особой ситуации, сложившейся в результате отказа
На 3 С го, 21,22 Оценка располагаемого времени tp>60c 10c<tp<60c tp< Юс УС сс АС Средства распознавания отказа пре-—дусмотрены Нет На б Да 9 Нет Нет Определение бремени от момента возникновения отказа до его обнаружения Да Да Информация достаточна для распознавания отказа Средстварас— дознавания отказа имеют хд^ репную привлекающую способность На 18 Нет ж^Для распазна-^^ 12 ^жвания отказа потредо-^^ „ далось использование дополни-'''"^ Аа тельных средств, не преду— "—„ смотренных РЛЭ Нет 13 Перечень дополнительных средств 19 "локализации отказа идоднд""-^ hem расположены и их ""—^достаточно 15 Да Описание недостатков средств локализации Рекомендации""— Рлэ по парированию отказа полные и •~^правильно1е_^' 'i №/п 16 Да 17 Предложения по корректировке РПЭ, доработке средств распознавания и парирования отказа
Ha J С 11 Время от момента Возникновения отказа Во парирования Экспертная оценка опасности осо-дой ситуации на первом участке s' Откоз'^^ jo УЪказап влия-^\Д Улие но поведение ‘самолета, его характе—^^ нет листики, психофизиологи?? ^\ческую нагрузкух' зкилажа ук УДа /''Дпа?''^ ^^рировании от^^_ 21 жмаза возникли труд-^. /Юности, повышенная психо/ризтЬ^,. 'алогическая нагрузка зкипажа, по— ^^тредоволись зкстренные оейрМ ^'^стбин, посадка на длсрм ^^жайший озрсн/Ж ^^дрсхрж /^Для\, /ЖпредотВроще-^-^ Уния АП патревобалоаз^^ ж^рщсокое профессиональное мастерство или реализация пре-х'— дельных характеристик^''' самолета /Ж Нет Нет 18 19 ПО ] УУЛ ! Да СИ
анализе зарегистрированной полетной информации и опроса экипажа, приведена на рис. 3.3. Рассмотрим содержание работ по каждому элементу логической схемы. 1. Вид отказа функциональной системы выявляется экипажем в полете или инженерно-технической службой при ТО посл^ полета. 2. Производится оценка ОС по характеру ее возникновения и развития, при этом по возможности выделяются два участка ОС. Некоторые ОС могут состоять только из одного участка, например, при заходе на посадку не выпустились закрылки. В этом случае скорость уменьшается до значения, рекомендуемого РЛЭ при посадке с гладким крылом, и выполняется посадка, требующая повышенного внимания и четкости действий по торможению самолета. Примерами ОС, состоящей из одного участка, являются также отказ управления колесами носовой стойки шасси на посадке, рассоединение или заклинивание руля направления и др. 3. Для ОС, состоящей из двух участков (участок парирования отказа и завершения полета с отказом), производится оценка степени опасности ОС на первом участке. 4. В случае, когда процесс парирования отказа возложен на членов экипажа, производится оценка, насколько быстро изменяется наиболее критичный определяющий параметр. Из всех параметров, изменяющихся в результате возникновения отказа, выбирается тот, который достиг бы своего предельного значения раньше других (под предельным значением параметра понимается значение, при достижении которого вероятность летного происшествия наибольшая), если бы от-каз не был парирован. Оценивается время, в течение которого этот параметр достигнет предельного значения в результате отказа. Это время ^называется располагаемым и является одной из характеристик ОС. Чем меньше времени у экипажа на парирование отказа, тем опасней ОС. Опыт расследования летных происшествий и результаты специальных исследований показали, что в зависимости от располагаемого времени ОС можно разграничить по степени опасности следующим образом: • tp< 10 с - АС; 10с<Гр<60с- СС; tp> 60с- УС. По записи параметров определяется градиент их изменения и оценивается интервал времени от момента возникновения отказа до выхода каждого определяющего параметра за предельное значение, если отказ не будет парирован. Из этих параметров выбирается тот, у которого располагаемое время наименьшее. Это время оценивается в соответствии с границами видов ОС (fp). Таким образом определяется степень опасности особой ситуации на первом этапе оценки. Предельными значениями определяющих параметров являются: предельная скорость полета Vmax max, скорость сваливания самолета
Vo разрушающая перегрузка, смертельная доза токсичных веществ в кабине экипажа при отсутствии кислорода в баллонах, невозможность отклонения поверхностей управления самолетом, вертикальная скорость снижения самолета на малой высоте, при которой невозможно вывести самолет в горизонтальный полет, угловая скорость вращения самолета, которую невозможно парировать отклонением поверхностей управления самолета в крайнее положение. 5. Осуществляется переход ко второму этапу отценки ОС. Для каждого вида отказа производится оценка наличия сигнализаторов и приборов обнаружения. При их отсутствии оцениваются последствия отказа. 6. В случае, когда отказ не повлиял на поведение самолета, параметры его движения, не создал повышенной психофизиологической нагрузки у экипажа, считается, что ОС не было (БП). При наличии указанных последствий производится оценка косвенных признаков отказа. Если самолет не оборудован системой регистрации параметров, характеризующих состояние экипажа, то оценка психофизиологического состояния производится экспертным путем. В летной оценке ОС должны приводиться сведения о состоянии экипажа в момент парирования отказа и на участке завершения полета после отказа. « 7. Если косвенные признаки отсутствуют или не позволяют свое- временно предпринять действия по локализации отказа, то особая ситуация классифицируется как АС. При возможности по косвенным признакам своевременно парировать отказ производится оценка указаний РЛЭ (инструкции) по выполнению таких действий экипажа. 8. При отсутствии указаний в РЛЭ по действиям экипажа при парировании отказа по косвенным признакам ОС классифицируется как АС. Если же такие указания содержатся в РЛЭ, то производится оценка степени опасности особой ситуации по значению определяющего параметра, наиболее критичного для данного отказа. 9. При наличии сигнализаторов и приборов для выявления отказа определяется время от момента его возникновения до момента обнаружения экипажем (по записи определяющих параметров). Это время позволяет объективно оценить способность сигнализаторов привлечь внимание. Если самолет не оборудован аппаратурой для оценки фиксации взгляда члена экипажа на приборной доске, то определяется время от момента возникновения отказа до начала действий экипажа по его парированию, которые записаны в виде параметров перемещения органов управления, переключателей, рукояток и др. В таком случае это время будет характеризовать привлекающую способность сигнализаторов и свидетельствовать о времени, потребовавшемся экипажу для принятия решения. 10. Наряду с количественной оценкой привлекающей способности сигнализаторов проводится летная оценка средств распознавания отказа посредством опроса экипажа, выполнявшего полет. Если экипаж указал, что привлекающая способность сигнализатора хорошая, то
производится оценка достаточности предусмотренных сигнализаторов и приборов для распознавания отказа. Для однозначности оценки отказа одного сигнализатора может быть недостаточно, поэтому предусматривается наличие приборов контроля работы'функциональной системы, по показаниям которых экипаж должен убедиться в наличии отказа. 11. Экипажем оценивается достаточность совокупности предусмотренной информации от сигнализатора и показаний приборов для распознавания отказа. Одновременно по объективным данным (времени от момента возникновения отказа до начала действий экипажа) также оценивается достаточность средств обнаружения отказа. При противоречивости этих оценок производятся разбор ситуации с экипажем и выяснение причины такого расхождения для ее устранения. Объективные данные и летная оценка должны не противоречить, а дополнять друг друга, для чего они должны базироваться на единых принципах. 12, 13. В случае, когда предусмотренной РЛЭ информации для обнаружения отказа было недостаточно и экипажу потребовалось использовать дополнительные средства для его распознавания, эти средства должны быть перечислены. Такие сведения необходимы для последующей корректировки РЛЭ и доработки системы индикации. 14. Экипаж дает оценку месту расположения средств локализации отказа и их достаточности для своевременного и эффективного парирования отказа. 15. При получении отрицательного ответа приводится описание недостатков этих средств и предложения по их совершенствованию. 16, 17. Экипаж дает оценку рекомендациям РЛЭ по локализации отказа. Если они признаны неправильными, неточными, неполными, то приводятся предложения по корректировке РЛЭ. 18. Определяется время от момента возникновения отказа до его парирования, которое объективно характеризует существующие средства и методы парирования отказа и профессиональную подготовку экипажа. Осуществляется переход на анализ параметров, характеризующих ОС. 19, 20. Для первого участка ОС экипаж указывает, ощутил ли он влияние отказа на поведение самолета, его устойчивость и управляемость, повышение психофизиологической нагрузки. Если экипаж не ощутил влияния отказа, то считается, что ОС не было. 21. Если влияние отказа ощущалось и экипаж в конкретных условиях легко парировал его и (или) не создалось повышенной психофизиологической нагрузки, не потребовалось экстренных действий и прекращения полета, то ОС классифицируется как УУП. 22. Если парирование отказа потребовало выполнения сложных операций и (или) повысилась психофизиологическая нагрузка экипажа, при этом предотвратить летное происшествие удалось только четкими, безукоризненными, экстренными действиями, реализованными благодаря богатому опыту летной работы экипажа, или реализацией
характеристик самолета, близких к критическим, то ОС классифицируется как АС, а в противном случае - как СС. 23. Проводится экспертная оценка второго участка ОС, т. е. степени опасности ОС на участке полета после парирования отказа до момента окончания пробега самолета после посадки. 24. Если не произошло заметного ухудшения характеристик устойчивости и управляемости, не наложились какие-либо ограничения на маневренность самолета, не произошло какого-либо ухудшения условий работы экипажа (изменился состав воздуха, появились примеси, дискомфорт), не повысилась заметно психофизиологическая нагрузка экипажа, не возникло отклонений от схемы полета, вызванных отказом системы, не наложились дополнительные ограничения на допустимые внешние условия, обусловленные отказом системы, производится оценка степени отвлечения экипажа. 25. Если не потребовалось отвлечения экипажа на контроль источника отказа системы, повышенного внимания к параметрам полета в результате отказа или применения необычных для нормального полета действий, то уровень функционирования системы считается первым. При невыполнении хотя бы одного из этих условий уровень функционирования системы считается вторым. 26, 27. Если при невыполнении хотя бы одного из условий, перечисленных в п. 24, было обеспечено безопасное завершение полета, и при этом не потребовалось от экипажа особого искусства, высокого профессионального мастерства для предотвращения ЛП или реализации предельных характеристик самолета, то уровень функционирования системы считается третьим. В противном же случае имеет место превышение третьего уровня. 28. Оценив новый уровень функционирования системы после парирования отказа, производят оценку опасности ОС на втором участке с учетом области полета согласно табл. 3.1. В случае различной классификации степени опасности на первом и втором участках ОС при рассмотрении материалов в соответствии с моделью экспертной оценки принимается худшая из оценок. Количественно подтвердить уровень безопасности полетов при летных испытаниях невозможно, так как он характеризуется налетом на ЛП или вероятностью возникновения определенных видов ОС, среди которых КС и АС, проявление которых практически невозможно при малом налете. Для оценки безопасности полета используются результаты стендовых и тренажерных исследований по имитации отказов и отработке действий экипажа по их парированию в сочетании с результатами летных испытаний при имитации отказов, которые могут привести к СС и УС, а также при случайном возникновении отказов. Однако при относительно большом налете самолета в эксплуатации возможна оценка уровня безопасности полетов с учетом ОС. Для самолетов транспортного и гражданского назначения, в ТЗ на создание которых задаются допустимые вероятности ОС различной степени опасности, обу
словленные отказами АТ, оценка уровня безопасности полетов проводится по достигнутому уровню этих вероятностей. В отечественной и зарубежной практике эксплуатации гражданских самолетов принято безопасность полетов оценивать показателем Кк, который относится к числу основных показателей ЭТХ и вычисляется как отношение числа пк ЛП или катастроф к налету тх парка самолетов, уменьшенному в К)5 раз. Масштабный коэффициент введен для удобства представления показателя: Кк = пк-105/тх. Для самолетов специального назначения с заданным налетом на ЛП к определенному году эксплуатации или определенному налету парка самолетов оценка безопасности полетов проводится по вероятности ЛП. Налет на ЛП, связанный с отказом систем^ самолета из-за конструктивных и производственных недостатков, Тли ~ или Тли = тп/<7лгъ где тп - средняя продолжительность полета; длп, Qnn - соответственно вероятности ЛП на полет и час полета, связанные с отказом систем самолета, пкс пас псс ”ус Члп= Qnn Тп = Ккс 2 <?KCi + ^AC Е Час; + ^СС £ ЧсСт+^УС ЧуСк> i=l j=l т=1 k=l здесь qKC, qAC, q^, qyc - вероятности возникновения соответственно катастрофической, аварийной, сложной и усложненной ситуаций полета из-за отказа систем самолета; Ккс, КАС, Ксс, Кус - условные вероятности летного происшествия при возникновении соответственно КС, АС, СС и УС (коэффициенты опасности). Значения коэффициентов опасности выбираются на основе анализа материалов расследования ЛП самолетов-аналогов, длительное время находящихся в эксплуатации.
4. ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ САМОЛЕТА 4.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ Оценка надежности самолета при летных испытаниях производится с целью: определения уровня безотказности функциональных систем и самолета в целом; выявления недостатков, снижающих надежность самолета; разработки и осуществления мероприятий по обеспечению заданных в требованиях для рассматриваемого этапа испытаний значений показателей надежности самолета и отдельных его составных частей (систем и комплексов). * Оценка надежности производится на основе информации об отказах и повреждениях, наработке, особенностях конструкции, условиях и целях испытательных полетов, мероприятиях по совершенствованию (доработках) систем самолета в процессе испытаний. На всех этапах испытаний должно быть обеспечено выявление и регистрация проявившихся отказов и повреждений и условий их возникновения. Причины отказов должны быть исследованы непосредственно при испытаниях, а также на заводах-изготовителях и в научно-исследовательских организациях. В процессе испытаний проводятся качественный анализ и количественная оценка надежности самолета и его составных частей. Качественный анализ надежности включает в себя: анализ информации о результатах лабораторных, стендовых и опережающих летных испытаний составных частей самолета (проведенных перед началом его летных испытаний); анализ характера и причин отказов и повреждений, выявленных в процессе испытаний, оценку их влияния на выполнение типовых заданий, безопасность полета и готовность к полету; определение эффективности различных конструктивных решений по обеспечению надежности, в том числе резервирования, применения аварийных систем и устройств, сигнализации и других мер; оценку достаточности средств контроля технического состояния систем самолета, эффективности алгоритмов и программ обработки информации о техническом состоянии самолета; определение фактических условий работы систем, оценку соответствия их заданным техническим условиям;
анализ замечаний летного и технического составов о недостатках самолета, выявленных при эксплуатации и техническом обслуживании самолета. При качественном анализе надежности самолета отказы и повреждения систематизируют и классифицируют по следующим признакам: принадлежность отказавшей составной части (агрегата, блока, устройства, станции и др.) к функциональной системе самолета; этап эксплуатации (в полете - на определенных этапах, на земле -при определенных видах технического обслуживания); место отказа (отказавшее съемное изделие системы); последствия - полное или частичное невыполнение задания, особая ситуация в полете (усложнение условий полета, сложная, аварийная), не приведшая к летному происшествию, летное происшествие, нарушение готовности к полету (задержка вылета, возвращение со старта, отстранение от полета и др.); характер неисправности по проявлению (внешним признакам); причина, вызвавшая отказ или повреждение; способ устранения (замена отказавшего блока, узла, детали; регулировка, ремонт); средство контроля, с помощью которого обнаружен отказ или выявлено повреждение; результат устранения причины отказа (устранена, не устранена, уменьшена вероятность возникновения отказа). По причинам возникновения отказы и повреждения подразделяются на конструкционные, производственные, эксплуатационные. Выделяются также отказы, вызванные нерасчетными условиями эксплуатации (внешними воздействиями). При анализе и классификации отказов они разделяются на зависимые и независимые, внезапные и постепенные, перемежающиеся (сбои). Количественная оценка надежности заключается в определении числовых значений показателей надежности самолета, его функциональных систем, подсистем и других составных частей на основе проведенного качественного анализа надежности посредством статистической обработки информации об отказах (повреждениях) и наработке. Основными исходными статистическими данными для оценки показателей надежности являются зачетная наработка и зачетное число отказов и повреждений. Зачетными являются данные о наработке и числе отказов, которые зафиксировали в процессе испытаний летный, технический и испытательный персонал при функционировании систем и самолета в целом в заданном типовом режиме. Применение информационно-измерительной системы и средств контроля и регистрации информации о техническом состоянии систем в процессе функционирования позволяет получать объективные данные о наработке их на определенных режимах, моменте возникновения отказа, изменении характеристик систем при различных видах отказов.
Зачетным временем восстановления является время, затраченное на поиск и устранение неисправности в условиях технического обслуживания, установленное в НТД. Для суммирования зачетной наработки и соответствующих ей отказов и повреждений используются данные, относящиеся к изделиям, конструктивно однородным по надежности. При оценке показателей надежности принимаются в расчет только те отказы, которые являются следствием конструкционных, производственных и технологических недостатков. К незачетным относятся отказы и повреждения, возникшие вследствие ошибок эксплуатации, в том числе при восстановлении работоспособности или вследствие нерасчетных внешних воздействий. Незачетной считается наработка неисправного изделия в режиме поиска причины неисправности. Отказы, возникшие на одном изделии по одной и той же причине, которая была устранена, учитываются как один отказ. Неисправности аппаратуры, возникшие на земле, не выявленные системой наземного контроля вследствие неисправности последней и проявившиеся в полете, учитываются как неисправности, обнаруженные при подготовке к вылету. Не принимаются в зачет отказы функциональных систем, вызванные отказами ИИС и другой испытательной аппаратуры. Если летные испытания осуществляются поэтапно, также поэтапно производится оценка надежности. Показатели, определенные на начальных этапах испытаний, являются предварительными. Окончательная оценка достигнутого при летных испытаниях уровня надежности м самолета производится на заключительном этапе с учетом всей зачет-ной информации об отказах и наработке на предшествующих этапах и оценок безотказности отдельных составных частей, полученных по результатам стендовых испытаний на безотказность, осуществляемых в порядке сопровождения летных испытаний. 4.2. ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ САМОЛЕТА И ЕГО СОСТАВНЫХ ЧАСТЕЙ Основным показателем безотказности самолета в целом является вероятность безотказной работы при выполнении типового задания Р61Р. Под типовым заданием понимается задача (или комплекс задач), которую в соответствии с назначением самолета ставят перед экипажем и которая состоит в обеспечении своевременного вылета, достижении с применением всего комплекса систем конкретной цели полета и последующего возвращения на аэродром вылета. Продолжительностью полета считается интервал времени от начала движения самолета при взлете до освобождения взлетно-посадочной полосы, площадки, акватории после окончания пробега при посадке. Если посадку производят без освобождения ВПП, моментом
окончания полета считается прекращение движения самолета после пробега. Для вертолетов и самолетов вертикального взлета и посадки за окончание полета принимается момент выключения двигателей. Показателем безотказности, эквивалентным Р6 р> является средний налет на отказ, приводящий к невыполнению типового задания, Т6 р. Этот показатель определяется как отношение продолжительности типового полета к математическому ожиданию числа отказов в полете, приводящих к невыполнению-задания в соответствии с назначением самолета. Показатели РВ р и Т6.р имеют следующую зависимость: рб.Р = ехр(-тп/Тб.р), (4.1) где тп - продолжительность типового полета. В условиях учебно-тренировочной подготовки безотказность самолета характеризуется средним налетом на отказ, приводящий к невыполнению полетного задания (Тп з). Этот показатель определяется как отношение налета при выполнении курса учебно-тренировочной подготовки к математическому ожиданию числа отказов, приводящих к невыполнению полетных заданий по этому курсу. Налет измеряется в часах и равен суммарной продолжительности рассматриваемых полетов. Влияние отказов, проявившихся при испытаниях, на безопасность полета характеризуется следующими показателями: qoAC- вероятность отказа, приводящего к аварийной ситуации; q0 сс - вероятность отказа, приводящего к сложной ситуации; ЧоУС- вероятность отказа, приводящего к усложненной ситуации. Эти показатели определяются как вероятность возникновения в полете определенной продолжительности отказа, приводящего соответственно к аварийной, сложной или усложненной ситуации. Готовность к полету с учетом времени, затрачиваемого на плановое техническое обслуживание, характеризует коэффициент технической готовности Кт.г [см. (1.1)]. Коэффициент Кг.в, входящий в эту формулу, является разновидностью коэффициента готовности Кг[11], определяемого как вероятность того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых применения объекта по назначению не предусматривается. Введение коэффициента Кг.в обусловлено циклическим характером применения и технического обслуживания самолетов. Коэффициент готовности к вылету является комплексным показателем надежности и эксплуатационной технологичности, так как он определяется вероятностью того, что в полете и при подготовке к полету не произойдут отказы и повреждения составных частей самолета, а если они будут выявлены, то и вероятностью их устранения за время подготовки к полету, т. е. вероятностью восстановления в заданное время [11].
Суммарный поток отказов и повреждений составных частей самолета характеризуется следующими показателями: Тп - средний налет на отказ и повреждение в полете; Тм — средний налет на отказ и повреждение в межрегламентный период; Тс - средний налет на отказ и повреждение. Показатель Тп определяется как отношение налета самолета к математическому ожиданию суммарного числа отказов и повреждений его составных частей, выявленных в полете, за рассматриваемое время эксплуатации. Показатель Ты определяется как отношение налета самолета к математическому ожиданию суммарного числа отказов и повреждений его составных частей, выявленных в полете и при оперативных видах технического обслуживания в межрегламентный период, за рассматриваемое время эксплуатации. Показатель Тс определяется как отношение налета самолета к математическому ожиданию суммарного числа отказов и повреждений его составных частей, выявленных в полете и при всех видах технического обслуживания (оперативных и периодических), за рассматриваемое время эксплуатации. Показатели суммарных потоков отказов и повреждений составных частей самолета Тс и Ты не характеризуют фактическую периодичность восстановления самолета по следующим причинам: 1) неисправности составных частей, выявляемые и устраняемые при периодическом техническом обслуживании (регламентных работах), условно распределяются равномерно на весь межрегламентный период. Поэтому фактическая периодичность устранения таких неисправностей, равная периодичности регламентных работ, заменяется фиктивной периодичностью, меньшей по значению; 2) поток отказов и повреждений, выявляемых и устраняемых при оперативных видах технического обслуживания, также может быть неординарным, т. е. при одном обслуживании может устраняться несколько неисправностей составных частей самолета. В связи с этим показатель может оказаться меньше продолжительности одного полета, что противоречит здравому смыслу, так как восстановление исправности производится только между полетами; 3) не все неисправности устраняются сразу после их выявления. Поэтому на практике целесообразно использовать показатель Ты в— средний налет между восстановлениями, который определяется как математическое ожидание налета между видами технического обслуживания, при которых производились неплановые работы по восстановлению исправного состояния изделия. Уровень надежности самолета зависит от уровня надежности его составных частей. Для оценки их надежности применяются следующие показатели: То средняя наработка на отказ в полете; Тя 0- средний налет на отказ; То - средняя наработка на отказ; Тс - средняя наработ
ка на отказ и повреждение, а также показатели Тп, Ты, Тс, определения которых даны выше. Показатель То п определяется как отношение наработки системы в полете к математическому ожиданию числа ее отказов в течение этой наработки. Показатель Тн о определяется как отношение налета самолета, в состав которого входит система, к математическому ожиданию числа ее отказов в течение этого налета. Если наработка и налет системы совпадают, то показатели То пи Тн о равны. Если система включается в работу не в каждом полете или продолжительность ее работы (наработка) меньше продолжительности полета, показатели То пи Тн о, как правило, отличаются, так как интенсивность отказа системы в рабочем (включенном) и выключенном состояниях в полете имеет разные значения. Показатель Го определяется как отношение наработки к математическому ожиданию числа отказов системы в течение этой наработки [11]. При оценке этого показателя учитывается наработка системы в полете и на земле при подготовке ее к полету. Показатель Тс' в отличие от показателя Тс позволяет наряду с налетом т учесть наработку системы на земле t3 и определяется как отношение налета, умноженного на коэффициент кя, учитывающий регламентированную в НТД наработку системы при подготовках к полетам, к математическому ожиданию числа отказов и повреждений системы, за рассматриваемое время эксплуатации, т. е. Т' = кяТс; кн = (т + 1э)/т. (4.2) Рассмотренные выше показатели характеризуют средние уровни безотказности и исправности самолета в целом и его составных частей за полет или за определенное время эксплуатации. Вместе с тем известно, что интенсивность отказов систем изменяется в зависимости от режима и условий работы во время полета, при наземной проверке, в выключенном состоянии в полете и на земле. Поэтому при испытаниях необходимо производить оценку показателей, характеризующих безотказность систем и самолета в целом в различных режимах их применения. Система измерений при испытаниях позволяет получать необходимую для этого информацию. К таким показателям относятся: Лп - интенсивность отказов системы в рабочем режиме в полете; Лпв- интенсивность отказов выключенной системы в полете; Л3 - интенсивность отказов системы в рабочем режиме на земле; Лэ в - интенсивность отказов выключенной системы на земле; Рвкл_ вероятность безотказного включения. Интенсивность отказов определяется как условная плотность вероятности возникновения отказа невосстанавливаемого объекта, определяемая для рассматриваемого момента времени при условии, что до этого момента отказ не возник. Параметр потока отказов определяется
как отношение среднего числа отказов восстанавливаемого объекта за произвольно малую его наработку к значению этой наработки [11]. Показатель Рвкл определяется как вероятность того, что система при включении ее в работу окажется в работоспособном состоянии. Учитывая, что произведение интенсивности отказов на время (если оно невелико) определяет математическое ожидание числа отказов за это время, получим следующие соотношения показателей: т — _ 1 • °-П *п*п Ап ’ Т”-°= Мп + Св(тп-и ; (4‘3) М + ^•П.вС^П ~ 1п) + А3 + ^з.в(^к ~ ^3 ~ Т-п) где 1П - наработка системы в полете; ts - наработка системы в исправном состоянии на земле; tK — календарное время между последовательно выполняемыми полетами, ч. Приведенные формулы показывают, что значения средних показателей могут изменяться в зависимости от соотношений продолжительности полета и продолжительности рабочих и нерабочих режимов эксплуатации систем. В связи с этим необходимо производить оценку показателей для типовых условий эксплуатации, т. е. для типового полета (полетов) и установленных регламентом типовых режимов технического обслуживания. Если оценка надежности производилась в условиях, отличающихся от типовых, требуется привести эти оценки к заданным условиям, чтобы правильно оценить соответствие достигнутого уровня установленным требованиям. Безотказность систем, отказывающих при включении и в установившемся режиме работы, оценивается вероятностью безотказной работы в одном полете, <4-4) где Р(1п) - вероятность безотказной работы в установившемся режиме за наработку t„. В общем случае, когда учитываются отказы, возникающие при воздействии внешних факторов на выключенную систему, вероятность ее безотказной работы P = PBKn-P(tn)-P(tn,B)-P(tK), (4.5) где составляющие определяются по оценкам интенсивности отказа или параметра потока отказов системы на соответствующих режимах эксплуатации.
Вероятность безотказной работы самолета в целом также зависит не только от налета, но и от числа полетов пп (циклическая составляющая), продолжительности отдельных этапов полета, на которых его системы работают в наиболее напряженном режиме, общей продолжительности полета (налета), а также соотношения налета и календарного времени за рассматриваемый период эксплуатации, т. е. Р = Р(пп)-Р(и-Р(т„)-Р(^к), 0.6) гдеР(пп) - вероятность безотказной работы систем самолета, безотказность которых зависит главным образом от числа полетов. Традиционно оцениваемые показатели, которые представляют собой зависимость только от одного вида наработки (например, налета или общей наработки без учета режимной наработки), не в полной мере характеризуют надежность системы и самолета в целом. Поэтому для оценки надежности необходимо использовать модели, учитывающие все основные факторы, влияющие на ее уровень. Эти модели должны применяться как при проектировании, так и при испытаниях. 4.3. МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ Оценка показателей надежности самолета при летных испытаниях производится двумя методами: методом статистической оценки показателей надежности самолета как единого целого изделия и методом вероятностно-статистического расчета показателей надежности самолета на основе статистических оценок показателей надежности его составных частей (систем и подсистем). Метод статистической оценки используется в тех случаях, когда программа летных испытаний предусматривает в основном полеты для выполнения типового (или типовых) задания с включением всех необходимых функциональных систем. Если в соответствии с программой летных испытаний на рассматриваемом этапе производятся полеты для определения характеристик отдельных систем и комплексов (например, системы автоматического управления полетом, систем силовой установки, систем специального назначения и др.) или отдельных характеристик самолета (летных, устойчивости и управляемости, взлетно-посадочных и др.), по результатам которых нельзя получить полную информацию для статистической оценки надежности самолета в целом при выполнении типового задания, то по полученным результатам сначала производится статистическая оценка показателей надежности отдельных систем, а затем по ней вероятностный расчет показателей надежности самолета в целом. Второй метод оценки показателей надежности в литературе называют расчетно-экспериментальным. Он может применяться и для самолета в целом, и для сложных комплексов и систем бортового оборудования. Обычно вероятностно-статистический метод применяют на началь
ных этапах летных испытаний, а статистический - на завершающем. Эти методы призваны дополнять друг друга. Комбинированное применение обоих методов позволяет полнее использовать информацию о надежности самолета и его составных частей, повышать точность оценки показателей надежности. Оценки показателей, полученные двумя методами, служат для взаимного контроля результатов. Расчет показателей по вероятностно-статистическому методу производится с помощью моделей надежности систем и самолета в целом, которые были разработаны на этапе проектирования с помощью методов логических схем, табличного, модифицированного табличного и др. В процессе летных испытаний особенно на начальных этапах производится доводка систем самолета. Вследствие проведения мероприятий по устранению причин, проявившихся отказов происходит повышение показателей надежности отдельных систем и самолета в целом. Если устранение причин отдельных отказов не оказывает существенного влияния на параметр потока отказов самолета при его испытаниях и этот параметр сохраняется примерно постоянным на протяжении определенных этапов испытаний, используются статистические формулы оценки показателей надежности, полученные для так называемого простейшего потока отказов, который характеризуют следующие свойства: стационарность (вероятностные характеристики потока для любого интервала времени зависят только от продолжительности этого интервала, но не зависят от момента, когда он начинается); ординарность (в малом интервале времени вероятность появления более чем одного отказа пренебрежимо мала по сравнению с вероятностью появления одного отказа); отсутствие последействия (вероятность появления события в потоке, начиная с некоторого произвольного момента времени, не зависит от всей предшествующей реализации этого потока). Простейший поток является стационарным пуассоновским, а наработка между последовательными отказами подчиняется экспоненциальному распределению, т. е. вероятность безотказной работы за время t P(t) = exp(-iot); (4.7) вероятность появления т отказов за время t (wt)m <4-8> а математическое ожидание числа отказов за время t M(t)= Z = (4-9) m=0 где ы = const - параметр потока отказов (среднее число отказов в единицу времени).
Из формулы (4.9) параметр простейшего потока отказов d)=M(t)/t, (4.10) а средняя наработка на отказ Г= I/O = f/M(f). (4.Н) Если не выполняется условие стационарности потока, т. е. о + const, но он является ординарным и не имеет последействия, то такой поток отказов называют пуассоновским нестационарным с переменным параметром <o(t). Нестационарными пуассоновскими потоками аппроксимируются реализации последовательностей отказов изделий, надежность которых повышается в процессе испытаний и эксплуатации. По известной зависимости переменного параметра от наработки или времени (о (t) определяются все вероятностные характеристики нестационарного потока отказов и показатели надежности изделия. Как показано в [6], вероятность безотказной работы на интервале *2 Р(т = 0, tj, t2) = ехр[- j о (t)dt]. (4.12) ‘i t Определив M(t) = j w (t)dt, о получим: Р(т = 0, t2) = exp [- M(t2) +M(ti)]. (4.13) Вероятность появления к отказов на интервале (t1; t2) Р(т = к, tb . (4Л4) Если на участке (t, t + Д t) функция о (t) приблизительно линейная, то [ы(Г+ , М Л Р(т =к, tb t2)*-------. (4,15) Среднее значение наработки до отказа после момента t Tcp = fД t= ем(1)Гdbt. (4.16) о о Если на участках между соседними отказами параметр ы (t) почти не меняется, то P(m = 0,t, t+At)« e~“(f)Af; (4.17)
Uv(t). (4.18) Для проверки гипотезы о стационарности потока отказов по результатам испытаний: а) строится ступенчатый график накопленного в хронологическом порядке числа отказов по наработке, выраженной в часах или числом полетов; б) через начало координат и крайнюю правую точку на графике проводится прямая. Если ступенчатая зависимость в среднем соответствует проведенной прямой, то можно считать, что уровень безотказности существенно не изменился в процессе испытаний, поток отказов простейший, и для оценки показателей надежности можно использовать соответствующие формулы. Если ступенчатая зависимость отклоняется от прямой (выше или ниже), то требуется проверить гипотезу о нестационарности потока отказов вследствие изменения надежности изделий в процессе испытаний. Гипотезу проверяют с помощью статистических критериев, например критерия у - квадрат. Проверка гипотезы по этому критерию производится следующим образом: а) на графике ступенчатой зависимости выбирается точка, наиболее удаленная от прямой, проведенной через концы ступенчатой линии, и определяются соответствующие этой точке число отказов mj и наработка tl. Вычисляются число отказов и наработка на втором участке: m2=m-m1; Z2 = t — где m, t — общее число отказов и суммарная наработка за рассматриваемое время испытаний; б) вычисляется критерий: (mit2 ~m2h)2 (mi + m2)t1t2 (4.19) Примечание. Число отказов на любом участке испытаний должно быть не менее четырех. Если надежность оценивается вероятностью безотказной работы, критерий mj т2\ . —nin2(nl+n2-l) —------—!--------------, (4.20) (mt + т2) (nj -m1+n2- т2) где nt, п2 - общее число полетов в первой и второй группах. Если полученное значение у2 больше определяемой по таблицам математической статистики квантили X* =09= 2,71 при одной степени
свободы и односторонней доверительной вероятности у j = 0,9, то гипотеза о постоянном уровне надежности отклоняется. В этом случае оценка достигнутого уровня надежности производится либо с помощью аппроксимирующих функций повышения надежности, либо с помощью формул для простейшего потока отказов по данным т2 и t2 на заключительном этапе испытаний. Если значение критерия х 2 меньше или равно Х^, то гипотезу о стационарности потока отказов следует считать не противоречащей результатам испытаний. Оценка показателей надежности в этом случае производится по формулам для простейшего потока с использованием данных о числе отказов т и наработке t за весь рассматриваемый период испытаний. 4.4. СТАТИСТИЧЕСКАЯ 0ЦЕНКА-П0КАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ. ПРОСТЕЙШИЙ ПОТОК ОТКАЗОВ Перед статистической оценкой показателей надежности необходимо произвести проверку однородности зачетных данных о наработке (налете) и числе отказов рассматриваемых экземпляров самолетов или его составных частей. Однородными по надежности считаются экземпляры, относящиеся к одной генеральной совокупности. Это подтверждается проверкой гипотезы о близости уровней их надежности. Проверка однородности данных о надежности (числе отказов, наработке) нескольких экземпляров изделий одного типа производится по формуле где ы - оценка параметра потока отказов всей рассматриваемой группы изделий, N N о =Е mJ У. t:, i=i ' i=l’ где тп, — число отказов i-ro изделия; f, - наработка i-го изделия; N— число изделий. Если полученное значение критерия х2 окажется меньше или равно квантили Х^~1 при числе степеней свободы, равном N- 1, то данные считаются однородными. Их можно объединять при оценке показателей надежности изделий. В противном случае (х2 > X^Jf1) для оценки достигнутого уровня надежности нельзя использовать данные по всем экземплярам, входящим в рассматриваемую группу. Поэтому из нее исключают экземпляры, уровни надежности которых больше других отклоняются от среднего уровня, и повторяют проверку однородности данных о надежности оставшихся экземпляров. При отклонении гипотезы об однородности уменьшенной группы изделий из нее исключают экземп
ляры с показателями надежности, существенно отличающимися от среднего уровня, и вновь повторяют проверку однородности оставшихся в группе изделий. Процесс проверки заканчивается, когда критерий не отвергнет гипотезу об однородности данных, или же все экземпляры окажутся неоднородными по уровню надежности. При неоднородности данных проводится анализ материалов испытаний, определяются причины разницы в уровнях надежности экземпляров, выбираются экземпляры для оценки достигнутого уровня надежности. Оценка показателя „вероятность безотказной работы при выполнении типового задания” Оценка среднего значения вероятности безотказной работы ^б.р — 1 ~~ > (4.22) где пт-3 - общее число полетов для выполнения типового задания; nHJ - число полетов, в которых задание не было выполнено вследствие отказа. Оценка показателя „коэффициент готовности к вылету” Среднее значение коэффициента готовности к вылету статистически оценивается по формуле ^Г.в=1-Пз.в/Ппл, (4-23) где ппл - число планируемых вылетов; п3 „ - число вылетов, задержанных сверхдопустимого времени или отмененных из-за неисправности самолета. Оценка показателей „средний налет на отказ, приводящий к невыполнению полетного задания”, „средний налет на отказ и повреждение в полете”, „средний налет на отказ и повреждение в межрегламентный период”, „средний налет на отказ и повреждение” Средние значения показателей Тп 3, Тп, Ти и Тс оцениваются по формуле Г = тсум/т, (4.24) где тсум ~ суммарный налет за рассматриваемое время испытаний; m -число отказов (отказов и повреждений) соответствующего типа (приведших к невыполнению полетного задания, выявленных в полете, в полете и при техническом обслуживании в межрегламентный период, в полете и при всех видах технического обслуживания). Среднее значение параметра потока отказов (отказов и повреждений)
ы=т/тсум. (4.25) Оценка среднего налета между восстановлениями статистически производится по формуле где тм - налет самолета в межрегламентный период; щм - суммарное число отказов и повреждений, выявленных в межрегламентный период; mg, - среднее число отказов и повреждений, устраняемых при одном восстановлении в межрегламентный период. Оценка параметра потока отказов (отказов и повреждений) систем на определенных режимах и этапах работы или эксплуатации (в выключенном состоянии) статистически производится по формуле Uii = ti/mi, w (4.27) где tj - суммарная продолжительность i-ro режима работы или этапа эксплуатации за рассматриваемое время испытаний; ш; - суммарное число отказов (отказов и повреждений) на i-м режиме работы или этапе эксплуатации за рассматриваемое время испытаний. Оценка вероятности безотказного включения статистически производится по формуле £вкл = 1- твкл/пвкл, (4.28) где пвкл - общее число включений системы в работу; твкл - число отказов при включении. 4.5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДОСТИГНУТЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ С ПОМОЩЬЮ ФУНКЦИЙ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ При нестационарном потоке отказов, обусловленном проведением мероприятий по устранению причин проявившихся отказов, повышение надежности систем и ЛА в целом рекомендуется аппроксимировать специальными функциями, предложенными в работе [21], параметрами которых служат показатели надежности изделий. Изменение параметра потока отказов в процессе отработки при испытаниях аппроксимируется функцией ы(() = ы + Дыехр(—of), (4.29) где Ды = ы0 - ы;ь)0 - значение параметра потока отказов в начале отработки (1 = 0); ы - значение параметра потока отказов после завершения отработки (t> 3/с); а - коэффициент, характеризующий скорость снижения параметра потока отказов в процессе отработки (интенсивность отработки надежности, 1/ч). Параметры аппроксимирующей функции определяют по статистическим данным с помощью метода наименьших квадратов на основании минимизации суммы квадратов отклонений теоретических зна-
чений функции от реализованных значений параметра потока отказов при значениях наработки а S= Z у, [со, - (ы + ДыехрС-аГ,))]2, 1 = 1 где с2сЗ“Г1С4 w ---------«---; Ci-cj (4.30) (4.31) (4.32) d C! = Z у,ехр(-аГ,); 1 = 1 d c2 = Z Y,exp(-2af,); 1 = 1 d c3 = Z 1 = 1 d c4 = Ey,cofexp(-(i/(); i = 1 1 , d 1 Г(со() = со,/Д/(; G); = mi/Mi. Здесь d- число этапов отработки (число членов вариационного ряда СО] > са2 > ... > cod) или отказов за время отработки; tt -суммарная наработка до /-го этапа отработки (/-го члена вариационного ряда) или до /-го отказа; mt - число отказов на /-м этапе отработки или при наработке /(; Д/( - наработка на /-м этапе отработки, Д/,"/г-/г_]; At]atla Расчет оценок параметров со, Ди, о производится следующим образом: задают несколько значений коэффициента о в пределах ожидаемого диапазона; для каждого значения а по выражениям (4.30), (4.31), (4.32) находят соответствующие значения S, со, Дсо; выбирают те значения (оценки) параметров а, со, Дсо, при которых сумма квадратов отклонений 5 минимальна. Ряд предварительных значений параметра а целесообразно определять по эмпирической зависимости накопленного числа отказов по 62
наработке и эмпирической ступенчатой функции параметра потока отказов. Так как при at 3 поток отказов становится практически стационарным, то по эмпирическим функциям определяют наработку, при которой поток отказов стабилизируется, и значения параметра для первого приближения a = 3/t. Для определения доверительных границ параметра потока отказов, соответствующего наработке t, необходимо вычислить число отказов m3(t) простейшего потока, эквивалентное рассматриваемому потоку, и эквивалентную наработку t3: m3(t) = u(t)t~~; (4.33) где mt — суммарное число отказов, проявивн/Йхся за наработку t; M(t)~ математическое ожидание суммарного числа отказов за наработку t, M(t) = ut + Дю с-1 [1 - exp (-of)]. (4.35) Определив значения m3, t3, вычисляют доверительные границы параметра потока отказов, соответствующие наработке t, по формулам и таблицам, используемым в случае простейшего потока отказов. Для аппроксимации уменьшения вероятности отказа при отработке надежности изделий в процессе испытаний рекомендуется использовать функцию = q +Ддехр(-Ьп), (4.36) где Дд = д0 - q; д0 - значение вероятности отказа в начале отработки (п = 0); q - минимально возможное значение вероятности отказа, которое достигается в конце отработки (п > -у); b - коэффициент, характеризующий скорость снижения вероятности отказа в процессе отработки (интенсивность отработки); п - число полетов (циклов работы). Так как вероятность безотказной работы и вероятность отказа связаны зависимостью Р-1-q, то функция (4.36) эквивалентна функции Р(п)-Р-ДРехр(-Ьп); при этом ДР = Дд=Р-Р0; Ро = 1 ~ Qo- Поэтому, оценив параметры q, qB, b, можно определить соответствующие им значения Р, Ро и функцию Р(п).
Параметры функции изменения вероятности отказа (вероятности безотказной работы) определяют по опытным данным методом наименьших квадратов на основании минимизации суммы квадратов отклонений теоретической и эмпирической функций S = Е у,-[q,-(q + Ддехр(-Ьп, ))]2, (4.37) 1 = 1 где С2С3“С1С4 1Л о el ’---с,-с? ; (4J8) ; (4.39) с2- ч d Ci = 2 "Pi exp (- bn,); i = l d c2 = E Vi exp (-2bn,); i=i d c3 = 2 v, g,; i = l d c4 = E v,- q,- exp (-bn,); 1 = 1 1 1 T' “ D(q,) ’ D(Qj) = q,(l -q,)/An,-; qf = mj kn,. Здесь d - число этапов отработки (число ступеней вариационного ряда Qi> Чг > — > Qd)или отказов за время отработки; п, - суммарное число экспериментов (полетов, циклов) до i-ro этапа отработки (i-й ступени вариационного ряда) или i-ro отказа; т, - число отказов на i-м этапе отработки (i-й ступени вариационного ряда); Дп,- - число экспериментов (полетов, циклов) на i-м этапе отработки; Дп, = п, - п,-^; Ani = пР Расчет оценок параметров q, Дд, b производится в следующем порядке: задаются несколькими значениями параметра b в соответствии с рекомендациями, данными выше для функции ы ft); для каждого значения b по формулам (4.37), (4.38), (4.39) находят соответствующие значения S, q, Дд; принимают в качестве оценки параметров д, Дд, b те значения, при которых сумма квадратов S минимальна. Оценку доверительных границ достигнутой вероятности отказа (вероятности безотказной работы) производят на основании выбо-
рочной числовой характеристики q(n) эквивалентного объема испытаний и эквивалентного числа отказов: п3 = птп/М(п); тэ = q(n)n/M(n), где тп - суммарное число отказов, проявившихся при испытаниях за п экспериментов (полетов, циклов); М(п)~ математическое ожидание числа отказов за наработку (экспериментов) п, М(п) = qn + Aqb-1 [1-ехр (-bn)]. Доверительные границы находят с помощью формул и таблиц для биноминального распределения [2, 39]. Для аппроксимации повышения средней наработки (налета) на отказ и повреждение (в полете, в межрегламентный период) при отработке изделий (самолета, отдельных систем) ^процессе испытаний рекомендуется использовать функцию T(t)=T0(t/t0)«, (4.40) где t - суммарная наработка (налет) изделия за весь период отработки; Го — суммарная наработка изделия к началу рассматриваемого этапа испытаний; То — значение оцениваемого показателя, достигнутое к началу рассматриваемого этапа испытаний. Среднее значение показателя за рассматриваемый перид испытаний T=t/m, где т - суммарное число отказов (отказов и повреждений) определенного типа за наработку (налет) t. В логарифметических координатах рекомендуемая функция является линейной: IgT(f) = lgT0 + a(lgf-lgf0). (4.41) Оценку ее параметров а и Тй приближенно производят графическим методом на логарифмической бумаге. Для этого определяют значения наработки, при которых возникли отказы (неисправности) и записывают ряд чисел tm, где т - порядковый номер отказа. Вычисляют ряд значений оцениваемого показателя Tm=tm/rn. (4.42) Находят значения 1g Тт и 1gtm. Наносят на график lg T=/(lgf) точки, соответствующие полученным значениям 1g Тт и lg tm. По этим точкам строят линейную функцию у = Ах + В, где А = а;
A = lgf-lg/c; y=lgl(f). Параметры АиВ рекомендуется определять методом наименьших квадратов: A=Kxy/Dx; (4.43) В = Му — АМх, (4-44) где М = Z х{/т; i = i Му=Д У‘/тп’ Кху= £ (*> ~мх) (у, -Му)/т; Dx = (х, -Мх)2/т. Значение показателя, достигнутое к наработке t, определяется по найденному среднему значению показателя: T(t) = Т/(1 -а). (4.45) Доверительные границы показателя определяются на основании полученной оценки T(t), эквивалентного объема испытаний и эквивалентного числа отказов: t3=t-t0-, (4.46) (4.47) T(t) Доверительные'границы находят с помощью формул и таблиц для пуассоновского распределения [2, 39]. Вычисление параметров функций повышения- надежности, рассмотренных выше, целесообразно производить на ЭВМ. 4.6. ВЕРОЯТНОСТНО-СТАТИСТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ БЕЗОТКАЗНОСТИ Данным методом производится оценка вероятности безотказной работы самолета при выполнении типового задания Рб . Сначала по однородным данным оцениваются показатели безотказности систем и подсистем самолета на характерных режимах работы. На основе анализа функционирования систем самолета в процессе
выполнения типового задания составляется модель безотказнЛ:тй, которая представляется либо в виде логической схемы безотказной работы, либо в виде таблицы несовместных работоспособных состояний самолета. Построение логической схемы и таблицы несовместных состояний и вывод расчетных уравнений для оценки показателей производится по методикам, изложенным в [18]. Так как расчетный анализ безотказности систем и самолета в целом указанными методами производился при проектировании, то следует использовать эти схемы, «таблицы и уравнения для оценки показателей, уточнив их при необходимости с учетом особенностей, выявленных при испытаниях. Используя в качестве исходных данных оценки показателей безотказности систем, полученные при испытаниях, по приведенным выше уравнениям производят оценку показателя безотказности самолета в целом при выполнении типового задания. Расчетно-статистическим методом могут быть получены также оценки других показателей надежности самолета в целом. Например, если произведена оценка показателей Тп, Ты и вероятности восстановления Рв, коэффициент готовности к первому и повторному полетам рассчитывается по формулам К.в2=ехр (4.48) (4.49) где тп - продолжительность полета; кг - доля параметра потока отказов и повреждений, выявляемых при подготовке к первому вылету, от общего параметра потока отказов и повреждений в межрегламентный период. Показатели Тп з, Тп и Тс для условий учебно-тренировочной подготовки также оцениваются расчетно-статистическим методом по результатам оценки показателей безотказности систем самолета на основных режимах их работы. Для вывода расчетных формул показателей Тп з, Тп и Тс производится анализ условий безотказности систем и самолета в целом при выполнении определенного задания по курсу учебно-тренировочной подготовки; однотипные полеты объединяются в группы; определяется доля однотипных полетов в общем числе полетов по рассматриваемому курсу. Расчетно-статистическим методом с помощью логических схем или таблиц несовместных состояний оцениваются показатели надежности самолета при выполнении каждого из однотипных полетов. Ожидаемое среднее значение показателя Тп 3 для комплекса полетов по всему курсу
Тп.3=^-^-------> (4.50) 2 n,qB.3i i=l где n} - доля полетов на выполнение i-ro задания (однотипных заданий); Q„ э, - вероятность отказа в полете, приводящего к выполнению i-ro задания; z - число однотипных заданий. Оценка показателей Тп и Тс производится на основании: результатов оценки ожидаемых значений параметра потока отказов и повреждений систем в рабочем и выключенном состояниях в полете и на земле; сведений о функционировании и наработке систем в полете и на земле, о налете и соотношении налета и календарного времени за время выполнения курса учебно-тренировочной подготовки. Значения показателей рассчитываются следующим образом: -------Ьхм-------------------г (4.51) X [Wn^rIS+«n.BS(TcyM-^s)] S=1 здесь тсум- суммарный налет; tni- суммарная наработка s-й системы в полетах по курсу учебно-тренировочной подготовки; - параметр • потока отказов и повреждений s-й системы в рабочем режиме в полете; ыП В1-параметр потока отказов и повреждений s-й системы в выключенном состоянии в полете; N - число систем самолета; Тс =-------------, (4.52) £ hs ^з.вА^к ~ ^сум “ ^)] + ~ S = 1 'Г 1 п здесь t3S- суммарная наработка s-й системы при проверках на земле; G)3S-параметр потока отказов и повреждений s-й системы в включенном состоянии на земле; (J3 BS- параметр потока отказов и повреждений s-й системы в выключенном состоянии на земле; tK - календарное время, соответствующее суммарному налету тсум. Расчетно-статистическим методом производится оценка достигнутого уровня надежности самолета с учетом результатов автономных и комплексных стендовых испытаний систем бортового оборудования, доработанных по результатам летных испытаний. Как правило, летные испытания самолета сопровождаются стендовыми испытаниями отдельных наиболее сложных систем бортового оборудования, в процессе которых отрабатываются мероприятия по устранению причин отдельных отказов, проявившихся при летных испытаниях, и доведению их безотказности до требуемого уровня. Используя методы ускоренных стендовых эквивалентно-циклических испытаний, воспроизводящих условия работы систем, близкие к реальным, можно обеспечить подтверждение заданных уровней надежности систем к завершающему этапу летных испытаний и с большей
точностью оценить достигнутый уровень надежности самолета в целом. Правомерность использования результатов оценки надежности систем при стендовых испытаниях для оценки надежности самолета в целом при летных испытаниях определяется по результатам сравнительного анализа условий функционирования систем в этих условиях, характера возникающих отказов, результатов предшествующих испытаний систем-аналогов и прототипов. 4.7. ОЦЕНКА ДОВЕРИТЕЛЬНЫХ ГРАНИЦ ПОКАЗАТЕЛЕЙ В связи с ограниченностью объемов летных испытаний наряду с точечными оценками средних значений показателей надежности необходимо определять их доверительные границы, в интервале между которыми с определенной доверительной вероятностью находится фактическое значение показателя. Расчет доверительных границ производится стандартными методами с помощью таблиц коэффициентов [25,38,39]. Доверительные границы вероятности безотказной работы определяются в зависимости от закона распределения. Биноминальное распределение: при числе отказов т = 0 нижняя доверительная граница Рв = 1 - 7?0/л; (4.53) при т Ф О ри = 1-^— ’ (4'54> верхняя доверительная граница рв = 1-^Г’ <4-55) где л — число экспериментов; Ro, R2 — коэффициенты, определя- емые по таблицам [39] при заданной доверительной вероятности. По этим формулам определяются доверительные границы показателей Р6.р и Кгв. Экспоненциальное распределение: нижняя доверительная граница Р” = exp(—t/T”), (4.56) верхняя доверительная граница PB = exp(-t/TB), (4.57) где Гн, Тв — нижняя и верхняя доверительные границы наработки на отказ, определяемые по формулам (4.58) и (4.59); t - наработка в одном эксперименте. Доверительные границы показателей типа „наработка (налет) на
отказ” и „налет на отказ и повреждение” определяются следующим образом. Если изделие испытывалось в течение наработки t и при этом произошло т отказов (отказов и повреждений), то нижняя доверительная граница Ти=г2~-=г2Т', (4.58) верхняя доверительная граница TB=r^~ir=r^- (4-59) Если изделие испытывалось до получения т отказов (отказов и повреждений) и наработка до возникновения т-го отказа составила tm, то нижняя доверительная граница Тн =г3~=г3Т; (4.60) верхняя доверительная граница ‘ T*='i~ = rxT. (4.61) m 1 Если m = 0, то Тн=1/г0. (4.62) В приведенных выше формулах коэффициенты r0, гь г2, г3 определяются по таблицам справочников [25, 38, 39] при заданных значениях доверительных вероятностей. Доверительные границы параметра простейшего потока отказов определяются по следующим формулам: тн г2Т m r2t (4.63) „ 1 1 (1)н = = —— = m 9 (4.64) Тв гхТ Г it если m = 0, то юн = 0; ив=Го/1 (4.65) Доверительные границы суммарного числа отказов определяются следующим образом: если m =# 0, то
ти=т/г1; (4.66) т в = т/г2, (4.67) если т = 0, то тн = 0; тв =г0 = -1п(1 -у), где у - доверительная вероятность. Пример. За время испытаний налет самолета составил 150 ч, было выявлено 12 отказов и повреждений, из которых 2 отказа произошли в полете. Необходимо определить средние значения и доверительные границы показателей Тс и Тп при доверительной вероятности у = 0,9. Находим средние значения показателей: Тс = 150/12 = 12,5 ч; 4г Тл = 150/2 = 75 ч. Доверительные границы: Тв = r2 (тс = 12, у = 0,9) Тс = 0,67-12,5 = 8,38 ч; Тв = ri <тс = 12, V = 0,9) Тс = 1,53-12,5 = 19,1 ч; Т" = г2 Ч = 2, v = 0,9) Тп = 0,38 • 75 = 28,5 ч; гп = г 1 И = 2, У = 0,9) Тв = 3,77 • 75 = 282,75 ч. 4.8. ВЫЧИСЛЕНИЕ ДОВЕРИТЕЛЬНЫХ ГРАНИЦ ПОКАЗАТЕЛЕЙ САМОЛЕТА (СИСТЕМЫ) ПО РЕЗУЛЬТАТАМ АВТОНОМНЫХ ИСПЫТАНИЙ ЕГО (ЕЕ) СОСТАВНЫХ ЧАСТЕЙ Если составные части образуют последовательную систему, то нижняя доверительная граница вероятности безотказной работы определяется следующим образом [32]. Вероятность безотказной работы системы с последовательным соединением составных частей N P = UPS, s=l где Ps — вероятность безотказной работы s-й составной части; N— число составных частей. Если для оценки показателей Ps проведены автономные испытания, при которых выполнено ns полетных циклов и получено ms отказов, тогда Ps= 1 -ms/ns; л N P=sП(1 - ms/ns). Доверительные границы показателей Ps определяются по формулам (4.54), (4.55). Если при автономных испытаниях составных частей ns равны, то доверительные границы показателя Р определяются по формулам (4.54), (4.55), в которых принимается
n = nf; m = n(l-P). Если ns не равны между собой, то л = min ns-т = п(1-Р). (4.68) (4.69) Если т-0, то Рв = 1 -R0/n, где л = minns. Следует отметить, что значение т — Л (1 — Р) не обязательно будет целым числом. В этом случае искомый результат получают интерполированием. Доверительные границы показателей надежности изделия, имеющего резервирование, по испытаниям его составных частей определяют методом подстановки [32]. Этот метод заключается в том, что определение доверительных границ показателя надежности системы с заданной доверительной вероятностью У может производиться простой подстановкой доверительных оценок показателей надежности составных частей с той же доверительной вероятностью у в функцию, выражающую зависимость показателя надежности изделия в целом от показателей надежности его составных частей. При использовании нормального распределения доверительные границы наработки на отказ системы при последовательном соединении ее составных частей по результатам их автономных испытаний определяются следующим образом: Т n ms / w ms (4.70) (4.71) где ms — число отказов s-й составной части; ts — наработка s-й составной части; Uy—квантиль нормального распределения (М = 0, о = 1), соответствующая доверительной вероятности у. Определение доверительных границ при безотказных испытаниях Последовательное соединение Нижняя доверительная граница вероятности безотказной работы системы прн безотказных испытаниях ее составных частей не зависит от их числа и определяется в соответствии с [22] по формуле Рн = (1- р)1/п, (4.72) где П — min ns — минимальный из объемов испытаний элементов.
Последовательно-параллельное соединение разнотипных элементов Система состоит из G последовательно соединенных резервных групп, g-я резервная группа состоит из bg элементов с показателями надежности Pg\,?gbg’ S ~ Ь •••» Нижняя доверительная граница вероятности безотказной работы такой системы в соответствии с [32] Ря = min {1 - <р [-In (1 - у)]}, s е / j t(xp) здесь ip (х)=Н , у-*------, g е f-l t(xg) + ngf где t(xg)— решение уравнения (4-73) (4-74) (4-75) a tlgf — объем испытаний /-го элемента g-Й резервной группы. Таким образом, при безотказных испытаниях последовательно-параллельной системы следует вычислить наилучшие доверительные границы для каждой резервной группы по формулам (4.74) и (4.75), а затем взять минимальные из них. 4.9. ОЦЕНКА СООТВЕТСТВИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ ЗАДАННЫМ ТРЕБОВАНИЯМ Оценка соответствия уровня безотказности, достигнутой при испытаниях, заданному производится с помощью методов проверки статистических гипотез. Оценка надежности самолета производится при фиксированном объеме испытаний, который, как правило, не может быть существенно увеличен для получения более точной оценки показателей. Поэтому в качестве основных методов оценки соответствия применяются метод доверительных интервалов и метод Неймана-Пирсона [4,25]. Для принятия заключения о соответствии или несоответствии уровня надежности заданным требованиям необходимо установить следующие параметры: риск поставщика а и риск заказчика ₽; уровень соответствия Ро и То, при обеспечении которого вероятность ошибочного заключения о несоответствии уровня надежности изделия установленному равна риску поставщика а; уровень несоответствия Pt или Т1г при обеспечении которого вероятность ошибочного заключения о соответствии уровня надежности установленному равна риску заказчика р. Риск поставщика равен вероятности, с которой по результатам испытаний изделия с фактическим показателем безотказности Р или Т,
равным Ро или То, может быть принято решение о том, что или Гр Риск заказчика равен вероятности того, что по результатам испытаний изделия с фактическим показателем Р или Т, равным Р{ или Т\, может быть принято решение о том, что Р> Ро или Т> То. Обычно принимают а = р = 0,1. При оценке соответствия необходимо решить вопрос о соотношении заданного показателя Р или Т и уровней соответствия Pq(T0) и несоответствия PjfTi). Чаще принимают, что Р = Ро, Т = То (в пользу поставщика). Это обосновано тем, что при обеспечении уровня соответствия риск поставщика не должен превышать принятого значения. В этом случае Т\ выбирается исходя из стандартных соотношений Тс/Т1г равных 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 3,5; 4,0 [25]. Метод доверительных интервалов используется для оценки соответствия безотказности заданному требованию, формулирующемуся следующим образом: нижняя доверительная граница наработки на отказ Тн (вероятности безотказной работы Рк), полученная по результатам испытаний при доверительной вероятности у, должна быть не ниже TifPi). В этом случае р = 1 - у при любом объеме испытаний. Для обеспечения приемлемого значения риска поставщика а необходимо определить минимальный объем испытаний, который обеспечивает необходимую точность оценки (ширину доверительного интервала) при установленной доверительной вероятности у. Как известно, доверительный интервал зависит от у и числа отказов m при испытаниях. При увеличении m доверительный интервал сужается. Поэтому, если задано среднее значение показателя Т и минимально допустимое значение 1\, то тем самым установлена ширина доверительного полуинтервала, по которой можно оценить необходимое число отказов тп для обеспечения оценки с приемлемым риском поставщика а. Если запланированный объем испытаний позволяет обеспечить необходимую точность оценки, то оценка соответствия производится следующим образом: по~ результатам испытаний оценивается среднее значение показателя f = t/m; определяются нижняя и верхняя доверительные границы показателя Г^г.Т; Тв = г1Т, где г1г г2- коэффициенты, определяемые по таблицам [35] на основании полученного числа отказов и заданной доверительной вероятности; принимается заключение о соответствии уровня безотказности заданному требованию, если Тн > Тг; принимается заключение о несоответствии уровня безотказности заданному требованию, если Тн < 1\, Тв < В том случае, когда запланированный объем испытаний меньше необходимого и увеличить его нельзя, для оценки соответствия по результатам испытаний определяют нижнюю и верхнюю доверительные границы показателя и делают заключение о соответствии, если Тн >
Если оказалось, что Тн < Т1г а Тв < Т, то выносится решение о несоответствии. Л. Если Т” < Ту а Тв > Т, то для принятия решения необходимо или перенести оценку соответствия на следующий этап испытаний, или изменить риски заказчика и поставщика. Метод Неймана-Пирсона позволяет по результатам испытаний определенного объема произвести проверку гипотезы о том, что оцениваемое значение показателя безотказности равно показателю Тй относительно конкурирующей гипотезы о том, что оцениваемый показатель равен Т\. В результате проверки принимается решение о соответствии изделия заданному требованию, если при установленном объеме испытаний число отказов не превысило т*. В противном случае считается, что безотказность не соответствует заданному требованию. Критическое число отказов определяется спомощью уравнения Го _ xp(m*~ 1) Г1 Х1-а(т*-1) (4.76) гдехр, Хх_а - квантили распределения Пуассона; То, Т\- уровни соответствия и несоответствия по наработке на отказ. Необходимый объем испытаний rm‘ = T0Xi_a(m‘-l), (4.77) илиГт*= TiXptm*- 1). Проверка соответствия производится следующим образом: по принятым значениям TQ, Т\, а с помощью формулы (4.76) определяется критическое число отказов т*, при котором удовлетворяется условие ₽т*< ₽<₽„,*-!• Для определения т* целесообразно использовать таблицы, приведенные в [4]; определяется объем испытаний tm* по одной из формул (4.77). Если tm* меньше или равен запланированной наработке при испытаниях, то оценка соответствия может быть осуществлена. Если tm* превышает запланированный объем испытаний, то либо оценка соответствия переносится на последующий этап, либо изменяются значения То, Т\, а, р таким образом, чтобы при новом критическом числе отказов уменьшился потребный объем испытаний до приемлемого значения. При использовании методов оценки соответствия встает проблема определения уровней То и Т\, которая уже рассматривалась выше. Метод Неймана-Пирсона позволяет рационально ее разрешить. Пусть заданное значение показателя Т. Вполне естественно установить равенство T = tm*/m*, т. е. если за время испытаний tm* произошло не более тп* отказов,то Т = tm*/m* = Т.
Пусть То =сг Т, a Л = с2 Т, гдесх >1, ас2 < 1. Тогда То/7\ =сх/с2. Однако по формуле (4.76) То _ *р (m* - 1) Ti Xi_a (m*-1) ’ откуда То = Тхр (тп* - 1); Tj =Тх1_а (тп*- 1). 4.10. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕОБХОДИМОГО ОБЪЕМА КОНТРОЛЬНЫХ АВТОНОМНЫХ ИСПЫТАНИЙ СОСТАВНЫХ ЧАСТЕЙ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЗАДАННОГО УРОВНЯ БЕЗОТКАЗНОСТИ САМОЛЕТА В ЦЕЛОМ Известно, что чем выше надежность какого-либо изделия, тем больший объем испытаний потребуется для подтверждения этого. Однако при решении задачи определения необходимого объема контрольных испытаний совокупности составных частей конкретного изделия получаем принципиально иной результат. По результатам интервального оценивания показателей надежности изделия по автономным испытаниям его последовательно соединенных составных частей (см. в разд. 4.8) зачетный объем испытаний равен минимальному объему испытаний составной части, а эквивалентное число отказов определяется исходя из этого объема. Поэтому, решая обратную задачу — определение необходимого объема испытаний последовательно соединенных составных частей для обеспечения заданного уровня безотказности самолета, получаем, что объем испытаний любой составной части должен быть не меньше необходимого объема испытаний для получения определенной интервальной оценки надежности изделия в целом. Допустимое число отказов составных частей определяется посредством распределения общего допустимого числа отказов изделия в целом по его составным частям пропорционально уровням их надежности, т. е. ms = nqs = n(i-Ps), где П — число экспериментов; Ps, qs — требуемые значения показателей надежности S-й составной части. Так как расчетные значения ms не получаются целыми, их округляют, чтобы в сумме получить определенное число отказов для изделия в целом. Решение задачи нахождения потребных объемов испытаний составных частей целесообразно производить графически или с помощью ЭВМ на основе расчетных формул для интервальных оценок показателей систем различной структуры. Наряду с изложенным выше требованием к минимальному объему контрольных испытаний составных частей, необходимому для обеспечения нижней доверительной границы показателя надежности самолета в целом, остаются в силе требования к необходимому объему данных на последующих этапах испытаний и при эксплуатации для определения фактических уровней надежности составных частей вне зависимости от требований к надежности конкретных типов самолетов, на которых они установлены.
4.11. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕОБХОДИМОГО ОБЪЕМА КОНТРОЛЬНЫХ БЕЗОТКАЗНЫХ ИСПЫТАНИЙ СОСТАВНЫХ ЧАСТЕЙ САМОЛЕТА ПРИ ПОЭТАПНОМ ПОДТВЕРЖДЕНИИ ИХ БЕЗОТКАЗНОСТИ Автономные испытания на надежность составных частей самолета проводятся этапами. На первых этапах отрабатываются и подтверждаются контрольные уровни безотказности, необходимые для начала летных испытаний самолета. Последующие этапы испытаний составных частей сопровождают летные испытания самолета и обеспечивают отработку и контроль более высоких уровней безотказности, установленных в требованиях. В большинстве случаев при контрольных испытаниях на надежность изделий отказы не допускаются. Тогда необходимый объем контрольных^безотказных испытаний изделия с требуемым значением вероятности безотказной работы Р при доверительной вероятности у определяется по формуле (4.78) 1пР По результатам безотказных испытаний П j изделия на первом этапе можно оценить нижнюю доверительную границу вероятности его безотказной работы при доверительной вероятности ОС; Р“ = (1 - a)1/ni. С учетом полученного значения Ря по формуле Судакова Р. С. [25] определяют необходимый объем безотказных испытаний изделия на втором этапе для контроля заданного значения Р2: 1п(1 —у) 2" Р2-РЯ 1П 1-Р" (4.79) При вычислении Рн необходимо учитывать, что формула (4.79) получена при условии, что фактическое значение Р не меньше Рн с вероятностью единица. Это условие в практических расчетах выполнить нельзя. Поэтому целесообразно использовать следующий подход. Обычно в статистических расчетах используют значения доверительных вероятностей, равные 0,9 или 0,95. В данном случае необходимо выбирать значения И, равными 0,99, 0,999 и больше. При этом потребный объем контрольных испытаний определяется по формуле 1п(1 — у) . In(l-y) I п > а —-------LZ— + (1 - а)--------- Р2-Рн 1П?2 Второе слагаемое в этой формуле определяет дополнительный объем испытаний, когда фактическое значение Р выходит за границу доверительного интервала с вероятностью 1- а. Для данной функции можно определить оптимальное значение а, при котором достигается минимум значения П.
5. ОЦЕНКА ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА САМОЛЕТА 5.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ Состав и организационные формы технического обслуживания и ремонта Эффективное использование современных самолетов и вертолетов существенно зависит от уровня их эксплуатационно-технических характеристик, к числу которых в первую очередь относятся характеристики безопасности, регулярности, интенсивности полетов и экономической эффективности эксплуатации. Одним из основных факторов, определяющих уровень этих характеристик, является надежность конструкции самолета и его бортовых систем (рис. 5.1). Задача поддержания и восстановления при необходимости заданного уровня надежности самолета и его бортовых систем решается посредством выполнения в процессе эксплуатации комплекса работ по ТОиР. Комплекс работ по ТО и Р выполняется техническим персоналом на самолете, являющемся объектом обслуживания, с применением средств обслуживания и ремонта в соответствии с эксплуатационной и ремонтной документацией. Самолет, персонал, средства ТО и Р, документация взаимосвязаны между собой и образуют систему ТО и Р самолета. Эффективность этой системы зависит от того, насколько рационально подобраны или сформированы и увязаны характеристики составляющих ее звеньев [8, 28]. Конструкция самолета должна быть максимально приспособлена к выполнению на ней работ по ТО и Р, т. е. должна обладать необходимым уровнем Э и РТ [7,29], работы должны быть рациональны и целесообразны [31], технический персонал должен иметь соответствующие специализацию и квалификацию, средства технического обслуживания должны быть достаточно мощными и производительными, иметь высокий технический уровень и быть удобными в эксплуатации. Одним словом, система ТО и Р должна обеспечивать возможность безопасной, регулярной и интенсивной эксплуатации самолета при минимальных затратах труда, времени и материальных средств в течение всего его ресурса до списания [24]. Формирование системы ТО и Р для вновь создаваемого самолета, имеющей комплексный характер, должно начинаться с самых ранних стадий проектирования, так как в его конструкции должна быть заложена возможность выполнения эффективного технического обслуживания и ремонта [28]. Большую роль в обеспечении формирования рациональной си-
Эффективность эксплуатации авиатехники Характеристики системы эксплуатационного контроля Характеристики системы ТО и Р Объект Средства Исполнители План Эксплуатационная технологичность, ремонтная технологичность Состав, номенклатура, технические характеристики Состав, число, квалификация Методы ТЭ, состав и периодичность радот, технология Рис. 5.1. Схема взаимосвязей характеристик системы ТО и Р с другими эксплуатационно-техническими характеристиками: (?ОС> Срег> Оотк ~ соответственно вероятности отказов, приводящих к возникновению особой ситуации, нарушению регулярности полетов, вероятность отказов любого вида; tB, ton — соответственно средние продолжительности восстановления и оперативного вида ТО; Kn,Kj,Kc — соответственно средние суммарные удельные продолжительность, трудоемкость, стоимость ТО
• емы ТО и Р играют экспертизы материалов аванпроекта и эскизного >екта в этой части, оценка Э и РТ конструкции при рассмотрении г.акета самолета, определение и оценка характеристик Э и РТ на всех этапах испытаний натурного самолета (заводских или летно-конструкторских, государственных, эксплуатационных и периодически проводимых в процессе эксплуатации контрольных испытаний). При этом очень важно обеспечить достоверное определение характеристик на основе единой методологии, обеспечивающей сопоставимость получаемых данных. Влияние характеристик системы ТО и Р на основные ЭТХ заключается в следующем (см. рис. 5.1). Во-первых, достоверность и периодичность контроля технического состояния, интенсивность ошибок исполнителей в процессе ТО и Р определяют эффективность поддержания в эксплуатации характеристик надежности самолета и комплектующих изделий. Во-вторых, периодичность и объем работ по ТО и Р, зависящие от надежности самолета и его систем, применяемых методов эксплуатации в сочетании с Э и РТ конструкции самолета, уровнем квалификации и специализации технического персонала определяют временные, трудовые и материальные затраты на ТО и Р. Работы, выполняемые на самолете в процессе ТО и Р, реализуются в различных сочетаниях, образующих организационные формы или виды в зависимости от целевого назначения и периодичности их выполнения. Прежде всего принято различать техническое обслуживание, выполняемое в процессе эксплуатации, и заводской ремонт, выполняемый на АРЗ или АРП (рис. 5.2). Исходя из этого содержание ТО можно определить как комплекс работ, направленных на обеспечение применения самолета по назначению и поддержание в эксплуатации необходимого (заданного) уровня его надежности (исправности или работоспособности). Заводской ремонт в отличие от технического обслуживания представляет собой комплекс работ, целью которых является восстанов- Рис. 5.2. Основные виды технического обслуживания и ремонта самолетов и вертолетов
ление исправности самолета, его составных частей и элементов или, как принято говорить, восстановление ресурса. Это определение в значительной степени является условным, так как, если восстановление исправного состояния (например, после отказа или выработки ресурса) агрегатов и элементов систем самолета действительно чаще всего требует заводского ремонта, то восстановление исправного состояния самолета в целом зачастую может быть осуществлено в эксплуатирующих организациях заменой соответствующих комплектующих изделий и элементов конструкции, если, конечно, при этом не требуется выполнять трудоемкие работы по доработке конструкции планера или замене его базовых элементов, чего не должно быть в пределах установленного в ТЗ на самолет ресурса ло списания. Техническое обслуживание самолета в отечественной практике принято подразделять на оперативное и периодическое, исходя из специфики решаемых в процессе их выполнения задач [1]. Оперативное ТО представляет собой техническое обслуживание, выполняемое непосредственно перед полеток^ самолета и после его посадки для того, чтобы убедиться в работоспособности наиболее ответственных функциональных систем и их элементов, обеспечить готовность самолета к полету или стоянке, а также обнаружить и устранить имеющие место отказы или повреждения агрегатов и узлов конструкции, препятствующие дальнейшей летной эксплуатации (применению по назначению) самолета из соображений обеспечения безопасности полета или возможности выполнения задания. Оперативное ТО включает в себя осмотр самолета, контроль работоспособности его систем, возобновление запасов горючего и других рабочих жидкостей и газов, загрузку (снаряжение) в соответствии с заданием на полет. В зависимости от состояния, предшествовавшего осмотру или контролю, содержание и объем оперативного ТО будут различны. В связи с этим различают четыре формы оперативного ТО (четыре вида подготовок к полету): предполетное ТО, выполняемое в начале летного дня после ночной стоянки, - предполетная подготовка; транзитное или межполетное ТО, выполняемое между полетами в течение летного дня, — подготовка к повторному полету; послеполетное ТО, выполняемое чаще всего в конце летного дня — послеполетная подготовка; базовое ТО, выполняемое с календарной периодичностью от двух недель до одного месяца в зависимости от интенсивности эксплуатации и ряда других факторов, - предварительная подготовка. Перечисленные четыре формы оперативного ТО, выполняемые в определенной последовательности, образуют так называемый оперативный цикл, под которым понимается календарный период, ограниченный двумя последовательно выполняемыми наиболее трудоемкими формами оперативного ТО, каким, например, является базовое ТО. Структура типового оперативного цикла показана на рис. 5.3. В авиации специального назначения в последние годы отмечается тенденция исключения предварительной подготовки и замены ее периодическим осмотром, выполняемым с периодичностью один-два ме-
Календарные сутки Рис. 5.3. Структура оперативного технического обслуживания: ПрП — предполетное ТО (предполетная подготовка); Тр — транзитное ТО (подготовка к повторному полету или междуполетное ТО); ПсП — послеполетное ТО (послеполетная подготовка); П — полет сяца, что стало возможным благодаря улучшению характеристик надежности и интенсивному развитию систем бортового контроля. В процессе оперативного ТО значительное внимание приходится уделять выполнению непланового ТО по устранению отказов элементов самолета, препятствующих его дальнейшей эксплуатации. Периодическое ТО предусматривает углубленный контроль технического состояния самолета и его бортовых систем и приведение их технических характеристик в соответствие с требованиями действующей эксплуатационной документации. При периодическом ТО выявляются и устраняются не только отказы и повреждения, но и признаки, соответствующие ранним стадиям развития отказов, производится замена элементов, находящихся в предотказом состоянии, а также отказавших резервированных элементов, если такая замена не должна быть выполнена при оперативном ТО. Работы по периодическому ТО подразделяются на несколько организационных форм, выполняемых с определенной периодичностью в зависимости от налета самолета (наработки его функциональных систем) или через определенные календарные периоды времени (рис. 5.4). Объем работ, выполняемых при периодическом ТО, существенно зависит от применяемых методов эксплуатации (по ресурсу или по состоянию). Применение более прогрессивных методов эксплуатации по состоянию дает возможность значительно сократить объем работ по техническому обслуживанию, сделать его более целенаправленным [36]. Ремонт изделий авиационной техники представляет собой комплекс операций по восстановлению исправности, а также ресурсов самолетов, их бортовых систем и агрегатов. Фактором, определяющим необходимость направления изделия в ремонт, обычно является достижение им предельного состояния,
PPI РР2 РРЗ 1800 2700 3600 9500 5600 6300 7200 8100 9000 О 600 300 900 (Списание} —(-------1 9000 18000 27000 36000 65000т,ч т,ч Рис. 5.4. Структура периодического ТО и ремонтных форм самолета: а — периодического ТО в АТБ и капитального ремонта (ремонтных форм) самолета на АРЗ при эксплуатации по ресурсу; б — контрольно-восстановительных и ремонтных форм самолета при эксплуатации по состоянию исключающего возможность дальнейшего применения по назначению: выработка установленного межремонтного ресурса или срока службы, отказ или предотказное состояние. Ремонт как совокупность технологических операций по восстановлению исправности и ресурса изделия включает в себя: определение технического состояния с выявлением причин предельных состояний, если таковыми являются отказ или предотказное состояние, устранение обнаруженных отказов и повреждений, испытания и сдачу эксплуатационникам восстановленного изделия [27]. Выполнение комплекса работ по восстановлению исправности и ресурса самолета может быть организовано в условиях авиационнотехнических баз, специализированных авиаремонтных мастерских, авиаремонтных заводов и других предприятий в зависимости от объема и характера восстановительных работ, квалификационного уровня, мощности и оснащенности ремонтных подразделений и предприятий (см. рис. 5.4). Недостатком реализуемых в настоящее время систем ремонта самолетов является то, что налет самолета до очередной ремонтной формы или ремонта и их объем устанавливаются заранее и практически никак ие связаны с его фактическим техническим состоянием, что влечет за собой большие экономические потери. Зарубежный и ограниченный отечественный опыт показывают, что экономически значительно выгоднее направлять изделие в ремонт, когда оно достигает предельного состояния, определяемого не наработкой или налетом, а фактическим техническим состоянием (отказомтгли предотказным состоянием). В этом случае межремонтный ресурс не назнача
ется, что позволяет полнее использовать запасы работоспособности или индивидуальные ресурсы каждого экземпляра изделия [33]. Эксплуатация самолетов гражданской авиации и разработка эксплуатационной и ремонтной документации производятся на основе программы технического обслуживания и ремонта самолета, которая представляет собой документ, описывающий формируемую при его создании систему ТО и Р [26]. Программа ТО и Р развивается (детализируется, дополняется и корректируется) в процессе проектирования, изготовления и испытаний самолета. На каждом этапе разработки и совершенствования программы она отражает результаты формирования системы ТО и Р, полученные к этому этапу, и планируемые ее изменения, в частности, по достижении заданных показателей. Кроме того, в программу ТО и Р включаются основные условия и ограничения (исходные данные), принятые при разработке системы ТО и Р, а также материалы, подтверждающие и обосновывающие положения программы. Основной составной частью программы является план ТО и Р, который представляет собой комплекс взаимосвязанных организационно-технических положений и норм, определяющих объем ТО и Р, а также принципы и методы (включая режимы и технологию) ТО и Р элементов конструкции и комплектующих изделий на протяжении всей эксплуатации самолета. Реализация программы ТО и Р должна обеспечивать поддержание необходимого уровня безопасности, регулярности и интенсивности полетов самолета при минимальных затратах труда, времени и средств на ТО и Р. Номенклатура показателей эксплуатационной и ремонтной технологичности Уровень Э и РТ, определяемый степенью приспособленности конструкции изделия к проведению на нем работ по техническому обслуживанию и ремонту [29], принято характеризовать рядом так называемых показателей эксплуатационной и ремонтной технологичности, под которыми понимается количественная характеристика Э и РТ конструкции изделия. Использование показателей Э и РТ позволяет решить целый ряд задач, к числу которых относятся: разработка и задание количественных требований и контроль их выполнения при создании самолета; управление уровнем Э и РТ в процессе проектирования; сравнительная оценка самолетов и их составных частей по уровню Э и РТ; сбор информации об уровне Э и РТ в процессе эксплуатации и разработка мероприятий по их совершенствованию. Так как Э и РТ конструкции изделия определяют прежде всего затраты труда, времени и средств на ТО и Р, все показатели Э и РТ так или иначе связаны с трудоемкостью, продолжительностью и стоимостью технического обслуживания и ремонта. Приведем наиболее часто употребляемые в настоящее время показатели эксплуатационной и ремонтной технологичности [30]. Основные показатели 1. Средняя суммарная удельная трудоемкость технического обслуживания и (или) ремонта, определяемая как отношение средних суммарных трудозатрат на все виды ТО и (или) ремонта к наработке (налету) изделия за один и тот же период эксплуатации, чел.-ч/ч налета:
K^ZT/^, (5.1) где E T - средние суммарные трудозатраты на техническое обслуживание и (или) ремонт за некоторый период эксплуатации; тсум - сум- марная наработка (налет) изделия за тот же период эксплуатации. При этом K7 = KrT0 + KlP, (5.2) где К,, — соответственно средние суммарные удельные тру- доемкости ТО и Р, только ТО и только ремонтных форм соответственно. 2. Средняя суммарная удельная продолжительность технического обслуживания и (или) ремонта - отношение средней суммарной продолжительности ТО и (или) ремонта к наработке (налету) изделия за один и тот же период эксплуатации, ч/ч налета: K„ = Zt/tevM, (5.3) Кп = КпГО + Кп¥, (5.4) где 1Л- средняя суммарная продолжительность всех форм ТО и (или) ремонта за некоторый период эксплуатации; Кп, Kn то, Kn Р - соответственно средние суммарные удельные продолжительности ТО и Р, только ТО и только ремонтных форм соответственно. 3. Средняя продолжительность выполнения к-го оперативного вида (формы) ТО tk в часах. Этот показатель определяет влияние ЭТ на готовность к полетам и их интенсивность. 4. Средняя продолжительность выполнения i-й плановой работы по ТО изделия t( в часах. Этот показатель обычно нормируется для наиболее важных работ (заправка топливом, замена двигателя и др.). 5. Среднее время восстановления tB. Этот показатель характеризует среднюю продолжительность работ по поиску и устранению причин повреждений или отказов, выявленных в полете или в процессе ТО. Наряду с ним или вместо него может использоваться показатель „вероятность восстановления в заданное время” PB(t3aR), т.е. вероятность того, что продолжительность поиска и устранения причины повреждения или отказа изделия не превысит заданную. Показатели tB и Рв характеризуют контролепригодность и восстанавливаемость изделия и непосредственно влияют на регулярность полетов. Среднее время восстановления обычно определяют как сумму трех слагаемых: ^в ~ + tp "* ^п.р» где t„ - среднее время поиска причины (места) отказа; ip - среднее время собственно восстановления (ремонта); tn.p - среднее время послеремонтной регулировки. Здесь первое слагаемое определяется уровнем контролепригодности и эффективностью алгоритмов поиска места отказа; значение
второго зависит от уровня восстанавливаемости изделия, а третьего -от уровня взаимозаменяемости (структурной и функциональной) [17]. Дополнительные показатели Коэффициент доступности к д—это отношение средней трудоемкости основных работ по техническому обслуживанию Тосн к суммарной трудоемкости работ, включая трудоемкость TBOn дополнительных работ по обеспечению доступа при ТО: - ^ОСН / (^ОСН + ^доп)* (5-5) Коэффициент легкосъемности кп — это отношение средней трудоемкости Тзяы работ по замене изделия к суммарной трудоемкости этих работ, включая трудоемкость дополнительных работ по обеспечению возможности съема и установки Тзам#доп: кд — ^зам/ (Тзам + ^зам.доп)- (5-6) Коэффициент взаимозаменяемости к^ — это отношение средней трудоемкости Тзам основных работ по съему и установке изделия к суммарной трудоемкости работ, включая трудоемкость Tn0Br подгоночных работ: квз = Гзам/(Тзам+Тподг). (5.7) Коэффициент загрузки кзагр исполнителей при ТО (Р) данного вида или формы определяется как отношение средней суммарной продолжительности работы исполнителя (»сп к обшей продолжительности вида (формы) ТО или Р: кзагр ='иен А- (5-8) В значительной степени коэффициент загрузки характеризует приспособленность конструкции к совмещению работ по ТО и Р, а вместе с показателями продолжительности и трудоемкости определяет число исполнителей Nmn, потребное для выполнения работ: Лиеп^А^- ' (5-9) Входящая в формулу (5.9) средняя трудоемкость Тк выполнения л к-й формы ТО (чел.-ч) так же, как и средняя трудоемкость выполнения i-й плановой работы по ТО (чел.-ч), часто рассматриваются в качестве показателей ЭТ. Кроме указанных выше показателей к числу основных показателей Э и РТ следует отнести периодичность кто вида (формы) ТО и Р Тк, которая определяется Как наработка (календарное время, число посадок, запусков или циклов работы) между двумя последовательно проводимыми формами технического обслуживания или видами ремонта. Этот показатель непосредственно связан с характеристиками безотказности изделия и безопасности полетов самолета. Нормативные значения показателей эксплуатационной и ремонтной технологичности самолета устанавливаются с учетом заданного варианта его применения и предполагаемой максимальной интенсивности эксплуатации, характеризующихся продолжительностью типового полета тпи налетом в течение летного дня тад. Поэтому при составлении ТЗ на разработку самолета должны указываться варианты его применения по продолжительности типового'полета и максимальная интенсивость эксплуатации, при которых должны быть достигнуты требуемые значения показателей ЭТ. . Однозначная оценка соответствия самолета требованиям в части Э и РТ обеспечивается, кроме того, следующими факторами:
обеспечение номенклатурой показателей возможности контроля и экспериментальной проверки достигнутых характеристик Э и РТ применительно к заданным условиям; определение характеристик Э и РТ и оценка их соответствия нормативам на основе единых для различных этапов испытаний самолетов методик. 5.2. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ Общие положения. Цель, этапы и программа испытаний Для обеспечения единства измерений и сопоставимости оценки характеристик ЭТ самолета на всех этапах его создания и эксплуатации (в том числе при задании требований по ЭТ и при их подтверждении в процессе испытаний) учитывается только оперативная продолжительность технического обслуживания, определяемая технологическими затратами времени непосредственно на ТО самолета [8,10]. Этапы испытаний. Характеристики ЭТ натурного самолета определяются при заводских (летно-конструкторских), государственных и эксплуатационных испытаниях. Целью заводских испытаний опытных образцов самолетов в части ЭТ являются: определение количественных значений характеристик и установление степени их соответствия требованиям ТЗ; отработка комплексов средств наземного обслуживания и средств контроля; отработка и уточнение эксплуатационно-технической документации; определение недостатков, снижающих уровень ЭТ, разработка и проведение мероприятий по устранению этих недостатков; определение готовности самолета к ГИ в части ЭТ, состава работ по ТО и средств технического обслуживания; исследование ЭТ самолета для использования результатов в новых разработках. Основной целью государственных испытаний является определение соответствия характеристик ЭТ самолета требованиям ТЗ заказчика и других нормативных документов. Целью эксплуатационных испытаний в части ЭТ являются: проверка устранения недостатков по ЭТ, выявленных при государственных испытаниях, и оценка эффективности мероприятий по их устранению; оценка эксплуатационно-технической документации; оценка потребной специализации и квалификации специалистов, уточнение численности инженерно-авиационных служб; разработка типовых норм времени на ТО для реальных условий эксплуатации (с учетом климатической зоны, сезонности, оснащенности эксплуатационных подразделений).
Исполнители. Определение характеристик ЭТ при проведении заводских испытаний, ГИ и ЭИ осуществляется специальными испытательными бригадами. При определении характеристик ЭТ техническое обслуживание самолета в процессе испытаний выполняется: при заводских испытаниях инженерно-техническим составом летно-испытательной службы предприятия-разработчика; при государственных испытаниях инженерно-техническим составом испытательного института заказчика; при эксплуатационных испытаниях инженерно-техническим составом эксплуатационного подразделения заказчика, проводящего испытания. Виды работ по ТО, проводимых в процессе испытаний. При определении значений показателей ЭТ учитываются характеристики: работ по определению технического состояния самолета и его агрегатов на борту и в лаборатории; зарядно-заправочных и смазочных работ; снаряжательных работ; восстановительных работ (замена элементов конструкции и оборудования, регулировочные работы на борту и в лаборатории, пайка, клепка, сварка и др.); вспомогательных работ (обеспечение доступа при обслуживании, монтажно-демонтажные работы для обеспечения обслуживания вне самолета, слив и стравливание давления рабочих жидкостей и газов для обеспечения обслуживания, подгоночные работы при монтаже объектов обслуживания, установка и снятие чехлов, заглушек, колодок, швартовка, подключение заземления и источников энергии и др.); перемещения средств ТО в пределах технической позиции в процессе ТО; подсоединения (отсоединения), включения (отключения), прогрева и настройки средств контроля после Их подключения к самолету; внутренней уборки и наружной мойки самолета с установленной периодичностью; посадки (высадки) пассажиров, загрузки (выгрузки) багажа (учитывается только продолжительность работ при построении технологических графиков). При расчете показателей ЭТ не учитываются следующие работы, относящиеся к подготовительным и заключительным: работы по развертыванию и свертыванию средств ТО; работы, выполняемые водителями специальных машин, используемых при выполнении ТО; работы по доставке средств технического обслуживания, запасных частей, расходных материалов и документации на исходную позицию. Ограничения при проведении испытаний. Определение характеристик ЭТ в процессе испытаний производится при следующих ограничениях: все работы по ТО самолета производятся на технической позиции,
границы которой определяются из условий размещения средств ТО на безопасном расстоянии от самолета; все средства ТО к моменту начала работ по ТО находятся в непосредственной близости от границы технической позиции (на исходной позиции) в состоянии готовности к применению; перемещения самолета в процессе ТО не производятся; самолет на техническую позицию и с нее буксируется. Программа испытаний. Испытания по определению характеристик ЭТ проводятся в соответствии с рабочими программами, которые разрабатываются предприятием-разработчиком самолета для заводских испытаний и испытательным институтом заказчика для ГИ и ЭИ. Программы согласовываются с Летно-исследовательским институтом (ЛИИ). Программа испытаний включает в себя следующие разделы: цель испытаний; объект испытаний (краткая характеристика самолета с перечнями средств ТО и эксплуатационно-технической документации); методика испытаний, содержащая принятые методы испытаний, требования к условиям проведения испытаний и организации ТО, требования к обслуживающему персоналу, правила ведения рабочей документации, правила получения, обработки и оценки результатов; объем испытаний, содержащий перечень работ, выполняемых при испытаниях с указанием экземпляров самолета, на которых эти работы проводятся. В процессе испытаний обычно выполняются следующие виды работ: хронометраж оперативного и периодического ТО, работ по восстановлению ресурса, работ по поиску и устранению отказов и повреждений, обработка результатов хронометража, расчет и оценка характеристик ЭТ, разработка замечаний и рекомендаций по ЭТ; организация ТО, включающая в себя перечень исполнителей с указанием степени участия и обязанностей, сроки проведения испытаний и выпуска отчетной документации. На рис. 5.5 приведена схема проведения испытаний по определению характеристик эксплуатационной технологичности самолета. Методика проведения испытаний Подготовка к проведению испытаний. В процессе подготовки к проведению испытаний специалисты испытательной бригады изучают объект испытаний и знакомятся с характеристиками ТО испытываемого самолета, полученными ранее, в том числе с материалами предыдущих оценок ЭТ. При этом выявляются: конструктивные особенности самолета, влияющие на характеристики ЭТ; характеристики безотказности и долговечности систем и комплектующих изделий; возможные ограничения по совмещению операций ТО, а также правила техники безопасности;
КАРТА ХРОНОМЕТРАЖА РАБОТ ПО ПЛАНОВОМУ Система пилотажно-навигационная Пункт РО 34.41.00Г Содержание работы проверка функционирования системы БСФК-1 Составляющие операции Краткое содержание операции Общее время Подготовительные операции (подготовка рабочего места) Доставка и подготовка источника электроэнергии Оперативное время Вспомогательные операции (подготовка объекта ТО) Подключение источника электропитания, снятие панели 210-2РЛ, включение АЗС, прогрев системы Основные операции (ТО объекта) Проверка функционирования системы БСФК-1 по показаниям приборов ПНП-72-14 и РМИ-2Б Вспомогательные операции (завершающие) Выключение АЗС, отключение источника электропитания, установка панели 210-2РЛ Заключительные операции Свертывание и уборка источника электропитания Фамилии и подписи: Фамилии и подписи исполнителей хронометражистов
ТО САМОЛЕТА ЯК-Л? JP 42038 Форма ТО „Г" Дата „12" июня 1984 г. Место и условия ТО стоянка самолета, Т=22°С, АТБ „Быково" Число исполнителей Продолжительность операции, мин Средние значения Замеры Продолжительность, мин Трудоемкость, чел.-ч 1 2 3 1 20 22 18 20 0,33 1 13 17 15 15 0,25 1 29 27 25 27 0,45 1 2 3 4 3 0,05 1 3 4 2 3 0,05 Подготовительно-заключительные операции 23 0,38 Вспомогательные операции 18 0,30 Основные операции 27 0,45 Суммарные оперативные затраты 45 0,75
Рис. 5.5. Схема определения характеристик эксплуатационной технологичности при испытаниях: t^.- — продолжительность j-й работы, расположенной на критическом пути заданные, а также полученные на предыдущих этапах создания самолета значения показателей ЭТ. Основным документом, используемым в качестве источника первичной информации при определении характеристик эксплуатационной технологичности по результатам испытаний, является карта хронометража работ по ТО (табл. 5.1 и 5.2). Карты хронометража разрабатываются отдельно для работ по плановому и неплановому ТО самолета для всех этапов оценки эксплуа-
КАРТА ХРОНОМЕТРАЖА НЕПЛАНОВОГО ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ САМОЛЕТА ЯК-42 42038 Система, агрегат блок БРЗУ-27В, система генерирования постоянного тока Дата „14” апреля 1988 г. Наработка агрегата 364ч. Место обнаружения неисправности (полет, вид ТО) полет Внешнее проявление неисправности не включается на сеть генератор постоянного тока Последствия неисправности без последствий Место проведения ТО АТБ „Быково” Условия ТО стоянке самолета, Т=10° С № п/п Содержание работ (только работы, продолжительность которых включается в оперативное время) Число исполнителей Продолжительность, мин Трудоемкость, чел.-ч Применяемые инструменты, КПА, СНО 1 Подготовка к поиску неисправности 1 W *- 0,17 2 Поиск места (причины) неисправности 1 10 0,17 3 Подготовка к устранению неисправности 1 20 0,33 4 Устранение неисправности замена 2 20 0,67 ремонт — — — регулировка - — - 5 Проверка системы, агрегата (блока) после устранения неисправности 1 10 0,17 £ Завершающие вспомогательные работы 1 5 0,08 7 Итого Основные работы (пп. 2,4,5) — 40 1,00 Вспомогательные работы (пп. 1,3,6) — 35 0,58 8 Всего (пп. 1—6) - 75 1,58 Фамилии и подписи: хронометражистов исполнителей
тационной технологичности при испытаниях и содержат данные, необходимые для последующего расчета характеристик эксплуатационной технологичности. Карты хронометража разрабатываются на основании регламента технического обслуживания и технологических карт обычно для каждого пункта регламента. Порядок заполнения карт хронометража до начала испытаний и в процессе испытаний понятен из приведенных в табл. 5.1 и 5.2 примеров. Отметим лишь, что для расчета характеристик ЭТ используется только оперативное время, включающее в себя продолжительность основных и вспомогательных работ (операций). Оперативное время в сумме с продолжительностью подготовительных и заключительных операций образует общее время, которое характеризует суммарные временные затраты на выполнение работ по рассматриваемому пункту регламента. Примерный перечень основных, вспомогательных и подготовительно-заключительных работ приведен в разд. 5.2.1. Методы испытаний. На практике обычно реализуются следующие методы испытаний: с возникающей необходимостью в проведении ТО; с создаваемой необходимостью в проведении ТО; комбинированный. Метод испытаний с возникающей необходимостью в ТО заключается в том, что информация, необходимая для определения характеристик ЭТ, собирается в процессе технического обслуживания испытываемых образцов при других видах испытаний, т. е. испытания ведутся комплексно. При этом рассматриваются реально возникшие в процессе испытаний отказы и повреждения, а плановое ТО выполняется с периодичностью, установленной технической документацией, в процессе летных испытаний. Испытания с создаваемой необходимостью в проведении ТО заключаются в том, что в процессе испытаний необходимость в. выполнении ТО создают по заранее принятому плану преднамеренным внесением отказов и повреждений в испытываемые образцы либо имитацией проведения ТО на исправном изделии. Методика хронометража. Основным параметром, измеряемым при испытаниях по определению характеристик ЭТ, является продолжительность различных работ, выполняемых при ТО испытываемых образцов.^ Метод измерения этой величины - пооперационный хронометраж*. В зависимости от характера выполняемой работы, принятого метода испытаний и сроков хронометраж может быть сплошным (непрерывным) или выборочным. При выборочном хронометраже рассматривается совокупность действий по выполнению одной операции, при этом продолжительность операции определяется непосредственно по показаниям секундомера. При сплошном хронометраже измеряется про- Под операцией понимается работа, выполняемая непрерывно на одном рабочем месте постоянным составом исполнителей.
должительность всех операций и переходов специалистов, выполняемых в составе данной работы. Время начала и конца каждой операции отсчитывается от начала выполнения данной работы. Выбор фиксированных точек, разделяющих работу на операции, производится, как правило, зрительно, при этом конечная фиксированная точка предыдущей операции является начальной точкой последующей. Продолжительность отдельных операций определяется как разность времени между окончанием и началом операции. Число измерений выбирается в зависимости от требований к точности результатов, длительности и частоты выполнения операций, но не менее двух на каждую операцию. По возможности следует стремиться к тому, чтобы повторное выполнение каждой операции при хронометраже производилось разными специалистами той же специальности и квалификации. Инженерно-технический состав, привлекаемый к ТО опытного самолета при хронометраже, должен быть обучей, тренирован, допущен к эксплуатации данного типа самолета, а также должен иметь общий стаж работы по ТО авиационной техники не менее одного года. Специальность и квалификация обслуживающего персонала должны соответствовать требованиям эксплуатационно-технической документации (технологическим картам РЭ). Если в ТЗ на самолет содержатся требования к внешним условиям проведения испытаний, то они должны проводиться в условиях, соответствующих этим требованиям. Если эти условия не заданы, то хронометраж проводится при температуре окружающего воздуха не ниже +10° С. Результаты измерений продолжительности операций заносятся в карты хронометража. Определение продолжительности и трудоемкости видов технического обслуживания Обработка результатов испытаний. На основании результатов, полученных при испытаниях, находят среднее значение продолжительности выполнения операции (работы) 1 " tp (5.10) где tj - продолжительность операции, полученная при j-м измерении; п - число измерений, и заносят его в соответствующую графу карты хронометража (см. табл. 5.1). Расчет продолжительности оперативных видов ТО. Продолжительность оперативных видов ТО (подготовок к полетам) определяется по соответствующему технологическому графику, который строится с учетом возможности совмещения по времени производимых работ. Для этого предварительно составляется перечень ограничений на порядок выполнения работ, входящих в состав видов
ТО. Перечень содержит ограничения на очередность и совместимость работ, обусловленные: мерами безопасности; логикой их выполнения на самолете; требованиями одновременного проведения работ разными исполнителями на разных рабочих местах; размерами рабочих мест, не позволяющими одновременно проводить работы несколькими исполнителями. Построению ТГ при необходимости может предшествовать укрупнение операций. При этом объединять можно только совокупность таких операций, которые не имеют (за исключением начальной и завершающей операций данной группы) технологических связей (ограничений на порядок выполнения) с операциями, не принадлежащими данной группе. Для построения ТГ необходимы следующие исходные данные: перечень и содержание операций (работ); специальность, квалификация и число исполнителей, а также вид и число средств ТО, потребных для выполнения каждой операции; продолжительность выполнения каждой операции; ограничения на порядок выполнения работ. Для одного и того же вида ТО возможно построение большого числа вариантов графика, отличающихся порядком выполнения операций. В связи с этим необходимо проведение оптимизации ТГ по времени для получения рационального варианта, обеспечивающего минимальное (близкое к минимальному) время выполнения ТО, или при заданных ограничениях на порядок выполнения работ по ТО - минимальное потребное число исполнителей.* По рациональному ТГ могут быть проведены демонстрационные испытания с целью проверки полученной продолжительности вида ТО или его отдельных работ. В процессе демонстрационных испытаний фиксируются возможные отклонения в сроках выполнения операций от рационального ТГ, с учетом которых полученный ТГ можно подкорректировать, после чего составить его окончательный рациональный вариант. Отклонения в сроках выполнения операций, не превышающие 10%, считаются допустимыми и не влекут за собой корректирования ТГ. По окончательному варианту ТГ определяется продолжительность выполнения данного вида ТО. Расчет трудоемкости видов ТО. Трудоемкости видов ТО, используемые при расчете удельной трудоемкости технического обслуживания, могут определяться на основании технологических графиков соответствующих видов ТО по формуле ny.fc Tk =.2 ТУР (5-11) * Методика построения рациональных технологических графиков приведена в разд. 5.3.5.
где Ту; -трудоемкость j-й укрупненной операции технологического графика k-го вида ТО, Ty}-ty}N}; (5.12) tyj- продолжительность j-й укрупненной операции, представленной на технологическом графике; Nj - число исполнителей, выполняющих j-ю укрупненную операцию; пуЛ - число укрупненных операций технологического графика k-го вида ТО. При отсутствии технологических графиков трудоемкость видов ТО определяется по формуле "к Тк=1 Tt, (5.13) i=l где Tt - трудоемкость i-й операции k-го вида ТО; пк - число операций, выполняемых при к-м виде ТО. *, Трудоемкость операций (5-14) где 1ср1- - среднее значение продолжительности выполнения j-й операции, взятое из карты хронометража; Nt — число исполнителей, выполняющих i-ю операцию. Полученное значение Т{ заносится в соответствующую графу карты хронометража. Оценка соответствия показателей эксплуатационной технологичности требованиям технического задания Оценка выполнения требований к ЭТ проводится на этапе ГИ дифференцированным методом. Для оценки выполнения количественных требований к ЭТ, предъявляемых предприятию-разработчику самолета, а также разработчикам отдельных систем (подсистем), результаты, полученные в процессе заводских испытаний (ЛКИ) и уточненные на ГИ, сравниваются со значениями соответствующих показателей, заданных в ТЗ на самолет. По показателям, значения которых, полученные в результате испытаний, равны или меньше заданных, требования считаются выполненными, в противном случае - невыполненными. По результатам расчета показателей эксплуатационной технологичности, выполняемого на этапе заводских испытаний, составляется заключительный отчет. Отчет составляется участниками испытаний и согласовывается с организациями, участвующими в испытаниях, и должен содержать: расчет показателей ЭТ (или результаты расчета), выполненный в соответствии с методикой, изложенной в разд. 5.3; технологические графики оперативных видов ТО и замены двигателя; перечень недостатков, выявленных в процессе испытаний и снижающих уровень ЭТ;
рекомендации и предложения по устранению недостатков и улучшению конструкции самолета; оценку выполнения целей испытаний. По результатам определения показателей ЭТ на этапе ГИ составляется акт. Акт составляется комиссией по испытаниям и должен содержать: таблицу соответствия требованиям к ЭТ; перечень недостатков, выявленных в процессе испытаний; предложения по устранению выявленных недостатков; технологические графики оперативных видов ТО и замены двигателя; оценку выполнения целей испытаний. Качественная оценка эксплуатационной технологичности В процессе выполнения хронометража работ по техническому обслуживанию должна производиться и качественная оценка уровня ЭТ конструкции самолета и его систем, дополняющая и конкретизирующая количественные показатели ЭТ, позволяющая зачастую выявить причины повышенных затрат времени на выполнение тех или иных работ по ТО. Качественную оценку выполняют специалисты, непосредственно • участвующие в ТО самолета, совместно с членами испытательной бригады. При формировании качественной оценки уровня ЭТ необходимо учитывать, в какой мере обеспечиваются: удобные подходы к объектам ТО без демонтажа расположенных рядом агрегатов и блоков оборудования; удобное использование в процессе ТО средств наземного обслуживания специального применения, встроенных и наземных средств контроля, в том числе средств неразрушающего контроля; совмещение по времени выполнения различных операций, в первую очередь при оперативном ТО; удобство использования и эффективность рекомендуемых алгоритмов поиска мест отказа, технологии восстановления, структурная и функциональная взаимозаменяемость; удобство визуального контроля за процессами заправки топливом, рабочими жидкостями, зарядки газами; возможность и удобство выполнения с использованием эксплуатационных люков (в том числе в зимней спецодежде) работ по обслуживанию, а также монтажно-демонтажных работ и визуального контроля за этими работами; возможность размещения у самолета и одновременной работы средств наземного обслуживания общего применения и контроля в соответствии с технологическими графиками ТО; возможность демонтажа агрегатов массой 20...30 кг двумя исполнителями, а агрегатов массой более 30 кг с использованием грузоподъемных средств.
Результаты качественной оценки уровня ЭТ должны быть отражены в отчетных документах по испытаниям. 5.3. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ И РЕМОНТНОЙ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ САМОЛЕТА Удельная суммарная трудоемкость и удельная суммарная продолжительность технического обслуживания и ремонта При расчете удельной суммарной трудоемкости К1ТО и удельной суммарной продолжительности КпТО учитываются следующие плановые и неплановые виды ТО, выполняемые на самолетах и вертолетах в процессе их эксплуатации: оперативное ТО, состоящее из предварительной подготовки, предполетной подготовки, подготовки к повторному полету, послеполетной подготовки, а также периодического осмотра (Ат.оп и Кп.оп); регламентные работы, выполняемые через определенное число часов налета или определенный срок службы самолета (Кт-р-р и Кпрр); работы по восстановлению ресурса, т. е. по плановой замене элементов, имеющих ресурс, неравный межремонтному ресурсу самолета (^м.р И ^пл.р )> сезонное ТО, т. е. работы по подготовке самолета к зимней (летней) эксплуатации (К„м и Кмез); работы по восстановлению работоспособности (устранению отказов и повреждений) (К1<в и Кав). Соответственно удельная суммарная трудоемкость ТО КтТО = ^т.оп + ^.р.р + К».р + ^.се, + ^.в> (5.15) а удельная суммарная продолжительность ТО КпТО ~ Кц.оп + ^п.р.р + ^п.в.р + ^п.сез + ^п.в" (5.16) При определении удельной суммарной продолжительности ТО должны учитываться возможные совмещения различных видов ТО. Ниже приводится методика расчета составляющих удельной трудоемкости и продолжительности ТО. Расчет удельной трудоемкости и удельной продолжительности оперативного технического обслуживания Для каждого типа самолета и вертолета в соответствии с его назначением в ТЗ задается ограниченное число вариантов применения (R вариантов) и соответственно параметры, характеризующие эти варианты. Такими параметрами являются: коэффициент тг налета по каждому г-варианту V=tr/rpws. (5.17)
где т, - налет по r-му варианту за рассматриваемый период эксплуатации (календарный год, межремонтный срок службы или ресурс и др.); Трасч = Z тг - полный (суммарный по всем вариантам) налет за этот же период; расчетная продолжительность летного дня 1ад*; средняя продолжительность одного полета тп для каждого варианта применения в соответствии с ТЗ на самолет. В случае, если параметры, характеризующие оперативное ТО при различных вариантах применения, не заданы в ТЗ, то они определяются разработчиком и согласуются с заказчиком на этапе эскизного проекта (макета). Число полетов в течение летного дня Пп определяется как целая часть отношения: t2 + О ^ОП^П.в) (5.18) где ti, t2, — соответственно продолжительность летного дня, предполетной под- готовки, подготовки к повторному полету и послеполетной подготовки; коп — коэффициент, учитывающий долю удельной продолжительности поиска и устранения отказов и повреждений при подготовках к полету от суммарной удельной продолжительности устранения отказов и повреждений. Если приведенное отношение меньше единицы, считают, что Пп = 1- Налеты за один летный день и за период действия предварительной подготовки для каждого варианта применения рассчитываются следующим образом* **: ^л.д ~ ТП > ^4 — ^л.д ^л.д ~ J гДе пл.д “ число летных дней, на которое распространяется действие предварительной подготовки (число летных дней в оперативном цикле). Удельная трудоемкость оперативного ТО для каждого варианта применения самолета I Г4 Тг+Т3 Т2 пп—1\ I • ...Т ——— 1 ' I \ ^4 ^л.д ^п Дп /I (5.19) где Tls Т2, Т3, Т4- соответственно трудоемкость предполетной, к повторному полету, послеполетной и предварительной подготовок. Под расчетной продолжительностью летного дня понимается отрезок времени от момента начала предполетной подготовки до момента окончания послеполетной подготовки. ** Если регламентом ТО периодичность выполнения предварительной подготовки задана в часах налета, то т4 равен этой периодичности.
Трудоемкости видов оперативного ТО (подготовок к полетам), используемые при расчете удельной трудоемкости ТО, определяются, как правило, по соответствующим технологическим графикам, получаемым расчетным или экспериментальным путем в зависимости от этапа; для которого рассчитываются показатели ЭТ, или суммированием трудоемкостей работ, входящих в перечень работ, выполняемых при каждом виде оперативного ТО (см. разд. 5.2.3). Удельная трудоемкость оперативного технического обслуживания рассчитывается как сумма удельных трудоемкостей оперативного ТО для всех вариантов применения, умноженных соответственно на коэффициент налета по каждому варианту за расчетный период эксплуатации, и периодического осмотра: R У К1.0П = 2тгК1г + —(5.20) г=1 т5 где Т5, т5- соответственно трудоемкость и периодичность выполнения периодического осмотра (в ч), ^5 ~ ^мес ^5мес» здесь тмес - средний месячный налет самолета с учетом всех вариантов применения; т5мес - периодичность выполнения периодического осмотра (в кал. мес.). Удельная продолжительность оперативного ТО определяется так же, как удельная трудоемкость ТО: R_ f *п.оп = ЕлКп, + -7~, (5.21) г=1 т5 где ts — продолжительность периодического осмотра. Удельная продолжительность каждого варианта применения самолета v -I . tl+*3 j. Пп“Ц Anr “ l—+ -+ ------”-- > \ ^4 ^л.д Tn I где — продолжительность предварительной подготовки. Продолжительности оперативных видов ТО находятся также по соответствующим технологическим графикам. Расчет удельной трудоемкости и удельной продолжительности регламентных работ Исходными данными для расчета удельной трудоемкости и удельной продолжительности регламентных работ являются: Tj - трудоемкость J-ro вида регламентных работ; tj — продолжительность выполнения J-ro вида регламентных работ; ij - периодичность J-ro вида регламентных работ; I — число видов регламентных работ; тмр “ межремонтный ресурс самолета.
Расчет выполняется одним из рассмотренных ниже способов. Первый способ используется в тех случаях, когда периодичность каждого последующего вида регламентных^ работ кратна периодичности предыдущего вида. Второй способ расчета применяется, если каждый последующий вид регламентных работ включает в себя весь объем работ предыдущего вида, а межремонтный ресурс самолета кратен периодичности наиболее трудоемкого вида РР. За расчетный период эксплуатации в обоих случаях принимается межремонтный ресурс самолета. При первом способе расчета сначала определяется число регламентных работ j-ro вида, выполняемых за расчетный период _^__Еме_д7=1>2,„„/- 1), 1 t, + l (5.23) Удельная трудоемкость регламентных работ (5.24) При втором способе расчета сначала определяются скорректированные значения трудоемкости j-ro вида регламентных работ: (5.25) Удельная трудоемкость в этом случае (5.26) Удельная продолжительность регламентных работ или (5.27) где определяется по формуле, получаемой из (5.25) посредством замены параметра Т на Г.
Расчет удельной трудоемкости и удельной продолжительности работ по восстановлению ресурса Исходными данными для расчета удельной трудоемкости и удельной продолжительности работ по восстановлению ресурса являются: 5 - число агрегатов, межремонтный ресурс которых не равен межремонтному ресурсу самолета, включая однотипные агрегаты: Ts, ts -соответственно трудоемкость и продолжительность плановой замены агрегата s-ro типа; тр, - межремонтный ресурс агрегата s-ro типа. Удельная трудоемкость работ по восстановлению ресурса s Т’ ^ = 2—S-. (5.28) s=l lps Удельная продолжительность работ по восстановлению ресурса в случае отсутствия совмещения работ при замене компонентов самолета s t (5.29) S-1 lps При расчете показателей Ктв и Кпвр трудозатраты и простой при неплановых заменах агрегатов, вышедших досрочно из строя, не учитываются и относятся к трудозатратам и простоям при устранении отказов (восстановлении работоспособности). Расчет удельной трудоемкости и удельной продолжительности работ по восстановлению работоспособности Исходными данными для расчета удельной трудоемкости и удельной продолжительности работ по восстановлению работоспособности (поиску и устранению отказов и повреждений) являются: TBj, tBi - соответственно трудоемкость и продолжительность поиска и устранения i-ro отказа (повреждения); TBj, tBj - соответственно средняя трудоемкость и продолжительность поиска и устранения одного отказа (повреждения) j-ro агрегата или системы; iVc, NBj - соответственно общее число отказов и повреждений за расчетный период эксплуатации в целом по самолету и j-го агрегата или системы, причем Warp лгс=2л».-; Narp “ общее число агрегатов или систем, отказы и повреждения которых рассматриваются при расчете; трасч “ налет самолета за расчетный период эксплуатации; тну - налет на один отказ и повреждение j-ro агрегата или системы.
ТН; = ЪасЧ/^нг (5.30) Удельная трудоемкость работ по поиску и устранению отказов и повреждений может быть определена из выражения ^-т.в ~ £ -Gm / трасч > i = l ИЛИ Narp NHjTBj Narp THj кт.в = £ -1 -Р2- = X — J=1 1расч j=l (5.31) (5.32) Удельная продолжительность работ при последовательном поиске и устранении отказов и повреждений _*с ^п.в — / трасч> i = l ИЛИ (5.33) Narp Nj t Narp t . j=1 Трасч J=1 ТЧГ (5.34) Расчет удельной трудоемкости и удельной продолжительности сезонного технического обслуживания Исходными данными для расчета удельной трудоемкости и удельной продолжительности сезонного технического обслуживания являются: Тзим, Тлет ~ трудоемкость работ по переходу на зимнюю и летнюю эксплуатацию; 1ЗИЫ, tn„ - продолжительность работ по переходу на зимнюю и летнюю эксплуатацию; тгод - налет на один самолет за календарный год, принимаемый в данном случае в качестве расчетного периода эксплуатации. Удельная трудоемкость сезонного ТО = (-^эим + -Gier) / Тгод- Удельная продолжительность работ по сезонному ТО ^п-сез ~ (4им + Лгет) I ^год- Расчет удельной трудоемкости и удельной продолжительности ремонта Удельная трудоемкость ремонта самолета в общем случае Кт.Р = ^Ti/XH.p> (5.35) (5.36) (5.37)
где ГР, - трудоемкость i-й ремонтной формы; тн р - назначенный ресурс самолета (ресурс до списания); пР - общее число ремонтных форм, выполняемых за весь назначенный ресурс самолета, ~ 1Дн.р/^Мр] “ здесь [тнр/тмр] - округленное до большего целого отношение назначенного и межремонтного ресурсов самолета. Если ремонтные формы имеют в среднем примерно одинаковую трудоемкость ГР, то удельная трудоемкость ремонта ^т.р = пр /тн.р- (5.38) Для расчета удельной продолжительности ремонта используются также формулы (5.37) и (5.38); при этом трудоемкости ремонта ГР| и ГР заменяются на соответствующие продолжительности ремонта tVi и tt, выраженные в календарных часах. » Среднее время восстановления Среднее время единичного восстановления самолета по данным эксплуатации fB = Z tBi/NH, (5.39) i=l гДе rBi_ время поиска и устранения i-ro отказа (повреждения); NH-общее число отказов и повреждений. При определении этого показателя на стадии проектирования число восстановлений может быть рассчитано с помощью прогнозируемых значений показателей безотказности, например таких, как средний налет на один отказ агрегата (системы). Исходными данными для расчета в этом случае являются: 1в;- -среднее время поиска и устранения отказов и повреждений j-ro агрегата (системы) самолета; тиу ~ средний налет на один отказ и повреждение j-ro агрегата (системы); Тс - средний налет на один отказ и повреждение по самолету в целом; Л/агр “ общее число агрегатов (систем), отказы которых рассматриваются в расчете. Среднее время восстановления tB~Tc ^агп t у ₽_5L_ т=1 ТЩ (5.40)
Дополнительные показатели эксплуатационной технологичности Расчет таких дополнительных показателей ЭТ, как коэффициент доступности кд, коэффициент легкосъемностикп и коэффициент взаимозаменяемости кБЗ, выполняется по формулам (5.5)...(5.7). ч Расчет коэффициента загрузки исполнителей Коэффициент загрузки исполнителей может определяться: для каждого исполнителя, привлекаемого к выполнению работ при оперативных видах ТО; для группы обслуживания, выполняющей комплекс работ по обслуживанию определенной функциональной группы систем самолета при оперативных и периодических видах ТО; для каждого оперативного и периодического вида ТО в целом. Коэффициент загрузки j-ro исполнителя 7 ^загру ~ 1=1 (5.41) где ttj — продолжительность i-й операции, выполняемой J-м исполнителем в процессе оперативного ТО; tk — общая продолжительность оперативного вида ТО в соответствии с технологическим графиком; Пу — общее число операций, выполняемых j-м исполнителем в процессе оперативного ТО. Средний коэффициент загрузки исполнителей, входящих в состав Д-й группы обслуживания, рассчитывается как среднее арифметическое значение коэффициентов загрузки этих специалистов: 1 ^загр ц ~ ^загр; > (5.42) ;=1 где Nn — число специалистов в Ц-й группе обслуживания. Средний коэффициент загрузки исполнителей, входящих в состав бригады обслуживания самолета, выполняющей определенный вид ТО, рассчитывается как среднее арифметическое значение коэффициентов загрузки всех специалистов: кзагр= 2 &загр1Лц/2ДГц, (5.43) ц=1 ц=1 или m *загр = Tk/tk Е Nu, (5.44) ц=1 где ТП — число групп обслуживания; Tk, tk — соответственно трудоемкость и продолжительность рассматриваемого к-то вида ТО. Коэффициент исправности Коэффициентом исправности КК называется показатель, характеризующий долю времени Гисп пребывания самолета в исправном состоянии в течение некоторого расчетного календарного периода (к п:
^исп/^к.п > или (5.45) ^и ~ (^к.п — ^неисп)/^кл> где1негап- суммарное время пребывания самолета в неисправном состоянии. В качестве расчетного периода обычно принимается календарный год (1К.П = 8760 ч) или месяц (1К П= 730 ч) с соответствующим ему налетом самолета тсум. При определении суммарного времени пребывания самолета в неисправном состоянии в зависимости от решаемой задачи и цели определения коэффициента исправности учитываются: технологическая продолжительность выполнения работ по ТО, включая работы по восстановлению работоспособности, *ТО = *оп+*р.р+*в.сум. <5-46) где + - I is + ^П-Д ^Р-Д__ | т • f = К Т 1оп“1Л-п.опт т 1сум? *р.р ЛУП.р.р * сум ’ \ сум I ^в.сум- 1Лоп^-п 0 ” ^оп)^п.в] Тсум> Гоп, соответственно суммарные технологические продол- жительности оперативного (включая осмотры в парковые дни), периодического и непланового технического обслуживания (регламентных работ и восстановления); пп д - число парковых дней за расчетный период; /р.д - продолжительность рабочего дня; ког - см. формулу (5.18); дополнительные календарные простои в неисправном состоянии из-за ограниченной продолжительности рабочего дня (при выполнении работ периодического и части непланового ТО, имеющих продолжительность, превышающую продолжительность рабочего дня); эти простои учитываются при помощи коэффициента сменности C = 24/kCMtpj„ (5.47) где ксы - число рабочих смен (kCM = 1,2, 3) в календарных сутках; дополнительные календарные простои, вызванные различными организационными причинами (отсутствием необходимых запасных частей или свободных бригад специалистов, ожиданием принятия решения о способах восстановления, доработки и др.). Эти прбстои учитываются при помощи коэффициента kopr, показывающего во сколько раз увеличиваются суммарные календарные простои в неисправном состоянии при учете простоев по организационным причинам: ^неисп I ^неисп ~ & ^орг 1 - А 1ОрГ
где Д1орг= Дгорг/1неисп*- отношение продолжительности дополнительных простоев по организационным причинам к суммарной продолжительности простоев в неисправном состоянии. С учетом сказанного выше расчетные формулы для определения коэффициента исправности можно представить в следующем виде. Коэффициент исправности технический характеризует предельно возможный максимальный уровень исправности, т. е. когда простои АТ в неисправном состоянии определяются только технологической продолжительностью планового и непланового ТО, и в соответствии с [11] называется коэффициентом планируемого применения Кп_п: *п.п = *и.т = 1 - (Соп* СР.Р)Тсум= 1 -^Лс,м, (5.49) где К* -К + Пп'л ^Р-л__+ к К В-п.оп— Л-п.оп+ т т *оплп.в 1 1сум С.р.р = ^П.р.р + (1 - fcon)^n.B, (5-50) ^сум ~ ^сум/^к.п • Коэффициент исправности календарный характеризует уровень исправности АТ с учетом дополнительных простоев в неисправном состоянии в нерабочее время суток: ^идс= 1 — (^п.оп + ^см-^п.р.р)тсум* (5.51) Коэффициент исправности полный характеризует уровень исправности АТ с учетом всех простоев в неисправном состоянии, в том числе и по организационным причинам: ^И.п = 1 - (^орг К^.оп + ^орг ^см ^П_рр ) Тсум ’ (5.52) где k’pr, k"r- соответственно коэффициенты, учитывающие увеличение простоев в неисправном состоянии из-за организационных причин при подготовках к полетам (включая осмотры в парковые дни) и при выполнении периодического ТО (включая работы по устранению отказов с продолжительностью, превышающей длительность рабочего дня). Приведенные выше формулы позволяют определить коэффициенты исправности, характеризующие средний уровень исправности АТ в любой момент времени в течение расчетного периода. На практике уровень исправности часто характеризуют коэффициентом исправности, определяемым по статистическим данным на конец летного (рабочего) дня о фактическом состоянии парка самолетов в конкретной эксплуатирующей организации: К„_= 1 — Пи,,», (5.53) где псам.й= псам.н/псам— относительное число неисправных самолетов в эксплуатиру
ющей организации к концу летного (рабочего) дня; Псаы — общее число самолетов в парке эксплуатирующей организации. Определить коэффициент исправности статистический можно также по формуле ^и.ст= 1 ~ (^орг^см^п.р.р)Тсум> (5.54) являющейся частным случаем выражения для расчета полного коэффициента исправности приКп.оп= 0> т- е- ПРИ исключении из этого выражения слагаемого, относящегося к оперативному ТО и другим работам, завершаемым к концу летного (рабочего) дня. Построение и оптимизация технологических графиков технического обслуживания В задаче формирования рациональной и эффективной системы ТО можно выделить два этапа. 1. Формирование рационального-регламента ТО, т. е. такого регламента, который обеспечивал бы поддержание в эксплуатации необходимого уровня исправности и готовности самбйета при минимальных затратах труда и средств. 2. Оптимизация по времени процессов ТО с целью обеспечения решения задач по ТО самолета с минимальными (заданными) затратами времени. На первом этапе определяются методы технической эксплуатации элементов конструкции и комплектующих изделий самолета, перечни и объемы работ по ТО, а также периодичности их выполнения. В соответствии с этим формируется структура ТО (номенклатура и состав видов и форм ТО), определяются трудоемкость каждой работы и в целом форм ТО, состав исполнителей и средств, необходимых для выполнения работы, а также ограничения на последовательность выполнения работ по каждой форме, т. е. формируется регламент. На втором этапе осуществляется оптимизация организации ТО, т. е. построение его рациональных процессов. На этом этапе реализуются методы, направленные на снижение временных затрат на ТО при заданном объеме трудозатрат и заданных свойствах объекта ТО. Процессы ТО обычно представляют в виде технологических графиков, регламентирующих эти процессы во времени. Таким образом задача построения рациональных процессов ТО сводится к задаче оптимизации (построения рациональных) технологических графиков. Построению и тем более оптимизации ТГ должен предшествовать выбор его рационального вида, который определяется назначением ТГ, а следовательно, и этапом создания самолета. Поэтому на каждом этапе .создания самолета возникает задача выбора такого вида ТГ, который наилучшим образом соответствовал бы данному этапу при моделировании процессов ТО. При этом рациональность вида ТГ определяется наглядностью, простотой применения, глубиной и достоверностью выходной информации (продолжительностью процессов, занятостью исполнителей и др.). На рис. 5.6 приведена типовая форма представления комплекса работ в виде технологического графика. Задача оптимизации процессов ТО (или построения рациональных по времени ТГ) формулируется следующим образом. Комплекс работ выполняется исполнителями различных специ-
I Коэффициент загрузни исполнителей Кзагр =О,У2 Рис. 5.6. Технологический график транзитного технического обслуживания широкофюзеляжного пассажирского самолета
альностей, число которых по каждой о-й специальности равно Na max (о = 1,5) И постоянно по времени (Ь - общее число специаль-ностей). Известно число исполнителей NBi, необходимое для выполнения каждой работы (oi), и продолжительность tai выполнения данной работы. Кроме того, имеются дополнительные ограничения на использование исполнителей, обусловленные спецификой выполнения работ nd ТО авиатехники: выполнение каждой работы не прерывается до ее окончания; время перемещения исполнителей с работы на работу равно нулю; некоторые работы не могут выполняться одновременно, причем очередность их выполнения произвольна (это работы в так называемых узких местах, например в кабине экипажа). Необходимо оптимально распределить исполнителей по работам, т. е. установить последовательность выполнения работ, обеспечивающую выполнение всего комплекса в минимальное время. Для решения этой задачи используется приближенный метод, основу которого составляют эвристический алгоритм, базирующийся на использовании правил предпочтения при выборе очередности выполнения работу а также способ приближенной оценки точности получаемого решения . В алгоритме используется система правил предпочтения, предусматривающая последовательное их применение, причем нижестоящие правила используются лишь при неоднозначности выбора с помощью вышестоящего правила, т. е. правила с большим приоритетом. Пусть в какой-то момент времени г0 сформирован фронт работ Fo, т. е. совокупность работ, которые в соответствии с очередностью работ, обусловленной технологией их выполнения, могут начаться в момент to- Между этими работами следует так распределить известное число Wo.св свободных в момент t0 исполнителей, чтобы выполнить комплекс работ как можно быстрее. Поскольку, как правило, JVfl-CBменьше числа исполнителей, потребного для одновременного выполнения всех работ фронта Fo, необходимо установить очередность выполнения работ, т. е. провести их упорядочение по определенным правилам. В алгоритме оптимизации принята следующая система правил предпочтения (в порядке убывания приоритета): первыми обеспечиваются исполнителями (выполняются) работы, имеющие меньшие полные резервы времени Rai; из работ с одинаковыми Rai первыми выполняются работы с большими продолжительностями tai их выполнения; из работ с одинаковыми/?01и toi первыми выполняются работы с большим числом Nai исполнителей, требующихся для их выполнения. При решении рассматриваемой задачи могут быть использованы и другие эвристические правила. Автором этого метода построения оптимальных ТГ является канд. техн, наук И. О. Крилык.
Основные этапы алгоритма решения задачи Исходные данные следующие: продолжительность tajn число исполнителей^, каждой работы, располагаемое число исполнителей 7Vamax по каждой специальности, а также ограничения на последовательность выполнения работ. 1. Определяются критический путь, его продолжительность 1кр, резервы времени всех работ на исходном технологическом графике*. 2. Начало каждой работы проектируется на ось времени. Самая левая проекция обозначается через /0. 3. Отдельно по каждой о-й специальности: формируется фронт работ Fa; определяется число исполнителей NaCB, свободных к моменту Го; упорядочивается фронт работ Fa с использованием системы правил предпочтения; распределяются свободные исполнители между работами фронта Fa в соответствии с проведенным упорядочением. 4. Определяется tx > t0 как самая левая проекция момента окончания работ, пересекающих интервал [r0, 1J. Этот момент обусловливает появление новых свободных исполнителей, которые будут распределяться между работами нового . фронта F'. 5. Работы фронта Fa, обеспеченные исполнителями, начинают выполняться в момент Го. Остальные работы фронта Fa сдвигаются вправо на Д f0 = ti -10, т. е. так, чтобы их начала совпадали с моментом 6. У сдвинутых работ изменяются резервы времени Rai. 7. Величине присваивается значение и повторяется процедура, начиная с 3-го этапа (рис. 5.7). Процесс продолжается до тех пор пока не будут обеспечены исполнителями все работы, входящие в состав рассматриваемого комплекса. Полученное в результате время tk выполнения комплекса работ, вообще говоря, не является минимальным при заданном числе исполнителей, но обычно хорошо приближается к 1ор,. Так как topt найти практически не удается, то оценка решения tk производится по его нижней границе (НГ): НГ = шах]гкр, 1 Дотах пра ZNoitai i=l (5.55) где 1___ Дотах про -^Noitai i-i Определение параметров ТГ рассмотрено в [16].
к-й цикл (t0, tf) № опера ции ^ai> мин ^ait мин ^aif чел 1 5 12 2 2 1 3 2 к 5 13 1 5 10 1 6 2 1 В 20 1 5 В 1 N[Bo = Nz+Nt~ 1^Z=3~N,+N^=2+1 Nct1-N3 ~2-Ns+Nt-1+1 Рис. 5.7. Пример построения расписания по базовому алгоритму k-го (а) и (к + 1)-го (б) циклов
Рис. 5.8. Определение числа исполнителей Лисп, notp., потребного для выполнения комплекса работ в заданное время tfc3afl - оценки снизу времени tk; пра -общее число работ, выполняемых исполнителями специальности „о”. Поскольку истинное оптимальное решение fopt лежит на отрезке ИГ, tk, То приведенная оценка является оценкой с запасом. Описанный выше метод можно использовать при оптимизации процессов планового ТО одиночного самолета. Данный метод может быть использован как на этапах проектирований (в ОКБ), так и на этапе эксплуатации. В результате практического применения метода можно ожидать существенного снижения простоев самолетов на ТО и более эффектив- ного использования технического персонала и средств ТО. На этапах формирования системы ТО и Р при проектировании самолета часто возникает необходимость построения технологических процессов ТО с заданной продолжительностью их выполнения. Так, обычно в ТЗ на самолет задается предельно допустимая продолжительность ТО пассажирского самолета в транзитном или конечном аэропорту. В этом случае для получения рационального технологического графика приходится решать задачу минимизации состава исполнителей, т. е. определять минимальный состав технического экипажа, необходимый для выполнения комплекса работ в заданное время. Эта так называемая обратная задача не имеет непосредственного решения. Способ нахождения решения заключается в том, что задаются несколькими вариантами количественного состава исполнителей и для каждого из них, пользуясь рассмотренным выше алгоритмом, находят время выполнения заданного комплекса работ. По результатам расчета строится зависимость времени выполнения комплекса работ от числа исполнителей (рис. 5.8), по которой находят потребное число исполнителей 1Уисп_П0Тр, обеспечивающее выполнение рассматриваемого комплекса работ в заданное время tk зад. 5.4. СРЕДСТВА ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИ- ВАНИЯ И ИХ ОЦЕНКА Структура и состав средств технического обслуживания Одним из звеньев системы технического обслуживания и ремонта самолета, характеристики которого существенно влияют на уровень эксплуатационного совершенства системы ТО и Р, являются средства технического обслуживания, под которыми обычно понимают совокупность механизмов, устройств, приспособлений и агрегатов, непосредственно используемых в процессе технического обслуживания и эксплуатационного ремонта самолета и его систем [12,34].
В состав средств технического обслуживания входят: средства наземного обслуживания общего применения; средства наземного обслуживания специального применения; средства контроля наземные; средства эксплуатационного ремонта, т. е. средства, используемые при устранении повреждений и выполнении текущего ремонта самолета и его систем в эксплуатации. Одним из основных видов средств ТО являются средства наземного обслуживания. Средства наземного обслуживания - это наземное оборудование (машины, механизмы, устройства, приспособления, агрегаты), непосредственно используемое в процессе технического обслуживания (при подготовках к полетам и регламентных работах) самолетов, обеспечивающее их сохранность в условиях стоянки и безопасность выполнения работ. Все средства наземного обслуживания в настоящее время принято подразделять на две большие группы: средства наземного обслуживания общего применения и средства наземного обслуживания специального применения. Средства наземного обслуживания общего применения поставляются централизованно и используются для ТО самолетов различных типов. Это сложные, чаще всего самоходные, установки, не закрепленные за определенными самолетами эксплуатирующей организации (средства заправки топливом, рабочими жидкостями, зарядки систем самолета сжатыми газами, средства энергоснабжения, газотехнические средства, тягачи, самоходные средства подъема и площадки обслуживания, средства очистки и спецобработки, средства доставки грузов и багажа). Средства наземного обслуживания специального применения поставляются вместе с самолетами и используются для ТО ограниченного числа типов самолетов. Это чаще всего переносные устройства и приспособления, закрепляемые за определенными самолетами (одним или несколькими) эксплуатирующей организации. Отличительной особенностью средств наземного обслуживания специального применения является то, что их назначение и конструктивное выполнение определяются прежде всего конструктивными особенностями конкретного типа самолета и его систем, т. е. это те средства, которые необходимы для технического обслуживания и эксплуатационного ремонта конкретного типа самолета. Это обстоятельство предопределило и способ поставки их в эксплуатирующие подразделения: вместе с самолетом, хотя и в различной комплектации (в составе одиночного или групповых комплектов). Номенклатура средств наземного обслуживания специального применения очень обширна, а назначение их весьма разнообразно. К ним относятся средства буксировки, удержания и швартовки самолетов на стоянке, подъемные, доступа, монтажио-демонтаж-ные, обслуживания систем и агрегатов, защиты самолета на стоянке, по технике безопасности и эксплуатационный инвентарь. Все средства наземного обслуживания как общего, так и специального применения принято классифицировать по подгруппам и в Соответствии с их назначением. Пример такой классификации приведен на рис. 5.9. При техническом обслуживании самолета конкретного типа обычно используется большое число средств наземного обслуживания. Комплекс СНО общего применения пассажирского самолета Ил-62 включает в себя
Рис. 5.9. Классификация средств наземного обслуживания СНО общего применения СНО специального применения машины и устройства 16 наименований, в том числе такие специфические для пассажирских самолетов средства, как водозаправшик, самоходный пассажирский трап, автомобиль с подъемным кузовом для загрузки грузов, автотранспортер для загрузки багажа и почты, машина для обработки санузлов. В комплекс СНО общего применения самолетов специального назначения могут входить 20...25 типов средств. Комплекты средств наземного обслуживания специального применения включают в себя значительно больше средств, общее число которых составляет от 40 до 140 и больше наименований самого разного назначения: от водила, упорных колодок, подъемников до различных приспособлений, применяемых при обслуживании бортовых систем и отдельных агрегатов самолета, и эксплуатационного инвентаря (кружки, противни, воронки и др.). Первоначально формирование комплексов СНО производится бригадами СНО и ОКБ в основном по данным конструкторских бригад, разрабатывающих функциональные системы самолета, которые представляют перечни средств, необходимые, по их мнению, для обслуживания создаваемого самолета. В бригадах СНО эти данные уточняются с учетом стандартов на комплексы и с учетом опыта эксплуатации самолетов-прототипов и самолетов более ранней разработки. В дальнейшем на этапах разработки проекта самолета комплексы СНО претерпевают изменения: дополняются, сокращаются, уточняются. В процессе испытаний и эксплуатации самолета происходит дальнейшая и весьма существенная отработка комплексов СНО. Средства заправки жидкостями Средства зарядки газами Средства энергоснабжения Теплотехнические средства Средства наддува и вентиляции Гягачи-дуксировщики Подъемнотранспортные -средства Средства очистки и специальной обработки Средства буКси-- ровни, удержания и швартовки Подъемные средства Средства доступа - Монтажно-демон тажные средства Средства обслуживания систем и агрегатов Средства защиты самолета на стояние Средства - по технике безо па с ноет и Эксплуатационный -> инвентарь
Общие положения по оценке средств наземного обслуживания при испытаниях самолетов Общие положения по оценке СНО Средства наземного обслуживания перед поступлением в эксплуатацию подвергаются испытаниям, как правило, двух видов: автономным испытаниям самого средства и испытанйям средства совместно с самолетом в составе комплекса средств наземного обслуживания. Автономные испытания проводятся с целью определения технических и эксплуатационных характеристик СНО и оценки их соответствия требованиям технического задания на разработку, а также возможности и целесообразности использования средства для технического обслуживания самолетов и вертолетов. Испытания совместно с самолетом имеют своей целью оценить пригодность средства для технического обслуживания данного типа самолета в составе комплекса СНО общего и специального применения. При этих испытаниях одновременно производится оценка всего комплекса средств наземного обслуживания. Кроме того, могут проводиться контрольные и специальные испытания образцов средств (головного серийного образца, эталона, серийного образца). Для проведения испытаний формируется испытательная бригада, в состав которой включаются специалисты соответствующего профиля в количестве, обеспечивающем качественное и своевременное проведение испытаний. Для каждого этапа испытаний составляется программа, являющаяся основным документом, в соответствии с которым проводятся испытания, и определяющим цель, методику, объем и сроки проведения испытаний, объем подготовительных работ и состав испытательной бригады. Предварительные испытания проводятся обычно разработчиком средства с целью доводки его опытного образца до работоспособного состояния и предварительного определения характеристик средства. Целью заводских испытаний, проводимых также разработчиком, является определение технических и эксплуатационных характеристик средства и сопоставление их с требованиями технического задания для разработки и реализации мероприятий, обеспечивающих выполнение требований технического задания. Государственные испытания, проводимые заказчиком, имеют своей целью определение характеристик средства и оценку их соответствия требованиям технического задания. Эксплуатационные испытания проводятся в эксплуатирующих организациях и подразделениях с целью отработки наиболее рациональных режимов применения средства, уточнения комплектации самого средства и потребного числа средств этого типа в составе комплекса СНО, внешних условий эксплуатации средства, отработки норм вре
мени и технологии выполнения работ по обслуживанию средства в ре-’ альных условиях эксплуатации. Испытания отдельных типов средств наземного обслуживания В процессе испытаний отдельных типов средств наземного обслуживания определяются их характеристики для оценки пригодности испытываемого средства для технического обслуживания самолетов, а также возможность и удобство его использования в процессе выполнения операций по техническому обслуживанию, в том числе в составе комплекса СНО конкретных типов самолетов. Испытания отдельных типов СНО обычно включают в себя; 1) доводку образцов опытных типов СНО до состояния работоспо собности и безопасного применения и определение их технических характеристик; 2) работы по оценке пригодности СНО для технического обслуживания самолетов, в том числе работы по определению: удобства и времени на развертывание и свертывание средства; соответствия стыковочных узлов и достаточности длины шлангов и кабелей; соответствия характеристик средства параметрам самолета или его соответствующих бортовых систем; времени, затрачиваемого на выполнение операций по ТО самолета с применением данного средства; параметров потребляемых видов энергии от наземных источников; удобства выполнения операций; удобства связи в процессе применения средства; безопасности применения средства. Кроме того, при испытаниях образца средства должны определяться и оцениваться характеристики, определяющие уровень его эксплуатационной технологичности, надежности, транспортабельности, унификации и стандартизации, а также качество эксплуатационной документации и состав запасных частей, приспособлений и инструмента. При проверке возможности применения опытных образцов СНО для обслуживания различных типов самолетов (кроме определения возможности и удобства подсоединения средства к самолету) определяются и оцениваются: достаточность производительности средства, его мощности, грузоподъемности и тяговых усилий, диапазона рабочих высот, давлений рабочих жидкостей и газов, напряжения видов электроэнергии; удобство маневрирования на стоянке самолета и стыковки средства с самолетом, его системами или другими типами средств обслуживания; удобство и надежность связи оператора и водителя образца СНО с экипажем самолета в процессе технического обслуживания; время и трудозатраты на обслуживание различных типов самолетов.
Испытания комплекса средств наземного обслуживания Основными характеристиками комплекса СНО, определяемыми при испытаниях, являются: пригодность образцов, входящих в комплекс, для технического обслуживания самолета данного типа; достаточность комплекса по номенклатуре и числу входящих в его состав средств для ТО самолета в заданных условиях; возможность и удобство совместного использования различных средств в процессе выполнения операций ТО. Пригодность средств, входящих в состав комплекса СНО, определяется возможностью применения их для выполнения определенных операций на самолете при техническом обслуживании и соответствием характеристик средств параметрам систем самолета. Перед определением пригодности должна быть проведена проверка работоспособности образца средства и соответствия его фактических характеристик паспортным данным. Достаточность средств комплекса СНО проверяется при выполнении всех видов операций, предусмотренных регламентом технического обслуживания самолета и инструкциями по эксплуатации его систем. При испытаниях комплекса СНО должна производиться оценка его транспортабельности и возможности контейнирования и пакетирования. Наконец, при проведении испытаний комплексов СНО должна производиться оценка безопасности технического обслуживания самолета при их использовании. В процессе испытаний дожны быть проверены эффективность и удобство применения страховочных тросов, поясов, устройств для защиты воздухозаборников и средств пожаротушения. Оценка технического уровня средств наземного обслуживания Целесообразность создания нового образца средств наземного обслуживания обычно оценивается путем сравнения ожидаемых значений его характеристик и характеристик лучших существующих отечественных и зарубежных аналогов. Для предварительной оценки может быть использован так называемый комплексный определяющий показатель Ао, рассчитываемый обычно по эмпирической формуле, в которую входит три-четыре частных показателя, характеризующих основные функциональные качества средства. Например, для электроустановок типа АПА АО = Т]$/(МП где I), S - коэффициент полезного действия и суммарная номинальная мощность установки; М, V— масса и объем ее рабочего оборудования. Для гидроподъемников
А о ^гп А ^^пак/^А-п» ' где Grn - грузоподъемность; Ah - силовой ход штока; Мт, кпак - масса и коэффициент пакетирования гидроподъемника. Наибольшие достигнутые значения комплексного определяющего показателя могут быть использованы для установления нормативных значений этих показателей и предварительного выбора параметров проектируемых средств. Для более подробной сравнительной оценки образцов СНО используется дифференциальный трехуровневый метод, заключающийся в том, что для каждого вида средств устанавливается номенклатура определяющих показателей i = 1, п (п - общее число показателей для данного вида средств), объединяемых в группы (назначения, надежности, эксплуатационной технологичности, транспортабельности и др.). На первом уровне сравнение разрабатываемого и базового образцов производится по каждому показателю, установленному для данного вида средств. В качестве базового образца выбирается средство-аналог с наибольшим значением показателя А 0. Определяются относительные показатели качества Qi = Pi/p6i> или q, = P6i/P,, • где Ра- - значение i-ro показателя у базового средства. При этом q(- > 1, если значение показателя нового средства предпочтительнее. Если все относительные показатели q, > 1, то технический уровень оцениваемого образца выше уровня базового средства (или равен ему). В противном случае оценка уточняется с использованием групповых обобщенных показателей (второй уровень сравнения): Qj = ^(qiy)mv,i = l,n; (пу - число показателей в j-й группе; т^~ массовый коэффициент i-ro показателя j-й группы) или с помощью обобщенного показателя для образца в целом (третий уровень сравнения): n ____ Ое.нл = П(С/)тЛ j=l,N, здесь rrij - массовый коэффициент j-й группы показателей (значения гл,-, и Шу устанавливаются экспертным путем, Е m,y = 1, Е гп; = 1); N- число групп показателей. ni N Технический уровень нового образца СНО оценивается выше, чем у базового, если все Q, > 1 или если QCHO> ЬОЗ. Если 1,03 > QCH0> 1»0, решение принимается по результатам сравнения значений комплексного определяющего показателя разрабатываемого и базового образ- цов средств.
f 6. ОЦЕНКА ХАРАКТЕРИСТИК КОНТРОЛЕПРИГОДНОСТИ И СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ 6.1. ЗАДАЧИ ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО КОНТРОЛЯ ИЗДЕЛИИ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ Контроль является одной из основных функций любой системы управления, поскольку в реальной системе не может быть однозначного соответствия между входной и выходной величинами (управляющим воздействием и управляемой величиной) из-за влияния разнообразных возмущающих воздействий. Цель контроля состоит в обнаружений отклонений управляемой (регулируемой) величины от заданного значения для последующей выработки управляющих воздействий на объект с целью ликвидации появившихся отклонений. Контроль технического состояния изделий авиационной техники при эксплуатации (эксплуатационный контроль) - процесс обнаружения происходящих в эксплуатируемом изделии изменений, связанных с возможным наступающим или уже наступившим нарушением его работоспособности. Основными задачами эксплуатационного контроля изделий авиатехники являются: контроль работоспособности - контроль технического состояния изделия АТ, при котором оно способно выполнять свои функции, сохраняя значения заданных параметров в пределах, установленных технической документацией; поиск мест отказов (диагностирования) - контроль, осуществляемый с целью определения места отказа (неисправности); прогнозирующий контроль - контроль, осуществляемый с целью определения технического состояния изделия АТ на последующий заданный интервал времени (оценка технического состояния изделия в будущем); ретроспективный контроль - контроль с целью оценки состояния изделия АТ, создавшего ОС, приведшую к летному происшествию или его предпосылке для установления причины их возникновения; контроль действий экипажа - контроль за выдерживанием летным экипажем установленных параметров движения самолета и работы систем; накопление статистической информации для обобщения опыта эксплуатации АТ с целью разработки и совершенствования алгоритмов решения задач контроля. Таким образом, эксплуатационный контроль изделий авиатехники - это контроль, осуществляемый на всех этапах эксплуатации изделия
с целью установления его технического состояния в настоящем, прошлом и будущем. Для успешного решения задач эксплуатационного контроля необходимо иметь соответствующие средства контроля и обеспечить необходимую контролепригодность изделий [9], 6.2. СРЕДСТВА ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО КОНТРОЛЯ Существующие средства эксплуатационного контроля самолета в зависимости от размещения, а также места получения, обработки и предъявления контрольной информации оператору (летному или наземному) подразделяются на наземные, бортовые и наземно-бортовые. НСК - средства контроля, устанавливаемые на земле и осуществляющие получение, переработку и предъявление контрольной информации оператору. К НСК относятся традиционно используемая при технической эксплуатации самолета КПА, приборы общего назначения, средства дефектоскопического (неразрушающего) контроля, а также наземные автоматизированные средства контроля. Специфическими особенностями традиционных наземных средств контроля являются малая степень автоматизации процесса контроля и использование при контроле одной конкретной системы (одного устройства или агрегата) или даже одного параметра. Наземные автоматизированные средства контроля имеют высокую степень автоматизации процесса контроля и могут использоваться для получения информации о большем числе контролируемых систем (комплексов, агрегатов, устройств). К HACK относятся наземные средства контроля с автоматизированным централизованным управлением процессами преобразования, передачи, переработки контрольной информации и предъявления ее оператору при ЭК непосредственно на самолете: силовых установок, бортовых систем и оборудования самолета; совокупности функциональных групп самолета (например HACK авиационных двигателей и связанных с ними систем, HACK радиоэлектронного и пилотажно-навигационного оборудования и др.). Наземные автоматизированные средства контроля, осуществляющие проверку систем и оборудования непосредственно на самолете, получили название НАСК-1. В настоящее время все большее распространение получают наземные автоматизированные средства контроля для проверки работоспособности и диагностирования демонтированных с самолета блоков и агрегатов в условиях авиационных технических баз (лабораторий) и ремонтных мастерских. Такие средства контроля называются НАСК-2. К БСК относятся встроенные СК и бортовые автоматизированные средства контроля. Встроенное средство контроля является составной частью контролируемого изделия. Бортовые автоматизированные средства контроля конструктивно выделены в самостоятельные уст-122
ройства, контролирующие, как правило, совокупность самолетных систем, силовых установок и бортового оборудования. В наземно-бортовых средствах контроля получение (регистрация) информации производится на борту самолета, а переработка и предъявление ее оператору осуществляется наземным устройством. К НБСК относятся бортовые средства регистрации (электромеханические с механическим и оптическим принципами регистрации) и на-z земные средства ручной (полуавтоматизированной) обработки информации, а также автоматизированные системы сбора и обработки полетных данных, состоящие из бортовых средств магнитной регистрации информации и наземных автоматизированных средств ее переработки и анализа. Все перечисленные виды средств контроля могут быть использованы для формирования системы средств эксплуатационного контроля вновь разрабатываемого самолета. В настоящее время основными средствами эксплуатационного контроля в полете и на оперативных видах технического обслуживания самолета являются бортовые. Использование БСК для оценки работоспособности изделий АТ в полете и после полета, поиска мест отказов и оценки действий экипажа при пилотировании самолета позволяет повысить безопасность и регулярность полетов и сократить затраты на эксплуатацию. Задачами наземно-бортовых автоматизированных систем контроля являются накопление информации для использования ее при расследовании причин летных происшествий и предпосылок к ним, а также накопление статистической информации с целью обобщения опыта эксплуатации АТ, совершенствования алгоритмов контроля, использования зарегистрированной в полете информации при анализе причин отказов техники и нарушения параметров движения самолета. Наземные средства контроля используются в первую очередь при проверке технического состояния систем самолета на этапе регламентных работ, а также при контроле демонтированного оборудования. Приведенная общая схема использования различных видов средств контроля применительно к конкретному типу самолета может быть скорректирована для формирования наиболее рациональной системы СК с учетом специфических особенностей его эксплуатации, решаемых задач, принципов базирования, технических и эксплуатационных характеристик систем и оборудования. 63. КОНТРОЛЕПРИГОДНОСТЬ ИЗДЕЛИЙ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ Эффективность эксплуатационного контроля обусловливается не только характеристиками средств контроля, но .и контролепригодностью самих изделий АТ. Даже при наличии идеальных СК задачи эксплуатационного контроля могут быть решены только в том случае, если изделие АТ как объект контроля обладает необходимой контролепригодностью, т. е. совокупностью свойств, характеризующих приспособленность изделия к проведению контроля заданными средствами [9]. Различают два уровня контролепригодности: системный, обеспечивающий решение задач ЭК изделий АТ, расположенных на борту самолета, и агрегатный, к которому относятся задачи ЭК отдельных демонтированных с самолета конструктивно-сменных блоков.
На системном уровне контролепригодности должно обеспечиваться решение следующих вопросов: разработка алгоритмов, методов и циклограмм контроля, алгоритмов принятия решения; установление перечня и характеристик контролируемых параметров и стимулирующих сигналов; формирование бортовой сети сбора информации (выбор датчиков, точек съема информации, прокладка линий связи, обеспечение их помехозащищенности и др.); формирование конструкции изделия, обеспечивающей его приспособленность к инструментальному и органолептическому контролю (обеспечение модульности ОК, доступности устройств сопряжения ОК и средств контроля, возможности использования средств неразрушающего контроля). Для обеспечения оценки работоспособности демонтированных с самолета конструктивно-сменных блоков и поиска в них мест отказов необходимо: установить номенклатуру КСБ, демонтируемых с самолета; установить номенклатуру конструктивно-сменных в условиях эксплуатации частей КСБ; разработать алгоритмы и методы контроля; разработать перечень и характеристики контролируемых парамет-‘ ров и стимулирующих сигналов, а также предусмотреть необходимое энергопитание КСБ во время контроля; обеспечить в КСБ минимально возможное число специальных линий связи, а также элементов сопряжения КСБ со средствами контроля; обеспечить легкосъемноеть конструктивно-сменных в условиях эксплуатации частей КСБ. На основе опыта разработки, испытаний и применения средств и методов эксплуатационного контроля можно сформулировать следующие основные принципы, которыми необходимо руководствоваться при обеспечении контролепригодности создаваемого изделия АТ. 1. Контролепригодность должна обеспечиваться применительно к каждой задаче ЭК, которую необходимо решать для данного объекта контроля. 2. Обеспечение контролепригодности изделия АТ должно производиться, начиная с первых этапов его проектирования. 3. Контролепригодность изделия АТ должна обеспечиваться на системном и агрегатном уровнях. 4. При обеспечении контролепригодности должен использоваться комплексный подход, предполагающий согласованность: всех работ по обеспечению контролепригодности для различных задач ЭК; работ, связанных с контролепригодностью и обеспечением других технических и эксплуатационных характеристик разрабатываемого изделия (функциональных характеристик, безопасности, надежности, эксплуатационной технологичности).
Комплексный подход к обеспечению контролепригодности должен, в частности, предусматривать: согласование конструктивных и схемных решений при разработке бортовой части системы сбора информации применительно к различным средствам контроля и задачам ЭК; использование информации функциональных информационно-измерительных систем для эксплуатационного контроля; использование единой системы показателей контролепригодности, единых методов их определения и контроля; тесную взаимосвязь эксплуатирующих подразделений и организаций, проектирующих изделия и средства контроля, с целью обеспечения контролепригодности и других эксплуатационно-технических характеристик самолета. 6.4. ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО КОНТРОЛЯ При решении задачи определения работоспособности изделия контролепригодность характеризуется полнотой контроля - величиной, характеризующей долю контролируемых отказов изделия при выбранной совокупности контролируемых параметров и стимулирующих сигналов при условии, что средство контроля является идеальным (безотказным в процессе контроля, абсолютно точным и т. п.). Полноту контроля рассматривают как условную вероятность установления при контроле факта отказа ОК, если он действительно отказал. Допустим, что в результате'анализа функциональной схемы некоторого ОК с учетом принятого для него метода контроля (перечня контролируемых параметров, стимулирующих сигналов и др.) выделены его контролируемая и неконтролируемая части. Исходя из предположения, что отказ любого элемента приводит к отказу ОК, рассмотрим события: А - отказ ОК; Ак - отказ контролируемой части ОК. _ Поскольку событие Ак есть частный случай события А, то в соответствии с теоремой умножения вероятностей запишем [5]: q(AK) = q(A)-q(AK/А) (6.1) или q(AK/A) = q(AK)/q(A), (6.2) где q (Ак/А) — условная вероятность отказа контролируемой части ОК (события Ак) при условии, что ОК отказал (событие А). _Если предположить, что СК является идеальным, то величину q(AK/A) можно рассматривать как условную вероятность обнаружения отказа ОК, при условии, что ОК отказал, т. е. как полноту контроля ц. Следовательно,
T) = q(AK/A) = q(Aj 1-P(4K) q(A) 1-P(A)’ (6.3) где P(A), P(A^~ соответственно вероятности безотказной работы ОК и его контролируемой части. Предполагая, что надежность ОК и его частей изменяется по экспоненциальному закону, а также что ЛК 0,1, на основании формулы (6.3) запишем: 1 ~ P(AJ К Л" 1-Р(А) ~ Ло ’ где Ло, Лк- соответственно интенсивности отказов ОК и его контролируемой части. Приспособленность объекта контроля к поиску места отказа (диагностированию) характеризуется коэффициентом глубины поиска отказов Г. Цель процесса диагностирования состоит в том, чтобы определить отказавшую составную часть ОК, подлежащую замене или ремонту при восстановлении работоспособности ОК. Наименьшей составной частью ОК, до которой целесообразно производить поиск места отказа в заданных условиях, является конструктивно-сменный элемент объекта контроля (конструктивно-сменный блок, агрегат, модуль и др.). Коэффициент глубины поиска отказа зависит от степени подробности определения отказавшей составной части ОК (до одной конструктивно-сменной единицы, до двух и т. д.). По аналогии с полнотой контроля коэффициент глубины поиска отказа целесообразно рассматривать как условную вероятность обнаружения отказа с заданной подробностью при условии, что объект контроля отказал. Допустим, что в результате анализа объекта контроля и методов его диагностирования установлены множества его элементов: Mlf М2,М„, где Мг - множество элементов, отказы которых обнаруживаются при поиске с подробностью до одного КСБ; М2 - множество элементов, отказы которых обнаруживаются при поиске с подробностью не хуже, чем до двух КСБ; Мп- множество элементов, отказы которых обнаруживаются при поиске с подробностью не хуже, чем до п КСБ. При этом соблюдается соотношение Мг <= М2 <= ...с Мп. Рассмотрим события: А - отказ ОК; Акт - отказ контролируемого элемента, входящего в множество Мт (т — заданная степень подробности поиска отказа, т =_1,2, ...,п). _ Поскольку событие 4кт есть частный случай события А, то ч(Акт /А) = q(AKm)/q(A),
где q(AKm/А)- условная вероятность отказа элемента из множества Мт при условии, что ОК отказал. Таким образом, коэффициент глубины поиска отказов с подробностью не хуже, чем до тп КСБ Г = а(А /А)=— - ^кт - * —-к--- (6-5) m Я Km l-P(A) Xo ’ где kKm - суммарная интенсивность отказов элементов множества Мт; Хо - интенсивность отказов ОК, Соотношения (6.4) и (6.5) используются на практике для оценки полноты контроля и глубины поиска отказов на этапе проектирования ОК. Одним из важнейших показателей контролепригодности и средств эксплуатационного контроля является также достоверность контроля Д- показатель степени объективного отображения результатами контроля действительного технического состояния'изделия. Задачу контроля обычно рассматривают как статистическую задачу обнаружения событий по искаженным (неполным) данным. При этом в процессе контроля возможны два типа ошибок: ошибка типа ложного отказа (ошибка первого рода), т. е. когда годный (работоспособный) объект в результате контроля признается негодным (отказавшим); ошибка типа необнаруженного отказа (ошибка второго рода), т. е. когда негодный (отказавший) объект в результате контроля признается годным (работоспособным). Такие ошибки вызываются методическими и инструментальными погрешностями контроля. Причинами методических погрешностей контроля являются: неполный состав контролируемых параметров и стимулирующих сигналов, не позволяющий обеспечить полноту контроля, равную единице; несоответствие внешних условий контроля условиям применения ОК; неправильные допуски на контролируемые параметры; методические погрешности при вычислении контролируемого (комплексного) параметра. Причинами инструментальных погрешностей при контроле являются: погрешности измерения контролируемых параметров, генерирований стимулирующих сигналов, вычисления, самоконтроля, а также отказы средства контроля. Таким образом различают две составляющие достоверности контроля Д: методическую Дм и инструментальную Д„. Методическая достоверность контроля Дм определяется совокупностью контролируемых параметров и стимулирующих сигналов ОК, методикой контроля и принятыми в ней критериями оценки технического состояния ОК при условии идеальности средств контроля. Основной составляющей
методической достоверности является полнота контроля, поэтому на практике принимают Ди * П- Инструментальная достоверность контроля Дк определяется способностью средства контроля выдавать правильные результаты при выбранном методе контроля. К временным показателям, характеризующим качество эксплуатационного контроля, относятся продолжительность контроля tK и среднее время поиска отказа t„. Основные показатели ЭК сведены в табл. 6.1. Таблица 6.1 Показатели эксплуатационного контроля Показатель Обозначение Определение Примечание Полнота контроля п Вероятность обнаружения отказа в ОК при выбранном методе контроля Предполагается, что ОК отказал, а СК — идеально Коэффициент глубины поиска отказов а. г Вероятность того, что при поиске отказов будет установлена отказавшая составная часть ОК, замена которой предусмотрена в заданных условиях восстановления То же Вероятность ложного отказа ^л.о Вероятность выдачи средством контроля информации о появлении отказа в случае, когда ОК работоспособен Вероятность необнаруженного отказа Лео Вероятность невыдачи средством контроля информации об отказе в случае, когда ОК отказал Продолжительность контроля Время контроля технического состояния работоспособного ОК Среднее время поиска Математическое ожцда- отказов ние времени поиска отказавшей составной части ОК, замена которой предусмотрена в заданных условиях восстановления
6.5. ОЦЕНКА ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО КОНТРОЛЯ ПРИ ИСПЫТАНИЯХ Основные принципы сбора исходных данных 1. Экспериментальная оценка показателей качества эксплуатационного контроля проводится по специальной программе, являющейся составной частью программы наземных и летных испытаний самолета. 2. Цель испытаний по программе ЭК состоит в оценке соответствия показателей контролепригодности и средств эксплуатационного контроля, заданным в технической документации (ТЗ). 3. Поскольку исходными данными для оценки показателей качества ЭК являются отказы и неисправности функциональных систем самолета, а процесс поиска отказов является составной частью общего процесса восстановительных работ на отказавшем объекте (системе, блоке), то испытания по оценке качества ЭК целесообразно проводить совместно с работами по оценке показателей надежности и эксплуатационной и ремонтной технологичности изделия АТ. 3. Основными требованиями к условиям испытаний являются: проведение испытаний в условиях, регламентированных ТЗ или принятой методикой испытаний; изделия АТ, расположенные на ЛА, должны быть штатными и эксплуатироваться в соответствии с Руководством по эксплуатации; объем и периодичность подготовительных и периодических работ по техническому обслуживанию самолета и его систем (в том числе и работ по контролю) должны соответствовать РЭ; на испытания должен быть представлен полный штатный состав системы средств эксплуатационного контроля данного типа самолета, предназначенной для решения задач ЭК в полете, на различных видах технического обслуживания и при восстановительных работах; средства эксплуатационного контроля при испытаниях должны использоваться в строгом соответствии с назначением (по решаемым задачам ЭК и этапам технической эксплуатации), указанным в технической документации; технический (обслуживающий) персонал, проводящий при испытаниях работы по контролю и восстановлению самолета и его систем, должен по числу, составу и уровню квалификации соответствовать требованиям к эксплуатации данного изделия АТ; номенклатура, число и качество инструментов, средств наземного обслуживания, запасных частей и технической документации должны соответствовать эксплуатационным требованиям к данному типу самолета; любые отклонения условий испытаний от указанных выше должны быть зафиксированы и учтены при обработке и анализе результатов испытаний. 4. Испытания по оценке показателей качества ЭК проводит брига
да, состоящая из специалистов по эксплуатационному контролю самолета и его функциональных систем. 5. Процесс экспериментального определения показателей качества ЭК разбивается на два этапа: сбор и накопление исходных экспериментальных данных (результатов наблюдений, измерений и др.); обработка экспериментальных данных и оценка соответствия полученных значений показателей заданным требованиям. 6. Так как показатели качества ЭК обусловливаются многочисленными случайными факторами, методы их оценки должны формироваться на основе вероятностно-статистического подхода. Методы сбора и накопления статистических данных Сбор и накопление статистических данных, необходимых для оценки показателей качества ЭК при испытаниях изделий АТ, могут производиться двумя методами: на основе отказов и неисправностей, возникающих в процессе эксплуатации испытываемого изделия АТ в полете и на земле (пассивный метод); на основе отказов и неисправностей, специально имитируемых в процессе испытаний изделия АТ (активный метод). Основными задачами испытательной бригады при сборе и накоплении статистических данных первым методом являются: обеспечение достоверной информации по отказам, зафиксированным в карточках учета неисправностей; инструктаж испытателей, занимающихся заполнением КУН; анализ исходных данных, представленных в КУН, и экспертная оценка их полноты и достоверности; организация и проведение работ по оценке времени поиска отказа и продолжительности контроля работоспособности после восстановления отказавшего изделия АТ; организация и проведение работ по получению других исходных данных, необходимых для оценки показателей ЭК каждой функциональной системы и ЛА в целом; периодическое составление и согласование исходных данных по эксплуатационному контролю каждой функциональной системы. Для обеспечения полноты и достоверности исходных данных по эксплуатационному контролю изделия АТ испытательной бригадой дополнительно к КУН проводится анализ следующих источников информации: замечаний экипажа и обслуживающего персонала; результатов проверки функциональных систем с помощью СК (в том числе результатов обработки информации, зарегистрированной БУР); технических актов по отказам; актов исследований отказавших систем и агрегатов; формуляров; журналов учета отказов отдельных функциональных систем.
Таблица 6.2
В результате анализа исходных данных, представленных в перечисленных источниках информации, проводится контроль заполнения каждой КУН и составляется полный согласованный перечень отказов каждой функциональной системы за рассматриваемый период испытаний. Исходные данные, полученные при испытаниях, заносятся в табл. 6.2. Если при обнаружении отказа и поиске его места использовался органолептический (визуальный) метод контроля, это обстоятельство также отмечается в графах 7 или 8 табл. 6.2. Продолжительность поиска-отказа и продолжительность контроля изделий после устранения отказа определяются при испытаниях хронометражем или экспертной оценкой членами бригады по обслуживанию самолета, участвующими в контрольных работах при восстановлении отказавшего изделия АТ. В процессе испытаний по каждому средству контроля производится также сбор исходных данных о числе ложных сообщений об отказах контролируемых изделий АТ и их последствиях (в частности, о продолжительности работ, связанных с установлением факта ложного сообщения). Исходные данные заносятся в табл. 6.3. В процессе испытаний производится анализ причин возникновения каждого ложного отказа и разрабатываются рекомендации по его устранению. Активный метод сбора и накопления исходных данных, использующий имитацию отказов в изделиях АТ, является более сложным, но и более продуктивным; поскольку позволяет априори выбрать чш> ло экспериментов, необходимое для статистической оценки показателей качества с заданной погрешностью. Этот метод позволяет также лучше планировать процесс испытаний и эффективно проводить хронометраж отдельных работ. Активный метод сбора исходных данных предусматривает следующие работы: определение статистической выборки имитируемых отказов (числа наблюдений); определение методов воспроизведения или имитации каждого отказа; поочередное введение отказов в изделие АТ и после введения каждого из них проведение обслуживающей бригадой работ по обнаружению и поиску отказа и восстановлению изделия АТ с использованием штатных средств и методов контроля и обслуживания. В процессе работы специалисты испытательной бригады фиксируют все исходные данные, необходимые для оценки показателей ЭК (см. табл. 6.2, 6.3). Наиболее сложным этапом работы в этом случае является выбор методов имитации каждого отказа. Отказы имитируются, как правило, или действительным нарушением работоспособности изделия АТ (например, замыканием или обрывом проводников), или введением в изделие АТ неисправных модулей, узлов, деталей. Очевидно, что
при этом должны быть приняты меры, исключающие выход испытываемого изделия из строя. Перечень имитируемых отказов функциональной системы должен формироваться методом случайной выборки с учетом значений интенсивностей отказов конструктивно-сменных блоков. При этом вероятность выбора 1-го КСБ для имитации его отказа пропорциональна отношению X(/Xmin, где Xmin- минимальное значение интенсивности отказов КСБ. Поскольку большинство показателей ЭК обусловливается случайными факторами, то всякая их статистическая оценка, определенная по результатам ограниченного числа наблюдений, может быть только приближенной. Поэтому необходимо указывать границы возможной погрешности статистической оценки, соответствующие определенной доверительной вероятности. Также в процессе испытаний одним из наиболее важных является вопрос о числе наблюдений (измерений, опытов). * Полнота и достоверность контроля, коэффициент глубины поиска отказов и многие другие показатели качества ЭК характеризуются как вероятности появления определенных событий типа Р(4), где А - наблюдаемое событие (например, обнаружение отказа, появление ложного результата контроля, появление сбоя и др.). Состоятельной, несмещенной и эффективной оценкой вероятности Р(А) является частота р. В общем случае при^экспериментальной оценке показателей, характеризуемых частотой р (частотных показателей), определяют число т появления событий А в п независимых опытах и вычисляют Р(А)~ р = т/п. Число наблюдений, необходимых для оценки вероятностных (частотных) показателей качества ЭК, ^2(1-P) / *+Е \ ,, П =--Е—------- -----Е- > (6.6) Р \ Ер / */ 1 +У \ ... где tp = arg Ф I—---1;аг§Ф (х) - функция, обратная нормальной функции распределения Ф* (х) [5]; у - доверительная вероятность; р-статистическая оценка вероятностного показателя; ер - максимальная относительная погрешность оценки вероятности Р(А) частотой р, Ер=(р-Рн)/Рн, (6.7) где Рк - нижняя граница доверительного интервала. Зависимость (6.6) можно использовать, если известно ориентировочное значение р и выполняются соотношения пр> 10 и п(1 - р) > 10. В качестве ориентировочного значения р можно взять допустимое значение показателя, заданное в технической документации.
nmin Рис. 6.1. Зависимости е™ах = е (р, у) и nmin— п(р) Возможность использования формулы (6.6) для определения числа наблюдений при экспериментальных оценках вероятностных показателей можно определить по рис. 6.1. Зависимости, приведенные на этом рисунке, позволяют оценить возможность использования формулы (6.6) при заданном значении доверительной вероятности у л и известном ориентиро- Р вечном значении р искомой вероятности Р. Кроме того, по ним можно определить минимальное число наблюдений nmin, определяемой формулой (6.6) при заданных у, р и 0< ер< етрах . Пример. Определить возможность использования формулы (6.6), если ориентировочное значение вероятности р = 0,8 при у = 0,9. Из точки р = 0,8 (см. рис. 6.1) проводим вверх и вниз вертикаль и на пе-Етпах = 0,132 и nmin = 50. Таким ресечении ее с кривыми получаем образом, формулой (6.6) можно воспользоваться при р=0,8 и у =0,9 только для значений относительной погрешности €р < 0,132. При этом минимальное число наблюдений пт1п= 50. Если Ер > 0,132 при р = 0,8 и у = 0,9, формулой (6.6) пользоваться не рекомендуется. Пример. Определить необходимое число наблюдений для оценки коэффициента глубины поиска отказов (вероятности обнаружения отказа с подробностью до одного конструктивно-сменного блока) при доверительной вероятности у = 0,95 и Ер = 0,1. Коэффициент глубины поиска отказов, заданный в ТЗ, Г t = 0,Й. Предварительно по графикам, приведенным на рис. 6.1, оцениваем возможность применения формулы (6.6). Для у = 0,95 и р =А = 0,85 получаем е™х = 0,11. Так как е™х > Ер = 0,1, то формулу (6.6) можно
применять. При этом число наблюдений nmin = 70. Определим число наблюдений по формуле (6.6), учитывая, что при у = 0,95 ty = 1,96; тогда 1,962(1-0,85) / 1+0,1 f „ П~ 0^85 ГОЛ ) =82’ Если формулу (6.6) использовать нельзя, то для определения необходимого числа наблюдений при оценке вероятностных показателей применяются зависимости е - е (п, р, у), представленные на рис. 6.2. На основе опыта испытаний для сравнимости оценок рекомендуемое значение максимальной относительной погрешности е = 0,1 при доверительной вероятности у = 0,9; в этом случае ty = 1,643 [38]. Определение статистических оценок показателей эксплуатационного контроля по экспериментальным данным Для оценки показателя достоверности контроля используется статистическая оценка вероятности обнаружения отказа с помощью средства контроля j-ro типа Робу ~ ^С-Ку/^о, (6.8) где mC Kj— число отказов, обнаруженных с помощью j-ro средства контроля; то - общее число отказов (число наблюдений). Статистическая оценка po6j учитывает методическую и инструментальную составляющие. Поэтому ро6; можно также считать статистической оценкой нижней границы полноты контроля nCKj.
В качестве статистической оценки вероятности ложного отказа при использовании j-ro СК можно принять величину Рл.О _ тл.оу/^пру ^OTKJ» (6-9) где т„'Oj - число ложных сообщений об отказах, выданных j-м СК; тпр/ - число применений/-го СК; Шопу - число отказов ОК, выявляемых при множестве тпр/ применений /то СК. Статистическая оценка коэффициента глубины поиска отказов применительно к /-му СК Г1; = т1у/т0, (6-1°) где Гу - статистическая оценка коэффициента глубины поиска отказов с подробностью до одного КСБ применительно к /му СК; Шу— число отказов, обнаруженных j-м СК с подробностью до одного КСБ; т0- общее число отказов. При испытаниях могут даваться предварительные статистические оценки вероятностных показателей качества ЭК на основе небольшого числа наблюдений. Это возможно особенно при пассивном способе сбора исходных данных (только на основе отказов, объективно возникающих в функциональных системах при испытаниях). Поэтому статистическая оценка pj показателя на основе числа наблюдений пх < < пзал (где пзад - число наблюдений, необходимое для получения статистической оценки с рекомендуемой относительной погрешностью е₽ = 0,1 при у = 0,9) должна сопровождаться указанием значения ерп1. Значение ерп1 можно определить по рис. 6.2 при п = пь и у=0,9. Очевидно, что в рассматриваемом случае максимальная относительная погрешность Ерп1 > 0,1 и значение рх можно использовать лишь как предварительную оценку показателя. Среднее время поиска отказа л тО in = ^tni/m0. (б-11) i = l Верхний предел доверительного интервала для статистической оценки tn при доверительной вероятности у = 0,9 A t* = Uy a J у/то , (6.12) где Uy - квантиль нормального распределения [38]; л = /?А-"Гп)2 °П /--------:---- * V т0- 1 Испытываемый объект удовлетворяет требованиям по показателю t„, если [17]
ln T£iln 4П.ДОП» где ?п.доп_ среднее время поиска отказа, заданное в ТЗ. Продолжительность контроля tK определяется посредством хронометража. Экспериментальное определение показателей качества ЭК может производиться при испытаниях для изделий АТ различного уровня (конструктивно-сменного блока, функциональной системы, комплекса бортового оборудования, самолета в целом), различных средств контроля, используемых для данного изделия АТ, а также для различных этапов эксплуатации самолета. Оценку соответствия вероятностного показателя Р эксплуатационного контроля допустимому значению Рдоп можно производить на основе биномиального критерия проверки статистических гипотез [40]. Общее число наблюдений т0 можно рассматривать как статистическую выборку из некоторой генеральной совокупности. Задачу оценки соответствия показателя Р допустимому значению Рдоп можно записать в следующем виде: нулевая гипотезаН0:Р> Рпоп; альтернативная гипотеза Н1."Р<РДОП. При т0 < 50 задачу необходимо решать с помощью табл. В [40], в которой приведены односторонние критические значения (т0 - тп)кр числа наблюдений т0 - тп, соответствующие различным значениям Рдоп из интервала [0,99; 0,50] при уровнях значимости а = 0,05 (верхняя строчка) и а = 0,01 (нижняя строчка), где Р=—тп - число наблюде- ПЗр ний с положительным исходом (число обнаруженных отказов, число отказов, обнаруженных с подробностью до КСБ и т. п.). Если при заданных т0 и то - тп для выбранного значения а= 0,01 или 0,05 (ш0 - щп) > (т0 - шп)кр, то гипотеза Но отклоняется. При (т0 - " — тп) < (то - тп)Кр гипотеза Нв принимается. При т0 > 50 задачу необходимо решать с помощью критерия х2. При этом статистический критерий определяется по формуле Х2= £ T..QigE> (6.13) 1=1 Ai- где /jj s ТПО tnrJ /дд — Щщ А1 “ (1 Рдоп)» Аз “ П^о^доп- В табл. С [40] приводятся двусторонние критические значения Х2р при различных уровнях значимости а и числах степеней свободы df (в нашем случае df= 1). При х2 > Х2Р гипотеза Не отклоняется, а при X2 < ХкР “ принимается. Пример. При испытаниях произошло 30 отказов ОК, с помощью испытываемого СК было обнаружено 28 отказов. 21 отказ был обнаружен с помощью СК с подробностью до одного КСБ. Требуется оценить соответствие показателей т; и Г1 заданным требованиям, если т)доп=0,95 и Г1доп = 0,85, уровень значимости а = 0,05.
В этом случае статистическая оценка полноты контроля fj =-эд-=0,93. Нулевая гипотеза Но: г] > 0,95. Альтернативная гипотеза Нг: т] < 0,95. По табл. В [40] (т0 - шп)кр = 5. Поскольку то - тп = 2 и (то -тл< (то - тп)кр, принимается гипотеза Но. Статистическая оценка Гх = 21/30 = 0,7. Нулевая гипотеза Но: Tj > 0,85. Альтернативная гипотеза Нг: < 0,85. По табл. В [40] (то - шп)^р = 9. Поскольку то - тп = 9 и (mo - mn)= (ш0 - шп)кр, гипотеза Но отклоняется. Пример. При испытаниях произошло 100 отказов ОК. С помощью испытуемого СК было обнаружено 92 отказа. Требуется оценить соответствие полноты контроля Иск заданному значению т]доп = 0,95, если уровень значимости а = 0,05. В этом случае нулевая гипотеза Но: г)ск > 0,95. Альтернативная гипотеза : т)ск < 0,95. Статистическая оценка полноты контроля rjCK = 92/100 = 0,92. Поскольку число ш0 > 50, для решения задачи воспользуемся критерием у2 [40]. Тогда если f01 = т0 - тп = 8; [02 = тп = 92; /и = 100-0,05=5; /12= 100-0,95 = 95, . * (К -Л.|-0,5)2 (|8-5|-0,5)2 . (|92-95|-0,5)2 Х ’.=1 V ~ + 95 = 1,25 + 0,065=1,315. Для а = 0,05 по табл. С [40] критическое значение Х^р = 3,841. Поскольку расчетное значение Х2= 1,315 меньше ХкР, гипотезу Нс можно принять. Определение инструментальной достоверности методом полунатурного моделирования В процессе натурных испытаний изделий по исходным статистическим данным, связанным с отказами АТ, можно определить статистические оценки вероятностных показателей, характеризующих полную достоверность контроля, т. е. включающих в себя инструментальную и методическую составляющие. На практике часто возникает необходимость оценки инструментальной достоверности контроля, значение которой может задаваться в ТЗ на средство контроля. В настоящее время существуют аналитические и графоаналитические методы, которые используются для предварительной оценки
Рис. 6.3. Схема полунптурной модели объект контроля — средство контроля Ди на этане проектирования [20, 23, 351. Эти методы основаны па классической задаче отбраковки деталей [3]. В этом случае учитывают единственную причину потерь контрольной информации - погрешность измерения, а остальные операции контроля ментированис и др.) считают идеальными, т. е. рассматривают упрощенную модель контроля, состоящую из* ОК и измерительной части СК. При использовании такой модели контроля величину Дк оценивают вероятностной мерой появления событий ложного и необнаруженного отказов в зависимости от допуска на контролируемые параметры, а также от законов распределения контролируемых параметров и погрешностей измерения. Попытки получения обобщенных аналитических зависимостей, позволяющих оценить Дк с учетом возможностей появления ошибок при выполнении любой операции (вычисление, самоконтроль, доку- контроля, приводят к сложным решениям, практически непригодным для инженерных расчетов. Сложность оценки Д„ с помощью аналитических методов обусловливается также большими трудностями получения необходимых исходных данных по объекту и средству контроля. Оценку Ди в широком смысле целесообразно производить методом полунатурпого имитационного моделирования на этапе испытаний средств контроля. Сущность метода заключается в том, что случайное значение статистически определенного контролируемого параметра имитируют в соответствии с заданным законом его распределения в виде аналогового сигнала на модели обьекта контроля, состоящей из ЦВМ и управляемого ею цифроаналогового преобразователя (ЦАП), затем аналоговый сигнал контролируют е помощью натурного СК. Схема предлагаемо! о метода представлена на рис. 6.3. Устройство содержит модель объекта контроля, состоящую из ЦВМ, управляемого цифроаналогового преобразователя, и натурного средства контроля. Полунатурная модель работает следующим образом. На ПИМ методом имитационного моделирования получают значения Х(- контролируемого параметра X, производят проверку соответствия- выбранного параметра верхней (Хв) и нижней (хн) границам поля допуска, т. е. проверяют выполнение условий (6.14) (6.15)
Событие, состоящее в выполнении одного из условий (6.13) или (6.14) и свидетельствующее о действительном состоял! контролируемого параметра в данный момент времени, запоминается ЦВМ. Цифровой си.'чал, соответствующий выбранному значению параметра, подается на цифроаналоговый преобразователь, на выходе которого формируется аналоговый сигнал. Вид аналогового сигнала должен соответствовать виду контролируемого параметра X, а его уровень (значение) — выбранному (разыгранному на ЦВМ) значению Xf. Аналоговый сигнал с выхода ЦАП подается.на натурное СК, которое производит его проверку в соответствии с заданной программой. Результаты контроля в виде сигналов „в допуске” или „не в допуске” подаются на ЦВМ и запоминаются. В результате многократного повторения описанной процедуры моделирования процесса контроля формируются статистические данные для оценки инструментальной достоверности контроля. Статистические оценки величины инструментальной достоверности контроля и ее характеристик (вероятностей ложного и необнаруженного отказов) определяются на основе последующего анализа на ЦВМ результатов контроля и данных о действительных состояниях контролируемого параметра (контролируемых параметров). Предлагаемый метод позволяет оценить инструментальную достоверность контроля: независимых и зависимых параметров; любых законов распределения случайных величин, используемых при оценке Д„; различных принципов контроля и методов обработки результатов измерений при контроле. Кроме того, при использовании этого метода отпадает необходимость в трудоемкой работе по получению исходных данных, характеризующих средство контроля (законы распределения погрешностей измерения, вероятности сбоев при вычислении, достоверность самоконтроля и др.), поскольку используется натурное средство контроля.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Аникин II. В., Памроп >. В. Техническая эксплуатация самолетов. М.: Транспорт, 1984. 199 с. 2. Большее Л. II., Смирной II. В. Таблицы математической статистики. 3-е изд. М.: Наука, 1983.464 с. 3. Бородатей II. А. Основные вопросы теории точности производства. М.: АН СССР, 1950.412 с. 4. Броди С. М., Винамкп <1. II., Марченко Б. Г. Расчет и планирование испытаний систем на надежность Киев Haymina думка, 1970.192 с. 5. Вентцель Б. С., Оичаров II. А. Теория вероятностей. М.: Наука, 1973.368 с. 6. Гнеденко Б. В., Itaineii К). К., Соловьев А. Д. Математические методы в теории надежности. М.: Наука, 1963, 124 с 7. ГОСТ 14.205—М. |'дииаи (истома технологической подготовки производства. Технологичность конструкций. Тормолы и определения. 8. ГОСТ 18322-78 (СТ СЭИ ММ -85). Система технического обслуживания и ремонта техники. Термины и oiipoMojioinui Нероизд. 1987 г. 9. ГОСТ 19919—74. Контроль автоматизированный технического состояния изделий авиационнойтехники. Термины и определения. Переизд. 1975 г. 10. ГОСТ 21623- 76 Си< тма технического обслуживания и ремонта техники. Показатели для оценки ремонт™i|uu идпктл. Термины и определения. 11. ГОСТ 27.002-83. Падеж иисть и технике. Термины и определения. 12. Егорычав В. А., Оп* мп К, И , Хачикян Э. Д. Агрегаты технического обслуживания самолетов и вертолетов М Трал< корт, 1973.200 с. 13. Единые нормы летний i пдности i ражданских транспортных самолетов стран — членов СЭВ. Совет Экономичя1'Н<1Й Взаимопомощи, 1985.470 с. 14. Жулев В. И., Ипажнм Н С ^опасность полетов летательных аппаратов. М.: Транспорт, 1986.223 с. 15. Зубков Б. В., м а мам I Р Основы безопасности полетов. М.: Транспорт, 1987. 143 с. 16. ЗуховицкиЛ С. И., Радчия И. А. Математические методы сетевого планирования. М.: Наука, 1965,296 с. 17. Каннигхем К., Kn«i II Методы обеспечения ремонтопригодности: Пер. с аигл. М.: Советское радио, 1978 111 р 18. Косточкин В. В. Падеж ||<к ть авиационных двигателей и силовых установок. 2-е изд. М.: Машиностроение, 1988 2/2 с 19. Крохин 3. Т., Сериииии • И., Шестаков В. 3. Инженерно-организационные оспо вы обеспечения безопасно! tn пцпетом п i ражданской авиации. М.: Транспорт, 1987.175 с 20. Кудрицкий II. Д, I e<«4ia М А.. Чиняев П. И. Автоматизация контроля радио электронной аппаратуры М I не* ч к по радио, 1977.256 с. 21. Кузьмин ♦. И. .*1ал«*1н обеспечения надежности технических систем. М.: Рядно и связь, 1982.176 с. 22. Мирный Р. А., Сож»» А Д, Оценка надежности системы по результатам ниш таний ее компонентов //Кибернетику - па службу коммунизму. М.: Энергия, 1964 Т, 2, С. 213-218. 23. Михайлов А. В Этппуятациоппые допуски и надежность радиоэлектронной ап паратуры. М.: Советское радио, 19/0 211с. 24. Мулкиджанон И К , < Mwp—m II. Н. Эксплуатационная технологичность Трат портных самолетов. М.: rpaniiinpi, 19/2 208 с. 25. Надежность ттчьиче-ки. ...нем Справочник/Под ред. И. А. Ушакова. M.I Ради" и связь, 1985.608 с.
26. Общие требования к программе технического обслуживания и ремонта самолетов гражданской авиации. М.: МГА, 1985.20 с. 27. Орлов К. Я., Пархимович В. А. Ремонт самолетов и вертолетов. М.: Транспорт, 1986.296 с. 28. ОСТ 54 30044—85. Система технического обслуживания и ремонта авиационной техники. Основные положения. 29. ОСТ 54 30048—87. Система технического обслуживания и ремонта авиационной техники. Эксплуатационная и ремонтная технологичность. Основные положения. 30. ОСТ 54 30049—87. Система технического обслуживания и ремонта авиационной техники. Эксплуатационная и ремонтная технологичность. Состав показателей. 31. ОСТ 54 30054—88. Система технического обслуживания и ремонта авиационной техники. Регламент технического обслуживания самолета. 32. Павлов И. В. Статистические методы оценки надежности сложных систем по результатам испытаний. М.: Радио и связь, 1982.168 с. 33. Положение о технической эксплуатации по состоянию гражданской авиационной техники. Общие принципы, порядок разработки и внедрения. М.: Воздушный транспорт, 1980. 14 с. 34. Рыбаков К. В., Алпатов А. С., Рожков А. Ф. Заправка самолетов горюче-смазочными материалами. М.: Транспорт, 1975.208 с. 35. Савин С. К., Никитин А. А., Кравченко В. И. Достоверность контроля сложных радиоэлектронных систем летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1984.167 с. 36. Смирнов Н. Н., Ицкович А. А. Обслуживание и ремонт авиационной техники по состоянию. М.: Транспорт, 1987.272 с. 37. Соломонов П. А. Безотказность авиационной техники и безопасность полетов. М.: 'Транспорт, 1977.272 с. 38. Хейфец М. И. Обработка результатов испытаний. Алгоритмы, номограммы, таблицы: Справочник. М.: Машиностроение, 1988. 168 с. 39. Шор Я. Б., Кузьмин Ф. И. Таблицы для анализа и контроля надежности. М.: Советское радио, 1968.288 с. 40. Рунион Р. Справочник по непараметрической статистике. Современный подход: Пер. с англ. М.: Финансы и статистика, 1982.198 с.
ОГЛАВЛЕНИЕ Принятые сокращения.......................................................... 3 Цреднсштиг .................................................................. 5 Вмиишие ,.................................................................... 7 1. Э*гнпуатацио1п1о-технические характеристики самолета. Общие положения .... 9 2. и. ионные принципы обеспечения требуемых эксплуатационно-технических характеристик самолета............................................ >14 3, Оценка Пе1ни1асности полетов............................................. 17 3.1. VCIlDhllll ВОЗНИКНОВЕНИЯ ОСОБЫХ СИТУАЦИЙ И ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ИХ ОЦ1НКИ.................................................. 17 3.3. ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА. ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ПРИ ОЦГ.НК1! ОСОБЫХ СИТУАЦИЙ...................................... 23 3 » Ml 1 < 1ДИЧИСКИЕ ОСНОВЫ ОЦЕНКИ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ................... 24 4. Оимта надежности самолета................................................ 48 4 I Ot.liUll' ПОЛОЖЕНИЯ.................................................. 48 4.3. ПОКА 1АГЕЛИ НАДЕЖНОСТИ САМОЛЕТА И ЕГО СОСТАВНЫХ ЧАСТЕЙ 50 4.3. Ml I ОЛЫ ОЦЕНКИ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ............................... 55 4.4.1 IА ТИП ИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ. ПРОСТЕЙШИЙ ПОТОК ОТКАЗОВ.......................................... 59 4Л.1Ч1Р1 ПИЛЕНИЕ ДОСТИГНУТЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ С ПО-Ml Hlll.ll) ФУНКЦИЙ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ................... 61 4 6 HI Р< Щ ГНОСТНО-СТАТИСТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ БЕЗОТКАЗ-IKKlII..................................................... 66 4 7.1 >111 НК А ДОВЕРИТЕЛЬНЫХ ГРАНИЦ ПОКАЗАТЕЛЕЙ.......................... 69 4 I. ПМЧ11СЛ1 НИЕ ДОВЕРИТЕЛЬНЫХ ГРАНИЦ ПОКАЗАТЕЛЕЙ САМОЛЕТА (I HI'11'МЫ) ПО РЕЗУЛЬТАТАМ АВТОНОМНЫХ ИСПЫТАНИЙ ЕГО (ЕЕ) I in 1АПНЫХЧАСТЕЙ...................................................... 71 4 .(ЛИПКА СООТВЕТСТВИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ ЗАДАННЫМ 1Г1 ТОПАНИЯМ............................................... 73 4 10 OIIPTIII П1.11ИЕ НЕОБХОДИМОГО ОБЪЕМА КОНТРОЛЬНЫХ АВТОНОМНЫХ ИСПЫТАНИЙ СОСТАВНЫХ ЧАСТЕЙ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЗАДАННОГО УГ1HIIIII БЕЗОТКАЗНОСТИ САМОЛЕТА В ЦЕЛОМ.................... 76 4.11 1111РИЛ1 ПЕНИЕ НЕОБХОДИМОГО ОБЪЕМА КОНТРОЛЬНЫХ БЕЗ-HIK А 1НЫХ ИСПЫТАНИЙ СОСТАВНЫХ ЧАСТЕЙ САМОЛЕТА ПРИ IK I»I Alli к )м ПОДТВЕРЖДЕНИИ ИХ БЕЗОТКАЗНОСТИ............ 77 5. Оненка аарантористик системы технического обслуживания и ремонта самолета 78 1,1 ОКЛИН ПОЛОЖЕНИЯ И ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ................................ 78 1.3 Ml ШПИКА ПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ Т1МПО11ОГИ11НОСТИ.......................................... 87 I 1. МП 10,ЦИК А РАСЧЕТА ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ И РЕМОНТ-11) >11 IПХНОЛОГИЧНОСТИ САМОЛЕТА........................... 99 I 4 ' О IK IDA П.ХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И ИХ ОЦЕНКА..................... 114 4. Оценка вараа тнристик контролепригодности и средств контроля............ 121 4 1 (AIIA’Ill ЖСПЛУАТАЦИОННОГО КОНТРОЛЯ ИЗДЕЛИЙ АВИАЦИОННОЙ IIOUIIIMI................................................. 12i • I < ГШН IП А ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО КОНТРОЛЯ................................ 122 6 1 Ki HI IН НН ||ГИ1ОДНОСТЬ ИЗДЕЛИЙ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ................. 123 6 4 <н HnHIII.ll ПОКАЗАТЕЛИ ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО КОНТРОЛЯ................... 125
6.5. ОЦЕНКА ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО КОНТРОЛЯ ПРИ ИСПЫ- ТАНИЯХ ....................................................... 129 Список литературы.................................................. 141 Справочное издание Бочаров Василий Иванович, Деркач Олег Яковлевич, Буслаев Олег Борисович и др. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК САМОЛЕТА И ВЕРТОЛЕТА Редактор В. Н. Махова Художественный редактор В. В. Лебедев Технический редактор Р. Д. Гольдштейн Корректоры О. Е. Мишина, А. П. Сизова ИБ N- 6536 Сдано в набор 21.09.90. Подписано в печать 14.03.91. Формат 60Х88*/16. Бумага офсетная № 2. Гарнитура Пресс Роман. Печать офсетная. Усл.печл. 8,82. Усл.кр.-отт. 9,19. Уч.-изд.л. 9,95. Тираж 2100 экз. Заказ 2454 Цена 1 р. 50 к. Ордена Трудового Красного Знамени издательство ’’Машиностроение”, 107076, Москва, Стромынский пер., 4. Отпечатано в московской типографии №9 НПО ’’Всесоюзная книжная палата” Госкомиздата СССР 109033, Москва, Волочаевская ул., д. 40, с оригинал-макета, изготовленного в Барановичской укрупненной типографии. 225320, г. Барановичи, Советская, 80.