ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

При исследовании свойств надежности могут рассматриваться самые разнообразные объекты: отдельные элементы и детали конструкции; узлы и агрегаты; подсистемы; системы; самолет в целом; авиационно­транспортная система, включая эксплуатируемый парк самолетов, службы обеспечения полетов, систему наземного обслуживания, летный и технический состав.

Надежность — свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя во времени в установленных пределах значения всех парамет­ров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортировки. Надежность является комплек­сным свойством, которое в зависимости от назначения изделия и условий его применения состоит из сочетаний свойств безотказности, долговеч­ности, ремонтопригодности и сохраняемости.

Под безотказностью понимается свойство изделия непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение определенного интервала времени (или наработки) в определенных условиях.

Работоспособность — состояние изделия, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической и конструкторской документации.

Исправное состояние — состояние изделия, при котором оно соот­ветствует всем требованиям нормативно-технической и(или) конструк­торской документации.

Долговечность — свойство изделия сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта.

Предельное состояние — состояние изделия, при котором его дальнейшее применение по назначению недопустимо или нецелесооб­разно, либо восстановление его исправного или работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно.

Отказ — событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния изделия. Для одних изделий понятие отказа вполне определен­но, для других — оно вызывает некоторые неопределенности. Поэтому при определении понятия отказа для конкретного изделия необходимо исходить из его функционального назначения. При этом надо учитывать, что некоторые изделия многофункциональны, поэтому каждой функции изделия соответствуют определенные виды отказов.

Необходимо подчеркнуть общие черты для свойств безотказности и долговечности. Безотказность — свойство изделия сохранять работоспо­собное состояние. Долговечность — это тоже свойство изделия сохранять работоспособное состояние. Различие состоит в том, что безотказность — это свойство изделия непрерывно в течение определенного заданного времени сохранять работоспособность, а долговечность — свойство изделия сохранять работоспособность в течение определенного периода времени с возможными перерывами для ремонта и для профилактическо­го технического обслуживания.

Предельное состояние изделия может быть определено из условий обеспечения безопасности, по экономическим показателям или другим признакам. Следует отметить, что предельное состояние изделия не всегда связано с понятием отказа. Особенно это относится к изделиям, влияющим на безопасность полета. Так, например, для авиационного двигателя предельное состояние определяется предельными значениями параметров, при которых двигатель сохраняет свою работоспособность, но при выходе за пределы этих значений возможно разрушение двигателя. Естественно, что двигатель снимается с эксплуатации раньше, чем может возникнуть его разрушение в полете.

Изделия снимают с эксплуатации, когда они морально устаревают и не имеет смысла их эксплуатировать, так как имеются более экономич­ные и эффективные изделия аналогичного назначения. Изделие также нецелесообразно эксплуатировать, если затраты на его ремонт превосхо­дят или близки к стоимости нового изделия.

Ремонтопригодность — свойство изделия, заключающееся в его приспособленности к предупреждению, отысканию и устранению причин и последствий повреждений (отказов) путем проведения технического обслуживания и ремонтов.

Сохраняемость — свойство изделия сохранять значения показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности в течение и после хранения и(или) транспортирования. Необходимость обеспечения сохраняемости лежит в основе разработки требований по консервации и транспортировке изделий авиационной техники.

Безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость связаны со случайными явлениями. Например, внезапный отказ — это случайное событие, продолжительность работы изделия до отказа — случайная величина, время поиска неисправностей — случайная величина и т. д. Количественная оценка случайных явлений приводит к необходи­мости введения вероятностной трактовки показателей, характеризую­щих свойства надежности и применения математического аппарата теории вероятностей и математической статистики. При решении ряда задач надежности используется теория информации, теория массового обслуживания, математическая логика, методы статистического и имитационного моделирования на ЭВМ и др.

По проявлению во времени отказы могут быть разделены на постепенные и внезапные. Постепенные отказы характеризуются выходом параметров объекта из поля допусков в результате процессов старения, износа, усталостной поврежденное™, коррозии и других сравнительно медленных процессов деформации и разрушения материалов, из которых сделаны изделия. Изменение таких параметров конструкции в процессе эксплуатации можно фиксировать, прогнозиро­вать момент вероятного нарушения работоспособности и таким образом предотвращать отказ своевременной профилактической заменой деталей или ремонтом. Постепенные отказы в основном связаны со свойствами конструкционных материалов или рабочих жидкостей (газов), а причины таких отказов определяются постепенным изменением этих свойств.

Внезапные отказы определяются резким скачкообразным изменением значений одного или нескольких параметров объекта. Внезапные отказы проявляются также в тех случаях, когда невозможно или нецелесообразно следить за изменением технического состояния изделия из-за несовер­шенства контрольно-поверочной аппаратуры или недостаточной эффективности методов контроля.

Содержание понятия отказа зависит от уровня сложности изделия. Для элементов и деталей, для которых можно выделить один основной параметр, характеризующий их функцию (назначение), событие отказа связано с выходом этого параметра за определенное поле допусков. Например, для резистора основным параметром является сопротивление, поэтому под отказом этого элемента следует понимать изменение сопротивления R до значения, выходящего за пределы і?0 + ДІ?, где R0 — номинальное значение сопротивления; ДR — допустимое отклонение номинального значения сопротивления. Выбор ДR связан с конкретными условиями использования указанного элемента в различных схемах. В зависимости от схемы значение ДR может существенно меняться.

В качестве примера отказа агрегата или узла можно привести отказы исполнительных механизмов типа силовых цилиндров, электромеханиз­мов, заключающиеся в потере или выходе за пределы установленных допусков скоростных и силовых характеристик. Примером отказов сложного изделия являются отказы системы управления закрылками на самолете. Назначение этой системы состоит в выпуске или уборке несущих поверхностей в соответствии с управляющими воздействиями одного из членов экипажа (оператора). В соответствии с выполняемыми этой системой функциями можно выделить следующие отказы: невыпуск (неуборка) закрылков; несимметричный выпуск (уборка) закрылков; самопроизвольный выпуск (уборка) и т. д.

Рассмотрим определения основных понятий, используемых при проведении анализа отказобезопасности самолета.

Функциональный отказ (ФО) — вид неработоспособного состояния системы в целом, характеризующийся определенным нарушением ее функции независимо от причин, вызывающих это состояние. ФО определяется на уровне каждой системы. Он характеризуется влиянием на другие системы и самолет в целом.

На основании определения ФО, приведенного в отечественных Нормах летной годности (НЛГС-3, АП25), разработано формализован­ное определение ФО системы. Формализованное определение основано на том, что произвольная функциональная система (или любой другой объект) описывается в виде "черного ящика", который имеет входные сигналы Хг, воздействующие факторы окружающей среды (условные входы) Zj и выходные сигналы Yk. Тогда, если обозначить Фп — вид нарушения одного параметра выходного сигнала системы, а Ап — виды отказов агрегатов, приводящие к Фп нарушению выходного сигнала системы, то можно записать

Фп ~ f{Xj, ZJt Yk, An). (1.1)

Таким образом, ФО системы называется вид нарушения одного определенного вида параметра одного выходного сигнала или комбина­ции видов нарушений нескольких выходных сигналов. Приведенное определение ФО позволяет реализовать автоматизацию проведения анализа ФО систем.

Под безопасностью полетов следует понимать свойство авиационной транспортной системы, заключающееся в ее способности осуществлять воздушные перевозки без угрозы для жизни и здоровья людей. Транс­портная система включает в себя самолет, экипаж, службы подготовки и обеспечения полетов, службу управления воздушным движением.

Выполнение плана полета зависит от возможности строго соблюдать график и режим на каждом этапе полета и своевременно производить посадку в аэропорту назначения.

Регулярность вылета определяется приспособленностью конструк­ции самолета и его оборудования к быстрому устранению выявляемых отказов и неисправностей и безотказностью функциональных систем.

Вылеты считаются регулярными, если они происходят с отклонениями не более 15 мин от времени, указанного в расписании.

Для обеспечения заданных требований по безопасности полета на этапах создания самолета и при разработке доказательной сертификаци­онной документации используются следующие понятия.

Особая ситуация (ОС) — ситуация, возникающая в полете в результате воздействия неблагоприятных факторов или их сочетаний и приводящая к снижению безопасности полетов.

По степени опасности особые ситуации подразделяются на усложне­ние условий полета, сложную, аварийную и катастрофическую ситуации.

Усложнение условий полета (УУП) (незначительный эффект) — особая ситуация, характеризующаяся незначительным ухудшением характерис­тик, или незначительным увеличением рабочей нагрузки на экипаж, например изменение плана полета.

Сложная ситуация (СС) (существенный эффект) — особая ситуация, характеризующаяся заметным ухудшением характеристик и(или) выходом одного или нескольких параметров полета за эксплуатационные ограничения, но без достижения предельных ограничений или уменьше­нием способности экипажа справиться с неблагоприятными условиями (возникшей ситуацией) как из-за увеличения рабочей нагрузки, так и из-за условий, понижающих эффективность действий экипажа.

Аварийная ситуация (АС) (аварийный эффект) — особая ситуация, характеризующаяся значительным ухудшением характеристик и(или) достижением (превышением) предельных ограничений или физическим утомлением, или такой рабочей нагрузкой экипажа, что уже нельзя полагаться на то, что он выполнит свои задачи точно или полностью.

Катастрофическая ситуация (катастрофический эффект) — особая ситуация, при возникновении которой предотвращение гибели людей оказывается практически невозможным.