Классификация отказов
Встречающиеся в эксплуатации летательных аппаратов отказы достаточно многообразны как по характеру развития и проявления, так и по причинным связям. Важнейшими для практики классификационными признаками отказов являются следующие:
— но статистическому распределению времени безотказной работы;
— по методам предупреждения отказов;
— по характеру причин появления отказов;
— по характеру развития и проявления отказов;
— по критичности.
В зависимости от задач, решаемых исследованием вопросов надежности, могут быть рассмотрены и другие признаки классификации отказов.
По статистическому распределению времени безотказной работы в теории надежности различают три характерные группы отказов: приработочные отказы: отказы из-за износа; внезапные отказы.
Эти отказы присущи любому техническому устройству в процессе эксплуатации в период с момента его изготовления и до момента полного физического износа. При условии эксплуатации технических устройств на расчетных режимах эти отказы возникают только из-за конструктивного или технологического несовершенства устройств и не всегда связаны с плохим качеством технического обслуживания, хранения или эксплуатации в полете, т. е. они при этом условии ие относятся к категории отказов, возникающих по вине летного или инженерно-технического состава.
К первой группе отказов относятся приработочные отказы, которые происходят в начальный период эксплуатации сразу же после изготовления или восстановительного ремонта системы (элемента) и в основном являются следствием отказов элементов со скрытыми недостатками, которые не были выявлены при производственном контроле. Эти недостатки могут быть отнесены к качеству материалов, упущениям или нарушениям технологии производства, сборки или проектирования. Небрежный контроль качества изготовленных устройств приводит к тому, что среди большого количества хороших могут находиться системы с изъянами, приводящими к отказам задолго до выработки технического (межремонтного) ресурса.
Период эксплуатации, когда появляются приработочные отказы, может колебаться от нескольких минут до десятков часов. Он будет зависеть от степени совершенства производства или ремонта. Появление прнработочных отказов в процессе эксплуатации может быть полностью исключено путем отбраковки и затем приработки элементов на авиационном заводе или в ремонтном предприятии.
Процесе отбраковки состоит в том, что большое количество шсмснтов (входящих в состав системы) в течение нескольких часов работает на специальных стендах в условиях, близких к реальным, после чего элементы, выдержавшие это ис — ИІ4 гаиис, используются при сборке системы. Процесс приработки является продолжением процесса отбраковки, но уже однотипные элементы работают не автономно, а в реальной компоновке всей системы. Элементы, отказавшие в процессе приработки, заменяют исправными элементами, прошедшими процесс отбраковки. Примером подобных процессов могут ч ужить отбраковка и приработка топливных насосов после їїч изготовления. Насосы после их изготовления на агрегатном заводе проходят отбраковку путем функционирования на лрегатном или двигательном стенде в условиях, приближенных к эксплуатационным с целью выявления экземпляров со скрытыми недостатками, которые ие могли быть выявлены при других методах контроля. Затем отбракованные насосы проходят приработку на заводе авиационных двигателей в общей двигательной компоновке после сборки двигателей. В заключительной стадии приработка насосов производится на самолетном заводе уже в реальной самолетной компоновке м]іи работе двигателя на земле и при облете самолета.
Приработочные отказы элементов могут наблюдаться в устройстве при каждом его восстановлении в результате замены отказавших элементов на исправные, но не прошедшие предварительной отбраковки и приработки или в результате ошибок монтажа.
Ко второй группе отказов относятся отказы, которые происходят из-за действия механических нагрузок, обусловленных только режимом работы, и называются отказами из-за и шоса. Они возникают в элементах, работающих на расчетных режимах и при расчетных условиях. Период износа в зависимости от условий эксплуатации может колебаться в широких пределах. В большинстве случаев такие отказы могут быть предотвращены заменой элементов, приближающихся к износу, на новые элементы. Если в условиях эксплуатации доступ к некоторым элементам затруднен или даже невозможен, і о они имеют технический ресурс, превышающий предполагав’ мый межремонтный ресурс всей системы. Замена таких элементов производится в процессе восстановительного ремонта системы.
Рассеивание времени безотказной работы элементов, подверженных износу, может быть представлено в виде суммы достаточно большого числа независимых слагаемых, каждое из которых в отдельности сравнительно мало влияет на сумму. На этом основании в качестве приближенной математической модели времени безотказной работы элементов, подверженных износу (старению), выбирают нормальное и логарифмически нормальное распределения.
К третьей группе отказов относятся так называемые внезапные отказы, которые возникают вследствие внезапной концентрации нагрузок, превышающих расчетную нагрузку. Внезапные отказы могут появляться в период, когда система прошла надлежащую приработку и ее элементы уже не имеют приработочных отказов, но в это же время еще не испытывают влияния износа. В этот период нормальной эксплуатации, вдруг и совершенно неожиданно, постепенное изменение определяющего параметра сменяется на внезапное и элемент отказывает. Отказ появляется в момент, когда технический ресурс элемента далеко еще не исчерпан. Случайность причин, изменяющих постепенное на внезапное снижение качества (прочности, жесткости, взаимодействия или координации) элемента, проявляется в том, что элемент начинает работать на нерасчетном режиме в то время, как режим работы системы продолжает оставаться расчетным.
Несмотря на то, что предсказать появление внезапных отказов бывает очень трудно, но при определенных условиях (приработка, замена элементов до износа) вероятность безотказной работы на интервале /, t — J — т не зависит от времени предшествующей эксплуатации /, а зависит только от длины интервала т_ Поэтому в качестве математической модели времени работы элементов между внезапными отказами используют экспоненциальное распределение.
Таким образом, классификация отказов на приработочные, износовые и внезапные производится по двум основным признакам. Во-первых, каждый из этих типов отказов характеризуется своим особым статистическим распределением, поэтому требует различной математической обработки. Во-вторых, для предупреждения появления каждого типа отказов применяются различные методы.
Появление приработочных отказов предупреждают путем длительных испытаний как отдельных элементов, так и сложных систем в целом, предшествующих вводу в массовую эксплуатацию. Износовые отказы предупреждают эксплуатацией системы (элемента) только на расчетных режимах и правильным выбором объема и периодичности профилактических per — длмснтных работ. Если при выполнении этих мероприятий все же п процессе эксплуатации системы имеют место отказы, то они могут носить только случайный характер и проявляться как внезапные отказы.
Внезапный отказ, в отличие от отказа из-за износа, возникает не как следствие постепенного, необратимого изменении внутреннего состояния элементов системы, а лишь как следствие случайного воздействия, имеющего величину больше допустимого. Отсюда становится очевидным, что для предупреждения внезапных отказов нет смысла прибегать к профилактическим мерам вида предварительной замены элементов или их профилактического ремонта. Действительно, поскольку внезапный отказ возникает лишь как следствие случайного воздействия, то замена старого элемента иа новый элемент не может повлиять на причину отказа. Тем более не может на нее повлиять ремонт. Следовательно, путем предупреждения внезапных отказов является создание конструкции систем и элементов, способных выдержать случайные нагрузки самого высокого уровня.
Поэтому весьма существенным при изучении надежности является деление отказов на случайные и систематические (закономерные). Вообще говоря, любой отказ в пределах на- шаченного (технического) ресурса элемента или межремонтного ресурса системы относится к разряду случайных собы — мш, так как появление его зависит от многих второстепенных причин, которые практически ие поддаются предварительному выявлению. Попытка одинаково подробно и тщательно проанализировать влияние решительно всех факторов-, от которых зависит появление отказа, привела бы только к тому, что решение задачи в силу непомерной громоздкости и сложности оказалось бы практически неосуществимым и к тому же не имело бы никакой познавательной ценности. Поэтому в рассматриваемой классификации под случайными понимаются приработочные и внезапные отказы, т. е. отказы, которых может и не быть в процессе эксплуатации самолетов и которые никак не связаны со сроками эксплуатации. Они могут появиться как в начале, так и в конце выработки ресурса. В отличие от них систематические (закономерные) отказы и дефекты возникают обязательно после некоторого периода эксплуатации техники, в результате процессов старения или износа. Очевидно, что’при таком подходе закономерными считаются не отказы, а причины, их порождающие.
Систематические или износовые отказы и сроки их массового появления определяют технический ресурс системы (элемента), если он правильно выбран, эти отказы не должны появляться. При правильно выбранном техническом ресурсе, тщательной приработке, а также при правильно выбранных объемах и сроках регламентных и профилактических работ внутри ресурса в системе будут иметь место только внезапные отказы, которые и будут влиять на надежность, Износовые и приработочные отказы учтены сроками выполнения восстановительного ремонта, регламентными и профилактическими работами, а также моментом времени начала эксплуатации, когда уже нет приработочных отказов.
По характеру развития и проявления отказы делятся, прежде всего, на внезапные и постепенные. Такое деление в известной степени, конечно, условно, так как определяется принятым временным критерием. Для авиационной техники такими критериями являются период выполнения регламентных работ и период проверок работоспособности.
Внезапность, или темп развития неисправности, зависит от силы и характера первоначального воздействия, свойств конструкции и условий, в которых работает техническое устройство. Так, наличие внешних механических воздействий повышает напряжение в элементах конструкции и увеличивает долю внезапных отказов, например в наземной радиоэлектронной аппаратуре доля внезапных отказов составляет 9%, в корабельной — 22%, а в самолетной — 42% [16].
В механических системах доля постепенных отказов растет вместе с увеличением числа движущихся, т. е. подверженных износу частей конструкции. Внезапные отказы по самой своей природе не поддаются профилактике, а их прогноз возможен лишь в вероятностном порядке, который, как известно, не дает ответа, в каком конкретном экземпляре из наблюдаемой совокупности устройств наступает отказ.
Деление отказов на временные, частичные, полные и перемежающиеся определяется соответственно необратимым или, напротив, обратимым характером неисправностей. Так, например, самовыключение ТРД после перевода РУД на увеличение оборотов может произойти из-за поломки центробежного датчика регулятора, из-за зависания золотника ограничителя, нарастания давления во втулке в крайнем или в промежуточном положении. В первом случае отказ будет полный и окончательный, а во втором — перемежающийся, так как этот отказ самоустраняющийся. Самовыключение ТРД при указан —
иi, i>: условиях может быть также из-за отказа дроссельного їм кета автомата приемистости на coca-регулятор а. Подобные і> і казы будут носить временный характер и относятся к разряду разрегулировок.
Характерной особенностью перемежающихся отказов явля — іпіси трудности в их обнаружении и устранении.
Деление отказов на такие, которые возникают только при использовании, и такие, которые проявляются также и при хранении — очевидно. Для устройств многоразового исполь — нтлния (например, для самолетов, вертолетов и наземного оборудования) первые определяют периодические регламентные, вторые — календарные профилактические меры.
К очевидным отказам относятся отказы, выявляющиеся при установленных проверках визуальным осмотром илн с помощью штатного проверочного оборудования (включая и < пегемы автоматического контроля). К скрытым следует отнести неисправности, требующие для своего выявления специального проверочного оборудования, а иногда и разборки устройства.
Деление отказов по критичности достаточно, условно. В юл, їсти авиационной техники критическими отказами следует ічімлть отказы, требующие прекращения полета.
Классификация по виновности и другим признакам не тре — бсг подобных комментариев. Заслуживает внимания лишь вопрос о том, в каких случаях ни завод-изготовитель, ни личный состав обслуживающих подразделений нельзя считать виновными в отказе. Это может иметь место лишь в исключи ісльїшх случаях отказов, происшедших по истечении технического ресурса, установленного заводом-изготовителем.