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.