КРИТЕРИИ ВОССТАНАВЛИВАЕМОСТИ. (РЕМОНТОПРИГОДНОСТИ) И ГОТОВНОСТИ

5.1. Принципы и виды технического обслуживания

Основным показателем эффективности системы техниче­ского обслуживания авиационной техники является полное исключение возможности отказа планера или одной из бор­товых систем в период полета. Выполнение этого требования определяет высокую готовность авиационной техники и низ­кую стоимость обслуживания, так как готовность и стоимость и конечном счете сопоставляются с последствиями отказа авиационной техники в полете. Следовательно, выбор перио — иншостн и объема работ по выявлению, устранению и пре­дупреждению нзносовых и внезапных отказов (допуская, что криработочных отказов в период нормальной эксплуатации не будет), должен производиться с учетом выполнения условий максимальной готовности авиационной техники на земле и стопроцентной ее безотказности в полете.

Таким образом, объем н периодичность технического об­служивания зависит, с одной стороны, от законов распределе­ния времени между износовыми и между внезапными отказа­ми и, с другой, — от эффективности работ, планируемых ии — кенерно-авиационной службой по выявлению, устранению и предупреждению изноеовых н внезапных отказов.

Учитывая различные условия появления нзносовых н вне — пшных отказов, готовность авиационной техники достигается путем замены (ремонта, регулировки) отказавших элементов или замены работоспособных, но близких к отказу элементов. 11оэтому для краткости будем называть замену элементов до пх отказа из-за износа первой стратегией, а замену элементов после внезапного отказа — второй стратегией, понимая здесь «мово «стратегия» как принцип технического обслуживания.

179

Первая стратегия применяется для систем с одиночно и резервно соединенными элементами. Она предназначается для предупреждения износа элементов н систем путем создания в условиях эксплуатации расчетного режима функционирова­ния элементов, а также путем замены элементов, близких к износу. Эта стратегия осуществляется в процессе выполнения регламентных работ и проведения профилактических ремон­тов авиационной техники. Периоды между регламентными ра­ботами и профилактическими ремонтами определяются экспе­риментально-расчетным методом прн условии, что в течение этого периода отказы элементов из-за износа являются собы­тиями практически невозможными.

Если в течение этого периода происходит внезапный отказ, то производится замена элемента в порядке обслуживания (вторая стратегия).

Вторая стратегия обслуживания применяется только для систем с одиночно соединенными элементами. Она состоит в том, что выявление и замена (ремонт, регулирование) внезап­но отказавших элементов происходит после отказа системы. Применение этой стратегии обусловлено тем, что при отказе любого нз одиночно соединенных элементов отказ всей систе­мы проявляется при проверке ее работоспособности в виде внешних признаков ненормальной работы системы илн в виде показаний приборов контроля системы. Последующий за про­веркой работоспособности поиск отказа уточняет, какой имен­но элемент следует заменить на работоспособный.

Для систем с резервно соединенными элементами преду­преждение внезапного отказа системы осуществляется по пер­вой стратегии. Замена отказавших элементов происходит че­рез заранее определенный период эксплуатации, в течение ко­торого отказ всей системы является событием практически не­возможным. Применение этой стратегии для профилактики отказа систем с резервно соединенными элементами обусловь лено тем, что отказы элементов резерва не всегда улавлива­ются при проверке работоспособности системы. Поэтому, если не применять первую стратегию для профилактики внезапно­го отказа системы, то приходится контролировать работоспо­собность каждого резервного элемента, что связано с работа­ми большого объема. Отличие стратегий профилактики вне­запного отказа систем с резервно соединенными элементами от профилактики отказов элементов по износу состоит в том, что в первом случае период между заменами внезапно отка — девших элементов резерва выбирается независимо от суммар­ной наработки авиационной техники с начала ее эксплуа­тации.

Таким образом, для профилактики отказов из-за износа как основных, так н резервных элементов применяется первая стратегия, а для устранения внезапных отказов — вторая стратегия. Для систем с одиночно соединенными элементами, так же как для ее указанных элементов, профилактика износа проводится по первой стратегии, а устранение внезапных от­казов — по второй стратегии. Системы с резервно соединен­ными элементами обслуживаются только по первой стратегии, так как внезапные отказы этих систем, так же как н отказы из-за износа, поддаются профилактике. При этом следует под­черкнуть, что профилактика внезапных отказов систем с ре­зервно соединенными элементами отличается от профилактики отказов из-за износа элементов. Отлнчие состоит в том, что профилактика внезапных отказов систем с резервно соединен­ными элементами проводится путем замены внезапно отказав­шего элемента резерва, в то время как профилактика отказов из-за износа систем проводится путем замены еще работоспо­собного элемента, но близкого к износу. Однако если систему с резервно соединенными элементами эксплуатировать без профилактической замены внезапно отказавших резервных элементов, то обслуживание такой внезапно отказавшей си­стемы осуществляется по второй стратегии.

Рассмотрим применение каждой нз перечисленных страте­гий обслуживания для предупреждения н устранения отказов авиационной техники.

Предупреждение износа элементов (первая стратегия). Обслуживание авиационной техники по первой стратегии пре­дусматривает замену работоспособных, но близких к износу элементов на новые элементы, имеющие требуемый запас без­отказности по износу. Поскольку интервалы эксплуатации между отказами элементов нз-за износа распределены по нор­мальному закону, то замену элементов производят — через ин­тервалы эксплуатации, внутри которых вероятность отказа из-за износа очень мала (отказы являются событиями практи­чески невозможными).

Для вычисления наибольшего интервала эксплуатации tx, внутри которого с вероятностью не меньшей P(tx) не будет отказов нз-за износа, используем условие

1 — P(tx) < 0,5 — Ф„ ( у?’"-) ,

где tx—интервал эксплуатации без отказов из-за износа; /сРи — средняя наработка на один отказ из-за износа; с — среднее квадратическое отклонение времени между отказами из-за износа;

— функция Лапласа. Значение этой функции приведено в табл. Ill [10].

Интервал эксплуатации tx, при котором выполняется ус­ловие

1 — А>(/„) < 0,5 — Ф„ ‘ ~я<СР" ) ,

является наибольшим интервалом эксплуатации /t, внутри которого не будет отказов из-за износа.

Например, требуется с вероятностью не менее 0,999 вычис­лить по табл. III [10] интервал для гидронасосов, если из­вестны их tCVii — 500 час и о — 40 час.

Решение. Запишем-исходное условие для определения

tx:

1 — 0,999 < 0,5 Фь

или

Ф0 = 0.5 — 0,(301 = 0,499.

Но іабл. Ill [10] Ф0 ^ j — 0,499, что соответст-

вет — ЗЛ. Следовательно, — -= — 3,1. Отсюда tx 500 — 124 = 376 час.

Таким образом, если гидронасосы, наработавшие не более 376 час, заменять на новые (заранее приработанные в двига­тельной и самолетной компоновке), то отказов гидронасосов из-за износа не будет. Такое состояние стопроцентной надеж­ности гидронасосов может продолжаться сколь угодно долго. Приведенный выше пример простого вычисления интервалов

iv (рис. 5.1) основан на очень сложном эксперименте по оп­ределению величин среднего времени безотказной работы гидронасосов £сРи и среднего квадратичного отклонения з. Как правило, подобные эксперименты проводятся в условиях, максимально приближенных к условиям массовой эксплуата­ции авиационной техники.

Зона Pu(t)*1

І, час

t~tcp~5004ac

Рис. 5.1. Определение интервала времени работы авиационной техники, внутри которого Ри (0 = I

В этом случае расчетными условиями называются те усло­вия эксплуатации, которые будут соответствовать условиям эксперимента по определению tx и з. Если условия массовой эксплуатации не совпадают с условиями эксперимента (что может быть для новых конструкций авнацнонной техники), то производится коррекция как интервала так и самих рас­четных условий. По мере накопления информации о надеж­ности авиационной техники в условиях массовой эксплуатации устанавливаются величины интервала tx и формулируются расчетные условия эксплуатации авиационной техники.

Поэтому для предупреждения отказов из-за износа по при­чине превышения расчетных режимов работы через регуляр­ные промежутки времени проводятся профилактические рег­ламентные работы. Целью таких работ является сохранение авиационной техники в состоянии, обеспечивающем заданные значення вероятности безотказной работы по износу Р„ (/) = !.

В состав регламентных работ входят: глубокий контроль технического состояния авиационной техники с помощью спе­циального оборудования, проверка ее работоспособности и внешние осмотры, в процессе которых выполняются по своем назначению три вида работ:

1. Обеспечивается поддержание расчетных условий работы элементов и подсистем в течение всего межрегламентного Срока.

2. Проверяются, заменяются или ремонтируются отказав­шие резервные элементы н подсистемы, если система .резерви­рована.

3. Заменяются нли осматриваются элементы, близкие к сверхдопустнмому износу. Все эти работы выполняются с целью предотвратить рост параметра потока отказов элемен­тов и системы и не допустить превышения его расчетного зна­чения. В связи с этим эти работы и носят название профилак­тических регламентных работ. Однако в процессе выполнения регламентных работ также устраняются дефекты н внезапные отказы в системах с одиночно соединенными элементами, так как возможности подразделений регламентных работ по вы­явлению н устранению отказов (оснащенность, квалификация личного состава) больше, чем возможности подразделений технического обслуживания.

Периодичность выполнения первого вида регламентных ра­бот для предотвращения уменьшения вероятности безотказной работы PK{t) зависит от физических характеристик приме­няемых элементов. Периодичность второго вида зависит от параметра потока элементов в резервированной системе и от требований к величине вероятности безотказной работы, с которой должна работать такая система. Периодичность третьего вида зависит от статистических характеристик износа элементов. Следовательно, периодичность этого вида будет различной для элементов каждого типа, так как интервалы, в которых появление сверхдопустнмого износа является практи­чески невозможным событием, будут различными для элемен­тов каждого типа. „

Для бортовых систем поддержание расчетных условий вы­ражается в выполнении ряда работ по осмотру, контролю работоспособности элементов и систем в целом, замене эле­ментов узлов и звеньев, близких к износу. Например, для ме­ханических систем — это поддержание режима смазкн, выяв­ление и устранение люфтов, вышедших за пределы допуска, выявление деформаций тяг, качалок, трещин и т. д. Для гид­равлических систем — выявление состояния фильтрующих элементов и степени фильтрации масел, поддержание режима охлаждения, устранение негерметичностн трубопроводов н раз­личных соединений, устранение потертости трубопроводов, промывка баков, кранов и т. д. Для воздушных систем — под­держание заданных режимов фильтрации и охлаждения воз­духа, осмотр и проверка работы воздушных редукторов бал­лонов сжатого воздуха, клапанов перепуска и т. д. Для пла — пера — осмотр трущихся поверхностей, возобновление смаз­ки, замер люфтов и т. д. Для систем автоматического управ­ления различными объектами — проверка регулировки, функ­ционирования системы и т. д. Для всех без исключения бор­товых систем — проверка состояния контровочных н крепеж­ных элементов и степени отбортовки различных магистралей.

Безусловное и своевременное выполнение в полном объеме перечисленных работ позволяет создать в полной мере расчет­ные условия эксплуатации авиационной техники и тем самым реализовать расчетное (запланированное) время работы той или иной бортовой системы без отказов из-за износа.

Ряс. 5.2. Варианты соотношения между межремонтным ресурсом системы и техническими ресурсами элементов:

Тэ — технический ресурс элемента; Тс — технический ресурс системы

Кроме работ, связанных с поддержанием заданных, рас­четных режимов работы авиационной техники, предупрежде­ние износовых отказов производится методом замены элемен­тов, близких к сверхдопустимому износу, на новые элементы с полным техническим ресурсом. Для случаев, когда внутри межремонтного ресурса системы требуется замена элементов, выработавших свой технический ресурс и близких к сверхдо­пустимому износу, рассмотрим варианты соотношения меж­ремонтного ресурса бортовой системы н технических ресур­сов элементов, ее составляющих.

На рис. 5.2 показаны четыре варианта соотношения между межремонтным ресурсом системы н техническими ресурсами элементов.

Первый вариант — технический ресурс элемента меньше межремонтного ресурса системы Тэ<С. Тс. Второй вариант— технический ресурс элемента равен межремонтному ресурсу системы Тэ = Гс. Третий вариант — технический ресурс эле­мента больше в некратное число раз межремонтного ресурса системы Тэ > Тс. Четвертый вариант — технический ресурс элемента больше в кратное число раз межремонтного ресурса системы Тэ — пТс {п = 1,2,3…).

Все необходимые работы по созданию расчетных условий функционирования системы и элемента назначаются для каж­дого из четырех перечисленных вариантов.

Для первого и третьего вариантов, кроме этого, в состав профилактических работ по предупреждению износовых отка­зов назначаются работы по замене элементов, выработавших технический ресурс. Для второго н четвертого вариантов за­мена элементов, выработавших технический ресурс, произво­дится в процессе профилактического или среднего ремонта бортовой системы, в состав которой входит данный элемент.

Таким образом, в состав профилактических работ, прово­димых с целью предупреждения износа планера и бортовых систем, входят работы по замене элементов, близких к изно­су, н работы по созданию заданных расчетных условий функ­ционирования каждого элемента (смазка, промывка, регули­ровка н т. д.). Работы по замене элементов, близких к износу, проводятся в процессе профилактического ремонта системы (варианты 2-й н 4-й) нли в процессе регламентных работ (ва­рианты 1-й н 3-й). Работы по созданию заданных расчетных условий функционирования каждого элемента (для всех четы­рех варнантов) проводятся в процессе регламентных работ. Как профилактические ремонты, так и регламентные работы проводятся регулярно через определенные постоянные пе­риоды наработки элементов бортовой системы (илн через случайные интервалы календарного времени). Периоды нара­ботки элементов между профилактическими ремонтами обыч­но совпадают с межремонтным ресурсом системы н зависят от статистических характеристик износа элементов. Периоды наработки элементов между регламентными работами зави­сят от статистических характеристик износа элементов (1-й или 3-й варианты), от физических характеристик применяе­мых элементов, от условий компоновки элемента в системе, от применяемых горюче-смазочных материалов, спецжилкос — тей и т. д.

Как правило, бортовые системы разрабатываются по 2-му или 4-му вариантам, чтобы облегчить эксплуатационникам 186

борьбу с отказами из-за нзноса элементов путем проведення только работ, связанных с созданием расчетных условий функционирования каждого элемента. Поэтому в условиях массовой эксплуатации регулярно через 50, 100, 200 и более часов наработки авиационной техники технический состав вы­полняет регламентные работы по осмотру, смазке, регулиров­ке, очистке и т. д., т. е. выполняет только те работы, которые создают заданные условия функционирования для каждого элемента в пределах межремонтного ресурса системы. Что ка­сается работ, связанных с заменой элементов, близких к изно­су, то они выполняются в процессе ремонта в стационарных условиях с использованием более сложного оборудования для контроля и замены элементов.

Устранение внезапных отказов элементов сложных систем (вторая стратегия). Работы но выявлению и устранению вне­запных отказов, появляющихся в период межремонтного ре­сурса, проводятся тогда, когда наблюдается ненормальная работа авиационной техники. Ненормальная работа авиацион­ной техники может улавливаться по внешним признакам нли по показаниям бортовой или аэродромной контрольно-прове­рочной аппаратуры. Таким образом, работы по выявлению и устранению внезапных отказов состоят из внешних осмотров, проверок работоспособности планера и бортовых систем, по­иска отказавших элементов, замены или регулировки (ремон­та) отказавших элементов н проверок работоспособности си­стем после устранения отказов элементов.

Интервалы функционирования бортовых систем, в которых внезапные отказы элементов являются событиями практиче­ски невозможными, гораздо менее продолжительны; чем ана­логичные интервалы для износовых отказов системы. Это объективное обстоятельство значительно затрудняет профи­лактику внезапных, отказов на продолжительных интервалах эксплуатации.

Действительно, если какой-то элемент бортовой системы имеет наработку на внезапный отказ 500 час и мы попытаемся этот элемент еще в работоспособном состоянии, в порядке профилактики его от внезапного отказа, заменить, скажем, после 400 час функционирования, то этим не будет достигнуто никакой пользы. Наоборот, этим будет причинен только вред, іак как элемент, который заменил элемент, наработавший 400 час, еще не приработан в компоновке бортовой системы и может отказать гораздо раньше, чем снятый работоспособный элемент. ‘

Равенство ґСРв = о дЛя внезапных отказов — указывает на неопределенность в сроках их наступления н на практическую невозможность^ применения для внезапных отказов рассмот­ренную выше первую стратегию (профилактику) отказов из-за износа. Следовательно, для борьбы с внезапными отказами элементов и систем применяется более трудоемкая вторая стратегия обслуживания.

Выше было установлено, что если межрегламентный ин­тервал выбран правильно, то между регламентными работами износовые отказы отсутствуют и бортовая система может по­терять работоспособность только нз-за. внезапных отказов. Вероятность безотказной работы системы с одиночно соеди­ненными элементами за время tpp будет равна

P{tpp) = e 4

где £сРв— средняя наработка системы на одни внезапный от­каз элемента; /рр— суммарное время функционирования си­стемы между двумя соседними моментами окончания регла­ментных работ.

Например, если fpp = 100 час, £СРв ~ 400 час, то

100

Р(<рр)=—Р(100) = е 400 =0,7788.

Следовательно, можно ожидать, что 23% однотипных систем откажет до момента t— tpv— 100 час. Из 100 однотипных си­стем 23 откажут и будут восстановлены до того, как истекут запланированные 100 час. Среднее время вср между восста­новлениями 23 внезапно отказавших систем фактически есть среднее время безотказной работы 24 систем, считая, что вне­запный отказ элемента 24-й системы произошел в момент t=tpp (рис. 5.3), поэтому среднее время безотказной работы каждой из систем, отказавшей внутри периода £рр, вычисляет­ся для наработки 4Рв аналогично тому, как вычисляется вре­мя безотказной работы элемента интегрированием P{t) от 0 до /РР:

Таким образом, среднее время безотказной работы каж — юй из систем, отказавших до запланированного срока регла­ментных работ, равно произведению средней наработки на внезапный отказ на вероятность отказа за период между рег­ламентными работами. Для нашего примера среднее время 0ср равно

есР — /сРв <2 (/р р) — 400 • 0,23 — 92 «тс.

* * И-*-* и *■

-8ср^92часа-

tpn-ЮОчас

8ср*1160 час

1рр~200час

Рис. 5.3. К выбору интервала между регламентными работами

Если время функционирования системы между регламент­ными работами увеличить со 100 до -200 час, предполагая, что эти 200 час не превышают межремонтный ресурс (из­нос отсутствует), то

200

Я(/рр)^Я(200) = с 400 — с~0,5 = 0.6.

т. е. к 200 час наработки уже 40 систем внезапно откажут н будут восстановлены, а среднее время безотказной работы этих отказавших систем будет равно

0ср = *cPbQ(*pp)=400Q(200) = 400-0,4 = 160 час.

На рис. 5.3 крестиками показаны моменты окончания уст­ранения внезапного отказа каждой из отказавших систем на интервалах 100 н 200 час.

Дальнейшее увеличение интервала между регламентными работами приведет к дальнейшему уменьшению вероятности безотказной работы

300 I

Я(300) — с 4Ш = <Г°>75 = 0,472

и к увеличению среднего времени

е, р-400(1 0,412) — 2Ш час.

С увеличением интервала между регламентными работами налет (наработка системы) на внезапный отказ увеличивает­ся. Так, для интервала в 100 час налет на внезапный отказ равняется 100:23 = 4,35 час; для интервала в 200 час — 200:40 = 5 час; для интервала в 300 час —- 300 : 53=5,65 час.

Допустим, что средние трудозатраты, потребные для уст­ранения каждого внезапного отказа, составляют Т’п. а для проведения регламентных работ — 1,5 Т.(. Тогда средние тру­дозатраты, потребные для обеспечения часа полета, будут

inn 23Т„ — J — 1,оТ„ п Ой с т составлять для интервала в 100 час —”ioo ——————————————————————- —0,2451 Л;

Следовательно, с увеличением интервала между регламентны­ми работами растет время налета на отказ и уменьшаются трудозатраты, потребные для обеспечения часа полета. Одна­ко вывод, который напрашивается из сделанного анализа, — увеличить интервал между регламентными работами до интервала, равного межремонтному ресурсу, — является не­сколько преждевременным, так как даже если качество при­меняемых смазок, фильтрующих элементов, защитных средств позволяет без контроля использовать их весь межремонтный период, то и в этом случае следует проверить, сможет ли лет­ная часть располагаемыми силами и средствами устранить все накопившиеся к концу интервала между регламентными работами внезапные отказы элементов. Следовательно, огра­ничением в увеличении интервала между регламентными ра­ботами является готовность авиационной техники к полету.

Таким образом, прн выбранной стратегии борьбы с вне­запными отказами элементов бортовых систем приходится считаться с требованием не только надежности, но и готов­ности авиационной техники к полету, а также с требованиями стоимости восстановления бортовых систем, потерявших ра­ботоспособность в период между регламентными работами.

Предупреждение внезапных отказов систем с резервно соединенными элементами. Для полноты учета всех факторов, влияющих на продолжительность периода между регламент­
ными работами, рассмотрим влияние выбранного метода об­служивания на надежность бортовых систем с резервно сое­диненными элементами. Как было рассмотрено выше, эти си­стемы теряют работоспособность прн отказе одного основного и всех элементов резерва. Поскольку до момента отказа систе­мы наблюдается поток внезапных отказов элементов резерва, го всегда можно рассчитать период эксплуатации системы, в течение которого отказ последнего элемента резерва является событием практически невозможным.

Ранее в теме «резервирование» (см. гл. 3) был рассмотрен пример расчета вероятности безотказной работы систем с ре­зервно соединенными элементами и вычислены средние нара­ботки на отказ /СГо этих систем. В среднем такие резервиро­ванные системы откажут по одному разу за каждые tcPi час, если резервно соединенные подсистемы (элементы) не были заменены еще до момента отказа (183 час). Однако если за­менять отказавшие элементы до отказа системы, то можно значительно увеличить период ее работы до отказа (1000час), причем это увеличение зависит от того, насколько часто выяв­ляются и устраняются внезапные отказы элементов резерви­рованной системы. Прн устранении отказов сразу же после их появления система будет отказывать реже, чем при отсутст­вии осмотров и устранений отказов, поскольку при этом каж­дый новый период после выявления и устранения отказа на­чинается при полном восстановлении резерва.

Рассмотрим пример определения периода между регла­ментными работами в системе с тремя резервно соединенны­ми элементами и с наработкой на отказ каждого элемента tcрв — 400 час. Кратность резервирования этой системы рав­на трем, т. е. система отказывает при совместном отказе трех элементов. Для определения периода, в течение которого ре­зервированная система остается работоспособной, поступаем так же, как мы поступали при определении периода работы системы, в течение которого появления отказов из-за износа были событиями практически невозможными.

Задаваясь, например, вероятностью 0,99, определяем пе­риод эксплуатации системы, в течение которого внезапные от­казы более двух элементов являются событием практически невозможным. Используя формулу (3.35), получаем 0,99=1—

( -&У

— 1-е 11 /.После несложных преобразований получим пе­

риод эксплуатации системы /рр = 40 час, в течение которого

не может быть более двух внезапных отказов резервных по і систем.

Следовательно, если выявлять и устранять отказы резер­вированной системы через 40 час, то система может функцио­нировать безотказно в течение всего межремонтного ресурса. При проведении в сроки профилактических ремонтов система безотказно будет функционировать в течение всего техниче­ского ресурса. Очевидно, что для данной системы интервал между регламентными работами следует выбрать 40 час. Из этого примера видно, что внезапные отказы резервирован­ных систем поддаются определенной профилактике, т. е. отказ всей системы удается предупредить путем периодического устранения отказов резервно соединенных элементов этой системы.

Таким образом, наиболее эффективной стратегией обслу­живания авиационной техники являются:

— профилактика отказов из-за износа элементов (замена элементов, близких к сверхдопустнмому износу, регламентные работы);

— выявление и устранение внезапных отказов элементов всякий раз после их появлений в системах с одиночно соеди­ненными элементами;

— профилактика внезапных отказов систем с резервно соединенными элементами (замена части элементов резерва через расчетный период эксплуатации).

Прн выбранном способе борьбы с износовыми и внезапны­ми отказами иа продолжительность периода между регла­ментными работами оказывают существенное влияние сле­дующие факторы:

— параметр потока внезапных и износовых отказов;

— среднее время, потребное для проведения профилакти­ческих работ, и время, потребное для выявления и устранения внезапных отказов;

— величина времени, которым располагает ннженерно-тех нический состав летной части для устранения и предупрежде­ния отказов.