ПОИСК ОТКАЗАВШИХ ЭЛЕМЕНТОВ. В СЛОЖНЫХ СИСТЕМАХ. Обшиє положения

Высокая готовность авиационной техники к полету, как было отмечено выше, может быть достигнута двумя путями: первый — изготовление элементов бортовых систем с такой надежностью, что вероятность их отказа в интервале межре­монтного ресурса будет практически равной нулю, и второй — устранение случайно появляющихся отказов силами и сред­ствами авиационной части за непродолжительное время, ко­торое позволит получать требуемую, высокую готовность за интересующий нас интервал эксплуатации. Во многих случаях второй способ оказывается единственно возможным для полу­чения требуемой готовности, поскольку первоначальные затра­ты на разработку н изготовление элементов с высокой безот­казностью могут получиться недопустимо высокими.

Восстановление утерянной работоспособности системы нз — за отказа одного млн группы элементов связано с необходи­мостью выявления места возникшего отказа. Выявление отка­завшего элемента в бортовой системе современного летатель­ного аппарата является трудоемкой задачей, а успешное ее ре­шение зачастую бывает под силу только опытному инженер­но-техническом} составу, хорошо знающему особенности функционирования объекта контроля я применяемой конт­рольно-проверочной аппаратуры. Подсчитано, что квалифици­рованные инженеры и техники из полного времени восстанов­ления работоспособности отказавшей системы тратят 70—90% на поиск отказов и только 10—30% —на их устранение.

Зависимость продолжительности поиска отказавших эле­ментов от опыта и квалификации инженерно-технического со­става объясняется субъективностью в оценке надежности бор­товых систем и колебанием трудозатрат при поиске отказов

і у шествующими методами. Это затрудняет планирование ра­бот технического состава, поскольку объем работ по отыска­нию отказавших однотипных элементов колеблется в широких пределах. Кроме того, отказы элементов в сложной бортовой системе могут вызвать такие запутанные и трудно объясни­мые внешние признаки нарушения работоспособности систе­мы, по которым трудно установить место отказа. С другой < тороны, учитывая необходимость выявления всех отказавших элементов в запланированные сроки (т. е. до выпуска само­летов в полет), опасность выпуска в полет неисправных само­летов заставляет еще на этапе проектирования исследовать каждую бортовую систему с точки зрения возможности полу­чения полной информации о ее техническом состоянии в лю­бой момент эксплуатации. В дальнейшем эту работу по ис­следованию возможностей получения информации о техниче­ском состоянии различных объектов авиационной техники продолжают на этапах производства и эксплуатации. На ос­новании результатов лабораторных исследований и опыта массовой эксплуатации определяют объем и последователь­ность проверок, а также состав средств контроля, необходи­мый для проведения успешного поиска.

Прежде чем рассматривать конкретные рекомендации по проведению процесса отыскания неисправностей, условимся о «ерминологин, которая будет применяться в дальнейшем.

Объект эксплуатационного контроля. Система, ее элемен­ты, информацию о состоянии которых необходимо иметь в процессе эксплуатации, будем называть объектом эксплуата­ционного контроля или просто объектом контроля.

Объект контроля характеризуется совокупностью парамет­ров, подлежащих проверке и называемых контролируемыми параметрами.

В процессе эксплуатации авиационная техника подверга­ется различным случайным воздействиям, обусловленным назначением, продолжительностью и режимами ее приме­нения. В результате этого происходит ухудшение техническо­го состояния авиационной техники, которое проявляется в из­менении параметров и выходе их значений за пределы, уста­новленные техническими требованиями.

Средства контроля. Измерительные устройства, посредст­вом которых осуществляется проверка технического состояния систем и элементов, называются средствами контроля. Срат — ства контроля, применяемые при обнаружении отказов авйа-

ционной техники, бывают трех видов: инструментальные, по­луавтоматические н автоматические. К инструментальной про­верочной аппаратуре относятся различные измерительные при­боры: манометры, осциллографы, вольтметры, угломеры, ви­браторы и другие специальные устройства, которые большую часть времени проверки объекта контроля управляются вруч­ную. При использовании полуавтоматических средств контро­ля начало, остановку и переключения с одного режима про­верки на другой проводят вручную, а отдельные циклы — ав­томатически. При использовании автоматических средств контроля все операции по проверкам всей системы в целом и отдельных ее элементов в заданной последовательности вы­полняются без вмешательства человека. Выбор тех или иных средств контроля связан с учетом сложности и надежности объекта контроля, времени, выделяемого командованием на контроль технического состояния, условиями массовой эксп­луатации объекта контроля и средств контроля, стоимостью контроля.

Проверка работоспособности системы. Для того чтобы ус­тановить состояние, в котором находится система, проводится проверка работоспособности. Поскольку потеря работоспособ­ности системы с одиночно соединенными элементами прояв­ляется в изменении величины и формы реакции на первичные воздействия, то, анализируя реакцию системы при проверках, определяют, работоспособна или неработоспособна система. Например, отклонение штурвала управления самолетом на

угол ошт с темпом ошт у работоспособной системы с одиночно соединенными элементами должно вызвать отклонение руле­вой поверхности на угол а с темпом а, значения которых на­ходятся в нормальных пределах технических требований. Или другой пример: если отклонение рычага управления двигате­лем из положения «Малый газ» в положение «Максимальный режим» с заданным темпом вызовет помпаж двигателя, то это будет свидетельствовать о потере работоспособности ав­томата приемистости двигателя.

Таким образом, проверка работоспособности обеспечивает получение информации об отсутствии или наличии в системе отказавшего элемента. Проверка работоспособности выполня­ется по заданной программе с целью определения характера и степени отклонения параметров системы от нормы. Выпол­няемые при проверках работоспособности манипуляции орга­нами управления аналогичны действиям экипажа по управле-

пню самолетом, двигателем (или другой борговой системой) и полете, а наблюдаемая информация о поведении проверяе­мой системы получается в том же виде, в каком ее регистри­рует летчик-или бортинженер (бортмеханик). Полный комп­лекс проверок работоспособности для конкретной части пла­нера или бортовой системы представляет собой ряд операций, проводимых с целью установления того, работает ли вся про*- веряемая система нормальным образом или нет.

Проверка работоспособности устанавливает факт наличия хотя бы одного отказавшего элемента в системе, поэтому она является исходной операцией для проведення уже целой серии поисковых проверок отдельных элементов, целью которых яв­ляется установление, какой же нз элементов, составляющих систему, отказал. Иначе говоря, проверка работоспособности служит основанием для начала поиска отказавших элементов. Примером проверки работоспособности может служить опро­бование авиационного двигателя, которое проводится с целью выявления работоспособности отдельных систем, составляю­щих такой сложный технический комплекс, как авиационный твигатель. Так, в процессе разгона турбины при выходе дви­гателя на режим малого газа проверяется работоспособность системы запуска, а затем, после устойчивой работы двигателя на режиме малого газа и прогрева его, проверяется работо­способность системы приемистости, системы управления, си­стемы форсажа и других систем и отдельных агрегатов двига­теля. В процессе опробования двигателя проверяется также работоспособность различных бортовых систем самолета (обо­рудования силовой установки, топливной системы, гидравли­ческой системы и т. д.). Из этого примера видно, что в состав проверки работоспособности системы в целом входит целая серия проверок, выполняемых с целью установления факта отсутствия или наличия в системе хотя бы одного отказавшего элемента — Очевидно, что чем меньше требуется делать прове­рок для получения информации об отказе системы, тем выше эксплуатационное совершенство этой системы.

В настоящее время разработаны методы проверки рабо­тоспособности сложных систем путем записи параметров на фотопленке. Однако они не нашли еше массового применения.

Проверка работоспособности систем с резервно соединен­ными элементами производится при отключенном резерве та­ким образом, чтобы проверялись только подсистемы с одиноч-

но соединенными элементами. Это делается потому, что си­стемы с отказавшими резервно соединенными элементами (в отличие от систем с отказавшими одиночно соединенными эле­ментами) не будут отвечать ненормальными реакциями на нормальные первичные воздействия.

Для систем, потерявших способность функционировать без риска аварии, проверка работоспособности объекта контроля в рассмотренном виде не проводится. Каждая проверка мо­жет иметь положительный или отрицательный результат. По­ложительным результатом проверки будем называть установ­ление факта работоспособности системы. Отрицательным — установление факта потери работоспособности системы.

Поисковые проверки. Проверки работоспособности каждо­го элемента или функциональной группы элементов,, которые проводятся после отрицательного результата проверки работо­способности системы в целом (или части системы), мы будем называть поисковыми проверками. Поисковые проверки могут быть автономными, т. е. проверками одного элемента, и груп­повыми, т. е. проверками группы элементов в целом. Поиско­вые проверки могут проводиться как изолированно от систе­мы, когда система функционирует с риском аварии или во­обще не функционирует, так и в компоновке системы, когда система функционирует без риска аварии.

Последовательность поисковых проверок, проводимых с целью выявления отказавших элементов, называется поиском отказавших элементов. Если последовательность поисковых проверок выбрана случайно, то желаемый результат они мо­гут дать при больших затратах времени, сил и средств. Поэто­му обычно находят наиболее предпочтительную по наимень­шему значению этих параметров и показателей последователь­ность, которая называется оптимальным поиском.

Кроме последовательности поисковых проверок, поиск от­казавших элементов характеризуется также глубиной поиска. Под глубиной поиска обычно понимают степень детализации поиска отказов в системе, т. е. до какого уровня производят­ся поисковые проверки (до функциональной группы элемен­тов, подсистемы, съемного агрегата, первичного элемента, ре­гулировочного узла). Неправильный выбор глубины поиска может привести к ошибочным заключениям о месте отказа. Так, например, некоторые агрегаты, снятые с самолета как отказавшие, оказываются работоспособными после регулиров­ки их на специальных стендах.

Модель объекта эксплуатационного контроля. Как было отмечено выше, работоспособность бортовой системы харак­теризуется ее нормальной реакцией на совокупность пер­вичных воздействий, независимых по своей величине и форме от работы системы. Например, для системы управления авиа­ционным двигателем отклонение рычагов управления будет первичным воздействием, а соответствующее этому отклоне­нию изменение оборотов турбины будет реакцией двигателя на это воздействие. .На рис. 6.1 изображена принципиальная

Рис. 6.1. Принципиальная схема системы управления рулем высоты: А — входной механический участок; Б — гидроусилитель; В — выходной механический участок; Г — участок гидравлики; / — ручка управления — 2 — загрузочный механизм; 3— тяга; 4—входная качалка гидроусилителя; 5 — гидроусилитель; 6 — тяги; 7 — промежуточная качалка; 8—руль вы­соты; 9—кран включения гидроусилителя; 10— фильтр; 11— регулятор чавлення; 12 — насос; 13 — трубопровод от гидробака до насоса; 14 — гид­робак; /5— линия слива

схема системы управления рулем высоты самолета. На рнс. 6.2 дана модель этой системы как объекта эксплуата­ционного контроля. Элементы обозначены цифрами, а их ре­акции-значением соответствующих параметров, определяю­щих техническое состояние элемента. При этом каждая реак­ция элемента является первичным воздействием на соседний с ннм элемент.

Чтобы полностью описать техническую систему как объект эксплуатационного контроля, следует указать, какие комбина­ции воздействий необходимы каждому элементу для получе­ния требуемых реакций. Нормальная реакция получается только тогда, когда к элементу поданы все необходимые нор­мальные воздействия и когда этот элемент после этого функ­ционирует. нормально. Например, для системы управления

рулем высоты (см. рис. 6.1) нормальные реакции системы уп­равления рулем высоты а и а будут получены только в слу­чае подачи нормальных воздействий SbX и Рк и работоспо­собности всех элементов механических групп А, Б, В.

Модель поиска. Рассмотренная модель объекта контроля однозначно определяет проверки, которые могут выполняться при поиске. Они заключаются в том, что к каждому элементу прикладываются известные нормальные воздействия и заме­ряются реакции этих элементов. Например, если к первому механическому участку приложено нормальное первичное воз­
действие с (см. рис. 6.2), а реакции Язм и Sax удовлетво­ряют техническим требованиям, то первый механический уча­сток работоспособен. Если к элементу 14 гидравлического участка Г приложены нормальные воздействия h и А Р„ал, а реакция группы Рк удовлетворяет требованиям, то элемен­ты 9, 10, 11, 12, 13 и 14 работоспособны

Для удобства дальнейшего изложения будем применять термины «работоспособный» и «отказавший» элементы.

Работоспособным называется нормально работающий эле­мент, т. е. все его характеристики находятся в норме. На нор­мальное воздействие он отвечает нормальной реакцией. Отка­завший элемент не отвечает нормальной реакцией на нор­мальные первичные воздействия.

Каждая проверка работоспособности устанавливает толь­ко факт, что в системе имеются элементы (элемент)-, отказ которых явился причиной потери работоспособности всей си­стемы (функциональней группы). Но эта проверка не опреде­ляет место отказа, поэтому технику самолета приходится при­нимать решения, как построить поиск: с какого элемента на­чинать проверку и какие выбрать последовательность и глуби­ну поиска. Чем сложнее система, тем больше неопределен­ность о месте отказа и тем больше будут потери времени, прежде чем техник добьется успеха и обнаружит отказавший элемент. Такой поиск отказавшего элемента, который произ­водится после проверки работоспособности системы не по за­ранее разработанной инструкции, можно назвать импровизи­рованным поиском. Оп применяется в летных частях с мо­мента появления самолетов. Успех импровизированного поис­ка зависит от опыта и интуиции лица, проверяющего ту или иную бортовую систему. Часто основанием для проведения импровизированного поиска служат замечания летного эки­пажа о ненормальной работе авиационной техники в полете.

Несмотря на то, что импровизированный поиск широко применяется в условиях массовой эксплуатации в настоящее время, он не является перспективным. За последние годы процесс совершенствования летательных аппаратов идет по пути их значительного усложнения и человеку, проверяющему бортовую систему, трудно из сотен возможных маршрутов поиска выбрать оптимальный маршрут. Отсюда возникает важная проблема усовершенствования методов импровизиро­ванного поиска. Одной из первых попыток в этом направле­нии является метод организованного поиска, т. е. поиск по инструкциям, заранее составленным на основании:

— Наличия внешних признаков отказа, проявляющиеся еще при проверке работоспособности системы;

— вероятностей отказа системы из-за отказа каждого из элементов, составляющих систему;

— минимального значения среднего времени и средней стоимости обнаружения отказа элемента.

Первой поисковой проверкой этим методом после провер­ки работоспособности системы будет проверка одного из тех элементов, отказы которых проявляются при проверке рабо­тоспособности системы, так как любая поисковая проверка, не охватывающая эти элементы, сразу же будет не эффектив­ной. Например, если при проверке приемистости турбореак­тивного двигателя (проверка работоспособности системы обе­спечения приемистости) наблюдается помпаж, то поиск начи­нают с поисковой проверки ограничителя нарастания давле­ния поскольку это устройство функционально предназначено для обеспечения нормальной дозировки топлива на режимах увеличения оборотов турбины двигателя.

Первая поисковая проверка несколько раскроет неопреде­ленность и увеличит информацию о состоянии системы. Оба возможных результата этой проверки элемента (положитель­ный и отрицательный) называются информационными состоя­ниями системы на этапах поиска. В случае положительного результата поисковой проверки первого по очереди элемента проверяют следующий элемент, очередность которого опреде­ляется из тех соображений, что и первого по очереди элемен­та. В случае, отрицательного результата поисковой проверки первого элемента его заменяют новым, заведомо работоспо­собным элементом (или его ремонтируют, регулируют и т. д.), и проводится повторная, уточняющая проверка работоспособ­ности системы. Если она дает положительный результат, то поиск прекращается, так как система работоспособна. Если же повторная проверка дает отрицательный результат, зна­чит в системе еще имеются отказавшие элементы, и поиск продолжается до их выявления.

Изображая таким образом поисковые проверки всех эле­ментов системы, строят схему последовательного поиска, в которой каждое последующее информационное состояние по­лучается из предыдущего с учетом результатов проверки, на­ходящейся между ними. Типовое звено такой схемы показано на рис. 6.3, где после информационного состояния C*_i сле­дует проверка Пк(х) параметра х, приводящая к состоянию

при положительном результате и к состоянию Ск<— при отрицательном результате.

Из таких звеньев составляются пути поиска, начиная с ис­ходной проверки работоспособности (или первой поисковой проверки) и кончая последним информационным состоянием. Несмотря на то, что такая схема поиска получается довольно сложной, работать по ней, следуя разработанному маршруту проверок, не представляет никакой трудности даже для мало­квалифицированного персонала — Вместе с тем, информация, получаемая после каждой предыдущей проверки, значительно увеличивает вероятность обнаружения отказавшего элемента последующей проверкой.

Как показал опыт, успех поиска по оптимальной схеме, построенной на основании учета перечисленных факто­ров, достигается уже после первых двух-трех поисковых проверок.

Если проверку работоспособности проводить невозможно (например, дви­гатель не запускается) или она связана с угрозой аварии системы, то поиск начинают сразу с проверки того эле­мента, который чаще всего отказывает или на замену которого потребуется наименьшее время (наименьшие трудозатраты). При этом автономные поисковые проверки производятся вне компонов­ки системы.