ФОРМИРОВАНИЕ ЦЕЛЕВЫХ РАБОТ ТОиР И ПЕРИОДИЧНОСТИ ИХ ВЫПОЛНЕНИЯ ДЛЯ ИЗДЕЛИЙ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ
Формирование объемов и периодичностей выполнения работ ТОиР на ВС, его системах, изделиях и оборудовании является одним из основных этапов формирования системы ТОиР, определяющих технологии и организацию процессов технической эксплуатации ВС по обеспечению исправности и готовности к использованию по назначению. Решение этих задач только с позиций математической теории надежности не обеспечивает целенаправленный отбор видов работ и формирование периодичности их выполнения с учетом действующих в ГА ограничений на безопасность полетов. Содержание работ ТОиР и периодичность их выполнения в каждом конкретном случае и для конкретного изделия определяются множеством эксплуатационных факторов (глава 3) и ограничениями на их количественные характеристики, поэтому ниже рассматриваются только общие проблемы выбора объемов и периодичности работ ТОиР изделий АТ с единых методических позиций и с учетом отечественной и зарубежной практики.
Общий объем работ ТОиР ВС формируется из работ ТОиР планера, его систем, изделий и оборудования, включающих работы, связанные с их технологическим обслуживанием, методами эксплуатации и стратегиями восстановления на основе формирования потребности элементов в этих работах и их классификации (глава 2). Соответствие видов работ ТОиР указанной классификации действующих в системе ТОиР ограничений приводится в табл. 5.3. Работы, соответствующие технологическому обслуживанию ВС, не связаны с изменением его технического состояния, а обусловлены конструктивными особенностями элементов ВС и условиями их эксплуатации, которые определяют содержание этих работ и периодичность выполнения с целью обеспечения функционального использования ВС по назначению. Выбор состава и периодичности выполнения работ технологического обслуживания не требует методических разработок и производится адаптивными методами по результатам разработки, испытаний и эксплуатации изделий в реальных условиях и на основе соответствующих результатов эксплуатации аналогов изделий.
Работы, соответствующие методу эксплуатации, не изменяют техническое состояние изделий, а обусловлены необходимостью контроля их предельных состояний и действующими ограничениями на фактическое состояние ВС при отправке его в очередной полет. Выполнение работ по контролю состояния восстанавливает информацию о фактическом состоянии контролируемого объекта, поэтому задача ставится таким образом, чтобы при заданных ограничениях, с требуемой регулярностью поступала достоверная информация о фактическом состоянии объекта контроля. Критерий предельного состояния каждого изделия определяется при выборе метода эксплуатации, а содержание работ по контролю состояния определяется этим критерием, возможными отказами и неисправностями изделия в эксплуатации и закономерностями их появления в различных условиях эксплуатации, а также контролепригодностью изделия и ВС в целом. Работы по контролю состояния формируются на основе полного перечня видов отказов и неисправностей изделия и выполняются с целью выявления внезапных отказов и контроля количественных характеристик критерия предельного состояния. Выбор критерия предельного состояния производится по схеме (рис. 5.2). Из полного перечня отказов изделия методами инженерного анализа выделяются независимые виды отказов и по каждому виду отказов, в соответствии со схемой, определяется вид предельного состояния, допускаемое значение контролируемого параметра, остаточный ресурс и, соответственно, периодичность контроля (раздел 5.1).
Таблица 5.3 Распределение видов работ по признакам классификации
|
Работы, соответствующие стратегии восстановления, обеспечивают разрежение потока отказов и неисправностей и устраняют последствия отказов восстановлением технического состояния изделий.
Эти работы формируются на основе полного перечня видов отказов, где каждому 1-му виду отказа (неисправности) ставится в соответствие работа по предупреждению отказа или восстановлению состояния изделия в зависимости от принятой стратегии восстановления (раздел 5.2), причем плановая работа по поддержанию надежности возможна только для постепенно развивающихся неисправностей в 1-й вид отказа, а для внезапных отказов вводится неплановая работа по восстановлению.
Однако все изделия АТ размещены в планере ВС и режимы ТОиР планера будут определять и режимы ТОиР систем, изделий и оборудования ВС в целом. Капитальный ремонт планера ВС лишает смысла эксплуатацию по ТЭС изделий и оборудования в связи с их демонтажом и связанными с этим дальнейшими действиями по их восстановлению.
Отмена капитального ремонта планера и соответственно ВС в целом обеспечивает эффективное применение прогрессивных методов эксплуатации и стратегий восстановления изделий, что подтверждает и зарубежный опыт.
Рассмотрим условия эксплуатации планера ВС без межремонтного ресурса.
5.3.1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПЛАНЕРА ВС БЕЗ МЕЖРЕМОНТНОГО РЕСУРСА
Планер ВС определяет особенности конструкции и межремонтные ресурсы ВС в целом. Существующие объемы работ по ремонту планера составляют 20- 25% общего объема работ, выполняемых при ремонте ВС. Технология ремонта планера обуславливает демонтаж изделий и оборудования с ВС, который препятствует внедрению прогрессивных методов эксплуатации этих изделий без фиксированных ресурсов. Поэтому решение задачи эксплуатации планера ВС без межремонтных ресурсов определяет и решение задачи совершенствования ТОиР ВС в целом.
Установление ресурсов планеру базируется на последовательной модели надежности, характеризующейся постепенным накоплением и развитием неисправностей в зависимости от наработки, причем эта зависимость может быть выражена функционально или стохастически. Ремонт планера восстанавливает его летную годность при отработке назначенного ресурса, а летная годность планера определяет его способность сохранять аэродинамические качества и выдерживать без повреждения нагрузки, действующие на ВС в процессе эксплуатации в реальных условиях. Появляющиеся в процессе эксплуатации неисправности планера могут быть разделены на определенные группы (раздел 3.1). Межремонтный ресурс определяют такие виды неисправностей, как трещины, деформации и разрушения от повторяющихся нагрузок, механический износ и ослабление соединений. Развитие коррозии, потеря физических свойств материалов и разрушение лакокрасочных покрытий определяют срок службы, а другие виды неисправностей являются случайными по появлению и мгновенными по физической сущности процессов.
При ремонте планера ВС выполняются такие виды целевых работ, как контроль состояния и восстановление надежности. Целевые работы по контролю состояния обеспечивают определение годности планера и его элементов для дальнейшей эксплуатации, однако их выполнение не изменяет технического состояния и не восстанавливает ресурс. Целевые работы по восстановлению надежности по своему назначению полностью соответствуют задачам ремонта. Эти работы обеспечивают свойство планера сохранять в пределах назначенного ресурса значения всех параметров, характеризующих его способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях эксплуатации ВС. Кроме целевых при ремонте планера выполняются и вспомогательные работы,
обеспечивающие реализацию заданных технологических процессов на этапах ремонта (приемка, разборка, смывка лакокрасочных покрытий, комплектация, сборка, испытания, контроль качества). Объемы вспомогательных работ определяются уровнем ремонтной технологичности конструкции планера, объемами и технологией выполнения целевых работ.
Целевые ресурсные работы при ремонте планера составляют 15-20% общего объема ремонта планера. При этом 80-90% целевых работ составляют работы по контролю состояния, связанные с усталостными повреждениями, которые определяют до 90% всех неисправностей планера. Таким образом, межремонтный ресурс планера обосновывается необходимостью выполнения 3-5% работ по восстановлению надежности и 12-15% работ по контролю состояния от общего объема всех видов работ при ремонте планера (табл. 4.3).
Планеру в целом устанавливается назначенный ресурс, при отработке которого для отдельных элементов конструкции могут устанавливаться ограничения по наработке, при которых данный элемент должен быть заменен, доработан или проконтролирован. Отработка назначенного ресурса обеспечивается применением следующих принципов проектирования элементов планера: безопасного ресурса, безопасного повреждения и конструктивного.
По конструктивному исполнению элементы планера могут быть разделены на:
■ механические системы, подвижные соединения и несиловые детали конструкции;
■ конструктивные силовые агрегаты и неподвижные силовые соединения;
■ моноблочные силовые детали.
Проектирование по принципу безопасного повреждения предполагает обеспечение безотказности планера за счет повышенной живучести элементов конструкции при повреждении и за счет резервирования их при разрушении. Проектирование по конструктивному принципу предполагает, что повреждение и разрушение малоответственных элементов планера не влияет на безопасность и регулярность полетов. Эти принципы проектирования применяются для механических систем, подвижных соединений и несиловых деталей, которые не определяют межремонтный ресурс планера, поскольку не влияют на работоспособность планера в целом и устраняются по мере их появления. Следовательно, межремонтный ресурс обусловлен применением принципа безопасного ресурса для конструктивных силовых агрегатов, неподвижных силовых соединений и моноблочных силовых деталей. Безопасный межремонтный ресурс т по результатам испытаний устанавливается таким образом, чтобы вероятность отказа Р,{х) 1-х элементов конструкции при отработке ресурса всеми ВС парка не превысила заданной нормативной величины Р1Н (раздел 5.1).
Функция распределения F(t) времени появления усталостных повреждений в элементах конструкции планера соответствует, как правило, логарифмически — нормальному закону распределения или распределению Вейбулла. Смысл коэффициентов надежности Л і — Л 4 (раздел 5.1) и правила их выбора для расчета безопасного ресурса определены НЛГ таким образом, чтобы безопасный ресурс обеспечивался без проведения в эксплуатации дополнительных работ по кон — 214
тролю состояния. Поэтому выполнение в процессе регулярной эксплуатации ВС большого объема работ по контролю состояния элементов планера с введением межремонтного ресурса и полной разборкой планера при ремонте имеет целью не решение задач ремонта, а обоснование и подтверждение ресурсов элементов, которые в полном объеме должны быть выполнены на этапе испытаний.
Ограничение по наработке для элементов конструкции (ЭСК) с безопасным повреждением допустимо рассматривать как результат испытаний на надежность с ограниченным числом неисправностей по плану [N|Mn], а с учетом распространения испытаний на эксплуатацию — по плану [NMT], где Ni и N — число испытываемых образцов, М — число данных элементов в эксплуатации на ВС парка соответственно (планы испытаний по ГОСТ 27.002).
Тогда межремонтный ресурс /-го ЭСК определяется из выражения
ОО
xi=ppi(x)dx> (5-32)
0
где 0 < р < 1;
Р,(х) — функция надежности.
Для распределения Вейбулла коэффициент р равен:
Р = л/-1п(і-?)/Кр;
*р=Г(і + Д), (5-33)
где q — заданная вероятность появления повреждения элемента;
а, Р — параметры распределения Вейбулла.
Межремонтный ресурс т обоснован, если при ремонте производится доработка элемента с полным восстановлением начального ресурса.
Установление назначенного ресурса для элементов планера, определяющих безопасность полетов, связано с ответственностью поставщика (а) за качество проектирования, испытаний и изготовления, а также ответственностью эксплуатанта (Р) за качество эксплуатации, причем, вероятность появления в эксплуатации отказавших элементов равна (1-а) и Р соответственно. При недопустимости появления в эксплуатации отказа элементов точечная оценка риска поставщика будет исчисляться следующим образом [43]:
а = !-/>(<?), (5.34)
при доверительных границах:
«1 =1-‘p(?i);
a2=l-P(q2),
где q, <71, q2 — точечная оценка, верхняя и нижняя границы среднего уровня входного качества элементов в эксплуатации соответственно.
Оперативная характеристика плана ресурсных испытаний P(q) при q«0,1% определяется как
(5-35)
а количество испытанных элементов при Р=0,05 будет
N>3/q.
Для существующих нормативов появления в эксплуатации ВС особых ситуаций в полете из-за функциональных отказов требования к обоснованию безопасного ресурса для элементов планера являются очень жесткими и риск поставщика, согласно выражениям (5.32) — (5.34), определяется качеством проектирования, испытаний и изготовления. Не обеспечивая требуемых качеств проектирования и изготовления, поставщик расширяет объем испытаний, перенося их на этапы регулярной эксплуатации посредством введения периодического контроля элементов конструкции, выполняемого эксплуатантом. Это соответствует контролю качества элементов на всем парке ВС по плану [NMT], причем Т — есть наработка парка ВС за межконтрольный интервал, суммируемая по интервалам контроля нарастающим итогом с начала эксплуатации. Такой объем испытаний обеспечивает условия (5.35), (5.36) и корректировку коэффициентов г), — т)4 для поэтапного увеличения назначенного ресурса элементов конструкции и планера в целом.
Для эксплуатанта проведение целевых работ по контролю состояния элементов конструкции планера в эксплуатации оправдано только в случае изменения условий летной эксплуатации ВС или условий поддержания и восстановления надежности (например, проведением доработок по результатам контроля, а не при фиксированной наработке ВС), так как таким контролем эксплуатант компенсирует увеличение своего риска р из-за эксплуатации ВС в нерасчетных условиях. Контроль состояния элементов планера обоснован также при поэтапном увеличении назначенного ресурса ВС, если по согласованию поставщика и эксплуатанта результаты контроля входят в план испытаний. Однако во всех указанных вариантах установление межремонтного ресурса планеру в целом не требуется, а контроль его элементов целесообразно проводить только на группе ВС, эксплуатирующихся в наиболее тяжелых условиях, что позволяет обеспечивать требуемые уровни достоверности оценки качества.
Изложенные подходы к эксплуатации планера ВС без межремонтного ресурса обеспечивают независимое от планера и ВС в целом формирование объемов и периодичности целевых работ по ТОиР изделий АТ.
5.3.2. ПЕРИОДИЧНОСТЬ ВЫПОЛНЕНИЯ ЦЕЛЕВЫХ РАБОТ НА ФОРМАХ ТОиР ИЗДЕЛИЙ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ
В расчетах принимаются максимально допустимые из условий обеспечения безопасности и регулярности эксплуатации ВС периодичности целевых работ ТОиР изделий АТ. Полученные результаты могут быть скорректированы в сторону уменьшения по технологическим, организационным или другим причинам.
При расчетах периодичности каждой работы ТО принимаются следующие условия.
Безотказность изделий в эксплуатации должна обеспечиваться на уровне требований, принятых (заявленных) при сертификации ВС.
Вероятность отказа изделия в целом (FJ определяется суммированием параллельных независимых видов отказов его элементов
(5.37)
1=1
где п — количество видов отказов в изделии;
F,(t) — функция распределения /-го вида отказов.
Вычисление вероятностей каждого вида отказа изделия производится на время, равное продолжительности типового полета ВС.
Распределение безотказности изделия между его элементами производится по действующим требованиям НПГ и методов их подтверждения.
Вид и параметры функции распределения времени безотказной работы P,(t) определяются по действующим стандартам и методикам.
Безотказность серийных изделий, находящихся в эксплуатации, определяется по действующим положениям.
Выполнение работ по осмотру и контролю состояния не влияет на изменение интенсивности видов отказов а изменяет значение вероятности безотказной работы Pj(t) элемента непосредственно после момента контроля. Характер изменения Pj(t) после контроля по-прежнему определяется ‘ki(t).
Выполнение работ по технологическому обслуживанию обеспечивает разрежение потока отказов при любом законе распределения.
Выполнение целевых работ по поддержанию и восстановлению надежности обеспечивает восстановление безотказности изделия до начального состояния.
Состав и периодичность выполнения регламентных работ на ВС в зависимости от того, какое влияние они могут оказать на безопасность полетов, определяются следующими условиями:
■ необходимым — обеспечение безопасности полетов;
■ достаточным — экономическая эффективность технической эксплуатации.
Работы технологического обслуживания не связаны с изменением технического состояния ВС (соответственно и с безопасностью полетов), обусловлены конструктивными особенностями типа ВС и условиями его эксплуатации, которые и определяют содержание и периодичность выполнения этих работ в целях обеспечения функционального использования ВС.
Работы по контролю состояния обусловлены ограничениями по безопасности полетов, определяющими вероятность отправки неисправного ВС в рейс или действия экипажа при появлении функционального отказа в полете. Выполнение регламентных работ по контролю состояния восстанавливает информацию о фактическом состоянии контролируемого объекта, что обеспечивает заданную вероятность отправки в рейс исправного ВС, а действия экипажа по контролю состояния в полете не входят в состав регламентных работ.
Периодичность регламентных работ по контролю состояния полностью определяется характером отказа (внезапный или постепенный), тем, как его воспринимает экипаж (открытый или скрытый), а также влиянием на безопасность полетов и рассчитывается на основе следующих положений, сформулированных и апробированных автором в реальных процессах формирования режимов ТОиР различных типов ВС ГА.