ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ НАДЕЖНОСТЬ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ

§ 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ

П

од надежностью технических устройств пони­мается их способность сохранять определенные параметры и характеристики, а также выполнять за­данные рабочие функции. При создании новых образцов авиационной техники ее обеспечению всегда уделялось и уделяется большое внимание. Однако, несмотря на •л о, за последнее время вопрос надежности почти во всех областях техники стал научно-технической пробле­мой. Объясняется это следующим.

Во-первых, для современного уровня развития тех­ники характерно значительное расширение круга решае­мых ею задач, усложнение устройств, массовое приме­нение средств электроники и автоматики, создание си­стем с множеством связанных между собой агрегатов п приборов. В качестве примера такой системы можно привести самолет.

Во-вторых; технический прогресс во многих областях техники, и в первую очередь в авиации, связан с жест­кими ограничениями на создание запасов прочности всех видов (механической, электрической и др.), что существенно затрудняет обеспечение возрастающих тре­бований к надежности.

В-третьих, ускорение темпов технического прогресса значительно сокращает сроки, отводимые на разработку новых образцов техники. При этом уменьшаются воз­можности создания и испытаний дополнительных вари­антов образца с целью выяснения надежности.

Кроме того, к середине XX века наука о прочности достигла в своем развитии серьезных успехов и превра­тилась в одну из основных опор инженерной практики в области создания различных устройств авиационной техники, а науки о надежности не было, что явилось не­маловажной причиной трудности разрешения ее проб­лемы. В новых условиях одна теория прочности не мо­жет ответить на все вопросы, стоящие перед создате­лями новой авиационной техники, и в первую очередь на вопросы о том, как «расходуются» запасы прочно­сти, как обеспечить исправность, * работоспособность устройств не только в данный момент, но и в течение длительного времени, т. е. при эксплуатационной нара­ботке и хранении.

Известно, что долгое время надежность была чисто качественным, подразумевающимся, но не поддающим­ся количественному расчету параметром технических устройств. Конструкторы и технологи работали над обес­печением надежности в большинстве случаев вслепую и видели результат своего труда лишь в процессе эксплуа­тации серийной продукции, когда уже поздно что-либо исправить. В ходе разработок конструкторы решали от­дельные частные задачи обеспечения надежности (под­бор деталей, режимов и т. д.), но делали это эмпири­чески, стихийно, не занимаясь научной стороной дан­ной проблемы.

Еще меньше внимания уделялось научной проработ­ке вопросов обеспечения надежности устройств при их эксплуатации.

Середина XX века явилась рубежом, знаменующим резкое увеличение объема научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по вопросам надежности. В СССР, США, Англии и других странах создаются по­стоянные коллективы научных и инженерно-технических работников, специализирующихся на решении задач на­дежности, проводятся национальные ц международные конференции, создаются элементы общей теории надеж­ности и ее приложений к задачам практики. Наиболь­ший размах получают работы по надежности примени­тельно к радиоэлектронике, автоматике, авиационной и ракетной технике. Увеличивается также выпуск техни­ческой литературы, посвященной вопросам надежности. Если к 1953 г. во всем мире таких работ насчитывалось

Менее 1000, а за 1953—1958 гг. было опубликовано бо­лти 1200, то в последующем их выпуск составлял еже — годі го около 1000.

И настоящее время существует несколько направле­нії Гі, но которым идет развитие науки о надежности, а Также развитие средств и методов обеспечения высокой Надежности. Рассмотрим основные из них.

Терминология и перечень основных количественных характеристик надежности даны в приложении (см. в конце книги). .

Техническая надежность. Надежность устройств аанлционной техники во многом определяется при их проектировании, конструировании и изготовлении. Сей­час даже принято говорить о том, что надежность «за­кладывается» в устройство при его изготовлении.

Обязательным условием применения инженерных ме­тодов обеспечения надежности устройств при их созда­нии является разработка теории и методов количествен­ного описания свойства «надежность». Только в этом случае можно сравнивать устройства по их надежности, выявлять зависимость надежности от определяющих ее факторов, проводить нужные расчеты для обеспечения заранее заданной, требуемой надежности.

Техническая надежность — это свойство

различных устройств и систем, а также их узлов и дета­лен сохранять заданные рабочие параметры и выполнять заданные функции в определенных условиях эксплуата­ции ні в течение определенного значения наработки [1].

Известно, что заданные функции устройства выполня­ют не при единственных значениях рабочих параметров и. ч узлов и деталей, а при нахождении этих параметров в пределах определенных областей значений — в поле допусков.

Переход параметра через границу допуска, если до­пуск выбран правильно, приводит к невозможности вы­полнять функции, заданные ранее, и в этом случае мы говорим о появлении неисправностей.

Таким образом, если созданы условия, при которых с увеличением наработки невозможно появление неис-

*

> ч

%

. і

правностей, мы имеем надежное устройство. В против­ном случае, несмотря на соблюдение установленных норм эксплуатации, устройство ненадежно. Необходимо і уметь количественно определить техническую надеж­ность устройства, выявить зависимость степени надеж­ности от величины факторов, действующих и влияющих на надежность, уметь задать требования по надежности и обеспечить ее инженерными средствами.

Возможность появления неисправности зависит от различных факторов: конструктивных, производственных и эксплуатационных. Так, состав и качество материала деталей всякого устройства меняется в определенной степени; не остается неизменным технологический процесс производства, а также условия обслужи­вания и применения устройств. И хотя области измене­ний всех условий, как правило, сравнительно невелики, неблагоприятные сочетания приводят иногда к появле­нию неисправностей. . •

Следует особо отметить, что в большинстве случаев появление неисправностей зависит от невозможности полностью учесть все особенности будущей эксплуата­ции создаваемого устройства.

И все же, несмотря на эти трудности, можно не толь­ко количественно определить техническую надежность устройств, в том числе и вновь создаваемых, но и ис­пользовать математические методы описания надежно­сти в инженерной практике. •

Учет всех причин, влияющих на возможность появ­ления {непоявления) неисправностей, может быть про­изведен статистическими методами. В соответствии с этим надежность любого устройства, его узлов и дета­лей может быть оценена числом — вероятностью исправ­ной работы, т. е. непоявлением неисправностей, а нена­дежность— вероятностью появления неисправностей. При этом в качестве рабочего инструмента при научно­исследовательских и опытно-конструкторских работах используют математический аппарат теории вероятно­стей, математической статистики, теории случайных функций и некоторых других математических дисци­плин.

В настоящее время развитие методов обеспечения технической надежности, т. е. достижения высокой ве­роятности исправной работы устройств в результате

Ю

конструктивно-технических и технологических мер, про­исходит по двум основным направлениям.

При первом — совершенствуются методы и средства получения надежных деталей и конструктивных элемен­тов, из которых затем должны собираться приборы, аг­регаты и другие технические устройства. Главная зада­ча здесь состоит в создании деталей и конструктивных элементов, стабильных (однородных) по срокам исправ­ной работы во всем диапазоне установленных рабочих режимов. .

Основной путь решения такой задачи усматривается и разработке типовых и. стандартизированных деталей и конструктивных элементов (подшипников, сопротивле­ний, конденсаторов, ламп и т. п.), типовых узлов, бло­ков, агрегатов (двигателей, насосов, порциоиеров, реле и т. п.), а также в автоматизированном производстве таких деталей, элементов и устройств. Автоматизация производства означает исключение субъективных ошибок рабочего, исключение брака, ужестчение допусков, а следовательно, резкое повышение однородности всех свойств выпускаемой продукции.

При втором — разрабатываются методы построения высоконадежных устройств из сравнительно малонадеж­ных деталей и конструктивных элементов. Одним из та­ких методов является техническое резервирование, сущ­ность которого состоит в том, что предусматриваются избыточные (резервные) детали, узлы, блоки, вступаю­щие в работу при появлении неисправностей основных, рабочих элементов.

Имеются различные способы резервирования. Основ­ные из них — общее резервирование, предусматриваю­щее однократный или многократный резерв всего рас­сматриваемого устройства (рис. 1.1), и раздельное (рис. 1.2).

Общее и раздельное резервирование может осущест­вляться постоянным подключением резерва или его ав­томатическим введением в работу при появлении неис­правностей (рис. 1.3).

При раздельном резервировании количество резерв­ных элементов [2] для каждого рабочего (основного) эле­мента может быть неодинаковым.

6g —

Є| — Ьг

65

Рис. 1.1. Схема общего резервирования; Лі. Аз. … , /4» — блоки основной (рабочей) системы; Бг и Ві, Б-2 и Bs, . . . bt и Bs — блоки резервных систем

Рис. 1,2. Схема раздельного резервирования:

At. Ац. … , Аі — блоки основной (рабочей) системы; и В, Bs п Bs fis и Вй — резервные блоки

Ль Аз, As — блоки основной (рабочей) системы; £, и В,
Б2 и В2, Бз и 5з — резервные блоки; Пи П3 и Я$ — пере-
ключающие устройства

Кроме указанных основных способов резервирования, существуют и другие способц, например, применение одного резервного элемента (блока) на несколько рабо­чих устройств и др.

Применение резервирования связано с увеличением габаритов, веса и стоимости устройств. Нужно иметь в виду, что в зависимости от условий работы устройства резервирование может оказаться менее выгодным спо — «обом обеспечения надежности, чем повышение надеж­ности деталей или дополнительное обслуживание уст­ройств. Поэтому очень важно рассчитать вьшгрыш в надежности, чтобы сопоставить его с тем, как трудно он достается. Подобные расчеты сделать далеко не просто, так как при резервировании, особенно автоматическом, появляются возможности облегчить режимы работы ре­зерва до его введения в действие, при этом надежность резервных элементов будет отличаться от надежности рабочих в зависимости от наработки. Необходимо так­же учесть надежность переключающих элементов. Эти и другие вопросы составляют сущность теории резерви­рования, которая является частью теории надежности. Главная практическая задача теории резервирования — разработка инженерных методов построения схем резер­вирования, оптимальных для данного вида техники, и методов их физического осуществления.

Эксплуатационная надежность. Под эксплуатацион­ной надежностью понимается свойство технических уст­ройств и деталей сохранять рабочие параметры и харак­теристики при летной эксплуатации, т. е. при их при­менении.

Между эксплуатационной и технической надежностью имеются существенные различия, и это необходимо учи­тывать.

Обеспечение эксплуатационной надежности обуслов­ливает сохранение устройствами авиационной техники рабочих параметров и характеристик только в периоды их применения, а ведь применяются они не непрерыв­но. Это позволяет иметь систему обслуживания, одна из важнейших задач которой состоит в том, чтобы пред­определять возможность появления неисправностей и предупреждать возможность их проявления в полете. В процессе обслуживания используются — средства ре-

монта и профилактики. Ясно, что техническая надеж­ность устройств при этом не повышается, но уменьше­ние вероятности проявления неисправности в по­лете существенно повышает эксплуатационную надеж­ность.

Все виды работ по обслуживанию технических уст­ройств следует разделить на две группы периодических работ.

К первой группе относятся те периодические работы, которые вводятся для поддержания расчетных условий работы деталей и. узлов устройства данного типа. Изве­стно, что в некоторых случаях оказывается технически невозможным обеспечить охлаждение, смазку, кондицио­нирование воздуха и другие условия работы на весь срок службы устройства. Тогда вынужденно вводятся периодические работы по пополнению смазки подшип­ников, просушке изоляции, замене осушителей, щеток и т. п. Такие периодические работы, обеспечивая со­хранение расчетных условий эксплуатации узлов и де­талей устройства, позволяют добиться расчетного изме­нения надежности. Эти периодические работы являются как бы условием получения предусмотренной для дан­ного устройства технической надежности. Невыполнение * таких работ, равно как и их «перевыполнение», снижает надежность. Так, более частая смена смазки не создает условий работы подшипника, отличных от расчетных, а вот вскрытие агрегата для пополнения смазки, рассты­ковки его электрических и кинематических цепей ведет обычно к увеличению вероятности появления неисправ­ности. Снижение надежности может наблюдаться и при необоснованно частой промывке фильтров, замене про­кладок и др. Неправильно назначенные работы по об­служиванию могут привести не к улучшению техниче­ского состояния и прогнозирования неисправностей, а к искусственному введению повреждений и в конечном счете к появлению неисправностей всего устройства.

Ко второй группе относятся периодические работы, цель которых предсказать возможность появления неис­правностей, произвести подстройку или подрегулиров­ку, устранить накопившиеся изменения технического со­стояния или отбраковать устройство для последующего ремонта или. списания. Перечисленные работы при оп-

ргді’леиньїх условиях могут резко увеличить эксплуата­ционную надежность устройств, не изменив их техниче­ской надежности.

С точки зрения технической надежности совершенно безразлично, когда выявлена неисправность: при об­служивании или во время применения. Для повышения жеплуатационной надежности устранение неисправности до этапа применения или своевременная отбраковка не­исправного устройства, замена его исправным и исклю-. чсиие проявления неисправности во время применения имеет большое значение. . • •

Таким образом, введение определенных периодиче­ских работ может серьезно повысить эксплуатационную надежность авиационной техники.

Однако необходимо сразу же предостеречь от огуль­ного введения таких работ. Выполнение работ по об­служиванию авиационной техники требует затрат тру­да и ее простоя в состоянии непригодности к полетам в течение некоторого времени, зависящего от сроков вы­полнения работ. Кроме того, выполнение периодических работ обычно связано с демонтажем цепей, узлов, агре­гатов и последующей проверкой их после выполнения таких работ. Таким обра. зом, имеются предпосылки для снижения технической надежности и нерациональной выработки ресурсов. Поэтому введение малоэффектив­ных (с точки зрения повышения эксплуатационной на­дежности) периодических работ по обслуживанию или излишне частое их выполнение отрицательно влияет на техническую надежность и является вредным.

Все это указывает на необходимость глубоко изу-’ чать пути и методы повышения эксплуатационной на­дежности, количественно оценивать эффективность ра­бот, вводимых для ее обеспечения. ‘