Проблемы мониторинга надежности и летной годности самолетов гражданской авиации в авиакомпаниях

Процесс эксплуатации (использования по назначению) самолетов сопровождается изменениями характеристик надежности как планера, так и функциональных систем. Интенсивность этого изменения, а правильнее сказать - деградации, определяется большим числом факторов, многие из которых прямо связаны с авиакомпанией-эксплуатантом [1]. Здесь следует в первую очередь отметить климатическую зону базирования, протяженность маршрутов, их географическое расположение, уровень организации летной работы и многое другое.

Объективному процессу деградации самолета и его систем при использовании по назначению противостоит процесс технического обслуживания, направленный на восстановление надежности и поддержание летной годности самолетов. Техническое обслуживание, как и использование по назначению самолетов гражданской авиации, строго регламентировано нормативно-техническими документами. Несмотря на это, качество технического обслуживания существенно зависит от эксплуатанта: квалификации и дисциплинированности его инженернотехнического персонала, уровня организации работ, технической оснащенности цехов и лабораторий, своевременность поставок запасных агрегатов и материалов, условий труда при техническом обслуживании (наличие ангаров, доков) и т. п. В связи с этим в авиационных кругах все чаще поднимается вопрос о необходимости мониторинга надежности экземпляров самолетов в авиакомпании. Острота этого вопроса возрастает по мере внедрения в практику стратегий технической эксплуатации изделий авиационной техники по фактическому техническому состоянию взамен стратегии эксплуатации по наработке.

При стратегии эксплуатации по наработке периодичности, объемы работ на агрегатах самолета либо их замены выполняются вне зависимости от состояния по наработке определенного числа летных часов, посадок, циклов или месяцев службы. При стратегиях эксплуатации по состоянию объемы работ на агрегатах либо их замены определяются по результатам контроля их технического состояния или контроля уровня надежности.

Выполнение мониторинга надежности систем самолетов - на первый взгляд, задача не столько сложная, сколько трудоемкая. Непременным условием выполнения мониторинга является наличие в авиакомпании достаточного объема достоверной статистической информации об отказах, неисправностях и наработках агрегатов и комплектующих изделий самолетов. Такую информацию может иметь авиакомпания, эксплуатирующая 15 и более самолетов одного типа в течение пяти и более лет.

Процедура оценки надежности функциональных систем самолета включает следующие известные из теории надежности [2] операции:

• -    построение зависимости вероятностей ^ . ( t ) их безотказной работы от наработки t по известным статистическим данным об отказах и наработках агрегатов;

• -    построение эквивалентной схемы последовательных и параллельных соединений агрегатов с учетом влияния их отказов на работу системы по схеме функциональной системы;

• -    преобразование эквивалентной схемы в расчетную;

• -    выборка наработки t. агрегатов функциональной системы рассматриваемого экземпляра самолета из статистических материалов авиакомпании;

• -    определение соответствующих значений вероятно-стей р . ( t ) безотказной работы из графиков р . ( t ) по известным наработкам t . агрегатов и занесение их в расчетную схему;

• -    расчет вероятности Р безотказной работы функциональной системы в соответствии со схемой последовательного и параллельного соединения агрегатов по значениям р . .

Полученное значение вероятности безотказной работы Р не является самоцелью. Оценка надежности самолета в целом и его функциональных систем должны выполнятся в сравнении с нормативными значениями. Они определены в нормах летной годности самолетов (НЛГС) [3] в виде вероятности отказа за 1 ч полета, значение которой зависит от тяжести последствий отказа. Так, отказы, приводящие к катастрофической ситуации, допускаются с вероятностью на 1 ч полета не более 10 ⁷ , аварийной ситуации - 10 ⁶ , сложной ситуации - 10 ⁴ .

Рассматриваемое значение вероятности Р безотказной работы систем экземпляра самолета определено при различных значениях времени t наработки агрегатов и комплектующих изделий. В связи с этим естествен вопрос о возможности приведения этих вероятностей р. ( t ) к 1 ч наработки и затем расчета вероятности отказа системы на 1 ч работы для сопоставления с требованиями НЛГС. Нами на тестовых задачах выполнена проверка правомерности такого подхода.

Цля схемы последовательного соединения п элементов (рис. 1), вероятность безотказной работы которых, определенная на интервале времени Т , одинакова и равна Р . Вероятность отказа q = 1 - р .В данном случае вероят-

Рис. 1. Схема последовательного соединения элементов

Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М. Ф. Решетнева

ность безотказной работы Р системы будет Р =р" и, соответственно, вероятность 2 =1 - р" . Тогда вероятность отказа системы в течение 1 ч составит

При втором способе приведем решение к 1 ч полета:

Q 1 - р ^п

TT

1 — (1 — q ) )

T

тогда

q 1 = q^Q / =1 L

T

n

,

Теперь определим вероятность 2 / отказа системы, приводя к 1 ч работы вероятности отказов элементов си

стемы:

/ q q 1 = —^, Т

р ^zi = 1 - q ^zi = 1 - L и

Р / = р n =^ 1 - L ) , откуда

( х n

1 - L ) .

Для сопоставления результатов найдем отношение

Q i = -А- .

¹ L n - 1

Рис. 3. Схема параллельного соединения элементов

вероятностей отказа системы:

Q = — =

1 Q ₁

^{1 - ( 1 -} q ) n

T

.

Численный анализ этого выражения дал возможность установить независимость Q 1 от Ти ее возрастание по n (рис. 2).

Рис. 2. Зависимость оценки вероятности безотказной работы системы с параллельным соединением от числа элементов при различных способах приведения решения к часу полета

Таким образом, при наработке агрегатов и комплектующих изделий функциональной системы, равной 5 00010 000 ч, b трех-, четырехкратном резервировании агрегатов, свойственном системам самолета, ошибка в приведении вероятности отказа к часу полета, может увеличиваться на 5...9 порядков. В связи с этим результаты расчета надежности систем, выполненные по фактическим наработкам агрегатов экземпляра самолета, в настоящее время остаются без критериальных оценок.

Расчеты надежности систем самолетов с определением оценок надежности агрегатов и комплектующих изделий по статистическим материалам авиакомпании могут быть выполнены при задании одинаковой наработки всем агрегатам систем. В этом случае оценки вероятностей отказов могут быть приведены к 1 ч полета и сопоставлены с требованиями НЛГС. Но это будут усредненные оценки надежности систем парка самолетов авиакомпании, которые, безусловно, имеют самостоятельную ценность, но не являются мониторингом надежности экземпляра.

Рассмотрим ту же задачу применительно к схеме параллельного соединения элементов в систему (рис. 3).

При первом способе

Q 1 = q n