Вопросы методологии индивидуального продления ресурсов агрегатам воздушных судов гражданской авиации

В настоящее время в гражданской авиации (ГА) России широко распространена практика эксплуатации воздушных судов (ВС) с индивидуально продленными ресурсами и сроками службы. В рамках данной статьи рассматриваются методологические вопросы эксплуатации на продленных ресурсах ВС Ту-134А на примере парка, состоящего из 4 воздушных судов Ту-134А, одной из сибирских авиакомпаний.

В соответствии с приказом МГА № 139 от 27.0783 «Об установлении самолетам Ту-134А межремонтного ресурса (срока службы)» для ВС Ту-134А устанавливается межремонтный ресурс, равный 6 000 летным часам (л. ч) на 4 000 полетов в течение 4,5 лет. Однако на основании решения ЦПЛГ ГВС и ТР ГА ГСГА МТ РФ № 24.9-113 от 20.12.2002 «Об установлении самолетам Ту-134А, Б, эксплуатирующихся на предприятиях РФ межремонтного ресурса (срока службы)» этот ресурс может быть индивидуально продлен до 8 000 л. ч на 4 000 полетов в течении 9 лет. При этом агрегаты и узлы, входящие в Перечень агрегатов и комплектующих изделий с ограниченным ресурсом для самолетов Ту-134 всех модификаций, утвержденный МАП-МГА 29.12.85-13.02.86, эксплуатируются согласно установленным в нем ресурсам и срокам службы. Так, например, один из основных агрегатов топливной системы ВС ТУ-134А - электроцентробежный насос перекачки топлива ЭЦН-91С (12 агрегатов на самолет) - может эксплуатироваться с межремонтным ресурсом 6 000 л. ч в течение 4,5 лет. При проведении работ по продлению межремонтного ресурса (срока службы) самолета свыше 6 000 л. ч (4,5 лет) насосы ЭЦН-91С, прошедшие ремонт вместе с самолетом и имеющие наработку ППР 6 000 л. ч (4,5 года), подлежат снятию и отправке в ремонт, либо замене на самолеты имеющие остаток межремонтного ресурса. Как показывает практика эксплуатации ВС ТУ-134А, замена насосов ЭЦН-91С в результате отказа агрегата в межремонтный период эксплуатации самолета маловероятна (в описываемом парке ВС за период 2000-2004 гг. насосы ЭЦН-91С по дефекту не снимались). Возникает вопрос о возможном продлении ресурса эксплуатации насосов ЭЦН-91С. Календарный срок службы в данном случае не рассматривается, так как основной причиной выхода из строя насосов ЭЦН-91С по календарному сроку службы является коррозия элементов качающего узла, возникающая при нарушении правил хранения самолета (хранение самолета с незаправленными или заправленными не полностью баками кессонами). Если же в течение межремонтного срока службы самолет на хранение не устанавливается, дефекты такого рода не проявляются.

Особенностью учета наработки насосов ЭЦН-91С при их установке на самолет Ту-134А является то, что с момента установки агрегата его наработка считается по наработке планера. (Например, если самолет выполнил рейс продолжительностью N ч, тогда всем агрегатам, установленным на самолете, к предыдущей наработке прибавляется N ч). Но работа автоматики выработки топлива предусматривает включение-выключение насосов перекачки топлива согласно программе расхода, т. е. фактическое время работы насоса может быть меньше либо равным наработке самолета за рейс, а учитываемая наработка насоса устанавливается строго равной наработке самолета.

Таким образом, задачу по определению возможности эксплуатации насосов ЭЦН-91С с продленным ресурсов можно разделить на следующие этапы:

• 1.    Определение среднего фактического времени работы за рейс каждого насоса ЭЦН-91С в зависимости от места установки насоса.

• 2.    Определение коэффициентов k_ip =---- загружен " N _сам

• 3.    Периодическая стендовая проверка насоса на соответствие его НТП. В качестве НТП в данном случае выборочно берется ряд эксплуатационно важных параметров насоса, установленных в Технологических указаниях РЗГА № 412 по ремонту электродвигателя МП=100С ТРА МП100С-3с/72-14 134 Ту-2217 и Технологических указаниях РЗГА № 412 по ремонту насоса ЭНЦ-91С ТРА-ЭНЦ-91С / 61-02 134 Ту-2356 и контроллепригодных в условиях эксплуатации.

• 4.    Учет параметров по результатам стендовой проверки (согласно п. 3) по каждому насосу индивидуально и раздельно по каждому параметру; внесение графиков в паспорт насоса. При этом наработка насоса определя-

• ется с учетом коэффициентов к..

• 5.    Обработка параметров с использованием известных методов аппроксимации.

• 6.    Приведение кривых к единообразному виду с по

  
  

  I -

  
  

• 7.    Определение прогнозируемого значения параметра.

• 8.    При следующем пехническом обслуживании (ТО) повторить работы пп. 3...7. При этом полученный согласно п. 3 параметр сравнить с параметром, полученным при предыдущем ТО по п. 7, и прогнозируемым значением параметра.

• 9.    Вычислить погрешность 8 = П _ф . - П _а_ , где П _ф . -фактическое значение параметра при / -м ТО; П _п - прогнозируемое значение параметра при (/ -1)-м ТО; отно_с 3 сительная ошибка е =--- .

• 10.    Работу продолжать до достижения предельного по нормам технических параметров (НТП) значения какого-либо параметра П . Если при наработке самолета ППР 6 000 л. ч все параметры не выходят за допуски НТП, то результаты данной работы можно использовать при составлении документации для разработки программы индивидуального продления ресурсов насосам ЭЦН-91С в зависимости от места их установки.

,    N Ф

ности насосов, где N _ф . - среднее фактическое время работы i -го насоса за рейс; N _;ам - наработка самолета за рейс.

мощью коэффициентов А ,_р , устанавливающих разницу условия работы насосов.

п ф

Упрощенно работа топливной системы осуществляется следующим образом.

Баки № 1 и 1а сообщаются между собой трубопроводами, топливо из баков № 1а самотеком поступает в баки № 1. Сообщения между левыми и правыми баками нет. Перекрестное питание двигателей осуществляется через кран кольцевания. При закрытом кране кольцевания от левых баков топливо подается к левому двигателю Д-30 и ВСУ ТА-8, от правых баков - к правому двигателю Д-30.

Выработка топлива производится из расходных отсеков баков № 1 (левый) и № 1 (правый), где установлены по два насоса ЭЦН-45С, подающих топливо к двигателям. Насосы ЭЦН-45С имеют номера № 1 (левый и правый) и № 2 (левый и правый).

В расходные отсеки топливо подается с помощью 12 насосов ЭЦН-91С, по 6 на плоскость, попарно расположенных в баках № 1,2 и 3. Постоянный уровень топли- ва в расходном отсеке поддерживается с помощью поплавковых клапанов перекачки, которые закрываются при достижении требуемого уровня топлива в расходном отсеке. Другого сообщения между баками-кессонами нет. Подача топлива из баков № 2 и 3 в расходный отсек осуществляется только по трубопроводам насосов ЭЦН-91С. Обратные клапаны, расположенные за насосом, предотвращают перетекание топлива через насос в бак в случае отказа одного из насосов. Порядок расхода топлива представлен в табл. 1.

Простейшая графическая схема выработки топлива показана на рисунке, где обозначены интервалы работы насосов групп баков в функции массы топлива.

Согласно этой схеме очевидно, что насосы баков № 2 и 3 работают фактически значительно меньше времени, чем насосы баков № 1. Ресурс же определяют одинаковым для всех насосов ЭЦН-91С вне зависимости от той или иной группы баков. Отсюда можно высказать предположение, что насосы ЭЦН-91С баков № 2 и 3 принимаются в ремонт, не достигнув той же степени износа, что насосы баков № 1. Для того чтобы определить фактическое время работы насосов перекачки каждой групп баков, необходимо учитывать тот факт, что расход топлива из баков определяется расходом топлива двигателей самолета, что в свою очередь зависит от серии двигателя Д-30 (II или III серии), а также от режима работы и высоты полета. Наиболее часто на самолетах устанавливаются двигатели Д-30 II серии, поэтому методику расчета будем строить из предположения, что на самолете установлены двигатели этой серии.

Рейсовый полет включает следующие этапы: взлет (2 мин), набор высоты (25 мин), крейсерский полет на эшелоне, снижение и посадка (20 мин). Поскольку при снижении и посадке режим работы двигателей изменяется от ПМГ до режима максимальной обратной тяги, режим работы двигателей на снижении по расходу топлива условно примем равным крейсерскому, т. е. 0,7 N (табл. 2). Следует учитывать, что на самолете Ту-134А установлены 2 двигателя, поэтому значения расходов топлива на самолете следует удваивать.

Расход топлива двигателей Д-ЗО11

Порядок работы топливных насосов

Таблица 1

Работа топливной автоматики	Остаток топлива			Остаток топлива на самолете
	Бак № 1 и1а	Бак № 2	Бак № 3
Включение I очереди	2x4530	2x1750	2x920	14400
Включение IIA очереди	2x4530	2x1750	2x320	13200
Включение I очереди	2x4430	2x1750	0	12360
Включение III очереди	2x2580	2x1750	0	8660
Включение III очереди	2x1200	0	0	2400

	f 1
		1           1                  Г ■ 1    ,       1 НАСОСИ	БАРОВ М2 БАКоьН!
1 . ...                  1
1	г -4-----1----1-----•—	. .г .1 •...	----------Г

0 loeo moo 5ооо             8боо И’®*      И^° ^о И^оо                _м

ТОПА (КГ

Схема выработки топлива

Таблица 2

Режим работы	Высота полета	Обозначение	Расход топлива, кг/ч
Взлетный	0	С 1ВЗЛ	2*4215=8430
Номинальный	0	C tN0	2*2925=5850
Номинальный	11000 м	C tNll	2*1435=2870
0.7 номинального	11000 м	C t0.7N	2*1000=2000

Поскольку фактическая масса топлива в полете может изменяться в пределах 14 400.. .2 400 кг (от полной заправки до аварийного остатка топлива), найдем Q _s = 14 400 2 400 12 000 кг

В любой i -й промежуток времени остаток топлива на самолете определяется по формуле

M i — м у - Q i ,                 (1)

где M у = 14 400 кг полная заправка или с учетом руления (400 кг):

Q i—‘ S C t ( t ) dt ,                       (2)

При этом важно определить моменты времени при сле дующих условиях:

• -    при остатке топлива М ₂ = 12 360 кг (момент выключения насосов баков № 3) ( 1 ₂ );

• -    при остатке топлива М ₁ = 12 560 кг (момент времени, когда насосы баков № 3 начинают работать «всухую», т. е. без топлива (см. табл. 1) ( 1 ₁ );

• -    при остатке топлива М ₃ = 8 660 кг (момент включения насосов баков № 2) (t ₃ );

• -    при остатке топлива М ₍ = 2 400 кг (конец полета и выключение всех насосов) ( 1 ₄ ).

Для упрощения расчетов будем считать линию 2-3 прямой. Определим остаток топлива для этапов полета взлет и набор высоты:

- остаток топлива после взлета м _ — му- Cte63

■ t _e3i — 14 400-8 430■ 2/60 = 13 719 кг

(с учетом руления);

• -    остаток топлива после набора высоты

М = М - C^{tN 11 +} C^{tN 0} ■ t ' i - t ⁶³" = ЭШ       63"

2       60

2 870 + 5 850 25

= 14119--2--60 = 11902 кг (с учетом руления).

Отсюда видно, что отключение насосов баков № 3

происходит еще на этапе набора высоты. Следовательно, моменты 12 и 11 определяются по формулам

Мi — М63" - CN0+CtNш ■ t -t,(3)

CC

Cti = CtN 0-----------(t'i - U).(4)

ЭШ v6"n

Таким образом, подставив (4) в (3), получим:

M i = М 63" -

C tN 0 ⁽ t ' i ^- t 63" ) + ⁽ C tN 0 ⁺ C tN 11 ) ■ ⁽ t ' i ^- t 63" ) 2

, (5)

120 ■ ( t эш - 1 63" )

или м _n71q 5 850(t‘i -163") 2 980■ (tv -t_)2

13 /19                +                 , i                  60             120■25

M i —13 719 - 97,5 ■ ( t _v - 1 63" ) + 0,9933 ■ ( Ц - t^ ) ² . (6)

Подставляя в (6) значения м ₁ и М ₂ , получим 1 ₁ = 16 мин, 1 ₂ = 19 мин.

Однако если учесть время, необходимое для запуска двигателей и руления 1р (около 20 мин), и количество топлива (= 400 кг) 1 ф1 = 1р +11 = 36 мин, 1ф2 = 1р +12 = 39 мин, то получим, что около 3 мин насосы №3,4 работают без топлива, что составляет около 0,08 всего времени работы насосов. Поскольку работа без топлива отрицательно сказывается на деталях насоса, то изнашиваться он будет быстрее, т. е. помимо коэффициента загруженности для насосов, установленных в баках № 3, нужно ввести коэф фициент Л , учитывающий неблагоприятные условия работы. Он определяется эмпирически путем при сравнении параметров насосов № 3 и 1,2.

Включение и выключение насосов баков № 2 (III очереди) происходит на участке 4...5 (см. рис. 1),т. е. 1. опре деляется по выражению

^М i ^{— М} ЭШ ^- C t 0,7 N ⁽ t ' i ^{- t} эш ) ^,

тогда

М -

ЭШ

t i —

М i  .

--- + tЭШ , t0,7N

- М i

Подставив в

t, ■ — t + 1 + ^{М эш} фг p эш                   .

C t 0,7 N

• (8)    значения М ₃ и М ₄ , получим 1 ф₃

  (8) = 144 мин,

  
  

1 _ф4 = 332 мин. Таким образом, время работы насосов баков № 1 1 _1Б = 1 ф₄ = 332 мин; время работы насосов баков № 2 1 _2Б = 1 ф₄ - 1 ф₃ = 188 мин; время работы насосов баков № 3 (из них без топлива 3 мин) 1 _3Б = 1 ф₂ = 39 мин.

Коэффициент загруженности насосов k i — —: k 1 — 1 , t 1 Б

• k.    — т|8 — 0,57 , k ₃ — — — 0,12 .

• ² 332          ³ 332

Другими словами, фактическая наработка насосов баков № 1 соответствует учитываемой, для баков 2 составляет 57 % учитываемой, а для баков № 3 - только 12 % учитываемой.

Полученные значения могут быть приняты только как исходные данные для определения фактической наработ ки при построении кривых изменения параметров, поскольку в реальной эксплуатации такой диапазон изменения количества топлива на борту ВС не всегда реализуется. Для получения доказательных данных по определению возможности эксплуатации насосов ЭЦН-91С на продленных ресурсах необходимо выделить несколько групп насосов:

• - А - насос I категории либо ремонтные насосы, имеющие наработку СНЭ не более 25 % назначенного ресурса и количество ремонтов не более 25 % от допускаемого;

• -    В - ремонтные насосы, имеющие наработку СНЭ и количество ремонтов в диапазоне 26.. .75 % от назначенного ресурса;

• -    С -ремонтные насосы, имеющие наработку СНЭ и количество ремонтов 76 % и более от назначенного ресурса.

Внутри каждой группы насосы необходимо учитывать по месту установки (№ бака и № насоса по очереди расхода согласно схеме топливной системы) и самолетам, условию оборачиваемости I, II, II, IV и т. д. Тогда каждый насос возможно однозначно идентифицировать. Кроме того, результаты можно сравнивать как внутри групп, так и по другим признакам: месту установки насоса, самолету и т. д. Это позволит облегчить вывод закономерностей по особенностям работы насосов. Насос будет иметь условный шифр А 3-4-ЛП, что означает насос первой категории, установленный на самолете № 1, в баке № 3, насосом № 4, левым.

Обработку параметров необходимо производить по следующей методике:

• -    установочная высота щеток электромеханизма МП-100С-ЗСЬ _щос1 , мм;

• -    перепад давления DP ₁ на насосе и величина потребляемого J ₁ для расхода Q ₁ = З 800 л/ч, U ₁ = 27 В на клеммах электромеханизма;

• -    при DP ₂ ,J ₂ Q ₂ -1 500 л/ч, U ₂ - 27 В;

• -    при DP ₃ , J _; Q ₃ - 0 л/ч, U ₃ - 27 В (режим запирания).

• 2.    По мере накопления данных для каждого насоса строят зависимость параметра от фактической наработки. Фактическую наработку t _ф определяют по наработке самолета t _сам : t _ф - t _сам • к, , где к. - определенные выше коэффициенты загруженности насосов.

• З.    Методами аппроксимации строят зависимость П . ( t _ф . ), для определения прогнозируемого значения П . ₊₁ к моменту выхода на следующее ПТО.

• 4.    По мере накопления опытных данных корректируют структуру определяющих факторов.

Предполагается, что определяющим фактором служит место установки насоса и его группы ( А , В , или С). В качестве эталонной кривой следует взять зависимости П ф . ( t ф . ) насосов баков № 1 (№ 5 (левый) и 6 (левый и правый), так как t ф . в данном случае равна t _сам .

Износ деталей насосов баков № З будет происходить предположительно несколько быстрее, чем баков № 1, так как при каждом включении автоматики выработки топлива (даже при отсутствии топлива в баке № З)

первая очередь насоса включается на 2...З мин; что негативно сказывается на состоянии насосов. Напротив, износ деталей насосов баков № 2 будет происходить несколько медленнее, так как выработка топлива до остатка (2 400 кг), как указано в исходных данных - это особый случай полета; на практике же остаток топлива после рейса составляет З 500...4 000 кг, т. е. время работы насосов бака № 2 будет несколько меньше расчетного.

В связи с изложенным предлагается ввести приведенное время работы насосов, которое определяется как условное время работы насоса, когда его состояние будет таким же, как у насоса той же группы, установленном в баке № 1. Соотношение между t _пр и t ф определяется по коэффициентам приведения R , т. е. для определения ресурса насоса необходимо найти время t , при условии, что один из контролируемых параметров достигнет предельного состояния:

• к р = R i • k i • t _c ™ .

Эксплуатация насосов баков №З на продленных ресурсах возможна, даже если t не превышает 6 000 ч:

R i • k i < 0,75 .

Так как уже при этом значении R • к . • t _сам - 8 000 ч.

Если же по результатам контроля параметров значения R . - к . окажутся меньше 0,75 либо t будет более 6 000 ч, то это значит, что эксплуатация на продленных ресурсах всех насосов ЭЦН-91С возможна.

A. A. Pavlenok, L. G. Shajmardanov

THE QUESTIONS OF METHODOLOGY OF INDIVIDUAL PROLONGATION OF THE CIVIL AVIATION AIRPLANES DEVICES RESOURCES

The conditions of load and work time resources of the same type devices in the systems of civil aviation airplanes are often guile different The ability and methodology of calculation of these peculiarities and differential point of view to the resources appointment is discussed in the work.