Надежность и безопасность полетов воздушных судов
Автор: В.В. Буланов
Источник: Вестник Харьковского национального автомобильно–дорожного университета. – Харьков, ХНАДУ – 2007, №39. с. 10-12
Автор: В.В. Буланов
Источник: Вестник Харьковского национального автомобильно–дорожного университета. – Харьков, ХНАДУ – 2007, №39. с. 10-12
В данной статье рассмотрены вопросы надежности и безопасности эксплуатации воздушных судов. Проведен анализ нормативных требований летной годности для силовых элементов конструкции ЛА.
Безопасное повреждение, надежность, ресурс, живучесть, эксплуатация.
Надежность, в общем случае, представляет собой комплекс свойств любого объекта эксплуатации. Сюда входят: безотказность, долговечность, живучесть, ремонтопригодность, эксплуатационная технологичность и сохраняемость объекта.
Решающую роль на надежность авиационной техники оказывают эксплуатационные факторы. В процессе эксплуатации и выявляется уровень надежности. То есть вероятность нормального функционирования изделия –Р(0) является одной из наиболее полных количественных характеристик, оценивающих надежность как со стороны безотказности, так и ремонтопригодности. Эта вероятность и определяет фактический уровень надежности. В тоже время зависимость надежности от многочисленных и разнообразных факторов обусловливает случайный, стохастический характер процесса появления отказов и неисправностей [2].
Создание конкурентоспособной авиационной техники обусловило необходимость, наряду с обеспечением безопасности и регулярности полетов, повышение, в связи с этим, напряженности работы конструкции и увеличение ее полезной отдачи. Возникла необходимость в разработке теоретических, инженерно–физических и конструкторских основ надежности. Появились и продолжают появляться различные публикации в этой области. Однако в большинстве случаев они охватывают проблему лишь в узкой области, касающейся конкретных устройств и оборудования.
Увеличение сложности конструкции воздушных судов (ВС), улучшение их летно–технических характеристик и повышение интенсивности пассажирских перевозок предполагает прогноз ресурса по налету ВС порядка 2500 – 3000 л.ч. в год. Создание дорогостоящих ВС большой пассажировместимости типа А – 300 В, А – 310, В – 747, Ил–86, Ил–96 не дает основания предполагать, что время морального старения заметно сократится. Новые положения и подходы, применяемые при назначении ресурса в пределах (50 – 60) * 10^3 л.ч. в течение 25 – 30 лет эксплуатации [1], обусловливает необходимость использовать при обеспечении безопасности полетов в настоящее время наряду с принципом «безопасного ресурса» также принцип «безопасного повреждения». Реализация этих принципов позволяет эксплуатировать ВС по фактической надежности.
Следует отметить, что принцип «безопасного повреждения» допускает усталостные повреждения на элементах конструкции на интервале наблюдения между последовательными моментами контроля (осмотра) при условии, что этот интервал сравнительно небольшой, повреждение не достигнет своего предельного значения и не приведет к разрушению конструкции в целом.
Согласно опубликованным данным применение принципа «безопасного ресурса» с частичным использованием принципа «безопасного повреждения» для наиболее ответственных силовых элементов конструкции позволяет решить проблему безопасности полетов. Предполагается, что в течение первых 30 тыс. л.ч. должна быть обеспечена безотказность, а далее до 60 тыс. л.ч. безопасность эксплуатации обеспечивается живучестью конструкции.
Отметим, что усталостные и коррозионные повреждения, которые являются наиболее часто повторяющимися неисправностями, оказывают существенное влияние на живучесть ВС.
Учитывая вероятностную природу процесса усталости металлов, живучесть конструкции характеризуют следующими параметрами:
При этом число циклов до разрушения равно N = Nтр + Nпр. (1)
Здесь: Nтр – число циклов нагружения, необходимого для инициирования трещины в материале элемента конструкции; Nпр – число циклов на стадии развития усталостной трещины до ее критического размера.
Определение приведенных параметров живучести проводится в процессе лабораторных испытаний образцов, натурных исследований элементов конструкций и узлов на основе анализа эксплуатации лидерных и головных ВС, а также всего парка ВС.
Проблема обеспечения живучести летательных аппаратов (ЛА) возникла не сразу. Примерно до середины 30–х годов прошлого столетия усталостная прочность самолетных конструкций определялась в соответствии с некоторым заданным коэффициентом расчетной нагрузки. Так, в США этот коэффициент для гражданских и военных самолетов был равен шести.
Абсолютную надежность авиационных конструкций в силу множественности действующих эксплуатационных факторов обеспечить практически невозможно. Поэтому специалисты вынуждены согласиться с тем, что всегда в готовом изделии будут наличествовать «слабые» звенья и нужно только выбрать соответствующий критерий оценки прочностной надежности, обеспечивающий соответствующий уровень безопасности полетов.
Следует отметить, что при «ликвидации» «слабого» звена мы получаем другую систему (другую реальность), в которой также будут «слабые» звенья. При этом вопрос о переходе объекта из одного качественного состояния в другое надо рассматривать в тесной связи с вопросом о количественных изменениях, происходящих в нем. Эти изменения и приводят к отказу объекта [3].
В последнее время предлагается оценивать прочностную надежность уровнем вероятности катастрофы. Такой подход вполне оправдан, так как всегда присутствуют следующие обстоятельства:
Опыт эксплуатации ЛА свидетельствует, что катастрофическая или любая другая неординарная ситуация в полете возникает, как правило, в результате проявления нескольких неблагоприятных факторов. Причем эти факторы, действуя во времени последовательно, усложняют ситуацию и приводят в конечном итоге к потере ВС, то есть неблагоприятное событие заканчивается аварией или катастрофой. Анализ подобных ситуаций позволяет установить, что такое сложное событие чаще всего происходит не по схеме: причина – следствие, а является конечным в цепочке причинно–следственных связей, приводящих к авиационному происшествию.
Уровень безопасности полетов в различных регионах Земли далеко не одинаков. Так, в Северной Америке, Европе и на Ближнем Востоке в последнее десятилетие выше среднего мирового уровня, а в Африке и Южной Америке существенно ниже.
Расследование авиационных катастроф показывает, что при этом доля «человеческого фактора» составляет 80 – 95%, конструкторские просчеты и производственные дефекты ответственны за 10 – 12% таких событий, а 5 – 8% следует отнести к непреодолимым препятствиям (термин взят из широкой практики).
В этих связях возможно выделить главную, непосредственную и сопутствующие причины. К главной обычно относят причину, которая создает потенциальную возможность для возникновения авиационного происшествия; непосредственные и сопутствующие –это причины, которые создают реальные условия для превращения возможности в действительность.
Таким образом, к непосредственной причине следует относить причину, вызвавшую авиационное происшествие. По сути она является следствием главной причины. Такой системный подход вполне логичный для расследования авиационных происшествий, он является основой для разделения общей нормы безопасности или вероятности разрушения на отдельные составляющие, позволяющие наиболее успешно решать проблемы надежности ВС и безопасности полетов [4, 5].
1. Безопасность полетов / Под ред. Р.В. Сакача. – М.: Транспорт, 1989. – 294 с.
2. Болотин В.В. Ресурс машин и конструкций. – М.: Машиностроение, 1990. – 447 с.
3. Герцбах И.Б., Кордонский Х.Б. Модели отказов. – М.: Сов. Радио, 1966. – 210 с.
4. Комаров А.А. Надежность воздушных судов: Учебное пособие. – К.: КМУГА, 1995. – 416 с.
5. Проников А.С. Надежность машин. – М.: Машиностроение, 1975. – 590 с.