Совершенствование методов расчета надежности функциональных систем самолетов гражданской авиации и исследование процессов старения (06.09.2010)

Автор: Бойко Оксана Геннадьевна

Основные задачи исследования:

1. Выполнить анализ методологического подхода, заложенного в традиционный метод расчета надежности сложных ФСС ГА авиации. Рассмотреть корректность использования в традиционных методиках математических моделей.

2. Разработать альтернативные математические модели для расчета надежности агрегатов и сложных ФСС ГА.

3. Разработать альтернативный метод расчета надежности сложных ФСС ГА при проектировании и эксплуатации.

4. Разработать обобщенный критерий оценки состояния функциональных систем в процессе длительной эксплуатации. Исследовать в обобщенном виде влияние длительности эксплуатации на надежность функциональных систем.

5. Рассмотреть возможности использования методологии риск-анализа в исследованиях надежности авиационной техники.

Объектом исследования являются функциональные системы самолетов гражданской авиации (ФССГА) и методы расчета их надежности.

Предмет исследования включает методологические подходы, положенные в основу разработки методов оценки надежности систем, процессы, обуславливающие изменение надежности систем при длительной наработке.

Научная новизна состоит в том, что впервые:

1 Поставлена и решена задача о правомерности традиционного подхода к решению задач оценки надежности сложных функциональных систем.

2. Показано, что построение экспоненциальной модели надежности выполнено с нарушениями ряда фундаментальных положений теории вероятностей, что при экспоненциальной модели интегральной функции вероятности отказа агрегатов ФССГА, их вероятность отказа на единицу времени (1 час полета) является убывающей функцией времени и неадекватно отражает деградационные процессы, происходящие в агрегатах в процессе работы.

3. Показана неправомерность использования условных вероятностей и условных плотностей вероятности для одной случайной величины и, как следствие, неправомерность получения экспоненциальной модели надежности агрегатов из представления интенсивности отказов в виде мгновенной условной плотности вероятности.

4. Показано, что решение задачи надежности сложных ФССГА с использованием интегральных функций вероятностей отказов агрегатов, приводит к неправомерному использованию теоремы умножения вероятностей, предусматривающей выполнение операций над вероятностями только дискретных событий (случаев).

5. Разработан методологический подход к решению задач расчета надежности сложных ФССГА, основанный на использовании дискретных значений вероятностей отказов агрегатов за произвольную единицу времени, которая, применительно к самолетам гражданской авиации, определена как 1 час полета, либо за продолжительность типового полета. Разработан метод расчета надежности ФССГА, обеспечивающий возможность оценки надежности, как при проектировании, так и при эксплуатации.

6. Показано, что прямое применение теоремы умножения вероятностей при использовании дискретных значений для ФССГА с различным типом резервирования, допустимо только применительно к системам с однозначным процессом развития отказа. Для систем с индивидуальным резервированием разработан альтернативный подход, учитывающий порядок (сценарий) развития отказов в системе.

7.Показана возможность существенного увеличения надежности ФССГА без увеличения числа агрегатов, за счет замены систем с общим резервированием на системы с последовательно соединенными блоками, имеющими индивидуальное резервирование

8. Решены частные задачи риск-анализа в постановке «затраты-прибыль». Показано, что в этой постановке, получаемые решения обеспечивают возможность анализа стратегических направлений развития техники.

9. Введена обобщенная оценка процесса «старения» функциональных систем. Показано, что системы самолетов гражданской авиации стареют не более чем на 60% вне зависимости от величины налета самолета. Показано, что реализуемый в эксплуатации процесс старения с позиций обеспечения надежности более благоприятен, чем процесс, задаваемый Разработчиком самолета.

Практическая значимость работы заключается в том, что:

1. Совершенствование методов расчета надежности систем обеспечивает Разработчиков, Эксплуатантов и Федеральные авиационные власти достоверной информацией о безотказности авиационной техники и ее соответствии требованиям НЛГС, что способствует повышению безопасности полетов.

2. Выполненные исследования процессов старения функциональных систем показывают, что при действующей системе технического обслуживания, нет оснований для снятия изношенных самолетов с эксплуатации по причине их недостаточной надежности.

3. Решение задач риск-анализа в координатах «затраты-прибыль» может служить практическим ориентиром для выбора эффективных направлений деятельности в развитии техники и обеспечении ее безопасности.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на НТС института Гражданской авиации Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М. Ф. Решетнева.2006-2010; на НТС Самарского государственного аэрокосмического университета имени С.П. Королева, Самара, 2009; на III Всероссийской конференции «Безопасность и живучесть технических систем» ИВМ СО РАН, Красноярск, 2009, на НТС кафедры Самолетостроения и эксплуатация авиационной техники Иркутского государственного технического университета, Иркутск, 2010; на НТС Сибирского научно-исследовательского института им. С.А. Чаплыгина, Новосибирск, 2010; на НТС ОАО ИСС 2010 г.

Основные результаты диссертационной работы, изложены в монографии «Надежность функциональных систем самолетов гражданской авиации» (Избранные труды Российской школы, – М.: РАН. 2009), опубликованной по итогам I Всероссийского конкурса молодых ученых, проведенного Межрегиональным советом по науке и технологиям в 2009 г, г. Миасс.

Материалы диссертации использованы в учебном пособии «Надежность функциональных систем самолетов гражданской авиации», СибГАУ, 2010 г.

Публикации. Результаты работы опубликованы в 30 научных работах, в том числе 1 монографии, в 23 статьях в журналах из перечня ВАК.

Структура и объем. Диссертационная работа состоит из введения, 5 разделов, заключения и списка литературы. Работа объемом 194 страницы машинописного текста содержит 66 рисунков, 20 таблиц, список литературы включает 155 наименований.

основное содержание работы

В первом разделе рассмотрены вопросы обеспечения надежности и безопасности полетов Разработчиками и Изготовителями авиационной техники и поддержания ее Эксплуатантами. Показано, что Разработчики и Эксплуатанты существенно разобщены. Они проходят процедуры сертификации деятельности в различных государственных органах. Сертификационные требования к Разработчикам и Эксплуатантам не гармонизированы, как в части перечней особых (неблагоприятных) ситуаций, так и их определениях.

с требованиями НЛГС неочевидна. Эксплуатант фактически неориентируется в оценках надежности и показателях задаваемых НЛГС. Это снижает мотивацию к поддержанию надежности и препятствует разработке предложений по совершенствованию авиатехники и ее технического обслуживания.

Представление об изношенности самолета в настоящее время основывается на налете часов, либо на календарном сроке службы. До настоящего времени нет критериев оценки изношенности ФСС.

Во втором разделе рассмотрены нормативные методы и методологические основы традиционного расчета надежности, действующие в гражданской авиации и у Разработчиков авиационной техники. Традиционно при расчете надежности сложных ФСС используются:

– математическая модель оценки надежности агрегатов;

– процедура построения математической модели надежности систем, основывающаяся на определенных правилах.

в виде экспоненциального распределения

имеет два существенных, с точки зрения оценки надежности, недостатка:

– интегральная функция не оценивает безотказность агрегата как его свойства, а является оценкой проявления этого свойства во времени;

, но не определяет момент отказа агрегата и в этом смысле вносит неопределенность.

по времени (рис. 2). Она является убывающей функцией времени, что никак не согласуется со здравым смыслом, опытом испытаний и эксплуатацией агрегатов. При испытаниях и в эксплуатации агрегат неизбежно деградирует и вероятность его отказа за 1 час

принимают постоянным, поскольку он поддерживается техническим обслуживанием и заменами.


загрузка...