Применение информационно-аналитической базы данных для анализа технического состояния конструкции планера транспортных самолетов

УДК 621.193.013

ПРИМЕНЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКОЙ БАЗЫ ДАННЫХ ДЛЯ АНАЛИЗА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ КОНСТРУКЦИИ ПЛАНЕРА ТРАНСПОРТНЫХ САМОЛЕТОВ

А.В. ЛАПАЕВ, А.В. СЕМИН, В.С. ШАПКИН

В статье приведено описание структуры разработанной авторами информационно-аналитической базы данных, предназначенной для хранения, систематизации и анализа данных об эксплуатационных повреждениях конструкции. Представлены некоторые результаты ее использования для обобщения данных о коррозионном состоянии конструкции планера транспортных самолетов.

Ключевые слова: база данных, коррозионное повреждение, техническое состояние, эксплуатационные повреждения, планер.

Разработчики воздушных судов (ВС) совместно с институтами гражданской авиации и авиационной промышленности ведут исследования по основным направлениям развития гражданской авиации Российской Федерации. Разрабатываются инструменты и технологии непрерывного программно-целевого планирования и развития воздушного транспорта в соответствии с концепцией транспортной стратегии России. Целью этих исследований является обеспечение безопасности полетов и повышение эффективности эксплуатации ВС отечественного производства.

В настояшее время (по состоянию на 01.09.2011г.) Государственный реестр включает 7442 экземпляра гражданских воздушных судов, из которых 83% относятся к коммерческому парку, а 17% - к авиации общего назначения. Основу коммерческого парка составляют 3195 пассажирских самолетов, 280 - специальные и грузовые самолеты, 465 - легкие и деловые самолеты, 2200 - вертолеты. Среди пассажирских самолетов 783 магистральных и 2412 региональных самолетов. Следует отметить, что более половины реестрового состава отечественных самолетов выведена из действующего парка. В основном, как показывает практика, навсегда, хотя эти самолеты еще долгое время могут продолжать числиться в реестре. Всего по состоянию на 01.09.2011г. действует 1326 экземпляров пассажирских самолетов из 3195 самолетов реестрового парка. Среди них 530 магистральных и 796 региональных самолетов. По численности иностранные самолеты составляют 34% всего пассажирского парка, но при этом превалируют в числе магистральных самолетов более, чем в 3 раза.

В соответствии с "Планом мероприятий, направленных на реализацию Государственной программы обеспечения безопасности полетов воздушных судов гражданской авиации", утвержденной Распоряжением Правительства Российской Федерации от 6 мая 2008 г. № 641-р, предусмотрена разработка "Целевой комплексной программы поддержания летной годности воздушных судов на период до 2020 года." В октябре 2010 года Министерство транспорта совместно с Министерством промышленности и торговли РФ утвердили такой документ. Согласно целевой комплексной программе основными мероприятиями по поддержанию летной годности воздушных судов гражданской авиации Российской Федерации в процессе их эксплуатации являются:

• анализ условий эксплуатации;

• анализ проведенных ресурсных испытаний на основе фактической эксплуатационной нагруженности;

• анализ технического состояния парка ВС;

• разработка и совершенствование программ исследования технического состояния экземпляров ВС, включающих, в том числе исследование коррозионного состояния ВС, сохранение летных характеристик и оценку аутентичности агрегатов и комплектующих изделий;

• оценка технического состояния экземпляров ВС;

• оценка фактической эксплуатационной нагруженности, включающей анализ повторяемости перегрузок на конкретных трассах, и определения их воздействия на основные элементы конструкции ВС;

• анализ индивидуальных критических мест конструкции ВС;

• анализ результатов дополнительных (в случае необходимости) лабораторных испытаний, в том числе конструкций с наработкой в эксплуатации, анализ отказобезопасности и последствий возможных отказов агрегатов и систем.

Ожидаемые результаты выполнения целевой программы:

• поддержание летной годности парка воздушных судов гражданской авиации и обеспечение их безопасной эксплуатации вплоть до 2020 г.;

• обеспечение провозной способности парка гражданских воздушных судов в условиях планируемого увеличения спроса на воздушные перевозки вплоть до 2020 г. с учетом внедрения новой техники в соответствии с Федеральной целевой Программой развития гражданской авиационной техники России на 2002-2010 гг. и на период до 2015 г.

Исполнители Целевой программы: Министерство транспорта Российской Федерации, предприятия и институты ГА, Министерство промышленности и торговли, предприятия и институты промышленности.

Следует отметить, что большую часть отечественных воздушных судов составляют уже длительное время эксплуатирующиеся самолеты и вертолеты, которые по общепринятой международной классификации относятся к "стареющим воздушным судам". При этом большой срок службы ВС не означает нецелесообразность и опасность их эксплуатации. Каждому возрасту ВС присущи свои особенности и проблемы, которые можно охарактеризовать разными категориями. ВС, относящиеся к категории "стареющие", требуют больше времени и средств на поддержание их летной годности. Эксплуатационную эффективность таких самолетов в итоге определяет длительность простоев, обусловленных объемами и стоимостью работ по поддержанию летной годности.

Под процессом поддержания летной годности ВС понимается совокупность работ, процедур и мероприятий, своевременное и качественное проведение которых гарантирует, что в любой момент своего срока службы ВС соответствует требованиям к летной годности и его состояние обеспечивает безопасную эксплуатацию [1]. В работах [2, 3] представлены схемы действующей в России процедуры контроля и поддержания летной годности ВС.

Поскольку задача поддержа-информлиионно лнллитическля елзл данных ния летной годности ВС носит

важнейший характер в процессе эксплуатации ВС, для её решения необходим инструмент, позволяющий проводить мониторинг и анализ технического состояния воздушных судов. В частности, анализ эксплуатационных повреждений конструкции планера самолета.

Для решения указанной задачи группой авторов разработана инфор-

I-

Информационный модуль базы данных

Архив электронных копий

документов оценки технического состояния ВС

-1

Аналишческий модуль базы данных

Анализ эксплуатационных повреждений конструкции планера ВС

Рис. 1. Общая схема информационно-аналитической базы данных

мационно-аналитическая база данных (ИАБД) (рис. 1), которая включает в себя информационный модуль для чтения электронных копий документов по оценке технического

состояния ВС и аналитический модуль (рис. 2-4), позволяющий вводить и анализировать информацию об эксплуатационных повреждениях конструкции планера самолетов.

Рис. 2. Главная форма аналитического модуля ИАБД

Рис. 3. Форма ввода общих сведений о ВС, форме ТО, методе и средствах контроля эксплуатационных повреждений

Рис. 4. Форма ввода результатов контроля коррозионных поражений, мероприятий по их устранению и уровня коррозионного поражения согласно рекомендациям ИКАО

Электронный архив документов позволяет оптимизировать работу с данными о техническом состоянии самолетов, уменьшить временные затраты на поиск необходимой

информации. Модуль анализа эксплуатационных повреждений планера ВС предназначен для структурирования и обработки больших объемов информации по эксплуатационным повреждениям конструкции планера ВС, хранящейся в таблицах ИАБД. Данный модуль позволяет генерировать таблицы согласно запросу пользователя по определенным параметрам (например, по элементу конструкции планера: стрингер, обшивка, фитинг, шпангоут и др.). В основе построения ИАБД использован интерфейс, представляющий систему графических окон (форм) для диалога пользователя с БД.

Все формы разработаны с возможностью их последующей доработки по мере расширения поставленных задач. Работа с ИАБД осуществляется по стандартной системе всех приложений серии М1сго80й-приложений, что позволяет быстро воспринять принцип управления разработанной ИАБД. Информационно-аналитическая база данных ориентирована на использование специалистами авиационной отрасли для решения задач оценки технического состояния ВС. В перспективе, помимо анализа эксплуатационных повреждений конструкции планера ВС, представленная ИАБД будет формировать аналитическую часть единого паспорта технического состояния ВС.

Используемые процедуры обработки информации апробированы на большом количестве данных о коррозионных поражениях конструкции планера самолетов типа Ту-154, Ан-12, Ил-86.

В качестве примера работы модуля по анализу эксплуатационных повреждений представлены некоторые результаты анализа конструкции планера самолетов Ан-12, Ил-86, Ту-154 по условию коррозионного поражения.

На рис. 5-7 представлено распределение коррозионных поражений по конструктивным элементам планера рассматриваемых ВС (табл. 1).

Таблица 1

Рассмотренные типы ВС, количество ВС, количество рассмотренных технических обслуживаний (ТО), общее количество рассмотренных коррозионных поражений

Тип ВС Кол-во ВС Кол-во ТО Кол-во коррозионных поражений

Ту-154 51 107 2564

Ан-12 2 2 158

Ил-86 8 35 312

На рис. 8-10 представлены номера стрингеров, шпангоутов и фитингов по стрингерам конструкции фюзеляжа самолета типа Ту-154, наиболее часто поражаемые коррозией.

Накладка Балка 4 9,20%

Шпангоут 49.43%

Фюзеляж

Крыло

Рис. 5. Коррозия элементов конструкции планера самолетов Ан-12 по данным рассматриваемой группы

Примечание. Под формулировкой "элемент конструкции планера" подразумеваются элементы типа кронштейнов крепления багажной сетки, различного рода болты, не влияющие на прочность конструкции планера в целом и т.п.

22,26%  Стрингер

51.13«

Рис. 6. Коррозия элементов конструкции Рис. 7. Коррозия элементов конструкции фюзеляжа самолетов Ил-86 по данным фюзеляжа самолетов типа Ту-154 по данным рассматриваемой группы рассматриваемой группы

о т в о п а т о т с а

&

р ок

и т с о м е

я р

о р

Зоны

Рис. 8. Частота повторяемости коррозии на шпангоутах самолета типа Ту-154

и т с о

мея % , ро ,и

от и тв зо

о ор пр

п р ао

то к

т с

а

Зоны

Рис. 9. Частота повторяемости коррозии на стрингерах фюзеляжа самолета типа Ту-154

Зоны

Рис. 10. Частота повторяемости коррозии на фитингах по стрингерам фюзеляжа самолета типа Ту-154

Выводы

Получаемые с использованием информационно-аналитической базы данных результаты позволяют охарактеризовать техническое состояние конструкции планера самолетов. ИАБД позволяет представить общую картину распределения эксплуатационных повреждений конструкции планера самолетов по элементам конструкции. В данной статье представлено распределение коррозионных поражений по конструктивным элементам планера самолетов типа Ту-154, Ил-86, Ан-12. Для самолетов типа Ту-154 выделены конструктивные элементы, наиболее часто подверженные коррозионным поражениям. Мониторинг коррозионного состояния ВС направлен на совершенствование "Программы контроля и предупреждения коррозии", отвечающей современным требованиям.

ЛИТЕРАТУРА

1. Doc. 9760 - Руководство ИКАО по летной годности.

2. Акопян К.Э., Бутушин С.В., Гришин А.Н., Лапаев А.В, Семин А.В., Шапкин В.С. Теория и практика оценки коррозионных повреждений элементов конструкции планера воздушных судов / под ред. В.С. Шапкина, С.В. Бутушина. - М.: ЗАО "НЦ ПЛГ ВС ГосНИИ ГА". - 2010.

3. Миркин И.И., Михалев А.В., Фейгенбаум Ю.М. Совершенствование системы обеспечения и поддержания летной годности самолетов по условиям безопасности от коррозии // Научный Вестник МГТУ ГА. - 2011. - № 163. - С. 41-48.

APPLICATION OF INFORMATIONAL AND ANALYTICAL DATABASE FOR THE ANALYSIS OF THE TECHNICAL CONDITION OF THE TRANSPORT PLANES'S GLIDER CONSTRUCTION

Lapaev A.V., Semin A.V., Shapkin V.S

In article the description of structure of the information-analytical database developed by authors intended for storage, ordering and the analysis of the data about operational damages of a design is resulted. Some results of its use for generalization of the data about a corrosion condition of a design of a glider of transport planes are presented.

Key words: a database, corrosion damage, technical condition, operational damages, airframe.

Сведения об авторах

Лапаев Артем Валерьевич, 1977 г.р., окончил НГТУ (2000), кандидат технических наук, начальник отдела ЗСЦ СОВТ, автор 34 научных работ, область научных интересов - эксплуатация воздушного транспорта, динамика и прочность летательных аппаратов.

Семин Александр Викторович, 1957 г.р., окончил МИИГА (1982), начальник группы НЦ ПЛГВС ГосНИИ ГА, автор 20 научных работ, область научных интересов - эксплуатационная прочность и ресурс ВС.

Шапкин Василий Сергеевич, 1961 г.р., окончил МИИГА (1984), доктор технических наук, профессор кафедры аэродинамики, конструкции и прочности летательных аппаратов МГТУ ГА, генеральный директор ФГУП ГосНИИ ГА, эксперт Федеральной службы по надзору в сфере транспорта Минтранса России и Межгосударственного авиационного комитета, заслуженный работник транспорта РФ, автор более 160 научных работ, область научных интересов - эксплуатация воздушного транспорта, прочность летательных аппаратов.