Анализ методов оценки сохранения летной годности силовых установок

УДК 629.7.017

АНАЛИЗ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ СОХРАНЕНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ СИЛОВЫХ УСТАНОВОК

Д.С. БОЛЬШОВ

Статья представлена доктором технических наук, профессором Зубковым Б.В.

Рассматривается статистика неисправности силовых установок, методы диагностирования двигателей, метод обобщенной оценки состояния технических систем, информационная оценка систем.

Ключевые слова: лётная годность, безопасность полётов, отказ/неисправность, авиационная техника, информативность, диагностика.

Введение

Гражданская авиация (ГА) накопила огромный опыт в эксплуатации авиационной техники (АТ). Особую роль в эксплуатации играет техническое состояние воздушного судна, влияющее на лётную годность (ЛГ) и безопасность полётов (БП). Для оценки технического состояния АТ используются различные методы, которые позволяют нам своевременно определить неисправности агрегатов, узлов, компонентов и состояния систем. Как показывает статистика ИКАО, большое количество всех авиационных происшествий (АП) происходит из-за отказов и неисправностей авиационной техники. Этот показатель может отклоняться от указанных значений в зависимости от типа ВС, его налёта и времени эксплуатации, уровня подготовки личного состава и т.д. [1]. Высокий процент АП из-за отказов и неисправностей АТ говорит о значимости поддержания ЛГ в эксплуатации и значимости повышения уровня безопасности полётов.

1. Анализ технического состояния силовых установок

Ряд отказов, обнаруженных в полете и на земле, возникают в двигателях. Эти отказы представляют серьезную угрозу для безопасности полетов, так как двигатель - это один из основных элементов силовой установки, отказы и неисправности которого влияют на безопасность полетов. В некоторых случаях с отказами, не обговаривающими в руководящих документах (MMEL- перечень минимального исправного оборудования, выпущенного производителем самолета), полет невозможен. Вследствие этого можно говорить о важности оценки летной годности авиационных двигателей. В современной гражданской авиации актуальны и применимы газотурбинные и турбовентиляторные двигатели. Рассматривая парки самолетов Российских авиакомпаний, можно выделить имеющиеся средне - магистральные самолеты Boeing 737(300/400/500/800), имеющие тип двигателя CFM56 с различными модификациями (3B2, 3C-1).

Статистику частых отказов и неисправностей можно отразить в табл. 1.

Для полного представления ниже приведены несколько примеров устраненных дефектов на производстве. Наглядный пример можно увидеть в одном из брифингов на листе отложенных дефектов.

1. Загрязнение топливных фильтров (замена топливного фильтра):

ISSUED: DUE: TRANSFER ON:

ЕЕА 73 - 34 S. Bespalov Ме 213 11.12.2010 02228893

DESCRIP: PERFORM REPLACEMENT OF FUEL FILTER OF ENG # 2 MEL: FX CODE

ACTION: FUEL FILTER (ENG # 2) P/N CH0697101552N00 WAS REPLACED IAW AMM 73-1102/401. RESULT - OK. PFMD ENGINE START IAW AMM 71-00-00-800-811-100. RESULT - OK.

S. Bespalov Me 213 11.12.2010 02228893

2. Вибрация в двигателе ( восстановление лимитных показаний вибрации):

ISSUED: DUE: TRANSFER ON:

ЕЕА 71 - 0 CREW Ме 213 21.02.2010 02332901

DESCRIP: ENG # 1 VIBRATION MAX 3/0 ON REACHING FL 380. DURING CRUISE AVERAGE 2.6.

MEL: FX CODE

ACTION: MAX RECORDER VIBRATION LEVEL IS 2.9. VIBRATION IS IN LIMITS IAW AMM 71-00-00/201. RESULT - A/C RETURNED IN SERVICE CONDITION.

S. Platichkin Me 122 11.12.2010 02228893

3. Неисправность клапана высокого давления в двигателе (замена клапана высокого давления):

Q0 о о £р Ф

т / ISSUED: / DUE: /TRANSFER ON:

\ ЕЕА 36 - 11 S. Platichkin Ме 122 25.12.2010 1223514

DESCRIP: REPLACE R/H ENGINE HIGH STAGE VALVE.

MEL: FX CODE

ACTION VALVE WAS REPLACED IAW AMM 36-11-06/401. RESULT - OK. OFF: P/N 3214446- S/N 7411. ON: P/N 3214446-4, S/N 577C. TAG # 96643.

S. Platichkin Me 122 25.12.2010 1223514

0) Ö 0> <0

1- описание дефекта; 2- регистрационный номер самолета; 3- глава АТА по данной работе; 4- фамилия сертифицированного специалиста, нашедшего дефект (если «CREW», то отказ/неисправность найдена экипажем в полете); 5- номер печати специалиста, нашедшего дефект; 6 - дата обнаружения дефекта; 7-номер технической карты или бортжурнала описанного дефекта; 8- действия, совершенные с данным дефектом; 9- код дефекта (FX- дефект устранен, DO - отложенный дефект, оговоренный в MEL, DT- отложенный дефект, неоговоренный в MEL); 10- фамилия сертифицированного специалиста, устранившего дефект; 11- номер печати специалиста, устранившего дефект; 12- дата устранения дефекта; 13- номер технической карты или бортжурнала устраненного дефекта.

По этим спискам инженерно - технический персонал знакомится с отложенными и устраненными дефектами. Это значительно помогает повысить уровень объема работ, сокращая время на поиски дефектов, а также грамотно осмыслить предстоящую работу.

В табл. 1 мы видим, как часто происходят отказы и неисправности в двигателях на производстве. Опираясь на статистику (табл. 1) отказов/неисправностей, основные проблемы связаны с повреждениями трубок, шлангов, вызывающие течи, и другие наиболее сложные неисправности, приводящие к отказам всей системы. Также основные проблемы возникают вследствие вибрации двигателя, отказа реверса и другие по убыванию количества возникновения данных отказов/неисправностей. Поэтому требуется грамотная и внимательная проверка двигателя при техническом обслуживании (ТО) и использование методов диагностики двигателей. Вследствие этого утверждается значимость методов оценки летной годности силовых установок.

Таблица 1

Частые отказы/неисправности турбовентиляторного двигателя CFM56-3B2 за 2009-2010 гг.

№ Название отказа/неисправности (англ.) Название отказа/неисправности (русс.) Количество отказов/неисправностей за 2009-2010 гг.

1 Engine vibration Вибрация двигателя 30

2 Engine high stage valve fault Неисправность клапана высокого давления в двигателе 14

3 Fuel filter contamination Загрязнение топливных фильтров 16

4 Hoses and ducts failure Повреждение шлангов, трубок 43

5 Reverse failure Отказ реверса 28

6 APU bleed air valve failure Неисправность клапана отбора воздуха ВСУ 17

7 Leak into washers and ducts Течи в прокладках, трубах 76

8 Engine high tension burn out Прогар высоковольтных проводов на двигателе 14

9 Ignition element (ignition plug burn out) Элементы зажигания (прогар свечей зажигания) 24

10 Oil cooller failure Отказ маслорадиатора 6

где APU (auxiliary power unit) - ВСУ (вспомогательная силовая установка).

2. Методы диагностики турбовентиляторных двигателей

Важным направлением в области повышения безопасности полетов АТ является совершенствование системы и логической организации диагностики, а также самих ее процессов диагностирования.

Известные методы инструментального контроля, математического моделирования предот-казных состояний двигателей, методы полунатурных испытаний, факторного анализа и др. зачастую не дают желаемого эффекта. Перспективными, на наш взгляд, являются методы и средства диагностики, основанные на различных физических принципах, позволяющие проконтролировать ответственные узлы и агрегаты двигателя [3]. Условно их можно разделить на методы прямых регистраций диагностических признаков, определяющих техническое состояние двигателей и методы безразборной (оперативной) диагностики по косвенным признакам.

К основным из используемых и перспективных методов диагностики турбовентиляторных двигателей (ТВД) в настоящее время относят:

- диагностику по тепловым параметрам;

- диагностику по виброаккустическим параметрам;

- трибодиагностику;

- оптику - визуальную диагностику;

- анализ продуктов сгорания;

- диагностику подшипниковых узлов.

Одним из наиболее часто используемых в диагностике проточной части двигателя осуществляется с помощью средств эндоскопии. Оптические методы контроля с использованием бароскопов, фиброскопов и эндоскопов дают достаточно достоверную информацию о состоянии лопаток компрессора и турбины, камеры сгорания, дисков, сварных швов корпусов и т.д. Этими приборами успешно выявляется обширная группа дефектов типа:

- трещин;

- короблений;

- коррозии, эрозии, выработки контактных поверхностей;

- износа элементов лабиринтных уплотнений;

- нагарообразования и др.

На рис. 1 показан пример современного эндоскопа для ТВД.

Рис. 1. Эндоскоп для ТВД «TBS - 8»

-Рекомендован для применения на CFMI CFM56-2,CFM56-5, CFM56-7.

-Рекомендован для применения на Rolls Royce RB211, Trent 700, Trent 800.

-Рекомендован для применения на Rolls Royce Olympus 593.

-Рекомендован для применения на Pratt & Whitney PW2000, PW4000, JT8D, JT9D.

Существует достаточно много различных эндоскопов, бароскопов и фиброскопов. Важно отметить качество данных приборов, так как от этого зависит качество проведения диагностики, что влияет на надежность и безопасность полетов. Наиболее качественными являются эндоскопы германского производителя.

Анализ современного состояния безопасности полетов и летной годности, а также существующих методов диагностики ТВД показал, что для оценки состояния многопараметрического объекта, которым является двигатель, необходима совокупность различных параметров. При этом важную роль играет их информативность.

3. Анализ метода обобщенной оценки состояния технических систем

Подходом к обобщенной оценке состояния технических систем является определение количества информации, характеризующей уровень работоспособности объекта исследования при его контроле [4]. Это позволяет выявить однозначную количественную связь между пространством состояний, определяемых структурными параметрами объекта, и пространством диагностических признаков этих состояний. Таким образом, степень изменения работоспособности объекта характеризуется объемом информации. Информационная оценка позволяет рассмотреть исследуемый объект и связать это с системой контроля.

Пусть JA(B) - ожидаемое значение информации, содержащееся в системе контроля B относительно всех состояний объекта А. Обозначив JA(B) как среднюю информацию, содержащуюся в системе контроля относительно состояния Ai, получим

n

Ja

1=1

где P(Ai ) - вероятность i-го состояния объекта ; n - выделенное количество состояний объекта А.

В соответствии с определением условной энтропии [4] можно записать: H ( A/B ) = H ( AB )-H (B ), где H(AB) - энтропия сложной системы (AB); H(B) - энтропия системы контроля В.

Для решения практических задач выражение для средней информации в системе контроля о состоянии объекта Ai примет вид

Л,

)=1

где JА (В) представляет собой среднее значение информации, которую можно получить от системы контроля об 1-м состоянии объекта. Так как объект и система контроля взаимосвязаны, то полагают, что каждое из состояний В может содержать информацию относительно какого-либо состояния объекта А. Информация, которую дает состояние Bj о состоянии А1, определяется из соотношения

Ji:

Отсюда следует вывод, что JA (В) представляет собой усреднение этой информации по всем состояниям системы В, при условии, что эта информация относится к состоянию А1

JJ¡

)=1

Величину JА (в)) называют элементарной информацией состояний Bj о состоянии А; . Величины JА (В) и JА (в)) являются усреднением элементарной информации. Вместе с тем, элементарной информации придают конкретный физический смысл.

Из выражения (2) видно, что в этом случае JA (в , )= 0. Если априорная вероятность состояния А; равна Р(А;) , а после получения Bj она изменится и станет р(а,/В, ), то по известно-

му состоянию можно получить некоторую информацию относительно А1

Ji:

Существенность параметров контроля также определяется по количеству информации, которое можно получить с их помощью.

Рассмотренные информационные подходы характеризуют только количество информации, получаемой при контроле.

Заключение

Анализируя техническое состояние авиационной техники за последние годы, были выявлены с помощью статистики данных основные отказы/неисправности силовых установок, которые требуют тщательного осмотра и применение методов оценки летной годности. Для повышения уровня безопасности полетов требуется разработка методов летной годности силовых установок. Методы диагностики тепловых, виброакустических параметров, а также оптико -визуального показывают, что каждый из них имеет определенную область применения, что позволяет оценить состояние отдельных узлов, элементов турбовентиляторного двигателя. Проанализировав метод обобщенной оценки состояния технических систем с использованием теории информации, можно говорить о применимости исследований, а также о получении достоверной информации и её количестве при контроле систем и компонентов. Таким образом, говоря об анализе методов летной годности силовых установок, мы выявили основные методы и подходы к повышению уровня безопасности полетов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Зубков Б.В., Сакач Р.В., Костиков В.А. Безопасность полётов: учебн. пособие. - М.: МГТУ ГА, 2007. - Ч. 1-3.

2. Чинючин Ю.М., Тарасов С.П. Нормативная база технической эксплуатации и сохранения лётной годности воздушных судов: учебн. пособие. - М.: МГТУ ГА, 2003.

3. Биргер И. А. Техническая диагностика. - М.: Машиностроение, 1978.

4. Машошин О.Ф. Диагностика авиационной техники (информационная основа): учебн. пособие.

- М.: МГТУ ГА, 2007.

THE ANALISYS OF METHODS ESTIMATION AIRWORTHINESS POWER PLANTS

Bolshov D.S.

The statistics of malfunction of power plants is considered, methods of diagnosing of engines, method of the generalized estimation of a condition of technical systems, information estimation of systems.

Key words: airworthiness, safety of flights, failure/malfunction, the aviation technics, informtiveness, diagnostics.

Сведения об авторе

Большов Денис Сергеевич, 1987 г.р., окончил МГТУ ГА (2009), аспирант кафедры МГТУ ГА, область научных интересов - управление, безопасность полетов, летная годность ВС.