Основы организации, принципы и правила проведения MSG-3 анализа конструкции ЛА и АД с помощью экспертных оценок

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА серия Эксплуатация воздушного транспорта

УДК 629

ОСНОВЫ ОРГАНИЗАЦИИ, ПРИНЦИПЫ И ПРАВИЛА ПРОВЕДЕНИЯ MSG-3 АНАЛИЗА КОНСТРУКЦИИ ЛА и АД С ПОМОЩЬЮ ЭКСПЕРТНЫХ ОЦЕНОК

А.Б. АВЕРЬЯНОВ, Б.А. ЧИЧКОВ

В статье представлены организация, принципы действия и основные правила проведения MSG-3 [1-3] анализа для элементов конструкции вновь разрабатываемых ЛА и АД при помощи экспертных оценок. Представлены элементы системы экспертных оценок, позволяющей проводить MSG-3(Maintenance Steering Group - 3rd Task Force -группы руководства техническим обслуживанием) анализ конструкции при разработке планового технического обслуживания (ТО) в рамках организации процедуры MRB (Maintenance Review Board -совета по рассмотрению технического обслуживания).

Основной целью программы осмотров конструкции является поддержание лётной годности на протяжении эксплуатационного срока службы самолёта с соблюдением экономической целесообразности, а также обоснование минимальных процедур для предотвращения или контролирования коррозии для обеспечения постоянной лётной годности.

Конструкция планера состоит из всех несущих нагрузку частей, включая крыло, фюзеляж, оперение, узлы подвески двигателей, поверхности управления полетом и узлы их навески. Приводные части элементов таких систем как шасси, элементы управления полётом, двери и т.д. рассматриваются как элементы ФС и должны анализироваться по другой методике. Узлы крепления приводов к планеру рассматриваются как его конструктивные элементы.

По результатам экспертных оценок любой элемент конструкции, деталь или узел, чей отказ мог бы непосредственно влиять на целостность конструкции, необходимой для безопасности самолёта, характеризуется как ’’Конструктивно-Важный Элемент " (Structural Significant Item -SSI). Конструкция, не подпадающая под эту категорию, классифицируется как "Прочая Конструкция - Other Structure" и рассматривается в Зонном анализе. В число ’Конструктивно-Важных Элементов"” (SSI) может входить "Основной Силовой Элемент" (Principal Structural Element - PSE). PSE - какой-либо элемент, от которого существенно зависит восприятие полетных, наземных нагрузок, перепадов давления или управляющих нагрузок и последствия отказа которого катастрофичны согласно требованиям АП, CS 25.571 и рекомендациям МОС и AMC 25.571-1С [4-6].

Согласно требованиям АП 25.571, CS 25.571 и рекомендациям МОС и АМС 25.571-1С конструкция делится на следующие категории: «устойчивая к повреждению» и «эксплуатируемая «по безопасному ресурсу».

Элементы, относящиеся к категории “Прочей Конструкции” передаются в зонный анализ.

Все SSI должны быть подвергнуты AD и ED анализу (ADR и EDR).

Значения “Оценки Ухудшения вследствие действия Окружающей Среды” (Environmental Deterioration Rating-EDR) и “Оценки случайных повреждений“ (ADR) определяются для SSI Рабочей Г руппой по Конструкции преимущественно на основе предыдущего опыта по похожим конструкциям. Эти оценки учитывают чувствительность к повреждению и его выявляемость и определяют минимальные начальные требования по осмотрам конструкции для SSI.

На рис. 1 приведена логическая схема анализа конструкции, содержащая разбивку нисходящих процедур, требующих принятия решений.

При оценке EDR эксперт должен принимать во внимание следующие параметры: металлопокрытие, поверхностную химическую обработку, вид уплотнения, основное покрытие, поверхностное покрытие, облицовочное покрытие, водоотталкивающее покрытие.

Рис. 1. Логическая схема анализа конструкции

Оценка EDR(c) должна выполняться для того вида коррозионных поражений, к которому наиболее склонен рассматриваемый SSI с учетом марки примененного сплава, вида полуфабриката (заготовки), наличия контакта деталей из других сплавов и т.д. Экспертом должны рассматриваться следующие виды коррозионных поражений - поверхностная, точечная, расслаивающая, межкристаллитная и гальваническая.

Оценка EDR(s) коррозии под напряжением (stress corrosion) выполняется отдельно от других видов коррозии. При оценке ED(s) экспертом учитывается возможность образования в конструкции постоянных высоких напряжений растяжения, в основном возникающих от затяжки или постановки деталей со специальным натягом. При этом рост трещины, возникающей от коррозии под напряжением, анализируется согласно календарному сроку службы самолёта.

Коррозионные повреждения (ED), которые могут зависеть от срока службы или наработки-это физическое снижение прочности изделия и его устойчивости к отказам в результате химического воздействия с климатическими реагентами или внешней средой. ED могут возникнуть в результате взаимодействия между разнородными металлами, повреждением систем защитного покрытия, включая старение краски, материала для уплотнений и т. д.

Коррозионная стойкость металлов делится на 10 баллов и шесть групп стойкости и соответственно дается рейтинговая оценка. При этом под чувствительностью к коррозии понимается скорость развития коррозионных поражений (кроме коррозии под напряжением), определяемая в мм/год по действующему стандарту испытаний на коррозионную стойкость металлов с учётом вида заготовки. При проверке необходимо учитывать плакирование алюминиевых сплавов.

Допустимость гальванической коррозии должна выбираться для SSI, чтобы учитывать взаимодействие различных материалов, которое может привести к гальванической коррозии.

Отдельно необходимо рассмотреть коррозию под напряжением (S), под чувствительностью к которой понимается склонность конструкции к появлению коррозионного растрескивания. Коррозионное растрескивание под напряжением зависит от склонности материала, с учётом вида заготовки, к коррозии под напряжением и вероятности возникновения недопустимых напряжений в конструкции вследствие нагрева, формовки, сварки, механической обработки, монтажа или подгонки.

Оценка «0»(высокая) назначается, если материал склонен к коррозии под напряжением (низкий уровень окр) и возникновение недопустимых напряжений маловероятно. Оценка «1»(средняя) - если материал склонен к коррозии под напряжением (низкий уровень окр) и возникновение недопустимых напряжений практически невероятно; или если материал несклонен к коррозии под напряжением (высокий уровень окр), а возникновение недопустимых напряжений маловероятно. Оценка «2»(низкая) - если материал не склонен к коррозии под напряжением (высокий уровень окр) и возникновение недопустимых напряжений практически невероятно.

Выбор рейтинговых оценок влияния негативных факторов воздействия окружающей среды сводится к следующим принципам: -оценка «0» (возможное) - для наиболее опасных зон контакта с агрессивными жидкостями и веществами, например, зона размещения буфета-кухни; зона размещения аккумуляторных батарей; зоны размещения санитарного оборудования; -оценка «1» (вероятное) - для зон, где коррозия от воздействия ED может возникнуть, например, от конденсата, воды с ВПП, жидкостей от грузов, локального воздействия специальных жидкостей (топлива, масла, гидрожидкости, щёлочной и кислотной пыли и т. д.); - оценка «2» (маловероятное) - для зон, где возникновение коррозии маловероятно.

Исходя из данных оценок, требуется осмотр всех металлических SSI.

Система рейтингов для анализа защиты от EDR сведена в табл. 1.

Таблица 1

Система рейтингов для анализа защиты от EDR

Критерий Оценка

Влияние негативных факторов воздействия окружающей среды Защита о воздействия окружающей среды Видимость конструктивно-важных элементов во время планового ТО Чувствительность к коррозии

Возможное Стандартная Слабая Высокая 0

Вероятное Улучшенная Нормальная Средняя 1

Маловероятное Особое внимание Хорошая Низкая 2

Рассмотрим систему оценки случайных повреждений (ADR) для металлических SSI.

Случайное повреждение (Accidental Damage - AD), характеризующееся проявлением случайного дискретного события, которое может снизить собственный уровень остаточной прочности конструкции, представляет собой физическую порчу изделия, вследствие влияния среды, контакта или воздействия объекта, не являющегося частью самолета, или вследствие ошибки специалиста при производстве, использовании самолета по назначению или при техническом

обслуживании. Источники такого повреждения включают: наземное и грузовое оборудование, посторонние предметы, эрозию от дождя, града, молнии и т.д., осколки взлетно-посадочной полосы, разливы топлива и ГСМ, заливы воды, которые образуются вследствие ошибок исполнителей производства, эксплуатации, либо ТО самолета. Случайное повреждение не включает обширные аварийные повреждения, такие как вызванные разрушением двигателя, столкновением с птицей или столкновением с наземным средством ТО, которые являются очевидными. Случайное повреждение не включает производственные дефекты, размеры которых нормируются в АП, СБ 25.571. Программы по осмотрам конструкции должны обеспечить гарантию своевременного выявления всех типов случайного повреждения, прежде чем повреждения уменьшат остаточную прочность планера ниже нормативных требований (АП, СБ 25.571).

Процедура анализа включает в себя:

1. Выбор вероятности возникновения случайного повреждения.

2. Оценку ожидаемого типа повреждения, характера и размера.

3. Рассмотрение влияния случайного повреждения(для ББ-анализа).

4. Рассмотрение влияния случайного повреждения (для ББ-анализа).

Оценка АО экспертом представляет собой сумму рейтинговых оценок: вероятность АО, чувствительность к повреждениям, чувствительность к коррозии, видимость (табл. 2).

Таблица 2

Оценка случайных повреждений

Критерий Оценка

Вероят- ность случайных поврежде- ний Чувствительность к случайным повреждениям Видимость конструктивно-важных элементов во время планового ТО Чувствительность к коррозии

Возможная (р >0.001) Высокая (повреждение, при котором разрушается защитного слоя и приводящее к понижению статической прочности) Слабая Высокая 0

Вероятная (0.001>р, р>0.0001) Средняя (повреждение, при котором разрушается защитного слоя и приводящее к понижению статической прочности) Нормальная Средняя 1

Маловероятная (0.0001> р) Низкая (легкая царапина, вмятина и т.д., не приводящая к значительному повреждению защитного слоя) Хорошая Низкая 2

При назначении оценки видимости SSI для плановой проверки ТО следует руководствоваться критериями: -оценка «0» (слабая) выставляется, если имеются трудности доступа из-за установленного в области осмотра оборудования; необходимо использовать зеркало, чтобы обеспечить подход ко всем поверхностям, требуется дополнительное освещение, может потребоваться открытие панелей или люков доступа использования стремянок для близкого доступа к проверяемой зоне; -оценка «1» (нормальная) - доступ к проверяемой зоне частично затруднён, осмотр можно выполнять при обычных условиях освещения, либо с помощью электриче-

ского фонаря; -оценка «2» (хорошая) - для осмотра достаточно дневного света, освещения ангара, либо света из окна, инспектор хорошо видит всю осматриваемую зону.

Выбор оценки вероятности чувствительности к ED: -оценка «1»( высокая) - когда вероятно возникновение горячих воздушных и жидкостных утечек и т.д. ; -оценка «2» (умеренная) - когда вероятно возникновение чрезмерной влажности и т.д. ; -оценка «3» (низкая) - когда вероятно воздействие ультрафиолетового излучения и т.д.

Возможное воздействие AD на ED учитывается при назначении рейтинговых оценок, где выбирается наименьший суммарный рейтинг.

Если анализ позволяет утверждать о воздействии AD на FD, если рейтинг чувствительности к повреждению выбран «0», то необходимо ввести в анализ FD трещины длиной 25 мм для определения порогов и интервалов задач планового ТО.

В отдельную группу экспертных оценок должны быть вынесены оценки усталостных повреждений.

Усталостные повреждения (Fatigue Damage - FD) - появление трещины или трещин вследствие циклического нагружения с их последующим распространением. Усталостные повреждения является преимущественно функцией полетных циклов. Анализ усталостных повреждений выполняется согласно АП 25.571 и рекомендациям, изложенным в Рекомендательных Циркулярах МОС АП 25.571 и АС 25.571-1С. Для эффективной программы проверок и осмотров усталостных повреждений необходимо дать оценку:

- длительности роста трещины. (Длительность роста трещины Основного Силового Элемента (PSE) - это наработка самолёта, в течение которой начальное повреждение распространяется до максимально-допустимых размеров длины трещины. Максимально-допустимая длина трещины чаще всего определяется как критическая длина трещины);

- остаточной прочности. (Остаточная прочность - это прочность поврежденной конструкции. Оценка остаточной прочности должна показывать способность Основного Силового Элемента (PSE) выдержать нагрузку, указанную в АП 25.571);

- обнаруживаемости трещины (5-75 мм). (Обнаруживаемая длина трещины (консервативно во внимание принимается худшая видимость), скорость роста трещины и анализ остаточной прочности определяет периодичность повторения осмотров для программы усталостных повреждений);

- порогу начала осмотров;

- периодичности повторения осмотров.

В целях повышения качества описанные выше экспертные оценки могут выполняться несколькими независимыми экспертами (группами экспертов), например со стороны разработчика и заказчика ЛА (АД). При этом их оценки не всегда могут совпадать.

Для количественной оценки степени близости ранжировок двух экспертов следует использовать коэффициенты корреляции рангов Кендалла или Спирмена, а для оценки совпадений мнений боле чем двух экспертов - коэффициент конкордации.

Полученные в результате (согласования мнений) рейтинговые оценки для EDR(C), EDR(S) и AD необходимо свести в одну таблицу, где необходимо определить минимальный рейтинг. По данному рейтингу выбираются интервалы, согласно принятой для конкретного самолета матрице интервалов для различных элементов конструкции (крыло, механизация, шасси и т.д.). И в совокупности с уровнем осмотра назначается работа.

Описанные здесь экспертные оценки должны быть положены в основу системы поддержки решений в области построения программ ТО ЛА и АД.

Приведенная выше система экспертных оценок позволяет наиболее полно описать процедуры MSG-3 применительно к анализу конструкции. Приведенные экспертные рейтинги полностью адаптированы к проведению анализа в российской авиатранспортной системе (включают поправки на используемые в нашей стране материалы и покрытия, учитывают российские стандарты и циркуляры).

ЛИТЕРАТУРА

1. ATA MSG-3 Revision 2003.1. Опубликованный Air Transport Association of America, Inc. 1301 Pennsylvania Ave., N.W., Suite 1100 Washington, D.C. 20004-1707.

2. ATA iSpec 2200. Information Standards for aviation maintenance. Опубликованный Air Transport Association of America, Inc. 1301 Pennsylvania Ave., N.W., Suite 1100 Washington, D.C. 20004-1707.

3. Advisory Circular AC No 121-22A Maintenance Review Board Procedures, опубликованный U.S. Department of Transportation Federal Aviation Administration, JAA Administrative & Guidance Material, раздел 2, часть 2, глава 16, Procedures for Maintenance Review Board.

4. Авиационные Правила АП-25, Certification Specification CS 25, Приложение Н, Инструкция по поддержанию летной годности.

5. Advisory Circular AC 25-19, AMC 25-19.

6. AMC 25.571, MOS 25.571.

THE ORGANIZATION, PRINCIPLES AND BASIS PROCEDURES OF MSG-3 STRUCTURE

ANALYSIS USING EXPERT EVALUATIONS

Averianov A.B., Chichkov B.A.

The article describes organization, basic principles, and procedures of the MSG-3 analysis of new aircraft and engine structure, involving a system of expert evaluations, to develop scheduled maintenance program.

Сведения об авторах

Аверьянов Андрей Борисович, 1983 г.р., окончил МГТУ ГА (2005), аспирант кафедры двигателей летательных аппаратов МГТУ ГА, автор 6 научных работ, область научных интересов - диагностика авиационных двигателей по регистрируемым параметрам, анализ особенностей процедуры МКВ и их адаптация к условиям авиапроектирования и производства в России.

Чичков Борис Анатольевич, 1969 г.р., окончил МИИГА (1993), доктор технических наук, профессор кафедры двигателей летательных аппаратов МГТУ ГА, автор более 40 научных работ, область научных интересов - модели систем, параметрическая диагностика авиационных двигателей в эксплуатации.