Методика прогнозирования показателей безотказности (надежности) средств заправки топливом воздушных судов

УДК 629.735.1

МЕТОДИКА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ БЕЗОТКАЗНОСТИ (НАДЕЖНОСТИ) СРЕДСТВ ЗАПРАВКИ ТОПЛИВОМ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ

Н.Е. СЫРОЕДОВ, К.С. ВОЛКОВ

Статья представлена доктором технических наук, профессором Коняевым Е.А.

В целях обоснования основных характеристик средств заправки воздушных судов топливом предложена методика прогнозирования показателей надежности заправочных модулей топливозаправщиков аэродромных и агрегатов заправки централизованных систем заправки на базе современных подходов теории надежности техники. Приведен пример формирования структурной схемы надежности оборудования заправочного модуля топливозаправщиков.

Ключевые слова: авиатопливообеспечение, прогнозирование, средства заправки, безотказность, надежность, воздушные суда.

Проблема обеспечения надежности авиационной техники и средств их наземного обслуживания относится к важнейшим задачам производства и эксплуатации в гражданской авиации. Изготовление и поставка технических средств ненадлежащего качества может привести к снижению уровня безопасности полетов воздушных судов с серьезными последствиями. Важность проблемы надежности средств заправки воздушных судов (ВС) топливом становится еще более актуальной для гражданской авиации РФ в связи с сокращением сроков подготовки к повторным вылетам воздушных судов зарубежного производства и повышением скоростей их нижней заправки топливом по сравнению с отечественными образцами. Поэтому топливозаправочные средства для современного парка ВС должны обладать повышенными характеристиками, иметь достаточный уровень автоматизации технологического процесса заправки топливом, адекватный уровню автоматизации топливозаправочных устройств ВС, и обеспечивать безопасность процесса по предотвращению пульсаций потока заправляемого топлива.

Как и для всех видов авиационной техники, надежность топливозаправочных модулей современных технических средств закладывается на этапах разработки опытных образцов, обеспечивается на стадии производства и поддерживается в эксплуатации. Разработчики авиационной техники, в том числе топливозаправочных средств, должны учитывать все планируемые показатели, характеризующие технический уровень и качества образца. К этим показателям относятся, прежде всего, показатели назначения (расход раздаточных систем, рабочее давление, степень очистки топлива от твердых частиц загрязнений и свободной воды, уровень предотвращения гидроударов), надежность каждого элемента оборудования топливозаправочных модулей, технологичность образца при производстве и в ходе эксплуатации, эргономические показатели и уровень технической эстетики.

Формирование требований к надежности топливозаправочных модулей и топливозаправочного средства как изделия во многом зависит от правильного подбора комплектующих элементов, своевременного учета показателей их надежности. Поэтому задача прогнозирования показателей надежности на стадии проектирования изделия с высоким уровнем надежности является приоритетной, а решение определяет выбор сборочных единиц и деталей с учетом конкретики мероприятий по обеспечению надежности и поддержанию показателей надежности при эксплуатации. Кроме того, важным аспектом для изготовителей технических средств заправки и эксплуатантов является планирование объемов запасных частей на жизненный цикл образца.

Прогнозирование показателей надежности необходимо также для определения экономических затрат на обеспечение заданных показателей надежности и состав запасных частей.

Основными этапами прогнозирования надежности на этапе проектирования средства заправки ВС топливом является:

- составление структурной схемы надежности, исходя из анализа функциональной схемы раздаточных систем модуля, условий и продолжительности работы входящих в него элементов при выполнении основных рабочих операций;

- выбор и обоснование наиболее рациональной схемы сборочных единиц топливозаправочного модуля, обеспечивающих безопасность применения и выполнение заданных количественных требований надежности;

- установление условий и режимов работы элементов и заправочного модуля в целом;

- выбор и обоснование критериев надежности.

Как основной пример, нами рассматривается технологический процесс непосредственной заправки воздушного судна топливом. Аналогично могут разрабатываться структурные схемы вспомогательных технологических операций, например, по наполнению цистерны автотопливозаправщика топливом на складе ГСМ, транспортирование топлива к месту заправки ВС и прочие операции, необходимые для прогнозирования обобщенных показателей надежности образца в целом.

Структурная схема надежности оборудования заправочного модуля средства при выполнении операции по заправке ВС топливом приведена на рис. 1.

Рис. 1. Структурная схема надежности оборудования заправочного модуля

Приведенная в примере структурная схема адекватна функциональной схеме раздаточной системы топливозаправщика аэродромного ТЗА-22-РБ производства ЗАО НПО "Авиатехнология" и включает основные сборочные единицы, обеспечивающие в комплексе безопасность заправки ВС в соответствии с международными требованиями. Как видно из рис. 1, структурная схема надежности представляет последовательное соединение элементов, вероятность безотказной работы такой системы определяется как произведение значений вероятностей безотказной работы отдельных сборочных элементов р (і), [1]

р «) = Рі«) • р 2

/=1

В качестве нормированных условий и режимов работы оборудования заправочного модуля должны рассматриваться международные требования выполнения топливозаправочного процесса современного ВС. При этом рассматриваются реальные условия заправки закрытым способом под давлением одного из типов ВС с заданными топливозаправочными характеристиками и автоматизированной системой приема и перераспределения потока топлива по бакам, а также отключения приема топлива в баки и завершения общего приема заданного объема топлива в топливную систему ВС.

Поскольку рассматриваемая схема работает в комплексе с топливозаправочным оборудованием системы ВС, технологическое оборудование заправочного модуля должно адекватно в автоматическом режиме отрабатывать режимы подачи топлива через бортовые штуцеры без превышения заданных норм по объемной скорости потока (расхода) раздаточной системы, рабочему давлению допустимых пульсаций давления потока, в том числе в конце заправки, а также объему подачи топлива на борт в случае штатного прекращения заправки автоматикой заправочного модуля.

Указанные условия и режимы выполнения топливозаправочного процесса являются исходными при выборе (обосновании) критериев надежности оборудования заправочного модуля.

В соответствии с ГОСТ Р 52906-2008 для подвижных и передвижных топливозаправочных средств обязательным является нормирование следующих показателей надежности по безотказности: То - средняя наработка на отказ (не более 500 моточасов); Р(0 - вероятность безотказной работы, задаваемая в техническом задании заказчика на разработку образца.

В технических заданиях заказчиков и в технических условиях разработчиков задаются также другие показатели надежности, например, показатель ремонтопригодности в формате среднего времени восстановления, показатели долговечности в формате среднего ресурса до капитального ремонта, среднего срока службы до списания и показатель среднего срока сохраняемости. Оценка ремонтопригодности, долговечности, сохраняемости и комплексный показатель надежности определяется, как правило, на последующих этапах жизненного цикла образца и в статье методики определения не рассматриваются.

При прогнозировании показателей безотказности топливозаправочных средств во внимание принимаются следующие предположения:

- функциональные системы образца рассматриваются как сложные системы, состоящие по факту из большого числа элементов различного типа (механических, гидравлических, пневматических, электрических и т.п.);

- под потоком отказов элементов принимаются последовательность отказов, происходящих один за другим в случайные моменты времени;

- вид потока отказов принимается по данным ранее выпускаемых образцов - экспоненциальный;

- поток отказов, возникающий при выполнении перечисленных технологических операций, простейший с присущими ему свойствами стационарности, ординарности и не имеющий последствий;

- отказы носят внезапный характер, процесс эксплуатации стабилен во времени.

По опыту аналогов под отказом технического средства заправки принимается выход из строя его сборочных единиц или отклонение эксплуатационных показателей за допустимые пределы, которые приводят к невыполнению заданных функций в заданное время. Для заправочных модулей под технически исправным состоянием принимается нахождение его эксплуатационных показателей (выходных параметров процесса заправки) в допустимых пределах, определенных в нормативной документации при заданных условиях эксплуатации.

Так, например, превышение рабочего давления потока топлива на выходе из раздаточной линии после наконечника нижней заправки и бортового штуцера ВС свыше 0,35 МПа считается отказом и приводит заправочный модуль в неисправное состояние, заправка с таким нарушением параметра потока заправляемого топлива запрещается, классифицируется как предпосылка к происшествию, поскольку не исключает вероятность работы трубопроводных коммуникаций топливной системы ВС на недопустимом режиме. Аналогично, отказами оборудования заправочного модуля по предотвращению гидроударов является превышение значения давления 0,83 МПа, а также закрытие устройств автоматического прекращения заправки за время от 2 до 5 с и подачей более 200 л после их закрытия.

Для прогнозирования по документации сборочных единиц, входящих в структурную схему выполнения конкретной технологической операции, например, по схеме рис. 1 или по статистическим данным аналогов собираются данные по показателям безотказности.

Исходные данные заносятся в таблицу по приведенной форме.

Таблица 1

Исходные данные об элементах, включенных в структурную схему надежности средства заправки

Наименование элемента Кол-во в средстве заправки Вероятность безотказной работы

Закон Параметр

Насос 1 Экспоненциальный 1 = 350 10-5

Донный клапан 2 (С 1 = 30 10-5

Дыхательный клапан 2 (.(. 1= 0,3 10-5

Регулятор давления в линии 1 (.(. 1 = 20 10-5

Счетчик жидкости 1 (.(. 1 = 200 10-5

Фильтр-водоотделитель 1 (.(. 1 = 4 О 5

Раздаточный рукав 2 (.(. 1= 50 10-5

Наконечник нижней заправки 2 (.(. 1= 80 10-5

По исходным данным показателей интенсивности потока отказов элементов 1 рассчитывается безотказность работы раздаточной системы заправочного модуля

Р,

где <( - время работы оборудования.

По статистике для каждого технологического процесса уточняется время функционирования схемы. В нашем примере 4 - время работы оборудования при заправке ВС топливом или

рассчитанная по формуле

V ц

<3 = —,

Ч п

где —ц - вместимость цистерны ТЗА, л; Чп - номинальная подача топливного насоса ТЗА, л/мин.

Затем по формуле 1 определяется вероятность безотказной работы заправочного модуля в рассматриваемой схеме (рис. 1).

Аналогично проводится расчет прогнозируемых показателей безотказности оборудования в других технологических операциях цикла функционирования ТЗА с учетом статистики времени их выполнения и общего времени цикла.

Вероятность безотказной работы ТЗА по данным вероятности безотказной работы всех технологических операций определяется по формуле

Р

По прогнозируемым данным вероятности безотказной работы ТЗА при выполнении рабочего цикла Р(<з) определяется средняя наработка на отказ по формуле

То ~ ЫР

Полученные результаты сравнения с заданными показателями безотказности работы по

техническому заданию (техническим условиям) и при необходимости разрабатываются мероприятия по подбору комплектующих изделий.

ЛИТЕРАТУРА

1. Безовский Т. Надежность. Теория и практика / пер. с англ. / под ред. Б.Р. Левина. - М.: Мир, 1965.

2. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. - М.: Наука.

3. Гнеденко Б.В., Беляев Ю.К., Соловьев А.Д. Математические методы в теории надежности. - М.: Наука, 1965.

4. ГОСТ 27.001-81. Система стандартов «Надежность в технике». Основные положения.

5. ГОСТ 27.001-81. Система стандартов «Надежность в технике». Термины и определения.

6. ГОСТ Р 52906-2008. Оборудование авиатопливообеспечения. Общие технические требования.

PREDICTION TECHNIQUE OF FAILURE-FREE

FACTORS FOR AIRCRAFT REFUELLING VEHICLES

Syroedov N.E., Volkov K.S.

In order to substantiate main characteristics of aircraft refueling vehicles it is offered the prediction technique of reliability factors for refuelling units of aircraft refuellers and hydrant dispensers based on up-to-date approach of machinery reliability theory. The article gives example for formation of reliability structure diagram for refuelling equipment of aircraft refuellers.

Key words: maintenance with aviation fuel, forecasting of refueling, non-failure operation, reliability, air court.

Сведения об авторах

Сыроедов Николай Евгеньевич, 1935 г.р., окончил КВИАУ ВВС (1961), кандидат технических наук, профессор кафедры авиатопливообеспечения МГТУ ГА, доцент. ведущий научный сотрудник ФАУ «25 ГосНИИ химмотологии Минобороны России», автор более 140 научных работ, область научных интересов - авиатопливообеспечение аэропортов, безопасность системы заправки ВС горючесмазочными материалами.

Волков Константин Сергеевич, 1971 г.р., окончил МАДИ (1994), заместитель генерального директора по качеству ЗАО НПО "Авиатехнология", автор 10 научных работ, область научных интересов -авиатопливообеспечение аэропортов гражданской авиации, совершенствование системы технического обслуживания оборудования авиатопливообеспечения.