надёжность

надёжность авиационной техники — свойство летательного аппарата в целом и (или) его частей (конструкции, бортового оборудования, двигателей и др.) выполнять заданные функции, сохраняя значения эксплуатационных показателей в установленных пределах, соответствующих режимам и условиям использования, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортировки. Научные принципы, методы и технические приёмы обеспечения Н. изделий авиационной техники разрабатываются теорией надёжности, основой которой являются теория вероятностей и математическая статистика, научные методы изучения функционирования и нагружения изделий, их прочности, а также материаловедение. Практической основой Н. являются инженерные методы проектирования, испытаний, производства и эксплуатации авиационной техники.

Наука о Н. авиационной техники изучает физические причины и закономерности возникновения и развития отказов, влияние нарушений внутренних процессов функционирования и внешних воздействий на работоспособность изделий. Она создаёт научные основы расчёта и практические обеспечения Н. изделий, прогнозирования возможных отказов, разрабатывает теоретические основы их нормирования, методы реализации нормативных требований на этапах создания и подтверждения при испытаниях опытных и эксплуатации серийных образцов авиационной техники.

Н., являясь комплексным свойством, в зависимости от назначения и условий применения изделий авиационной техники, может включать свойства безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости в отдельности или при определённом их сочетании.

Для многих изделий определяющими будут свойства безотказности и долговечности, характеризуемые способностью изделия быть работоспособным в заданное время при обеспечении свойств ремонтопригодности и сохраняемости. Под работоспособностью понимается состояние изделия, при котором оно способно выполнять заданные функции, сохрани значения параметров в пределах, установленных нормативно-технической документацией, уровень безотказности количественно характеризуется вероятностью безотказной работы за полет, наработкой на один отказ и интенсивностью отказов. Долговечность оценивается значениями ресурса по числу полётов (или суммарной наработкой изделия) и по срокам службы. Фактический уровень Н. (безотказности или долговечности) зависит от совершенства методов проектирования, стабильности технологических процессов и характеристик материалов, определяемых общим уровнем развития науки и техники и производственными возможностями.

Сущность решения проблемы обеспечения Н. изделий заключается в изучении физических причин появления и развития отказов, создании инженерных методов проектирования высоконадёжных изделий, разработке производственно-технологических процессов изготовления материалов, деталей и узлов с заданными физико-механическими и прочностными свойствами, применении эффективных методов и средств эксплуатационного контроля и технического обслуживания изделий, разработке научных методов анализа и прогнозирования ожидаемых нагрузок и внешних воздействий в реальных условиях эксплуатации.

Изделия авиационной техники являются сложными системами, и уровень их Н. зависит от уровня Н. составных частей. Особенность этих изделий заключается в том, что при допущении возможности отказа отдельных составных частей работоспособность всего изделия должна сохраняться. С этой целью применяется рациональное резервирование частей с потенциально возможными отказами. Отказы должны быть контролируемыми (экипажу выдаётся информация об их появлении). Наиболее опасные отказы должны парироваться аварийными системами, изменением условий или режимов работы отказавших агрегатов. Состояние работоспособности и возникшие отказы в полёте регистрируются с помощью систем сбора полётной информации (см. Бортовой накопитель). Летательный аппарат в целом и его составные части должны быть приспособлены к установлению причин неисправностей, их устранению и предупреждению, то есть должны обладать необходимой эксплуатационной технологичностью.

Уровень Н. летательного аппарата и его составных частей оценивается рядом единичных количественных показателей, характеризующих свойства безотказности, долговечности и сохраняемости. Для летательного аппарата в целом применяются также комплексные показатели, характеризующие готовность к вылету, регулярность и безопасность полётов и совершенство технического обслуживания. Н. является важнейшей составной частью более общего свойства изделий — качества, характеризующего способность изделия быть использованным по назначению.

Создание и развитие науки о надёжности. Теоретические основы науки о Н. авиационной техники в СССР были заложены в 50—60-х гг. Их базу составили количественные методы расчёта и анализа и инженерные методы обеспечения Н. при создании и испытаниях изделий авиационной техники. Разработка методов количеств, оценки уровня Н., дифференцированный подход к оценке влияния различных видов отказов систем на выполняемые летательным аппаратом функции позволили перейти к активному управлению процессом обеспечения Н. на этапах проектирования, экспериментальной отработки и лётно-доводочных испытаний летательных аппаратов. Была создана основа для объективной сравнительной оценки уровней Н. летательных аппаратов различных типов и динамики их изменения во время эксплуатации. Реализация этих методов стала возможной благодаря созданию и широкому внедрению единой отраслевой системы учёта и сбора информации об отказах, выявляемых в эксплуатации, а также благодаря разработке вероятностно-статистических и расчётно-аналитических методов. В 70-х гг. наука о надёжности в авиации получила дальнейшее развитие. Основу её составили комплексные программы обеспечения Н., опирающиеся на научные методы проектирования, испытаний и эксплуатационной оценки Н. изделий авиационной техники. Цель работы по обеспечению и анализу Н. — изучение причин зарождения и развития неисправностей и создание изделий с заданным и контролируемым уровнем Н. Сложность решения проблемы Н. возрастает одновременно с увеличением сложности создаваемых изделий и их насыщением автоматическими устройствами и системами, поддерживающими рабочие режимы вблизи пределов устойчивости работы и прочности конструкции. Благодаря применению научных методов обеспечения Н., учёту предшествующего опыта уровень Н. вновь создаваемых изделий возрастает по сравнению с уровнем Н. прототипов.

Научные методы и практика обеспечения надёжности изделий. Сущность научных методов заключается в обосновании выбора рациональных конструктивных схем, обеспечивающих наиболее полное выполнение заданных функций в расчётных условиях эксплуатации при различных внешних воздействиях и возможных отказах отдельных узлов и подсистем. Расчётно-аналитические методы основаны на применении теории вероятностей и статистической информации об отказах элементов, агрегатов и узлов, полученной в ходе эксплуатации. При анализе рассматриваются работоспособное состояние изделия и состояние отказа, а само изделие представляется состоящим из последовательных и параллельных соединений элементов и узлов. Н. отдельных узлов и изделия в целом рассчитывается с применением структурных, логических или схемно-функциональных методов. Последний метод позволяет учитывать изменяющуюся схемную структуру изделия применительно к меняющимся режимам и условиям полёта летательного аппарата. Комплекс выполняемых работ даёт возможность получить данные по прогнозированию ожидаемого уровня Н.

В число применяемых способов обеспечения требуемых уровней Н. изделий входят следующие. На стадии проектирования — использование новых материалов с улучшенными физико-химическими характеристиками и новых элементов повышенной Н.; разработка принципиально новых схемных решений, включая резервирование; выбор оптимальных рабочих режимов и условий работы; разработка эффективного производственного и эксплуатационного контроля, обеспечивающего диагностику и прогнозирование технического состояния изделий. На стадии производства — использование прогрессивной технологии; применение эффективных методов контроля; проведение специальных испытаний на Н. основных систем и изделия в сборе. На стадии эксплуатации — обеспечение и контроль заданных условий и режимов работы; проведение профилактических работ; эксплуатационный контроль работоспособности; анализ и устранение причин выявляемых отказов.

Надёжность авиационных конструкций — способность конструкций сохранять заданную прочность при выполнении своих функций в процессе отработки назначенного ресурса. Под безотказностью конструкции понимается: отсутствие разрушений её элементов и (или) конструкции в целом из-за недостатка прочности (несущей способности) или устойчивости при возникновении экстремальных условий нагружения; отсутствие повреждений от действия многократно повторяющихся переменных нагрузок или температурных напряжений; отсутствие чрезмерных упругих деформаций несущих поверхностей от действия аэродинамических нагрузок и т. п. Безотказность авиационной конструкции тесно связана с безопасностью, гарантирующей практическую невероятность катастрофических ситуаций. Требования безопасности авиационной конструкции отражаются в государственных документах: Нормах лётной годности гражданских самолётов (действовавших в СССР), Федеральных правилах лётной годности (США), Требованиях к лётной годности (Великобритания) и т. д. или в межгосударственных положениях (например, в Руководстве по лётной годности Международная организация гражданской авиации).

Долговечность авиационной конструкции характеризуется её техническим ресурсом, который определяется наработкой — продолжительностью работы авиационной конструкции (число лётных часов, полётов и др.) и сроком службы, выражаемым календарным временем эксплуатации. Срок службы парка летательных аппаратов может быть увеличен путём рационального использования индивидуального ресурса каждого экземпляра. Эксплуатационная сохраняемость конструкции — способность её сохранять работоспособность в промежутках между периодами эксплуатации (например, когда летательный аппарат находится на стоянке, в ангаре). Для обеспечения сохраняемости конструкции в это время (от действия окружающей среды и т. п.) важное значение имеет коррозионную стойкость материалов и их антикоррозийная защита.

Контроль фактического уровня Н. конструкции летательного аппарата в процессе эксплуатации проводится на основе оценки показателей Н. При разработке методов обеспечения Н. авиационных конструкций в конце 60-х гг. возникла тенденция прямого использования вероятностных критериев теории Н. из-за недостатка фактических данных в диапазоне весьма малых вероятностей. Начиная с конца 70-х гг. получили практическое использование типовые подходы теории Н., основанные на формулировке количественных вероятностных критериев.

Надёжность авиационного двигателя. Особенность Н. авиационного двигателя заключается в необходимости получения оптимальных удельных характеристик по тяге, массе и расходу топлива в широком диапазоне изменения внешних условий при безотказной работе всех его систем в течение назначенного ресурса. Работоспособность и совершенство функциональных характеристик двигателя зависят от Н. обеспечивающих систем (топливной, охлаждения, смазки), систем управления, регулирования и контроля. Уровень Н. двигателя зависит от прочности основных силовых частей, определяемой запасами прочности и значениями тепловых, газодинамических, вибрационных и других воздействий. Уровень Н. двигателя оценивается его наработкой на отказ, а также значениями назначенного и межремонтных ресурсов. Оценка уровней Н. выполняется также в ходе специальных стендовых ресурсных и лётных испытаний на летающих лабораториях. Н. двигателя во многом определяет его стоимость и эффективность эксплуатации.

Надёжность авиационного бортового оборудования. Особенность бортового оборудования — взаимосвязь и взаимодействие отдельных систем и большая зависимость работоспособности отдельных приборов и устройств от внешних условий в местах их установки (вибраций, температуры, давления, влажности). Основные направления работ по обеспечению Н. оборудования: оптимальное резервирование, создание приемлемых местных условий работы отдельных приборов и устройств. Лабораторно-стендовая отработка отдельных узлов и систем является важной составной частью работ по обеспечению Н. оборудования. Уровень Н. оборудования оказывает существенное влияние на объём трудозатрат при техническом обслуживании и на степень готовности летательного аппарата к полётам. Это обусловливает повышенные требования к уровню Н., контролепригодности, эксплуатационной технологичности и унификации отдельных устройств, приборов и систем. Важным условием улучшения эксплуатационных свойств оборудования является широкое применение встроенного контроля.

В. В. Косточкин.