ОСОБЕННОСТИ СТАРЕНИЯ ОДНОИМЕННЫХ СИСТЕМ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ САМОЛЕТОВ

Аннотация

Проведен анализ старения функциональных систем самолета Ан-24, заканчивающих эксплуатацию по вы- работке ресурса и срока службы.

Полный текст

Самолетный парк авиакомпаний России в послед- ние десятилетия обновляется крайне незначительно. Арендуемые самолеты иностранного производства также трудно назвать нестареющими. Естественно, что в авиационных и не авиационных кругах обсуж- даются вопросы безопасности эксплуатации старею- щих самолетов. Старение самолетов может быть как моральным, так и физическим. Моральное старение определяется в первую очередь ухудшением эконо- мических показателей по мере поступления в экс- плуатацию последующих поколений самолетов, а также увеличением затрат на поддержание надежно- сти и комфортабельности. Физическое старение про- является в выработке ресурсов в летных часах, цик- лах, посадках и в исчерпании календарного срока службы. Самолет в целом принято рассматривать состоя- щим из планера со средствами его механизации, дви- гателей и функциональных систем. Планер и двигатели - наиболее значительные и ответственные элементы самолета. Двигатели явля- ются настолько самостоятельными объектами в плане разработки, постройки и научного обеспече- ния, что ими занимается отдельная отрасль про- мышленности и области исследований - двигателе- строение. Проблеме обеспечения надежности пла- нера и его сохранения при длительной эксплуата- ции также посвящено достаточно большое число серьезных исследований, лежащих в основе такой отрасли авиационной промышленности, как самоле- тостроение. image Исследованиям надежности функциональных сис- тем уделено существенно меньше внимания. Во мно- гом это связано с тем, что разработчики и изготовите- ли агрегатов систем работают в различных отраслях науки и техники. В то же время, влияние функцио- нальных систем на надежность самолета весьма суще- ственно. Около 75 % отказов авиационной техники приводящих к авиационным происшествиям связано с отказами агрегатов функциональных систем. Ресурсы агрегатов и комплектующих изделий функциональных систем существенно меньше, чем ресурсы планера. Планер представляет собой, глав- ным образом, статическую конструкцию, а агрегаты систем выполнены в виде механических, электрогид- равлических, гидромеханических, пневматических машин и аппаратов. В связи с этим старение планера и рассматриваемых систем по парку самолетов Ту-154М, заимствованных из [1]. image image t ср 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 функциональных систем имеет различную физиче- 0 10000 20000 30000 40000 50000 Налет, ч скую и организационно-техническую основу. Разли- чия физической природы старения планера и систем достаточно очевидно и пояснений не требуют. Орга- низационно-технические различия процессов старения определяются ресурсами, объемами, содержанием и периодичностью работ, выполняемых для поддержа- ния надежности планера и функциональных систем при длительной эксплуатации. Функциональные системы содержат в своих структурах большое число агрегатов, имеющих различные физические основы функционирования и конструк- тивное исполнение. Если изучение старения систем построить только на рассмотрении процессов дегра- дации структурных элементов агрегатов и их выход- ных характеристик, то этот путь может оказаться крайне трудным. Но если предположить, что ресурсы: назначенный, до первого ремонта и межремонтный - в какой-то степени характеризуют возможности агрега- Рис. 1. Зависимость средней относительной наработки агрегатов гидросистемы от налета самолетов ТУ-54М, Ту-154Б и Ан-24: _ АН-24; ------Ту-154М, Ту-154Б image tср 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 тов выполнять свои функции, то степень обработки 0 10000 20000 30000 40000 50000 Налет, ч этих ресурсов агрегатами допустимо принять за осно- ву оценки старения функциональных систем. В каче- стве оценки старения [1] предложено среднее значе- ние отработки ресурсов агрегатами системы в виде: n åti Рис. 2. Зависимость средней относительной наработки агрегатов и топливной системы от налета самолетов Ту-154М, Ту-154Б и Ан-24: _ Ан-24; ------ Ту-154М, Ту-154Б tср image = i=1 n image tср 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 10000 20000 30000 40000 50000 Налет, ч , (1) где n - число агрегатов в системе; image ti - относительная отработка ресурса i-м агрегатом, которая определяется так: image image t = ti i Ti , (2) где ti - наработка агрегата при рассматриваемом нале- те самолета; Ti - ресурс агрегата. При определении средних относительных отработок ресурсов агрегатами функциональных систем ис- пользована информация о наработках и ресурсах са- молетов Ан-24 по парку из 7 бортов. Результаты рас- четов представлены в таблице для топливной системы (ТС), гидросистемы (ГС) и шасси. Эти результаты представлены более наглядно на рис. 1, 2 и 3. Для сравнения представлены результаты расчета старения Рис. 3. Зависимость средней относительной наработки агрегатов системы шасси от налета самолетов ТУ-154М, Ту-154Б и Ан-24: image _ Ан-24; ------ Ту-154М, Ту-154Б Значение относительных отработок ресурсов для агрегатов топливной системы, гидросистемы, шасси ЛА Ан-24 Таблица 1 № борта Налет с начала эксплуатации, ч Средняя относительная отработка ресурсов ТС ГС Шасси 46497 52 150 0,383 6 0,755 1 0,536 7 46604 52 700 0,378 5 0,679 8 0,416 2 46524 53 183 0,488 3 0,612 1 0,541 3 46351 37 960 0,686 2 0,661 5 0,554 5 46493 54 514 0,496 2 0,650 3 0,599 2 46358 41 000 0,531 2 0,591 2 0,423 7 46520 56 000 0,456 1 0,631 8 0,545 1 По приведенным материалам видно, что рассмот- ренные наработки самолетов Ан-24 находятся в суще- ственно большем диапазоне 35...55 тыс. летных часов, тогда как для Ту-154М в приделах 15...40 тыс. часов. Такова действительная наработка самолетов на мо- мент проведения исследования. Подтверждается предположение, высказанное в [1], о стабилизации относительной отработки ресурсов агрегатами систем самолетов. Обнаружились и существенные отличия в процессах старения систем самолетов различных ти- пов. Так, несмотря на существенно большой налет самолетов Ан-24, их топливные системы и шасси су- щественно моложе, чем у Ту-154М. Средние относи- тельные отработки ресурсов существенно меньше. На первый взгляд это обстоятельство может быть объяс- нено тем, что топливная система Ан-24 оснащена на- сосами с коллекторными электродвигателями посто- янного тока, ресурс которых меньше, чем у асинхрон- ных трехфазных электродвигателей насосов Ту-154М и их чаще заменяют. Ресурс шасси и замену его агре- гатов определяют по числу посадок. Самолет Ан-24 местных авиалиний и его налет на посадку сущест- венно меньше чем у Ту-154М. Помимо того, Ан-24 может садиться как на бетонные, так и на грунтовые взлетно-посадочные полосы. В том и другом случае условия нагружения шасси отличаются. Учет числа посадок на грунт типа бетон не ведется. Более частые посадки с учетом посадок на грунт определяют и бо- лее частое обновление агрегатов шасси Ан-24 по на- лету самолета, и его шасси выглядят «моложе», чем у Ту-154М при большем налете самолета. Представляет также интерес учет в исследовании процессов старения систем фактора эксплуатанта. Фактор эксплуатанта многогранен, он включает мар- шруты и высоты полетов (полетные перегрузки), кли- матические условия летной и технической эксплуата- ции, оснащенность организаций по техническому обслуживанию, квалификацию персонала и организацию работ. Функциональные системы самолетов чаще всего имеют многократное общее резервирование. Так, гид- росистема Ту-154М имеет в своем составе гидросис- темы № 1, № 2, № 3, т. е. трехкратное общее резерви- рование, гидросистема Ил-86 и Ил-96-300 - четырех- кратное общее резервирование. В полете работают все гидросистемы. Каждая из них обслуживает опреде- ленные гидроприводы, также чаще резервированные. Уравнять полетные нагрузки на подсистемы не удает- ся обеспечить одинаковым. Одни работают больше чем другие. Это приводит, в частности, к более час- тым заменам гидронасосов в нагруженных системах. Также можно сказать о топливных системах и о сис- темах кондиционирования воздуха в салоне самолета. Подсистемы одноименных систем вследствие этих причин «стареют» тоже по-разному, и это необходимо учитывать при разработке программ технического обслуживания. Приведенные результаты показывают, что агрега- ты, имеющие отказы и эксплуатирующие на рассмат- риваемый момент в парке, имеют относительную от- работку назначенного ресурса не более 50-60 %, так как происходит обновление авиационного оборудова- ния по причине ремонта и по отработке им назначен- ного ресурса.