автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.02, диссертация на тему:Метод поиска неисправностей и его использование в обеспечении надежности летательных аппаратов

На правах рукописи

МЕТОД ПОИСКА НЕИСПРАВНОСТЕЙ И ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В ОБЕСПЕЧЕНИИ НАДЕЖНОСТИ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

Специальность 05.07.02 Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов

АВТОРЕ ФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Красноярск 2006

Работа выполнена на кафедре «Техническая эксплуатация летательных аппаратов и авиационных двигателей» в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева» (СибГАУ)

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Шаймарданов Лев Гайнушгович Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Лаптенок Валерий Дмитриевич

кандидат технических наук, руководитель Красноярского . регионального управления по надзору на воздушном транспорте

Бондаренко Виталий Григорьевич

Ведущая организация: Иркутский государственный технический университет, г. Иркутск

Защита состоится « /<^>> декабря 2006 г. в_часов на заседании

диссертационного совета ДС 212.023.01 «Сибирского государственного аэрокос-мичсского университета имени академика М. Ф. Решетнева» (СибГАУ) по адресу: 660014, г. Красноярск, ул. Красноярский рабочий, 31, корпус «А».

С диссертацией можно ознакомиться в «Сибирском государственном аэрокосмическом университете имени академика М.Ф. Решетнева»

Автореферат разослан «/У » ноября 2006 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета ДС 212.023.01, доктор технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования

Летательные аппараты (ЛА) являются одной из самых сложных технических систем, создаваемых и применяемых человеком. Но как любое техническое изделие, ЛА имеют свойство отказывать, то есть прерывать процесс функционирования, а это снижает надежность и безопасность полетов.

Устранить отказ или неисправность можно, но, не выявив и не устранив причину их вызывающую, нельзя гарантировать надежность. Причину можно определить по проявляющимся признакам (последствиям).

Если есть один признак, то он явно указывает на неисправный элемент, агрегат или изделие. Намного сложнее, когда неисправность проявляется несколькими признаками. В этом случае, даже высоко квалифицированный специалист не всегда способен определить причину неисправности. Требуется дополнительная проверка, контроль, время и материальные затраты. Проблемы, связанные с определением причины неисправности можно разрешить, используя методы распознавания. Рассчитанные и построенные на их основе модели, таблицы, графики, позволят сократить время на отыскание причины отказа или неисправности и снизить материальные затраты.

Цель работы

Повышение надежности и летной годности летательных аппаратов, путем разработки и внедрения методов распознавания неисправных состояний агрегатов, изделий и систем.

Задачи исследования

1 Сбор и анализ статистического материала о неисправных состояниях систем ЛА.

2 Анализ и определение возможности применения теоремы гипотез к неисправным состояниям агрегатов, изделий и систем ЛА.

3 Определение возможных вариантов расчета вероятности появления неисправных состояний при проявлении различных сочетаний признаков неисправностей.

4 Определение условий реализации математической модели определения неисправных состояний при проявлении различных сочетаний признаков.

5 Разработка методики определения неисправных состояний агрегатов, изделий и систем ЛА, с использованием теоремы гипотез.

6 Применение методики в практической деятельности при техническом обслуживании и ремонте ЛА.

Объектом исследования является агрегаты, изделия и системы авиационной техники в неисправных состояниях..

Предметом исследования является функциональные связи агрегатов, изделий, систем ЛА и математическая модель поиска неисправностей, определение причин неисправных состояний, основанная на использовании теоремы гипотез.

Научная новизна диссертационной работы заключается:

1 В решении задачи поиска неисправных состояний агрегатов, изделий и систем ЛА с использованием вероятностного метода распознавания.

2 В обосновании условий построения математической модели вероятности появления неисправных состояний агрегатов и систем ЛА.

3 В разработке математической модели для вероятности появления того или иного неисправного состояния агрегатов и систем ЛА, с использованием метода распознавания.

4 В разработке методики определения неисправных состояний конкретных систем ЛА.

5 В разработке методики представления результатов расчетов диагностирования неисправного состояния агрегатов и систем в виде, удобном для использования в процессе технической эксплуатации авиационной техники.

Практическая ценность работы заключается в том, что:

1 Использование методики определения неисправных состояний ЛА с применением вероятностного метода, позволяет сокращать время и затраты при проведении работ по восстановлению надежности ЛА и обеспечению безопасности полетов.

2 Разработанная методика определения неисправных состояний авиационной техники, применима к любым системам всех типов самолетов и вертолетов.

3 Применение методики на новых типах ЛА, в период их освоения, когда еще не накоплен опыт технической эксплуатации, даст возможность ускорить процесс восстановления надежности.

4 Разработанные методики и математическая модель, дают возможность группам надежности и технической диагностики авиакомпаний самостоятельно использовать их при выполнении работ по восстановлению надежности ЛА.

Апробация работы

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на кафедре «Техническая эксплуатация летательных аппаратов и авиационных двигателей» Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М.Ф. Решетнева, на Всероссийских научных конференциях с международным участием «Решетневские чтения» СибГАУ, 1999, 2000,2005 и 2006 гг., международной научно-технической конференции МГТУГА, 2006 г.

Публикации

Результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 8 печатных работах, в том числе трижды в «Вестнике СибГАУ».

Структура и объем диссертационной работы Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографического описания из 105 наименований.. Она содержит 221 страницу машинописного текста, 27 рисунков, 18 таблиц.

Содержание работы

В первой главе «Обзор и обоснование» речь идет о сложности ЛА, их постоянном развитии и совершенствовании.

Как известно, любое усложнение технического изделия, приводит к снижению надежности. ЛА, осуществляя перевозку пассажиров и грузов, находит-

ся в воздухе и отказы или неисправности снижают, как надежности, так и безопасности полетов.

Устраняют отказы или неисправности, как правило, на земле. Для предотвращения их повторного появления необходимо найти и устранить причину. Это сможет выполнить высококвалифицированный специалист. Но даже ему потребуется временя и комплекс проверочного оборудования.

Вопросам технического диагностирования посвящены известные работы Д. Н. Решетова, В. Г. Воробьева, В. В. Косточкина, В. Ф. Гладких, Е. В. Сугак. Вместе с этим, реализуемых в практике работы авиакомпаний, эффективных методов и методик без аппаратурного анализа и поиска неисправностей до настоящего времени нет.

Во второй главе «Системы летательного аппарата как объекты диагностирования» дана их краткая характеристика с позиции диагностирования. Рассмотрена масляная система двигателя Д-3ОКУ- 154, представленная рисунком 1, на примере диагностирования которой в работе иллюстрируются разработанная методика.

В третьей главе «Разработка методики распознавания неисправностей агрегатов и систем ЛА» рассмотрены методологические вопросы, связанные с определением «распознавания» и методами, используемыми при его осуществлении.

Одной из основных задач технической диагностики является распознавание технического состояния объекта в условиях ограниченной информации. Анализ состояния выполняется в эксплуатационном режиме, при котором получение исчерпывающей информации крайне затруднительно.

Существенной частью распознавания является выбор параметров, описывающих состояние объекта. Они должны быть достаточно информативными, чтобы при выбранном числе диагнозов процесс распознавания мог быть осуществлен. Существуют два основных подхода к задаче распознавания: детермини-• стический и вероятностный.

При детерминистических методах распознавания задача формируется на геометрическом языке, и сводится к разделению пространства признаков на области состояний (диагнозов).

При вероятностных методах распознавания требуется построить решающее правило, с помощью которого по имеющейся совокупности признаков объект был бы отнесен к одному из возможных состояний в;.

При этом необходимо оценить достоверность принятого решения и степень риска ошибочного решения.

Из теории вероятностей, как следствие теоремы умножения и формулы полной вероятности, известна теорема гипотез (формула Байеса). В технических приложениях делались попытки использования теоремы гипотез в диагностических целях, но не получила широкого распространения.

В настоящей работе рассмотрено углубленное применение формулы Байеса, с целью определения причины неисправного состояния.

_Условные обозначения:_

.Масло, поступающее из маслобака мм Нагнетаемое масло ■=■=«=. Откачиваемое масло ™ Суфлирование

1- топливомасляный радиатор; 2- откачивающий насос MHO; 3- маслобак; 4 - предохранительный клапан маслобака; 5-роликоподшипник; 6 - шарикоподшипник; 7 - центробежный суфлер ЦС; 8 - подкачивающий насос MHO; 9- стояночный клапан; 10 - датчик 2ДЭТ- 5; 11- сигнализатор МСТВ; 12 - сетчатый маслофильтр МФС; 13- подшипник ведущего зубчатого колеса; 14- обратный клапан маслонасоса; 15- нагнетающий маслонасос; 16 - редукционный клапан маслонасоса; 17 - нижний подшипник центрального привода; 18- центробежный воздухоотделитель; 19 - верхний подшипник центрального привода; 20 - датчик масломера УМИС;21- зубчатое колесо центрального привода; 22 - фильтр-сигнализатор стружки ЦВС; 23-магнитный сигнализатор стружки ММС; 24 - сетчатые фильтры MHO полости кожуха вала и задней опоры турбины; 25 - дополнительный маслофильтр.

Рисунок 1- Масляная система двигателя Д-ЗОКУ-154

Формула Байеса имеет вид

Р^/к^-Р^Щ^ , (1)

где Р (8 ¡) — вероятность появления состояния 81, определяемая по статистическим данным (априорная вероятность появления состояния).

Р (к | /8 вероятность проявления признака к ] у объектов с состоянием 8,.

Р (к ¡) — вероятность появления признака к ] во всех объектах независимо от состояния объекта.

Обобщенная формула Байеса относится к случаю, когда обследование проводится по комплексу признаков- К, включающему признаки кь кг,..., к у. Каждый из признаков к) имеет Т| разрядов (к| ь к (2,к )5,к ; г, ). В результате обследования становится известной реализация признака

К,*=к]8 (2)

и всего комплекса признаков К*1. Формула Байеса для комплекса признаков имеет вид

Р(8,/К*) = Р(8;)Р(К*/80/Р(К*), (1=1,2,...,«), (3)

где Р (8 1 /К*) — вероятность диагноза 8 i после того, как стали известны результаты обследования по комплексу признаков К. Р(Б ¡)- вероятность появления состояния 8 {(по предшествующей статистике).

В практических задач, особенно при большом числе признаков, применимо условие независимости признаков даже при наличии существенной корреляции между ними.

Вероятность проявления комплекса признаков К* определяется по выражению

Я = 1

Для комплекса признаков обобщенная формула Байеса может быть записана в виде:

~£Г(ВС)Р(К*1,5С)

1=1

а = 1 , (6)

/=1

т.е. одно из состояний обязательно реализуется, а реализация одновременно двух состояний невозможна.

Теорема гипотез является основой для применения, но прямое ее использование не дает требуемого результата. Чтобы достичь его, необходимо ее развить, углубить - путем преобразования, трансформации обобщенной формулы Байеса, определения условий применения, построения требуемых расчетных математических моделей, составления алгоритма поиска неисправностей. Это и составляет существо задач, решаемых в диссертационной работе.

1 Индекс означает конкретное значение (реализацию) признака

Раскрывая теорему гипотез, определим возможные варианты сочетаний признаков и неисправных состояний:

I -проявление одного признака в одном неисправном состоянии;

II - проявление одного признака в двух неисправных состояниях;

III - проявление двух признаков в одном неисправном состоянии;

IV — проявление двух признаков в двух неисправных состояниях;

V - проявление двух признаков в трех неисправных состояниях;

VI — проявление трех признаков в двух неисправных состояниях.

В каждом варианте необходимо рассматривать предполагаемые неисправные состояния и признаки, с учетом их возможного проявления. Для этого целесообразно определить условия, при которых признаки будут рассматриваться как случаи- I, а неисправные состояния как вариации— II.

Условия предопределяют необходимость выполнения следующих операций:

1 Выполнение расчета по случаям, обозначим:

I а) - при одновременном проявлении всех признаков.

I б) - при неявном проявлении (не проявлении) первого признака. Неявное проявление признака означает, что признак слабо выражен.

I в) - при неявном проявлении (не проявлении) второго признака.

1 г) - при неявном проявлении (не проявлении) обоих признаков.

2 Рассмотреть в каждом случае вариации (II) для следующих состояний:

II а) - для первого рассматриваемого неисправного состояния (Б}).

II б) - для второго рассматриваемого неисправного состояния (Бг).

II в) - для третьего рассматриваемого неисправного состояния (Бз).

Эти условия применимы только для того варианта, в котором одновременно имеется два и более признака, два и более неисправных состояния.

Каждое неисправное состояние необходимо рассматривать по всем четырем случаям: I а), I б), I в) и I г)- проявления или не проявления признаков.

Для удобства и большей наглядности предлагается строить диагностическую матрицу общего вида, представленную таблицей 1, которая состоит из столбцов, где размещены конкретные признаки , а в последнем- вероятности Р(к j / Б ), и строк, в которых содержатся значения вероятности неисправных состояний.

Таблица 1 используется для получения необходимых расчетных зависимостей из обобщенной формулы Баейса.

Рассмотрим получение выражений для наиболее сложного V варианта.

V вариант - проявление двух признаков (к1 и к2) в трех неисправных состояниях (8ь Бг и Яз).

V вариант будем рассматривать в 4 случаях при проявлении или не проявлении двух признаков, и в 3 вариациях, то есть для трех неисправных состояний.

Неисправные состояния Б/ Вероятность проявления признака ку- Р(Яд

по к! по к2 по кз

Р(к 1 /Э Р(к ¡) Р(к3/Бд

Б, Р(к 1 / Б1) Р(к2/Я,) РО^з/БО

Б2 РОс^Бг) Р(к 2/Я 2) Р(к3/32) Р(Я2)

Б3 Р(к ] /Б 3) Р(к2/Я3) Р(к з / Б 3) Р(Я3)

Таблица 1- Диагностическая матрица общего вида

Вариация II а) - для первого неисправного состояния (Б^: для случая I а) — одновременное проявление двух признаков (к1 и кг) в неисправном состоянии Б]. Используя обобщенную формулу Баейса (5) получим выражение - Р(Б\/ к] к2).

ргЗПскл =_РФЖУДРР^/Ц)_ (7)

1 1 г) Р^Р{кх1^Р{кг + /82)Р(к2 Л^ + П^Ж^ ^ъ)Р(к2 Л

В числителе: произведение значения Р( в ¡) - вероятность появления неисправного г-го состояния (применительно к рассматриваемому случаю 81) -Р(8]), на значение Р(К*/ в ¡) - вероятность проявлешм комплекса признаков (для нашего случая — одновременное проявление признаков- к1 и кг), в неисправном состоянии (для рассматриваемого случая БО — Р(к1 к2/Б]) или Р(к1 /Б]) Р(к2/ Б^. Исходя из этих обозначений, в числителе получим выражение: Р(Б0 Р(к, к2/БО или Р(Б0 Р(к,/БО Р(кз/БО .

В знаменателе: сумма произведения значения Р(Б с) - вероятность появления сочетаний неисправных состояний (для рассматриваемого случая Бь Б2 и Б3- определяют количество слагаемых) - Р(80, Р($2) и Р(83), на значение Р(К*/ Б с) - вероятность проявления комплекса признаков (в рассматриваемом случае - одновременное проявление признаков - ¿1 и к2), в сочетании неисправных состояний (у нас - Б,, Б2 и Б2) - Р(к х! БО Р(к2/ БО + Р(к х/ Б2) Р(к 2/ Б2). + Р(к 1/ Б3) Р(к 2/ Б3). В результате в знаменателе получаем выражение - Р(Б0 Р(к \/ БО Р (к2/ Б,) + Р(Б2) Р(Кх/ Б2) Р(К2/ Б2) + Р(Б3) Р(КХ/ Б3) Р(К2/ Б3).

После сведения рассмотренных выражений получим расчетную зависимость 7.

Аналогичными действиями получены выражения: для случая I б) — при неявном проявлении первого признака в неисправном состоянии Б]-Рф /£,£2); для случая I в) - при неявном проявлении второго признака в неисправном состоянии Б г Р(£\ /кхкг)\ для случая I г) - при неявном проявлении обоих признаков в неисправном состоянии Б г Рф/£,£,).

Проделав подобные действия с вариацией II б), получим выражение для второго неисправного состояния (Б2) и с вариацией II в)- для третьего неисправного состояния (Б3).

Полученные выражения вида (7) представляют собой математическую модель определения неисправного состояния, которую можно применить к любой технической системе.

В четвертой главе «Реализация методики распознавания неисправностей» на примере распознавания неисправных состояний масляной системы двигателя Д-30КУ-154, с использованием статистических данных авиакомпании «Красноярские авиалинии» за период 1999 по 2004 годы, проиллюстрировано применение разработанной методики.

Прежде всего, определяются признаки проявления неисправных состояний и сами неисправные состояния.

Возможны три варианта проявления признаков неисправных состояний масляной системы:

первый, когда признак соответствует только одному неисправному состоянию - отказ или неисправность элемента, изделия, агрегата;

второй, когда признак соответствует нескольким неисправным состояниям масляной системы - отказ или неисправность двух и более элементов, изделий, агрегатов;

третий, когда два и более признака соответствует одному неисправному состоянию системы.

Наиболее сложным вариантом являются второй, который не указывает на явное состояние системы.

Систематизацию проявляющихся признаков, с обозначением их через к представив в виде таблицы 2, а неисправные состояния, через ^ - в виде таблицы 3.

Количество Процент Обо-

Признак проявле- прояв- значе

нии лении ние

Стрелка масломера отклонена за 0 9 18 к1

Не срабатывает сигнализация «мало масла» 8 16 к2

Нет показаний масломера 7 14 кЗ

Загорелось табло «стружка в масле» 6 12 к4

Снизился показатель уровня масла 5 10 к5

Стрелка масломера зашкалила за мах 4 8 кб

Давление масла ниже нормы 4 8 к7

Течь масла 3 6 к8

Загорелось табло «избыток масла» 2 4 к9

Давление масла больше нормы 2 4 кЮ

Таблица 2- Проявление признаков неисправностей агрегатов и изделий масляной системы двигателя Д-ЗОКУ-154

Определим вероятность появления неисправных состояний, используя выражение Р(Б ¡) ~ N { / N , где N i - количество изделий системы с неисправным состоянием 8;, приведенное в таблице 3

Получим вероятность появления неисправных состояний: ^=0,42; р(Б2)= 0,16; />(53)=0,14; Р(54)=0,12; Р(55)=0,04;

/>(5Гв)= 0,04; Р&) = 0,02; Р(5-8)=0,02; Р(59)=0,02; Р(510)=0,02

Далее выполняется расчет вероятности проявления признака к] у объектов с состоянием , по выражению N.

Р(к] у- , где Л^у - количество изделий системы с неис-

правным состоянием Б;, у которых проявился признак к ].

Вероятность отсутствия признака Ату у изделий с состоянием 51, будет

Выполнив расчеты неисправных состояний (81 - Бю) по приведенным выражениям, и результаты удобно свести в таблицу 4, добавив графу со значениями вероятности появления неисправных состояний Р^). Назовем ее «Диагностической матрицей числовых значений- проявления различных признаков в неисправных состояниях масляной системы авиационного двигателя Д-3 ОКУ-154».

Используя варианты и условия расчета рассмотрим процедуру вычисли ния для наиболее сложного варианта- V._ ■_

Количество Обозна-

Неисправное состояние появлений чение

Отказ датчика масломера (УМИС2-1Т) 21

Отказ указателя количества масла (ИУ7-1) 8

Неисправность редукционного клапана 7

Неисправность магнитного сигнализатора стружки (МСС) 6

Отказ указателя количества масла (ИУ8-1) 2

Неисправность коробки самолетных агрегатов (КСА) 2 S,

Неисправность топливно-масляного радиатора (TMP) 1

Неисправность датчика оборотов (ДТЭ5) 1

Неисправность стояночного клапана 1 s9

Неисправность маслобака 1 S10

Таблица 3- Неисправные состояния масляной системы двигателя Д-3 ОКУ-154

V вариант — проявление двух признаков (kj и к2) в трех неисправных состояниях (Si, S2 и S3).

Случай I а) - при одновременном проявлении двух признаков (к1 и к6). Для неисправного состояния Si (вариация II а))- отказ датчика масломера

УМИС2-1Т- вариация II а), математическая модель расчета (7) примет вид: p(S /кк , __ (8)

1 1 6J P(S,)Р(*,/S1 )Р(к6/S,) + P(S2)Р(к,/S2)Р(*6/S2) + P(S;)Р(Дг, /S5)P(k6 /Ss)

Р{к2/Б1) р(ьЛ) Р(к 4Д) Р(кЛ) Р^Л) 4л) Р(кМ Жм) Кьм) Р{кЛ) Р(*М) р[к„/5,) ВД)

8, 0,238 0,381 0,190 0,000 0,048 0,048 0,000 0,000 0,095 0,000 0,42

0,762 0,619 0,810 1,000 0,952 0,952 1,000 • 1,000 0,905 1,000

0,375 0,000 0,375 0,000 0,000 0,250 0,000 0,000 0,000 0,000 0,16

0,625 1,000 0,625 1,000 1,000 0,750 1,000 1,000 1,000 1,000

Эз 0,000 0,000 0,000 0,000 0,286 0,000 0,428 0,000 0,000 0,286 0,14

1,000 1,000 1,000 1,000 0,714 1,000 0,572 1,000 1,000 0,714

84 0,000 0,000 0,000 1,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,12

1,000 1,000 1,000 0,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000

$5 0,500 0,000 0,000 0,000 0,000 0,500 0,000 0,000 0,000 0,000 0,04

0,500 1,000 1,000 1,000 1,000 0,500 1,000 1,000 1,000 1,000

Бб 0,000 0,000 0,000 0,000 1,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,04

1,000 1,000 1,000 1,000 0,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000

8т 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 1,000 0,000 0,000 0,000 0,02

1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 0,000 1,000 1,000 1,000

0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 1,000 0,000 0,000 0,02

1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 0,000 1,000 1,000

0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 1,000 0,000 0,000 0,02

1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 . 1,000 0,000 1,000 1,000

8ю 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 1,000 0,000 0,000 0,02

1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 0,000 1,000 1,000

Таблица 4- Диагностическая матрица числовых значений -

проявления различных признаков в неисправных состояниях масляной системы двигателя Д- 3 ОКУ-154

Подставив в полученное выражение соответствующие значения из диагностической матрицы числовых значений, получим -

Рф/^Л)*0»16-

Выполняя аналогичные действия получим результат для неисправного состояния Б2 - вариация II б)- отказ указателя количества масла (ИУ7-1)-Р(я1/к1к6)= о,50; для неисправного состояния Бз - вариация II в)- отказ указателя количества масла ИУ 8-1- Р(!5ъ1к1к6) = 0,34.

Подобные расчеты выполним для случаев:

I б) - при неявном проявлении первого признака (кх и к6): для неисправного состояния Бг вариация II а)- />(£, /&А) = °>3; Для неисправного состояния Б2- вариация II б)- Р(32/кхк6)~0,50; для неисправного состояния Б5 - вариация II в) - Р(35/кхк6) = 0,20;

I в)- при неявном проявлении второго признака [кх ик6)\ для неисправного состояния Бг вариация II а)- Р(31/кхк2) = 0,63; для неисправного состояния Б2 - вариация II б)- Р(£2/кук2) = 0,3; для неисправного состояния Б5 -) вариация II в)- Р(55 / кхк2) = 0, 07.

I г) - при неявном проявлении обоих признаков (кх ик6): для неисправного состояния Б1 - вариация II а)- Р(£,/к:к2) = 0, 78; для неисправного состояния Б2 - вариация II б)- Р(52 /кхк2) =0, 19; для неисправного состояния Бз- вариация II в)- Р(£5 /к,к2) = 0, 03.

Анализ рассмотренных нами 4 случаев, с признаками к1 и в неисправных состояниях Б], Б2 и Б5 дает основание считать, что в случае явного проявления обоих признаков^ и к6) и при неявном проявлении первого

и к6) признака, с большей вероятностью масляная система находится в состоянии Б2 - отказ указателя количества масла (ИУ7-1). При неявном проявлении второго признака ик6) или обоих признаков (£, и кй) с большей вероятностью (Р = 0,63 иР = 0,78) - масляная система находится в состоянии Бг отказ датчика масломера (УМИС2-1Т).

Второй вывод, который можно сделать из анализа полученных результатов, заключается в том что при проявлении двух признаков в трех состояниях, проявление в одном из них признаков с вероятностью равной 0,5, система находится в этом состоянии.

Полученные результаты удобно представить в виде таблицы 5:

Случай I а)

Случай I б)

(£, м£6) в Si с Р = 0,16

(М^б) в s2 с Р = 0,5 , что это S2

(£,ы*6) в s5 с Р = 0,34

(к}ик6) в Sj с Р = 0,3

(¿,м£6) в S2 с Р = 0,5 , что это S2

m*6)BS5 с Р = 0,2

Случай I в)_

[к1ик6)в8\ с Р-0,63, что это Б1 (£, и £6)в Б2 с Р = 0,3 и к6) в 85 с Р = 0,07

_Случай I г)_

(£, и к6) в Sil с Р= 0,78, что это Si

(fc, и £6)в S2 U Р= 0,19_

(j^uF6)s S5 J С P=0,03

Таблица 5- Значения вероятности появления неисправных состояний при проявление двух признаков в трех неисправных состояниях

В каждом, из рассматриваемых случав, неисправное состояние определяется большим числовым значением его вероятности.

Сведем полученные результаты в обобщенную (диагностическую) таблицу 6:___г__ ' _

Признаки / Случаи а) б) в) г) Вариации

к! да нет да нет Si

Да нет да нет S2

да нет да нет s5

кб Да да нет нет S,

да да нет нет s2

да да нет нет S5

Результат распознавания s2 s2 Si 8, -

Таблица 6- Определение неисправного состояния

при проявление двух признаков в трех неисправных состояниях

Представленный табличный вариант дает возможность определять неисправное состояние более упрощенно, без сравнения результатов расчета.

Применение таких таблиц дает возможность инженеру без специального оборудования и дополнительных проверок определять с известной вероятностью неисправное состояние системы, что значительно сокращает время на устранение отказа или неисправности. Составив аналогичные таблицы, по неисправным состояниям всех систем ЛА и применив их в ходе эксплуатации, можно существенно повысить надежность и эффективность эксплуатации ЛА.

В диссертационной работе изложена методика построения расчета по диагностированию различных систем летательных аппаратов и рассмотрены вопросы ее реализации.

В заключении отметим, что совокупность полученных научных результатов исследований может быть квалифицирована, как решение научной проблемы, заключающейся в разработке методики определения неисправных состояний агрегатов, изделий и систем ЛА, с использованием теоремы гипотез, имеющей важное значение в повышении надежности и обеспечении безопасности полетов летательных аппаратов в ходе эксплуатации.

Основные результаты и выводы исследований сформулированы по тексту диссертации. Наиболее общими из них являются:

1 С использованием теоремы гипотез разработана процедура поиска неисправностей функциональных систем ЛА.

2 Разработана математическая модель для определения вероятности появления того или иного неисправного состояния.

3 Определены условия использования математической модели вероятности появления неисправных состояний агрегатов и систем ЛА.

4 Разработана и апробирована методика диагностирования функциональных систем ЛА.

5 Разработана форма представления результатов расчетов диагностирования неисправного состояния агрегатов и систем в виде, удобном для использования в процессе технической эксплуатации, что позволит значительно сократить время на проведение работ по восстановлению надежности ЛА.

6 Предложенная методика определения неисправных состояний авиационной техники обеспечивает возможность:

применения ее к любым системам всех типов самолетов и вертолетов;

использования ее на новых типах ЛА, в период их освоения, когда еще не накоплен опыт технической эксплуатации;

ускорить процесс восстановления надежности.

Кроме этого она обеспечит расширение диагностируемой номенклатуры и численности агрегатов, изделий и систем ЛА, повысит достоверность определения неисправности, за счет снижения риска принятия ошибочных решений, обеспечит выбор признаков неисправных состояний по информационному критерию их диагностической ценности.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ

ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

1 Лукасов, В.В. Сертификационные требования к авиационной технике и инженерно-авиационному обеспечению авиапредприятий РФ в обеспечении безопасности полетов [Текст] / В.В. Лукасов. // Всероссийская научная конференция с междунар. участием «Решетневские чтения».- Красноярск: CAA, 1999. - Библиогр.: с. 95- 96.

2 Лукасов, В.В. Основные направления развития и совершенствования самолетов ГА [Текст] / В.В. Лукасов. // Всероссийская научная конференция с междунар. участием «Решетневские чтения».- Красноярск: CAA, 2000. - Библиогр.: с. 123- 125.

3 Лукасов, В.В. Методы поиска неисправностей и их возможности в повышении готовности воздушных судов к использованию в рейсе [Текст] / В.В. Лукасов. // «Вестник СибГАУ».- Красноярск: СибГАУ, 2004. - Библиогр.: с. 183-184.

4 Лукасов, В.В. Оптимизация набора диагностических параметров [Текст] / В.В. Лукасов. // «Вестник СибГАУ».- Красноярск: СибГАУ, 2005. -Библиогр.: с. 158- 159.

5 Лукасов, В.В. Определение состояния объектов с использованием вероятностных методов распознавания [Текст] /В.В. Лукасов. // Всероссийская научная конференция с междунар. участием «Решетневские чтения»,- Красноярск: СибГАУ, 2005. - Библиогр.: с. 167-168.

6 Лукасов, В.В. Расчет и анализ схемной надежности [Текст] /В.В. Лукасов. // «Вестник СибГАУ».- Красноярск: СибГАУ, 2006. - Библиогр.: с. 265-271.

7 Лукасов, В.В. Методы поиска неисправностей авиационной техники [Текст] /В.В. Лукасов. // Международная научно- техническую конференция.-М: МГТУ ГА, 2006. - Библиогр.: с. 214.

8 Лукасов, В.В. Поиск и определение неисправностей летательных аппаратов^ целях повышения надежности и эффективности их эксплуатации [Текст] / В.В. Лукасов. // Всероссийская научная конференция с междунар. участием «Решетневские чтения».- Красноярск: СибГАУ, 2006. - Библиогр.: с. 173.

Подписано в печать Печать офсетная Формат 60x84/16 усл. печ. л 1,0

_Заказ № О_Тираж 100 экз.

Отпечатано в отделе копировально- множительной техники СибГАУ 660014, Красноярск, пр.им. газеты «Красноярский рабочий», 31

@ Сибирский государственный аэрокосмический университет

Введение

1 Обзор и обоснование

1.1 Диагностирование основных объектов летательного аппарата

1.1.1 Методы диагностики элементов конструкции планера

1.1.2 Техническое диагностирование авиационных двигателей

1. 1.2. 1 Авиационный газотурбинный двигатель как объект диагностирования

1. 1. 2. 2 Методы и средства технического диагностирования ГТД

1.1.3 Методы и средства диагностирования систем летательных аппаратов и их агрегатов

1. 1.3.1 Методы диагностирования гидравлической системы и ее агрегатов

2 Системы летательного аппарата как объекты диагностирования

2.1 Общие сведения

2. 2 Контроль работы масляной системы 59 2. 3 Ограничения масляной системы 59 2. 4 Неисправности масляной системы 60 2. 5 Технология обслуживания масляной системы

3 Разработка методики распознавания неисправностей систем и агрегатов летательных аппаратов

3.1 Методы распознавания в технической диагностике

3.1.1 Вероятностные методы распознавания

3. 1. 1. 1 Метод Байеса

3.1.1.2 Метод статистических решений

3.1.1.2.1 Метод минимального риска

3.1.1.2.2 Метод минимакса

3.1.1.2.3 Метод Неймана-Пирсона 71 3.1.2 Детерминистические методы распознавания

3. 1.2.1 Линейные методы . Методы стохастической аппроксимации

3.1.2.2 Метрические методы распознавания

3. 1. 2. 3 Логические методы

3.1. 2.4 Распознавание кривых 77 3. 1. 2. 4. 1 Оценка неслучайных отклонений по контрольным уровням

3. 1. 2. 4. 2 Оценка текущего значения параметра

3.1.2.4.3 Сглаживание кривых

3.2 Методика расчета 81 3. 2. 1 Применение обобщенной формулы

Байеса для определения неисправного состояния

3. 2. 2 Определение вариантов и условий расчета

3. 2. 3 Вывод расчетных выражений 90 4 Реализация методики распознавания неисправностей

4. 1 Определение условий расчета неисправных состояний масляной системы

4.2 Признаки и неисправные состояния масляной системы 137 4. 3 Расчет и определение неисправностей масляной системы двигателя Д-ЗОКУ

4. 3. 1 Определение вариантов расчета неисправных состояний масляной системы

Актуальность темы исследования

Летательные аппараты (JIA) являются одной из самых сложных технических систем, создаваемых и использующихся человеком. Но как любое техническое изделие, JIA имеют свойство отказывать, то есть прерывать процесс функционирования, а это снижает безопасность полетов.

Устранить отказ или неисправность можно, но, не выявив и не устранив причину их вызывающую, нельзя гарантировать надежность. Причину можно определить по проявляющимся признакам (последствиям).

Если есть один признак, то он явно указывает на неисправный элемент, агрегат или изделие. Намного сложнее, когда неисправность проявляется несколькими признаками. В этом случае, даже высоко квалифицированный специалист не всегда способен определить причину неисправности. Требуется дополнительная проверка, контроль, время и материальные затраты. Проблемы, связанные с определением причины неисправности можно разрешить, используя методы распознавания. Рассчитанные и построенные на их основе модели, таблицы, графики, позволят сократить время на отыскание причины отказа или неисправности и снизить материальные затраты.

Цель работы

Повышение надежности и летной годности летательных аппаратов, путем разработки внедрения методов распознавания неисправных состояний агрегатов, изделий и систем.

Задачи исследования

1. Сбор и анализ статистического материала о неисправных состояниях систем JIA.

2. Анализ и определение возможности применения метода Байеса к неисправным состояниям агрегатов, изделий и систем ДА.

3. Определение возможных вариантов расчета вероятности появления неисправных состояний при проявлении различных сочетаний признаков неисправностей.

4. Определение условий реализации математической модели определения неисправных состояний при проявлении различных сочетаний признаков.

5. Разработка методики определения неисправных состояний агрегатов, изделий и систем JTA, с использованием метода Байеса.

6. Применение разработанной методики в практической деятельности при техническом обслуживании и ремонте JIA.

Объектом исследования является агрегаты, изделия и системы авиационной техники в неисправных состояниях.

Предметом исследования является функциональные связи агрегатов, изделий, систем ЛА и математическая модель поиска неисправностей, основанная на методе Байеса.

Научная новизна диссертационной работы заключается:

1. В решении задачи поиска неисправных состояний агрегатов, изделий и систем J1A с использованием вероятностного метода распознавания -метода Байеса.

2. В обосновании условий построения математической модели вероятности появления неисправных состояний агрегатов и систем JIA.

3. В разработке математической модели для вероятности появления того или иного неисправного состояния агрегатов и систем ЛА, с использованием метода Байеса.

4. В разработке методики определения неисправных состояний конкретных систем JIA.

5. В разработке методики представления результатов расчетов диагностирования неисправного состояния агрегатов и систем в виде, удобном для использования в процессе технической эксплуатации авиационной техники.

Практическая ценность работы заключается в том, что:

1. Использование методики определения неисправных состояний JTA с применением вероятностного метода Байеса, позволяет сокращать время и затраты при проведении работ по восстановлению надежности JIA и обеспечению безопасности полетов.

2. Разработанная методика определения неисправных состояний авиационной техники, применима к любым системам всех типов самолетов и вертолетов.

3. Применение методики на новых типах JIA, в период их освоения, когда еще не накоплен опыт технической эксплуатации, даст возможность ускорить процесс восстановления надежности.

4. Разработанные методики и математическая модель, дают возможность группам надежности и технической диагностики авиакомпаний самостоятельно использовать их при выполнении работ по восстановлению надежности ЛА.

1 ОБЗОР И ОБОСНОВАНИЕ

В развитии гражданской авиации наблюдаются тенденции ее совершенствования и усложнения. Одни, наиболее устойчивые, прослеживаются через всю ее историю, другие — существуют в отдельные периоды. Одни носят широкомасштабный характер и касаются самого облика самолета, другие — лишь конструкции, технологии и систем, косвенно влияющих на облик самолета и его эффективность. Но все это делается в целях повышения эффективности гражданской авиации.

Тенденции роста тоннажа и размеров самолета, грузоподъемности и пассажировместимости — неразделимы. Они относятся к числу тенденций, носящих устойчивый характер. Заметим, что тоннаж и определяет размерность самолета. Другими, не менее устойчивыми тенденциями развития, являются рост скорости и дальности беспосадочного полета, то есть дальности и продолжительности.

Любое повышение, улучшение перечисленных характеристик является следствием совершенствования и усложнения всех систем авиационной техники. А как известно, любое усложнение узла, агрегата, системы, изделия в, целом, приводит к снижению надежности. Это значит, что повышается вероятность возникновения неисправности (отказа).

При повседневном использовании авиационной техники суточная норма эксплуатации для наших самолетов составляет: Ан- 24, Як- 40 - 4-6 часов, Ту- 154 - 6-8 часов, Ил- 96- 300 - 8,5 часов. Этот же параметр для аэробуса А-300 - 12- 14 часов, для Боинга-747 - 14- 16 часов.

Но даже при незначительных временных интервалов суточной эксплуатации отечественной авиационной техники, опыт показывает, что зачастую оставшееся суточное время не достаточно для ввода авиационной техники в эксплуатацию (подготовки к очередному вылету), после возникновения неисправности (отказа). То есть, на устранение возникшей неисправности (отказа) требуется, иногда, не одни сутки. И определенная часть (а иногда и большая часть) уходит на определение и поиск неисправности отказа). Одно дело, когда система ( изделие ) открыта и каждый элемент можно увидеть, а иногда и визуально определить его состояние. Совсем другое у авиационной технике, которая имеет большие размеры и размещение любой системы предполагает «разброс» ее элементов по всем частям JIA. Тем более они все закрыты, то есть находятся вне видимости визуального осмотра. Подход к каждому изделию системы требует не только знание их размещение по частям авиационной техники, но и возможности вскрытия соответствующих створок, лючков для осмотра, демонтажа и монтажа любого изделия, элемента.

Необходимо учитывать и тот факт, что определенную часть полетов воздушные суда выполняют в аэропорты, где нет высоко квалифицированных специалистов, оборудования, условий и времени на отыскание причины неисправности и ее устранение. Не зная причины неисправности или отказа, невозможно их устранить.

Время на техническое обслуживание и ремонт отечественной авиационной техники значительно больше, чем у аналогичных самолетов фирмы «Боинг» и «Эрбас Индастри» .

Изделия авиационной техники, будь то двигатель или летательный аппарат, представляют собой сложную совокупность систем, узлов и элементов, оказывающих взаимное влияние друг на друга. Это приводит к тому, что процесс функционирования изделия очень трудно формализовано описать, четко установив взаимовлияние их составных частей.

Кроме того, большинство параметров, характеризующих работу отдельных систем, узлов и элементов, имеют определенное поле допусков и подвержена влиянию большого числа факторов, учесть которые в полном объеме достаточно трудно. Все это приводит к тому, что решение задачи технического диагностирования изделия, в целом, значительно затруднено, а порой и не невозможно.

В связи с этим сложные изделия разделяют на отдельные системы таким образом, чтобы каждая система, решающая конкретную задачу, обеспечивала тем самым достижение общей цели.

Авиационная техника, в целом, как объект диагностирования обладает следующими свойствами:

1. Необходимость деления летательного аппарата на конечное число составных частей, а каждую часть на подсистемы. Подсистемы, в свою очередь, на более простые подподсистемы и т. д. до получения элементов, т. е. объектов, которые в условиях конкретной задачи не подлежат расчленению на части. Диагностирование таких подсистем возможно независимо друг от друга;

2. Определение не только параметров отдельных подсистем и элементов, но и характера их взаимодействия;

3. Необходимость одновременного измерения и регистрации большого числа функционально и стохастически связанных параметров;

4. Снижение эффективности функционирования или неисправность всей подсистемы приводит к неисправности или отказу взаимосвязанного узла, агрегата или даже всей системы;

5. Возникновение особой ситуации полета при неисправности в любой подсистеме или ее отказе.

Любой подсистеме ЛА как объекта диагностирования характерны особенности: а) большое количество переменных, влияющих на их состояние; б) функциональная и стохастическая природа изменения параметров; в) нестационарность параметров во времени; г) значительное число контролируемых и регистрируемых параметров; д) большое число факторов, вызывающих флюктуацию величины диагностических параметров, приводящее к снижению достоверности результатов распознавания состояний; е) высокие требования к точности измерения и регистрации диагностических параметров; ж) влияние субъективных факторов, обусловленных взаимодействием человека с техникой.

Поэтому для упрощения задач диагностики окончательное формирование подсистем производится с учетом характера неисправностей, причин и параметров, характеризующих их возникновение и развитие.

Кроме того, необходимо учитывать трудности точного определения параметров для диагностирования, которые связаны с тем, что каждому режиму работы объекта и его систем соответствуют свои параметры. Поэтому, особо важное значение в процессе диагностирования технического состояния объекта имеет разработка эффективных методов обработки результатов и выбора режимов диагностирования.

Итак, рассмотрев авиационную технику на этапах ее проектирования, производства и эксплуатации (и особенно, в период технического обслуживания и ремонта), приходим к выводу, что неисправности и отказы возникают всегда, и требуют определенное время на обнаружение и устранение их. При этом, большая часть этого времени, зачастую, уходит на поиск и распознавание неисправности или отказа. И чтобы своевременно устранить неисправность или отказ даже невысоко квалифицированному специалисту, без специального оборудования, условий и ограниченного времени, необходимы методики, позволяющие отыскать причины неисправности (отказа).

Заключение

Обобщая проделанную работу можно констатировать, что цель достигнута и задачи решены.

Совокупность полученных научных результатов материалов исследований может быть квалифицирована, как решение научной проблемы, заключающейся в разработке методики определения неисправных состояний агрегатов, изделий и систем JIA, с использованием теоремы гипотез, имеющей важное значение в повышении надежности и обеспечении безопасности полетов летательных аппаратов в ходе эксплуатации.