автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.05, диссертация на тему:Обеспечение эксплуатационной надежности вертолетных силовых установок в условиях летного вуза

На правах рукописи

КИНИВ Сергей Юрьевич

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННОМ НАДЕЖНОСТИ ВЕРТОЛЕТНЫХ СИЛОВЫХ УСТАНОВОК В УСЛОВИЯХ ЛЕТНОГО ВУЗА

Специальность 05.07.05 - Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Самара-2004

Диссертация выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королева" (СГАУ) на кафедре конструкции и проектирования двигателей летательных аппаратов

Научный руководитель - Заслуженный деятель науки и техники РФ,

доктор технических наук, профессор Белоусов Анатолий Иванович

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Гриценко Евгений Александрович; кандидат технических наук Михеенков Евгений Леонтьевич

Ведущая организация ОАО «Моторостроитель» (г. Самара)

Защита состоится 2004 г. на заседании диссертаци-

онного совета Д 212.215.02 при СГАУ по адресу: 443086, Самара, Московское шоссе, 34.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке СГАУ.

Автореферат разослан

"¿/У

2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук, профессор Матвеев В. М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Успешное решение проблем повышения надежности двигателей вертолетов на всех этапах жизненного цикла и безопасности полетов (БП), а также государственной задачи подготовки летного состава является важным условием обеспечения обороноспособности страны.

При эксплуатации вертолетного парка в летном ВУЗе фиксируется большое количество авиационных инцидентов. Причины их можно разделить на три основные группы: отказы авиационной техники (АТ), ошибки личного состава и неблагоприятные внешние условия. Отказы А1 включают отказы силовой установки (СУ) и отказы функциональных систем вертолета. К ошибкам личного состава относятся ошибки летного, инженерно-технического состава и представителей служб обеспечения, организации и управления полетами. Под неблагоприятными внешними условиями понимают: состояние атмосферы, явления погоды, орнитологическая обстановка и т. п.

Результаты исследований показывают, что из-за нарушений и ошибочных действий личного состава регистрируется 57,6 % инцидентов, из которых 37,3 % происходит по вине летного состава, 37,6 % инцидентов связано с отказами А1, из которых от 30 до 37 % в разные годы приходится на СУ вертолета, включающую двигатели и системы, обеспечивающие их работу.

Следовательно, актуальными становятся задачи обеспечения надежности СУ и совершенствования форм и методов контроля технического состояния А1, а также специальной подготовки летного состава к работе при возникновении особых случаев (ОС) в полете.

Цель работы: повышение эксплуатационной надежности СУ вертолетов в условиях летного ВУЗа благодаря раскрытию взаимосвязей и взаимовлияний основных факторов-причин авиационных инцидентов, разработке и внедрению в учебный процесс и в эксплуатационные подразделения новых форм обучения, оценки подготовленности летного состава, перечня научно-обоснованных проверок и осмотров А1. Для достижения указанной цели были сформулированы основные задачи исследований:

1. Анализ состояния надежности А1 и БП вертолетов в летном ВУЗе.

2. Выявление основных факторов-причин авиационных инцидентов, имевших место в СВАИ за период с 1991 по 2003 гг.

3. Анализ отказов и неисправностей вертолетных ГТД и расчет среднестатистических показателей надежности двигателей.

4. Установление статистической зависимости между износом лопаток компрессора и наработкой двигателей для различных условий эксплуатации.

5. Анализ и составление перечня ОС в полете, связанных с отказами СУ.

6. Разработка математической модели взаимосвязи основных факторов-причин возникновения ОС в полете и перечня научно-обоснованных периодических проверок и осмотров СУ, а также тренажей летного состава по действиям в ОС в полете.

РОС НАЦИОНАЛЬНА!

БИБЛИОТЕКА

7. Разработка методики определения влияния надежности двигателей на БП вертолетов в условиях летного ВУЗа.

8. Составление алгоритма оценки подготовленности летчика с использованием метода определения остаточного ресурса СУ вертолета и создание автоматизированной обучающей программы по действиям экипажа в особых случаях в полете.

Методы исследований: теории вероятностей, регрессионного анализа, графов, математической статистики.

Научная новизна результатов исследований:

1. Математическая модель взаимосвязи основных факторов-причин возникновения ОС в полете на всех этапах жизненного цикла двигателей - использования их в условиях летного ВУЗа, - разработанная на базе теории графов, позволяющая обеспечить эксплуатационную надежность СУ и разработать научно-обоснованный перечень проверок и осмотров AT, а также тре-нажей экипажа.

2. Методика определения влияния надежности вертолетных ГТД на безопасность полетов вертолетов в условиях летного ВУЗа.

3. Корреляционные зависимости между износом лопаток компрессора и наработкой двигателей ТВ3-117 в различных условиях их использования.

4. Использование метода определения остаточного ресурса СУ для разработки алгоритма оценки подготовленности летчика в условиях ВУЗа.

5. Автоматизированная обучающая контрольная программа по действиям экипажа в ОС в полете.

Практическая ценность работы заключается в том, что:

1) использование математической модели взаимосвязи факторов-причин возникновения ОС в полете повышает уровень эксплуатационной надежности СУ и БП вертолетов в условиях летного ВУЗа благодаря разработке научно-обоснованного перечня проверок и осмотров AT, а также тре-нажей летного состава;

2) использование методики определения влияния надежности двигателей на БП позволяет прогнозировать вероятность возникновения аварийной ситуации в полете из-за отказа одного или двух двигателей и сформулировать требования к надежностным характеристикам СУ в различных условиях их эксплуатации;

3) полученные корреляционные зависимости между износом лопаток компрессора и наработкой двигателей ТВ3-117 позволяют оценивать интенсивность деградации характеристик двигателя, прогнозировать техническое состояние СУ, рационально планировать количество двигателей для замены и наметить способы улучшения характеристик двигателей, находящихся в серийном производстве и эксплуатации;

4) внедрение в учебный процесс в СВАИ автоматизированной обучающей программы позволяет повысить качество теоретической подготовки летного состава по действиям в ОС в полете, надежность СУ и БП;

5) предложенный алгоритм оценки подготовленности летчика с использованием метода определения остаточного ресурса СУ позволяет проводить объективную оценку его действий при пилотировании вертолета, повысить качество летной подготовки и обеспечить эксплуатационную надежность СУ в условиях летного ВУЗа.

На защиту выносятся:

1) результаты анализа надежности АТ и БП вертолетов в СВАИ за период с 1991 по 2003 гг.;

2) разработанная на основе теории графов математическая модель взаимосвязи основных факторов-причин возникновения ОС в полете;

3) методика определения влияния надежности вертолетных двигателей на безопасность полетов вертолетов в условиях летного ВУЗа;

4) корреляционные зависимости между износом лопаток компрессора и наработкой двигателей ТВ3-117 в различных условиях эксплуатации;

5) автоматизированная обучающая контрольная программа по действиям экипажа в ОС в полете;

6) алгоритм оценки подготовленности летчика с использованием метода определения остаточного ресурса СУ вертолета.

Основные теоретические положения и рекомендации, полученные в ходе выполнения работы, реализованы: в научно-исследовательских работах СВАИ, в учебном процессе СГАУ и СВАИ, в эксплуатационных подразделениях СВАИ.

Апробация работы. Основные научные положения и результаты работы апробированы на международных научно-технических конференциях, посвященных памяти генерального конструктора аэрокосмической техники академика Н.Д. Кузнецова (г. Самара, 2001, 2003 гг.); межвузовской научно-технической конференции "Военно-технические и физико-математические проблемы" (г. Сызрань, 2002 г.); 3-й международной конференции и выставке "Авиация и космонавтика - 2004" (г. Москва, 2004 г.); VIII Всероссийской научной конференции с международным участием "Решетневские чтения" (г. Красноярск, 2004 г.); Всероссийской научно-методической конференции "Проблемы университетского образования: содержание и технологии" (г. Тольятти, 2004); научных семинарах СГАУ (г. Самара, 2001, 2002, 2003, 2004 гг.), СВАИ (г. Сызрань, 2000, 2001, 2002, 2003, 2004 гг.).

Публикации. Основные научные положения, наиболее важные результаты и выводы, содержащиеся в работе, опубликованы в семи статьях, учебном пособии и в четырех тезисах докладов.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и библиографического списка, содержащего 80 наименований. Объем диссертации 214 страниц. Работа содержит 55 рисунков, 26 таблиц.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, приведены цель и задачи исследований, научная новизна и практическая ценность работы, выносимые на защиту результаты и методы исследований.

В первой главе "Аналитический обзор современного состояния надежности СУ и безопасности полетов вертолетов в условиях летного ВУЗа и выявление основных закономерностей" рассмотрены особенности обеспечения БП вертолетов при подготовке военных летчиков, выполнен анализ надежности СУ и БП в СВАИ за 1991 ...2003 гг.

Данные по распределению числа инцидентов, общего налета и среднего налета на инцидент по типам вертолетов по годам представлены на рис Л, а-в.

Видно, что число инцидентов по всем типам вертолетов по годам снижается (с некоторыми годовыми колебаниями). Это объясняется, прежде всего, уменьшением общего налета по всем типам вертолетов в этот период. В среднем налет за эти годы уменьшился по вертолетам: Ми-24 - в 5,2 раза, Ми-8 -в 3 раза, Ка-27 - в 7 раз.

Годовые колебания показателей БП свидетельствуют о необходимости постоянного внимания к профилактической работе по повышению уровня безопасности полетов в частях СВАИ.

За период с 1991 по 2003 гг. 57,6% инцидентов произошло по причине "человеческого фактора" и 37,6% составили инциденты, связанные с отказами AT. Из всех причин, составляющих "человеческий фактор", наибольшее влияние на БП оказывает "фактор экипажа". От общего числа инцидентов по "человеческому фактору" 37,3% произошло из-за нарушений и ошибочных действий экипажа. Далее идут нарушения в руководстве полетами (3,8%) и при инженерно-авиационном обеспечении полетов (3,7%). Большинство же отказов AT произошло по конструктивно-производственным недостаткам (КПН) - 28,7% из 37,6%. Отказы AT характеризуются данными на рис. 1, г.

Наибольшее число инцидентов произошло при выполнении полетов (63,4%), далее идут взлет (12,1%) и заход на посадку (7,8%). Более 90% инцидентов произошли днем, в простых метеоусловиях, что обусловлено спецификой выполнения учебных полетов с курсантами.

Все инциденты, связанные с нарушениями в полете, стали следствием недисциплинированности или непрофессиональных действий летного состава. Из-за непрофессиональных действий было зарегистрировано 75,5% инцидентов. Большую часть составили ошибки в технике пилотирования - 42,6%. Это связано с уменьшением налета летным составом и, соответственно, отсутствием возможности повышения и даже поддержания летного мастерства на необходимом уровне.

Из всех инцидентов, связанных с воздействием внешних непрогнозируемых факторов, наиболее массовыми были инциденты из-за попадания птиц: 54,5% - во входное устройство двигателей; 27,2% - фюзеляж; 18,3% -винты вертолета.

Рис. 1. Распределение числа инцидентов (а), общего налета (б), среднего налета на инцидент (в) и отказов АТ (г) по типам вертолетов:

В табл. 1 представлено распределение инцидентов по видам отказавших систем для вертолетов Ми-24 и Ми-8.

___Таблица 1

№ п/п Отказавшая система Инциденты, %

Ми-24 Ми-8

1 Винты вертолета 8,3 9,2

2 Трансмиссия вертолета 13,8 18,5

3 Гидросистема вертолета 10,2 1,95

4 Система управления вертолетом 2,3 3,7

5 Шасси вертолета 13,8 1,95

6 Силовая установка 29,4 37

7 Авиационное оборудование 14,8 12,9

8 Радиоэлектронное оборудование 7,4 14,8

На рис. 2 изображены среднестатистические показатели безотказности вертолетных двигателей, эксплуатировавшихся в СВАИ в 1991...2003 гг.

1991 1993 1995 1997 1999 2001 Годы

6

Рис.2. Распределение средней наработки на отказ в полете и на отказ,

приводящий к досрочному съему для ТВаД ТВ3-117 (а) и ТВ2-117А (б):

Из рис. 2 видно, что двигатели ТВ2-117А имеют лучшие среднестатистические показатели, чем двигатели ТВ3-117. Изменение средней наработки на отказ, приводящий к досрочному съему, и отказ в полете для двигателей ТВ3-117 носит одинаковый характер. Это свидетельствует о большом числе отказов в полете, которые приводят к досрочному съему двигателей. Для двигателей ТВ2-117А Топ. изменяется с годовыми колебаниями, а Тд с д - более плавно за весь рассматриваемый период.

В связи с большим количеством инцидентов, связанных с СУ вертолета (см. табл. 1), в работе рассмотрены характерные отказы двигателей и систем, обеспечивающих их работу (табл. 2 - в полете, табл. 3 - по досрочному съему), причины и профилактика отказов.

Таблица2

№ Узлы и системы двигателя Отказы, %

в/а ТВЗ-117 ТВ2-Н7А

1 САР двигателя 47,3 53,3

2 Компрессор 18,4 13,3

3 Система смазки двигателя 13,2 13,3

4 Средства контроля работы СУ 7,9 13,3

5 Приводы агрегатов 7,9 6,8

6 Выходное устройство 5,3 -

Таблица3

№ п/п Узлы и системы двигателя Отказы, %

ТВЗ-117 ТВ2-117А

1 Компрессор 50 15,8

2 Система смазки двигателя 11,2 68,4

3 Привода агрегатов 38,8 15,8

На основе проведенного в первой главе анализа сформулированы цель и задачи настоящего исследования.

Во второй главе "Использование корреляционно-регрессионного анализа и экспоненциальной модели процесса накопления повреждений для установления статистической зависимости между износом рабочих лопаток (РЛ) компрессора и наработкой двигателей ТВ3-117" представлены статистические зависимости для различных условий эксплуатации.

На основе статистических данных по износу РЛ строилось корреляционное поле, характеризующее связь между наработкой и износом РЛ. Теснота корреляционной связи оценивалась коэффициентом корреляции. Затем определялись коэффициенты уравнения корреляции. В результате получены корреляционные зависимости для ТВаД ТВ3-117, эксплуатирующихся в различных условиях:

в условиях СВАИ Сср = 0.04 + 0.001; (1)

на полевых аэродромах (2)

Основой экспоненциальной модели является утверждение, что скорость накопления повреждений есть функция накопленных повреждений:

Л

(3)

где - накопленное повреждение детали, в данном случае выражает износ РЛ в мм, т.е. <5 = С в уравнениях (1) и (2); ( - наработка двигателя (в часах).

Функция (3) является сложной. Представим ее степенным рядом

При наиболее простой линейной схеме накопления повреждений ис-

пользуют только первый член этого ряда

Л? Л

=к,

в экспоненциальной моде-

ли используются первые два члена степенного ряда (4).

В настоящее время нет способов непосредственного измерения скорости накопления повреждений. В лучшем случае можно измерить конечное приращение повреждения. Поэтому уравнение (4) преобразуем в более удобный для использования вид, проинтегрировав его по наработке

Для определения постоянной интегрирования Г ставится следующее условие: пусть через 11 часов после начала работы детали ее повреждение равно <5/. Тогда

5 = (5,+Ь)10 А -Ь

(5)

где

Уравнение (5) выражает наиболее вероятный вариант процесса. Верхняя и нижняя доверительные границы этого процесса описываются уравнениями

£=а

$=($+уг|+й)1<и -к

(6)

где - среднее квадратическое отклонение повреждения в момент времени t¡. - коэффициент, зависящий от выбранной доверительной вероятности.

После вычисления А и к и замены 8 на Сср получаем корреляционные зависимости для различных условий эксплуатации двигателей:

в условиях СВАИ

^-265

Ся =0,41-10 1570 +0.0045 ;

^-270

0^ = 0,42-10 1360 +0.0041.

Зная максимально допустимый износ РЛ первой ступени компрессора двигателей ТВЗ-117, при помощи уравнения верхней доверительной границы рассчитана минимальная наработка двигателя при заданной вероятности

отказа Для этого решением уравнения (5) относительно текущей наработки г при условии <5 = бта получено уравнение

Для двигателей, эксплуатирующихся в СВАИ на аэродроме с искусственным покрытием, при доверительной вероятности /? = 0,95 и Ц =2 получим ¿ты 856 ч, а для полевых аэродромов - гтЫ - 755 ч. Достижение (5„щ(= 2 мм при существенном выходе наработки двигателя за нижний доверительный предел гты= 856 ч (для полевого аэродрома гтПп = 755 ч) дает основание предполагать о нарушениях требований технических условий на изготовление двигателя или правил его эксплуатации.

Таким образом, использование экспоненциальной модели позволяет оценивать интенсивность деградации характеристик двигателя, прогнозировать техническое состояние СУ, рационально планировать количество двигателей для замены и наметить способы улучшения характеристик двигателей, находящихся в серийном производстве и эксплуатации.

В третьей главе "Составление перечня особых случаев в полете, связанных с силовой установкой вертолета. Разработка и исследование математической модели взаимосвязи и взаимовлияния основных факторов-причин ОС в полете" рассмотрены и проанализированы ОС в полете, которые связаны с СУ вертолета. Все ОС полета условно объединены в семь групп. Деление ОС на группы проводилось по двум признакам:

- принадлежность к функциональной системе СУ вертолета;

- опасность последствий особого случая.

По результатам анализа состояния БП, представленного в первой главе, рассмотрены основные факторы-причины возникновения ОС в полете и представлена разработанная на базе теории графов математическая модель их взаимосвязи и взаимовлияния.

Факторы-причины и их взаимосвязи могут быть заданы графом О, где множество вершин х,, х, х3...хп, которое обозначим X, представляет отдельные факторы, а множество ребер а, а, а3...ат, которое обозначим через А, представляет взаимосвязи и взаимовлияния всех или части факторов друг на друга. Таким образом, граф О взаимосвязи факторов-причин полностью задается парой (X, А). С целью уточнения модели заменим ребра на дуги, т.е. на ребра со стрелками, и графовая модель взаимосвязи определяется через ориентированный граф. Такая модель представлена на рис. 3.

Описание этой модели будет состоять в задании множества вершин X и соответствия С, которое показывает, как вершины связаны между собой. Соответствие С называется отображением множества х в X, а граф взаимосвязи факторов в этом случае обозначается парой О = (X, С). Далее определяются соответствия для всех вершин. Для графа факторов-причин (см. рис. 3) имеем С(Х) - {х, х, х,х10, хп}, т.е. вершиных, х, х, х10, х„ЯВЛЯЮТСЯ конечными вершинами дуг, у которых начальной вершиной является х1:

С(х2) = {х,, Х3, Х8, Х,о}; С(х3) = {Хь X;}; С(хЛ = {х10, Хц} и т.д.

Поскольку множество С(х,) представляет собой множество таких вершин X вХ, для которых в графе О существует дуга (х,, х), то через С -'(х), естественно, можно обозначить множество вершин хк для которых в О существует дуга (хк, х,). Отношение С'(х,) принято называть обратным соответствием. Для графа, изображенного на рис. 3, имеем:

С'\х,)= {хъхз,х5,х7,х9,хпу, С'1(х2) = {х,1} и т.д.

Рис. 3. Графовая модель взаимосвязи факторов-причин ОС в полете

Целью предлагаемой модели является исследование фундаментальных понятий, касающихся достижимости и свойств связности факторов возникновения ОС в полете и, как следствие, влияние этих свойств на БП вертолетов.

Для математического исследования факторов-причин особых случаев полета введем матрицы достижимостей и контрдостижимостей.

Матрицу достижимостей Б = [ё] определим следующим образом:

[1, если вершина х] достижима изх(,

(0, есж вершина х, не достижима из хг ^

Матрицу контрдостижимостей К= [&] определим следующим образом: [1, если система х] имеет связь с системой хр <} (О, если система х) не имеет связи с системой

Алгоритм построения матрицы достижимостей с использованием (7) можно представить состоящим из нахождения достижимых множеств Б(х) для всех систем х(е X. Достижимым множеством Ь(х) является множество систем, достижимых из системы х.. Контрдостижимым множеством К(х) с учетом (8) системы факторов-причин О является множество таких систем, что из любой системы этого множества можно достигнуть систему х..

Далее графовая модель взаимосвязи факторов-причин (см. рис. 3) исследуется с целью определения сильных компонент, в терминах теории графов - необходимо найти максимальный, сильно связный подграф графа О.

Предложенная математическая модель взаимосвязи факторов-причин позволяет установить характер отказа (ошибки летчика, внешнего неблагоприятного воздействия) и его связь с другими факторами, связанными с ОС в полете, выявить сильносвязанные факторы путем изучения достижимости и свойств связности при различных нарушениях работы СУ.

Анализ ОС в полете с помощью графовой модели позволил установить соответствия С для различных факторов-причин и прогнозировать выбор и проведение научно-обоснованных периодических проверок и осмотров СУ вертолета, а также тренажей летного состава по действиям в ОС в полете.

В четвертой главе "Разработка рекомендаций по повышению надежности силовой установки и безопасности полетов вертолетов" на основании полученной математической модели взаимосвязи факторов-причин ОС полета, а также анализа статистики по инцидентам предложен перечень научно-обоснованных проверок и осмотров СУ вертолета, а также тренажей летного состава по действиям в особых случаях в полете.

Представлена методика определения влияния надежности вертолетных двигателей на БП вертолетов в условиях летного ВУЗа. Используются среднестатистические показатели надежности двигателей. Средняя наработка на отказ в полете Тп характеризует надежность двигателя и определяет БП вертолета. На примере совокупности двигателей ТВ3-117, эксплуатирующихся в летном ВУЗе, определяется закон распределения наработки двигателей до отказа. В результате исследований было получено, что статистические данные по отказам двигателей ТВ3-117 подчиняются экспоненциальному закону распределения.

Вероятность отказа двигателя в полете за время tnол

Для нахождения вероятности отказа в полете т двигателей из п имеющихся (для вертолета п = 2) воспользуемся биноминальным распределением дискретных случайных величин

где 0и(т) - вероятность появления т определенных исходов в выборке п;

Сп - число сочетаний из п по т; Q- генеральная характеристика.

В нашем случае, если Qи(m) есть вероятность выключения в полете т двигателей из п, то Q = Qoи(tnoл) - вероятность отказа в полете любого из двигателей в рассматриваемом парке - определяем из выражения (9).

На современных вертолетах энерговооруженность выбрана такой, что отказ одного двигателя при правильных действиях экипажа не приводит к прекращению полета, но приводит к возникновению ОС в полете, вынуждает экипаж прекратить полетное задание и вернуться на свой аэродром. Отказ же двух двигателей создает опасную аварийную ситуацию. Для двухдвигатель-ного вертолета вероятность аварийной ситуации по (10)

а,.с('™)=е2(2) (п)

Учитывая соотношения (9) и (10), уравнение (11) запишем в виде

Г. \2

ба.с('яол) ~

(12)

Ч »"/

По результатам эксплуатации вертолетного парка летного ВУЗа была рассчитана средняя наработка на отказ в полете для двигателей семейства ТВ3-117, а для полета продолжительностью гпол = 1 ч по выражению (12) ~ вероятность аварийной ситуации. Затем определяется, в скольких полетах из Ывом может встретиться рассматриваемая выше аварийная ситуация для парка вертолетов за все время их эксплуатации, когда будет совершено огромное число полетов. Это может быть сделано с использованием закона распределения Пуассона, описывающего вероятность появления небольшого числа т одинаковых исходов из большого числа N опытов. Математическое ожидание для распределения Пуассона

М = Ы-Р (13)

где Р - генеральная характеристика, в нашем случае Р = ()ас((пол)> т-е- величина, характеризующая вероятность аварийной ситуации в любом из Nл = N полетов.

Тогда из равенства (13) следует, что

' 0-а с 0пол ) •

В диссертации рассмотрены примеры использования методов математической статистики для определения уровня БП, степени опасности отказов АТ и ранжирования неблагоприятных факторов.

В пятой главе "Разработка методики оценки подготовленности курсантов с точки зрения обеспечения надежности СУ и безопасности полетов вертолетов" представлена разработанная автоматизированная программа тренировки и контроля летного состава по действиям в особых случаях в полете и предложен алгоритм оценки подготовленности летчика с использованием метода определения остаточного ресурса СУ вертолета.

В реальной эксплуатации авиационные ГТД работают при сложном изменении режимов нагружения в процессе эксплуатационного цикла. Для деталей двигателя каждый режим работы характеризуется температурой, статическими и вибрационными нагрузками и вносит свою долю в исчерпание ресурса.

Методы, позволяющие вести оценку ресурса деталей, работающих на различных режимах нагружения, основываются на различных гипотезах суммирования повреждений. Под повреждением здесь подразумевается доля исчерпания ресурса, вносимая отдельными режимами нагружения.

Накопленное повреждение детали за ресурс двигателя при работе на всех режимах Р

Д = (14)

где i - номер режима; р - количество режимов; тг время работы на ^м режиме; тр - время до разрушения при непрерывной работе на этих режимах.

Величина накопленного повреждения за ресурс D не должна превысить своего допустимого значения [Б], определяемого как

(15)

[Ф

где Бр - величина накопленного повреждения, при котором наступает разрушение; кг - коэффициент запаса.

Время до разрушения при непрерывной работе на режиме зависит от температуры и уровня действующих напряжений щ в детали и определяется по диаграмме длительной прочности материала детали.

Предельное значение эквивалентного числа циклов определяется как

, (16)

к

где 1Ш1Г- разрушающее количество эквивалентных циклов, зависит от уровней напряжений а^а и температуры и определяется по кривой малоцикловой прочности; км - коэффициент запаса по циклической долговечности.

В результате анализа влияния условий эксплуатации на ресурс ГТД выявлено, что одним из факторов, оказывающих наибольшее влияние на исчерпание ресурса ГТД, является цикл пилотирования, который включает в себя:

- регламент прогрева двигателя;

- изменение режимов работы (циклирование) при взлете, в полёте и при посадке;

- выбор режима взлета и посадки.

Рассмотрены характерные ошибки пилотов (курсантов) на различных этапах полета, которые приводят к разной выработке ресурса за одно и то же время полета. В результате предложено, при условии установки на вертолетные ГТД счетчика ресурса для определения накопленного повреждения, использовать метод определения остаточного ресурса СУ для оценки подготовленности летчика.

Внедрение данной методики в эксплуатационные подразделения позволит по отклонению от типового полетного цикла оценивать квалификацию пилота. Таким образом, будет получена объективная оценка действий летчика, в том числе и при возникновении особых случаев в полете.

В заключительной части работы представлены основные результаты и выводы, полученные в ходе диссертационных исследований.

ВЫВОДЫ

1. Выполнен анализ состояния надежности АТ и БП вертолетов в летном ВУЗе за период 1991...2003 гг. Исследованы абсолютные и относительные показатели БП. В результате установлено:

- количество инцидентов в рассматриваемый период по всему парку снижается, что, в первую очередь, связано с уменьшением общего налета;

- годовые колебания относительных показателей безопасности полетов свидетельствуют о необходимости постоянного внимания к профилактической работе по повышению уровня БП;

- из всех типов вертолетов, на которых проводится подготовка летного состава, лучшие показатели имеют вертолеты Ми-8, худшие - Ка-27.

2. Выявлены и проанализированы факторы-причины авиационных инцидентов. Основной причиной инцидентов во все годы является "человеческий фактор" - 57,6 %. На отказы АТ приходится 37,6 %. Причиной оставшихся инцидентов является воздействие внешних непрогнозируемых факторов. Из всех инцидентов по "человеческому фактору" 37,3 % связано с "фактором экипажа". Ошибочные действия летного состава стали следствием недисциплинированности или непрофессиональных действий. Самым распространенным проявлением внешнего неблагоприятного фактора стало попадание во входное устройство двигателей птиц, которое, как правило, приводит к досрочному съему двигателей с эксплуатации. Анализ статистических данных по отказам АТ показал, что, несмотря на уменьшение общего налета и числа инцидентов по парку вертолетов, доля инцидентов из-за отказов АТ увеличивается. Для вертолетов Ми-24 и Ми-8 больше всего отказов приходится на силовую установку вертолета (для Ми-24 - 29,4 %, для Ми-8 - 37 %). Отсюда

следует актуальность разработки методологии обеспечения надежности СУ в условиях летного ВУЗа.

3. Выполнен анализ эксплуатационных отказов и неисправностей вертолетных СУ. Львиная доля отказов в полете двигателей ТВ3-117 и ТВ2-117А связана с отказами САР двигателей. Большой объем и сложность функций, выполняемых системой регулирования, значительное число разнообразных сложных агрегатов, в нее входящих, а также переменные режимы работы обуславливают и наибольшее число отказов этой системы. Большая часть отказов, приводящих к досрочному съему двигателей ТВ3-117, приходится на компрессор из-за повреждений лопаток компрессора. Причиной большинства досрочно снятых двигателей ТВ2-117А стали отказы, обнаруженные на земле (повышенный расход масла, негерметичность опор двигателя) - 68,4%. При этом данные отказы двигателей проявляются при наработке более 2000 ч с начала эксплуатации. Таким образом, причинами отказов СУ являются конструктивно-производственные недостатки, нарушения и ошибочные действия при эксплуатации, а также воздействие внешних факторов. Следовательно, для обеспечения эксплуатационной надежности СУ необходимы совершенствование форм и методов контроля технического состояния СУ, специальная подготовка летного состава к работе при возникновении ОС в полете, учет условий использования двигателей.

4. С использованием метода корреляционно-регрессионного анализа и экспоненциальной модели процесса накопления повреждений получены зависимости между износом РЛ первой ступени компрессора и наработкой вертолетных ГТД для различных условий эксплуатации. Полученные зависимости позволяют оценивать интенсивность деградации характеристик двигателя, прогнозировать техническое состояние СУ, рационально планировать количество двигателей для замены и наметить способы улучшения характеристик двигателей, находящихся в серийном производстве и эксплуатации.

5. Выполнен анализ и составлен перечень особых случаев в полете, связанных с СУ вертолета. Все ОС объединены в семь групп по двум признакам:

- принадлежность к функциональной системе СУ вертолета;

- опасность последствий особого случая полета.

Благодаря этому на базе теории графов разработана математическая модель взаимосвязи основных факторов-причин особых случаев полета, позволившая выявить сильносвязанные факторы и наметить пути повышения надежности СУ.

6. Разработаны рекомендации по повышению надежности СУ и БП вертолетов в условиях летного ВУЗа на основе:

- предложенного перечня научно-обоснованных периодических проверок и осмотров СУ, а также тренажей летного состава по действиям в ОС;

- разработанной методики определения влияния надежности двигателей на БП вертолетов;

- созданной автоматизированной обучающей программы по действиям экипажа в ОС в полете;

- разработанного алгоритма оценки подготовленности летчика с использованием метода определения остаточного ресурса СУ вертолета.

7. Внедрение в эксплуатационные подразделения летного ВУЗа разработанных рекомендаций позволило поддерживать высокий уровень эксплуатационной надежности СУ, готовить квалифицированный летный состав и соответственно повысить уровень БП вертолетов.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих печатных работах:

1. Белоусов А. И., Кинив С. Ю. Анализ состояния безопасности полетов вертолетов при подготовке инженеров-пилотов в период с 1991 по 1999 гг. // Вестник СГАУ. Сер. Проблемы и перспективы развития двигателестроения. Вып. 4. Ч. 2. - Самара: СГАУ, 2000. - С. 28 - 43.

2. Белоусов А. И., Кинив С. Ю. Анализ отказов авиационной техники при подготовке инженеров-пилотов в СВАИ за 1991-1999 гг. // Вестник СГАУ. Сер. Проблемы и перспективы развития двигателестроения. Вып. 4. Ч. 2. - Самара: СГАУ, 2000. - С. 44 - 49.

3. Белоусов А. И., Кинив С. Ю. Вероятностные показатели безопасности полетов вертолетов в условиях подготовки инженеров-пилотов // Вестник СГАУ. Сер. Проблемы и перспективы развития двигателестроения. Вып. 4. Ч. 2. - Самара: СГАУ, 2000. - С. 83 - 85.

4. Белоусов А. И., Кинив С. Ю. Состояние эксплуатации вертолетных двигателей в условиях летного ВУЗа в период 1991... 1999 гг. // Тезисы докладов. Часть 2. Международная научно-техническая конференция, посвященная памяти генерального конструктора аэрокосмической техники академика Н. Д. Кузнецова. - Самара: СГАУ, 2001. - С. 87 - 89.

5. Белоусов А. И., Кинив С. Ю. Анализ отказов и расчет среднестатистических показателей надежности вертолетных двигателей // Авиационная техника, №1,2002. - С. 68 - 69.

6. Белоусов А. И., Кинив С. Ю. Использование экспоненциальной модели процесса накопления повреждений для получения кривой износа рабочих лопаток первой ступени компрессора вертолетного ГТД от наработки // Вестник СГАУ. Сер. Проблемы и перспективы развития двигателестроения. Вып. 6. Ч. 2. - Самара: СГАУ, 2003. - С. 44 - 49.

7. Белоусов А. И., Кинив С. Ю. Использование экспоненциальной модели процесса накопления повреждений для получения зависимости износа рабочих лопаток (РЛ) первой ступени компрессора вертолетного ГТД от наработки // Тезисы докладов. Часть 2. Международная научно-техническая конференция, посвященная памяти генерального конструктора аэрокосмической техники академика Н. Д. Кузнецова. - Самара: СГАУ, 2003. - С. 73 - 75.

8. Белоусов А. И., Кинив С. Ю. Эксплуатационная надежность вертолетных силовых установок: Учебное пособие. - Самара: СГАУ, 2003. —114 с.

9. Белоусов А. И., Кинив С. Ю. Исследование взаимосвязи и взаимовлияния основных факторов-причин возникновения особых случаев (ОС) в полете, связанных с силовой установкой (СУ) вертолета // Тезисы докладов. 3-я международная конференция и выставка. - М: МАИ, 2004. - С. 72- 73.

10. Белоусов А. И., Кинив С. Ю. Особенности обеспечения надежности силовой установки (СУ) и безопасности полетов (БП) вертолетов при подготовке летчиков в условиях летного ВУЗа // Сборник научных статей. Сер. Проблемы университетского образования: содержание и технологии. - Тольятти: ТГУ, 2004. - С. 64 - 65.

11. Белоусов А. И., Кинив С. Ю. Использование метода определения остаточного ресурса двигателей для разработки алгоритма оценки подготовленности летчика в условиях летного ВУЗа // Тезисы докладов. VIII Всероссийская научная конференция с международным участием. - Красноярск: СибГАУ, 2004. - С. 87 - 88.

12. Кинив С. Ю. Статистический метод определения степени опасности неблагоприятных факторов // Сборник научных статей №1. Сер. Методология преподавательской деятельности. Социально-гуманитарные проблемы. Вып. 1. Ч. 2. - Сызрань: СВАИ, 2002. - С. 31 - 34.

Автореферат

Подписано в печать Бум. оберт. Тираж 100 экз.

6.09.04

Усл.-печ. л. 1,0

Заказ

Формат 60x84 1/16 Уч.-изд. л. 1,0 Печать Кко

Отпечатано в редакционно-издательском отделе Сызранского В АИ 446007, Самарская обл., г. Сызрань, ул. Маршала Жукова, СВАИ

Р20 4 78

ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ НАДЕЖНОСТИ СУ И БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ ВЕРТОЛЕТОВ В УСЛОВИЯХ ЛЕТНОГО ВУЗА И ВЫЯВЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ

ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ.

1.1. Особенности обеспечения надежности СУ и БП вертолетов в условиях летного ВУЗа.

1.2. Общие данные о состоянии безопасности полетов вертолетов в СВАИ за 1991.2003 гг.

1.2.1. Основные причины инцидентов.

1.2.2. "Фактор экипажа" в проблеме обеспечения безопасности полетов

1.2.3. Роль инженерно - авиационной службы в обеспечении БП.

1.2.4. Влияние аэродромно - технического обеспечения на БП.

1.2.5. Влияние внешних факторов на БП вертолетов.

1.2.6. Отказы авиационной техники.

1.3. Анализ надежности вертолетных ГТД.

1.3.1. Определение основных показателей надежности двигателей.

1.3.2. Анализ отказов и неисправностей основных узлов и систем вертолетных ГТД, причины и профилактика отказов.

1.3.2.1. Компрессор.

1.3.2.2. Камера сгорания.

1.3.2.3. Турбины.

1.3.2.4. Выходное устройство.

1.3.2.5. Система смазки.

1.3.2.6. Система автоматического регулирования и управления двигателя.

1.3.2.7. Система запуска.

1.3.2.8. Приводы двигателя

1.3.2.9. Повышенная вибрация двигателей.

1.3.3. Распределение причин отказов между основными узлами и системами двигателей.

1.4. Основные закономерности надежности СУ и БП вертолетов в условиях летного ВУЗа.

Выводы.

ГЛАВА 2. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОРРЕЛЯЦИОННО-РЕГРЕССИОННОГО АНАЛИЗА И ЭКСПОНЕНЦИАЛЬНОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА НАКОПЛЕНИЯ ПОВРЕЖДЕНИЙ ДЛЯ УСТАНОВЛЕНИЯ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ЗАВИСИМОСТИ МЕЖДУ ИЗНОСОМ РАБОЧИХ ЛОПАТОК КОМПРЕССОРА И НАРАБОТКОЙ ДВИГАТЕЛЕЙ ТВЗ-117.

2.1. Корреляционно-регрессионный анализ.

2.1.1. Форма представления статистического материала.

2.1.2. Оценка формы корреляционной связи.

2.1.3. Определение коэффициента корреляции.

2.1.4. Определение коэффициентов уравнения корреляции.

2.2. Экспоненциальная модель процесса накопления повреждений . 103 Выводы.

ГЛАВА 3. СОСТАВЛЕНИЕ ПЕРЕЧНЯ ОСОБЫХ СЛУЧАЕВ В ПОЛЕТЕ, СВЯЗАННЫХ С СИЛОВОЙ УСТАНОВКОЙ ВЕРТОЛЕТА. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ВЗАИМОСВЯЗИ И ВЗАИМОВЛИЯНИЯ ОСНОВНЫХ ФАКТОРОВ-ПРИЧИН ОС В ПОЛЕТЕ.

3.1. Анализ и обоснование целесообразности исследований

ОС полета.

3.2. Анализ и обоснование целесообразности исследований основных факторов-причин ОС полета.

3.3. Математическая модель взаимосвязи основных факторов-причин ОС в полете. Прогнозирование выбора и проведения научно-обоснованных периодических проверок и осмотров СУ, а также тренажей летного состава.

Выводы.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ НАДЕЖНОСТИ СУ И БП ВЕРТОЛЕТОВ.

4.1. Разработка и внедрение перечня научно-обоснованных проверок и осмотров СУ, тренажей летного состава по действиям в ОС в полете, методических рекомендаций по определению причин отказов СУ.

4.2. Методика определения влияния надежности двигателей на безопасность полетов вертолетов.

4.3. Использование методов математической статистики для анализа состояния надежности AT и БП вертолетов.

4.3.1. Определение уровня безопасности полетов.

4.3.2. Статистический метод определения степени опасности отказов AT.

4.3.3. Использование метода статистического сравнения для ранжирования неблагоприятных факторов.

Выводы.

ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ ПОДГОТОВЛЕННОСТИ КУРСАНТОВ С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ

ПОЛЕТОВ ВЕРТОЛЕТОВ.

5.1. Создание автоматизированной обучающей контрольной программы по действиям экипажа в ОС полета.

5.1.1. Необходимость создания программы.

5.1.2. Описание программы.

5.2. Использование метода определения остаточного ресурса СУ для разработки алгоритма оценки подготовленности летчика

5.2.1. Ресурс двигателей, принципы установления ресурса.

5.2.2. Основные факторы, определяющие ресурс двигателей.

5.2.3. Влияние условий эксплуатации на ресурс ГТД.

5.2.4. Зависимости для определения напряженности и температуры основных деталей ГТД. Алгоритм оценки подготовленности летчика.

5.3. Перспективы развития работ.

Выводы.

Успешное решение проблем повышения надежности двигателей вертолетов на всех этапах жизненного цикла и безопасности полетов, а также государственной задачи подготовки летного состава является важным условием обеспечения обороноспособности страны.

При эксплуатации вертолетного парка в летном ВУЗе фиксируется большое количество авиационных инцидентов. Анализ надежности и безопасности полетов вертолетов показывает, что причины инцидентов можно разделить на три основные группы: отказы авиационной техники, ошибки личного состава и неблагоприятные внешние условия. Отказы авиационной техники включают отказы силовой установки и отказы функциональных систем вертолета. К ошибкам личного состава относятся не только ошибки летного и инженерно-технического состава, но и представителей служб обеспечения, организации и управления полетами. Под неблагоприятными внешними условиями понимают воздействие внешних неблагоприятных факторов: состояние атмосферы, явления погоды, орнитологическая обстановка и т. п.

Результаты исследований показывают, что из-за нарушений и ошибочных действий летного состава, происходит около 37 % от общего числа инцидентов. Около 38 % инцидентов связано с отказами авиационной техники, из которых большая часть во все годы приходится на силовую установку вертолета, включающую двигатели и системы, обеспечивающие их работу [14].

В связи с отмеченным актуальными становятся задачи совершенствования форм и методов контроля технического состояния авиационной техники, а также специальной подготовки экипажа к работе при возникновении особых случаев в полете.

Одним из путей повышения эксплуатационной надежности СУ вертолета и снижения доли инцидентов, связанных с "человеческим фактором", является раскрытие взаимосвязей и взаимовлияний основных факторов-причин авиационных инцидентов, разработка и внедрение в практику перечня дополнительных проверок и осмотров AT, при этом реализуется принцип: чем больше неисправностей обнаружено на земле, тем меньше отказов в полете. Важны также разработка и внедрение в учебный процесс и в эксплуатационные подразделения автоматизированной обучающей программы по действиям экипажа в особых случаях в полете и разработка алгоритма оценки подготовленности летчика с использование метода определения остаточного ресурса СУ вертолета.

В связи с этим в работе поставлена следующая целы повышение эксплуатационной надежности СУ вертолетов в условиях летного ВУЗа благодаря раскрытию взаимосвязей и взаимовлияний основных факторов-причин авиационных инцидентов, разработке и внедрению в учебный процесс и в эксплуатационные подразделения новых форм обучения, оценки подготовленности летного состава, перечня научно-обоснованных проверок и осмотров AT.

Указанная цель может быть реализована на основе комплексного решения следующих основных задач исследований:

1) анализ состояния надежности AT и БП вертолетов в летном ВУЗе с определением уровня изменения по абсолютным и относительным показателям;

2) выявление основных факторов-причин авиационных инцидентов, имевших место в СВАИ за период с 1991 по 2003 гг.;

3) анализ отказов и неисправностей вертолетных ГТД и расчет среднестатистических показателей надежности двигателей;

4) установление статистической зависимости между износом PJI компрессора и наработкой вертолетных ГТД для различных условий эксплуатации;

5) анализ и составление перечня ОС в полете, взаимосвязанных с отказами силовой установки вертолета;

6) разработка математической модели взаимосвязи основных факторов-причин возникновения ОС в полете и перечня научно-обоснованных периодических проверок и осмотров СУ, а также тренажей летного состава по действиям в ОС в полете;

7) разработка методики определения влияния надежности двигателей на БП вертолетов в условиях летного ВУЗа;

8) составление алгоритма оценки подготовленности летчика с использованием метода определения остаточного ресурса СУ вертолета и создание автоматизированной обучающей программы по действиям экипажа в особых случаях в полете.

В диссертационной работе использованы методы: теории вероятностей, регрессионного анализа, графов и математической статистики.

В результате комплекса исследований сформулирована совокупность основных научных положений, выводов и рекомендаций.

Научную новизну представляют:

1) математическая модель взаимосвязи основных факторов-причин возникновения особых случаев в полете на всех этапах жизненного цикла двигателей - использования их в условиях летного ВУЗа, - разработанная на базе теории графов, позволяющая обеспечить эксплуатационную надежность силовой установки и разработать научно-обоснованный перечень проверок и осмотров AT, а также тренажей экипажа;

2) методика определения влияния надежности вертолетных ГТД на безопасность полетов вертолетов в условиях летного ВУЗа;

3) корреляционные зависимости между износом PJI компрессора и наработкой двигателей ТВЗ-117 в различных условиях их использования;

4) использование метода определения остаточного ресурса СУ для разработки алгоритма оценки подготовленности летчика в условиях летного ВУЗа;

5) автоматизированная обучающая контрольная программа оценки действий экипажа в ОС в полете.

Практическая ценность работы заключается в том, что:

1) использование математической модели взаимосвязи факторов-причин возникновения ОС в полете повышает уровень эксплуатационной надежности СУ и БП вертолетов в условиях летного ВУЗа благодаря разработке научнообоснованного перечня проверок и осмотров авиационной техники, а также тренажей летного состава;

2) использование методики определения влияния надежности двигателей на БП вертолетов позволяет прогнозировать вероятность возникновения аварийной ситуации в полете из-за отказа одного или двух двигателей и сформулировать требования к надежностным характеристикам СУ в различных условиях их эксплуатации;

3) полученные корреляционные зависимости между износом лопаток компрессора и наработкой двигателей ТВЗ-117 позволяют оценивать интенсивность деградации характеристик двигателя, прогнозировать техническое состояние СУ, рационально планировать количество двигателей для замены и наметить способы улучшения характеристик двигателей, находящихся в серийном производстве и эксплуатации;

4) внедрение в учебный процесс в СВАИ автоматизированной обучающей программы позволяет повысить качество теоретической подготовки летного состава по действиям в ОС в полете, надежность СУ и БП;

5) предложенный алгоритм оценки подготовленности летчика с использованием метода определения остаточного ресурса СУ позволяет проводить объективную оценку его действий при пилотировании вертолета, повысить качество летной подготовки и обеспечить эксплуатационную надежность СУ в условиях летного ВУЗа.

На защиту выносятся:

1) результаты анализа надежности AT и БП вертолетов в СВАИ за период с 1991 по 2003 гг.;

2) разработанная на основе теории графов математическая модель взаимосвязи основных факторов-причин возникновения ОС в полете;

3) методика определения влияния надежности вертолетных двигателей на безопасность полетов вертолетов в условиях летного ВУЗа;

4) корреляционные зависимости между износом рабочих лопаток первой ступени компрессора и наработкой двигателей ТВЗ-117 в различных условиях эксплуатации;

6) автоматизированная обучающая контрольная программа по действиям экипажа в ОС в полете;

7) алгоритм оценки подготовленности летчика с использованием метода определения остаточного ресурса СУ вертолета.

ВЫВОДЫ

1. Рассмотрены основные виды ресурса двигателей и принципы установления ресурса. Проанализированы основные факторы, определяющие ресурс двигателей, что позволило выявить наиболее сильно влияющие факторы и основные критические элементы конструкции двигателя. Исчерпание ресурса двигателей зависит от режимов работы и внешних условий. Основными критическими элементами двигателя являются диски и лопатки турбины и компрессора.

2. Рассмотрено решение задачи определения накопленного повреждения деталей двигателя за ресурс на основе методов суммирования повреждений. Представлены зависимости для определения напряженности, температуры PJI и дисков компрессоров и турбин, суммарного повреждения этих деталей, на основе которых предложен алгоритм оценки подготовленности летчика с точки зрения обеспечения надежности СУ и БП вертолетов в условиях летного ВУЗа.

3. Проанализировано влияние условий эксплуатации на ресурс ГТД. Наибольшее влияние на исчерпание ресурса ГТД оказывают следующие эксплуатационные факторы: температура воздуха на входе в двигатель; принципы пилотирования; индивидуальные особенности двигателей.

4. Выявлено, что при обучении курсантов цикл пилотирования оказывает существенное влияние на исчерпание ресурса двигателей. Рассмотрены характерные ошибочные действия курсантов при пилотировании вертолетов в условиях летного ВУЗа. В результате получено, что при выполнении одного и того же полетного задания разные курсанты нарабатывают разное количество переменных режимов. Таким образом, при условии установки на вертолетные ГТД счетчика ресурса по отклонению от типового полетного цикла, то есть по большему накоплению повреждений, можно оценивать квалификацию пилота. Это позволит получить объективную оценку действий летчика, в том числе и при возникновении особых случаев в полете.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Выполнен анализ состояния надежности AT и БП вертолетов в летном ВУЗе за период 1991.2003 гг. Исследованы абсолютные и относительные поф казатели БП. В результате установлено:

- количество инцидентов в рассматриваемый период по всему парку снижается, что, в первую очередь, связано с уменьшением общего налета;

- годовые колебания относительных показателей безопасности полетов свидетельствуют о необходимости постоянного внимания к профилактической работе по повышению уровня БП;

- из всех типов вертолетов, на которых проводится подготовка летного состава, лучшие показатели имеют вертолеты Ми-8, худшие — Ка-27.

2. Выявлены и проанализированы факторы-причины авиационных инцидентов. Основной причиной инцидентов во все годы является "человеческий фактор" -57,6 %. На отказы AT приходится 37,6 %. Причиной оставшихся инцидентов является воздействие внешних непрогнозируемых факторов. Из всех инцидентов по "человеческому фактору" 37,3 % связано с "фактором экипажа". Ошибочные действия летного состава стали следствием недисциплинированности или непрофессиональных действий. Самым распространенным проявлением внешнего неблагоприятного фактора стало попадание во входное устройство двигателей птиц, которое, как правило, приводит к досрочному съему двигателей с эксплуатации. Анализ статистических данных по отказам AT показал, что, несмотря на уменьшение общего налета и числа инцидентов по парку вертолеф> тов, доля инцидентов из-за отказов AT увеличивается. Для вертолетов Ми-24 и Ми-8 больше всего отказов приходится на силовую установку вертолета (для Ми-24 - 29,4 %, для Ми-8 - 37 %). Отсюда следует актуальность разработки методологии обеспечения надежности СУ в условиях летного ВУЗа.

3. Выполнен анализ отказов и неисправностей вертолетных ГТД. Рассчитаны среднестатистические показатели надежности двигателей. Двигатели ТВ2

117А имеют лучшие показатели, чем двигатели ТВЗ-117. Львиная доля отказов в полете двигателей ТВЗ-117 и ТВ2-117А связана с отказами САР двигателей. Большой объем и сложность функций, выполняемых системой регулирования, значительное число разнообразных сложных агрегатов, в нее входящих, а также переменные режимы работы обуславливают и наибольшее число отказов этой системы. Большая часть отказов, приводящих к досрочному съему двигателей ТВЗ-117, приходится на компрессор из-за повреждений лопаток компрессора. Причиной большинства досрочно снятых двигателей ТВ2-117А стали отказы, обнаруженные на земле (повышенный расход масла, негерметичность опор двигателя) - 68,4%. При этом данные отказы двигателей проявляются при наработке более 2000 ч с начала эксплуатации. Таким образом, причинами отказов СУ являются конструктивно-производственные недостатки, нарушения и ошибочные действия при эксплуатации, а также воздействие внешних факторов. Следовательно, для обеспечения эксплуатационной надежности СУ необходимы совершенствование форм и методов контроля технического состояния СУ, специальная подготовка летного состава к работе при возникновении ОС в полете, учет условий использования двигателей.

4. С использованием метода корреляционно-регрессионного анализа и экспоненциальной модели процесса накопления повреждений получены зависимости между износом РЛ первой ступени компрессора и наработкой вертолетных ГТД для различных условий эксплуатации. Полученные зависимости позволяют оценивать интенсивность деградации характеристик двигателя, прогнозировать техническое состояние СУ, рационально планировать количество двигателей для замены и наметить способы улучшения характеристик двигателей, находящихся в серийном производстве и эксплуатации.

5. Выполнен анализ и составлен перечень особых случаев в полете, связанных с СУ вертолета. Все ОС объединены в семь групп по двум признакам:

- принадлежность к функциональной системе СУ вертолета;

- опасность последствий особого случая полета.

Благодаря этому на базе теории графов разработана математическая модель взаимосвязи основных факторов-причин особых случаев полета, позволившая выявить сильносвязанные факторы и наметить пути повышения надежности СУ вертолета.

6. Разработаны рекомендации по повышению надежности СУ и БП вертолетов в условиях летного ВУЗа на основе:

- предложенного перечня научно-обоснованных периодических проверок и осмотров СУ, а также тренажей летного состава по действиям в ОС;

- разработанной методики определения влияния надежности двигателей на БП вертолетов;

- созданной автоматизированной обучающей программы оценки действий экипажа в ОС в полете;

- разработанного алгоритма оценки подготовленности летчика с использованием метода определения остаточного ресурса СУ вертолета.

7. Внедрение в эксплуатационные подразделения летного ВУЗа разработанных рекомендаций позволило поддерживать высокий уровень эксплуатационной надежности СУ, готовить квалифицированный летный состав и соответственно повысить уровень БП вертолетов.

1. Авиационный турбовальный двигатель ТВ2-117А и редуктор ВР-8А. М.: Машиностроение, 1987,256 с.

2. Акимов В. М. Основы надежности газотурбинных двигателей. — М.: Машиностроение, 1981, 207 с.

3. Акимов В. М., Старик Д. А., Морозов А. А. Экономическая эффективность повышения ресурса и надежности газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 1972,172 с.

4. Алабин М. А., Ройтман А.Б. Корреляционно-регрессионный анализ статистических данных в двигателестроении. М.: Машиностроение, 1974,124 с.

5. Александров В. Г. Контроль технической исправности самолетов и вертолетов. -М.: Транспорт, 1976,360 с.

6. Александров В. Г., Мырцымов В. В., Ивлев С. П., Майоров А. В., Бор-щев К. В., Хаймович И. А. Справочник авиационного инженера. — М.: Транспорт, 1973,400 с.

7. Алексеев К. П. Влияние условий эксплуатации на технико-экономические характеристики авиадвигателя. — М.: Транспорт, 1983,94 с.

8. Алексеев К. П. Эксплуатационная надежность авиационных силовых установок. — М.: Транспорт, 1976,159 с.

9. Анцелиович JI. JI. Надежность, безопасность и живучесть самолета. -М.: Машиностроение, 1985,296 с.

10. Аралов Г. Д. Ценовая эффективность наработки двигателя без съема с крыла // Проблемы безопасности полетов, №1,2000, с. 38 — 40.

11. Барзилович Е. Ю., Савенков М. В. Статистические методы оценки состояния авиационной техники. М.: Транспорт, 1987,240 с.

12. Бездетное Н. П. Философия безопасности // Вертолет, №2, 1999, с. 22 23.

13. Белоусов А. И., Биргер И. А. Прочностная надежность деталей турбо-машин. Куйбышев.: КуАИ, 1983,92 с.

14. Белоусов С. И., Кинив С. Ю. Анализ состояния безопасности полетов вертолетов при подготовке инженеров-пилотов в период с 1991 по 1999 гг. // Вестник СГАУ. Сер. Проблемы и перспективы развития двигателестроения. 2000. Вып. 4. Ч. 2. С. 28 43.

15. Белоусов А. И., Кинив С. Ю. Анализ отказов авиационной техники при подготовке инженеров-пилотов в СВАИ за 1991-1999 гг. // Вестник СГАУ. Сер. Проблемы и перспективы развития двигателестроения. 2000. Вып. 4. Ч. 2. С. 44-49.

16. Белоусов А. И., Кинив С. Ю. Вероятностные показатели безопасности полетов вертолетов в условиях подготовки инженеров-пилотов. // Вестник СГАУ. Сер. Проблемы и перспективы развития двигателестроения. 2000. Вып. 4. 4.2. С. 83-85.

17. Белоусов А. И., Кинив С. Ю. Анализ отказов и расчет среднестатистических показателей надежности вертолетных двигателей // Авиационная техника, №1,2002, с. 68-69.

18. Белоусов А. И., Кинив С. Ю. Эксплуатационная надежность вертолетных силовых установок. Самара.: СГАУ, 2003, 114 с.

19. Бочаров В. И., Деркач О. Я., Буслаев О. Б., Полтавец В. А., Шичко JI. JI. Методы определения эксплуатационно-технических характеристик самолета и вертолета. М.: Машиностроение, 1991,144 с.

20. Буслаев О. Б., Баев Н. А. Метод оценки показателей надежности изделий авиационной техники с учетом изменения эксплуатационных факторов // Проблемы безопасности полетов, № 5,1995, с. 73 79.

21. Вакуленко В. В. Действия экипажа вертолета Ми-24В в особых случаях в полете. Сызрань.: СВАИ, 2003,205 с.

22. Володко А. М. Безопасность полетов вертолетов. — М.: Транспорт, 1981,224 с.

23. Володко А. М. Вертолет в особой ситуации. М.: Транспорт, 1992,262 с.

24. Губарев В. Г. Программное обеспечение и операционные системы ПК. Ростов н/Д.: Феникс, 2002,384 с.

25. Горлатых С. В. Средства и методы контроля работоспособности и диагностирования силовых установок современных транспортных самолетов // Проблемы безопасности полетов, № 5,1990, с. 67-85.

26. Данилов В. А. Вертолет Ми-8. М.: Транспорт, 1988,278 с.

27. Дудка К. К., Крылов О. В. Система управления и регулирования вертолетного турбовального двигателя ТВЗ-117. Сызрань.: СВВАУЛ, 1989,41 с.

28. Емеличев В. А., Мельников О. И., Сарванов В. И., Иышкевич Р. И. Лекции по теории графов. — М.: Наука, 1990,384 с.

29. Жмереницкий В. Ф., Полулях К. Д., Акбашев О. Ф. Основные направления снижения опасности полета летательного аппарата // Проблемы безопасности полетов, № 10,1999, с. 3 5.

30. Жулев В. И., Иванов В. С. Безопасность полетов летательных аппаратов. М.: Транспорт, 1986,224 с.

31. Зайнетдинов Р. И. Информационные ресурсы INTERNET для специалистов и ученых транспорта // Проблемы безопасности полетов, № 1, 2000, с. 5-13.

32. Зайцев А. М. Обеспечение надежной работы деталей авиационных двигателей. М.: Транспорт, 1971,196 с.

33. Зубков Б. В. Минаев Е. Р. Основы безопасности полетов. М.: Транспорт, 1987, 143 с.

34. Кеба И. В. Диагностика авиационных газотурбинных двигателей. М.: Транспорт, 1980,248 с.

35. Кеба И. В. Летная эксплуатация вертолетных газотурбинных двигателей. М.: Транспорт, 1976,279 с.

36. Кинив С. Ю. Статистический метод определения степени опасности неблагоприятных факторов // Сборник научных статей №1. Сер. Методология преподавательской деятельности. Социально-гуманитарные проблемы. 2002. 4.2. С. 31 -34.

37. Коваленко И. В. Ми-24. Краткий курс. Сызрань.: СВАИ, 2001,131 с.

38. Костиков В. А., Солодков Е. В., Спицин Г. Н. Проблемы безопасности полетов вертолетов ГА РФ // Проблемы безопасности полетов, № 8, 1993, с. 16-29.

39. Косточкин В. В. Надежность авиационных двигателей и силовых установок. -М.: Машиностроение, 1976,272 с.

40. Котенко А. Б. Конструкция вертолета Ми-24. Сызрань.: СВВАУЛ, 1992,59 с.

41. Кузнецов Н. Д., Гриценко Е. А., Корноухов А.А., Федорченко Д. Г. Установление и увеличение ресурсов авиационных ГТД. Самара.: СГАУ, 1998,207 с.

42. Кулешев В. В. Вертолетный газотурбинный двигатель ТВЗ-117. М.: ВВИА им. Н. Е. Жуковского, 1981,206 с.

43. Лозицкий Л. П., Степаненко В. П., Студеникин В.А. и др.; Под ред. Степаненко В. П. Практическая диагностика авиационных газотурбинных двигателей. М.: Транспорт, 1985,102 с.

44. Михеев Е. Н. Безопасность полетов вертолетов в США // Проблемы безопасности полетов, № 2,2000, с. 3.

45. Мишунин В. А., Зубков Б. В., Гришкина О. С. Влияние профессиональной подготовки специалистов на "человеческий фактор" и состояние безопасности полетов //Проблемы безопасности полетов, № 2,2000, с. 29 35.

46. Оре О. Теория графов. М.: Наука, 1980, 336 с.

47. Орлов В. И. Энергетические (силовые) системы вертолета Ми-24. — Сызрань.: СВАИ, 2002,99 с.

48. Орлов В. И., Трофимец А. И., Кинив С. Ю., Мотовилов И. И. Конструкция и эксплуатация вертолета Ми-24 В (П). Сызрань.: СВАИ, 2004,199 с.

49. Петров А. Н. Безопасность полетов на ранних этапах становления авиации // Проблемы безопасности полетов, № 4,1999, с. 11 -14.

50. Пикула Э. Р. Эрозионный износ проточной части компрессоров авиационных газотурбинных двигателей. // Проблемы безопасности полетов, № 6, 1999, с. 46-49.

51. Полтавец В. А., Плаксина Е. А. Безопасность полетов в легкомоторной авиации // Проблемы безопасности полетов, № 4,1999, с. 9 13.

52. Ромасевич В. Ф. Аэродинамика и динамика полета вертолетов. — М.: Военное издательство, 1982,487 с.

53. Россел П., Москаленский Б. Авиационные происшествия статистика и методы предупреждения // Проблемы безопасности полетов № 12, 1995, с. 5 - 15.

54. Руководство по технической эксплуатации двигателя ТВЗ-117 3 серии. Книга L М.: Машиностроение, 1978,204 с.

55. Русанов Е.А. Методика расследования авиационных происшествий и инцидентов. М.: Военное издательство, 1995,175 с.

56. Рыжков В. П. Анализ состояния безопасности полетов и профилактической работы в частях армейской авиации за последние 10 лет (1988 1997 гг.) // Проблемы безопасности полетов, № 3,2000, с. 45-57.

57. Сакач Р. В., Зубков Б. В., Давиденко М. Ф. и др. Под ред. Сакача Р. В. Безопасность полетов М.: Транспорт,1989,239 с.

58. Смирнов Н. Н., Владимиров Н.И., Черненко Ж. С. Техническая эксплуатация летательных аппаратов. М.: Транспорт, 1990,423 с.

59. Спенс P. Clipper. Руководство по программированию. Версия 5.01. -Мн.: Тивали, 1994,480 с.

60. Сосунов А. М. Отказы и неисправности турбореактивных двигателей. -М.: Военное издательство министерства обороны СССР, 1964,367 с.

61. Судаков В. Я., Зуевский Е.И., Мигненко В. И., Карпушкин В.И., Котен-ко А. Б., Мищенко В. П., Селезнев Ю.В., Бухаров А. Н., Орлов А. Д., Фоменко Ю. П., Дудин А. Г. Конструкция и эксплуатация вертолетов и двигателей. М.: Военное издательство, 1987,328 с.

62. Тарасенко А. Я. Неразрушающий контроль и диагностика авиатехники. Состояние, проблемы и пути их решения // Проблемы безопасности полетов, №10, 1993, с. 45-47.

63. Теймуразов Р. А., Овчаров В. Е. Безопасность полетов в гражданской авиации // Вертолет, № 1, 1998, с. 10-11.

64. Турбовальный двигатель ТВЗ-117. Инструкция по эксплуатации и техническому обслуживанию. М.: Машиностроение, 1980, 158 с.

65. Тюрин Ю. Некоторые вопросы состояния эксплуатации и разработки авиадвигателей в России // Авиатранспортное обозрение, № 12, 1998, с. 20 24.

66. Фатеев С. С. Основы конструкции вертолетов. М.: Военное издательство, 1990,248 с.

67. Цейтлин В. И. Обеспечение надежности и ресурса газотурбинных двигателей // Проблемы машиностроения и надежности машин, №3, 1991, с. 37-44.

68. Чуйко В. М. Управление надежностью и ресурсом авиационных двигателей // Конверсия в машиностроении, № 5, 1995, с. 22 25.

69. Чумак А. Г., Култышев Ю.А., Харитон В.А. Перспективы совершенствования эксплуатационной документации и информационного обеспечения экспертных систем // Проблемы безопасности полетов, № 4,1999, с. 16 — 22.

70. Шапиро А. Ш. Совершенствование системы технического обслуживания и ремонта авиационной техники за рубежом // Проблемы безопасности полетов, № 12, 1995, с. 48 55.

71. Шенк X. Теория инженерного эксперимента. М.: Мир, 1972,381 с.

72. Шибанов Г. П. Надежности и безопасность полетов проектируемых летательных аппаратов // Проблемы безопасности полетов, №3,1999, с. 3 9.

73. Яковлева Т. М. Методика анализа безопасности полетов гражданских воздушных судов // Проблемы безопасности полетов, №5, 2003, с. 3 9.