автореферат диссертации по транспорту, 05.22.14, диссертация на тему:Обоснование оптимальных процедур обслуживания по состоянию систем воздушных судов гражданской авиации, подверженных в процессе эксплуатации случайным ударным нагрузкам и деградациям

Введение.

1. Состояние системы технического обслуживания и ремонта воздушных судов гражданской авиации, задачи исследования

1.1 Состояние и проблемы технического обслуживания и ремонта (ТОиР) воздушных судов (ВС) гражданской авиации

1.2 Математические задачи исследования.

2. Оптимальные модели технического обслуживания авиационных систем, учитывающие случайные моменты ударов и случайные накопления повреждений

2.1 Пуассоновский поток моментов ударов

2.2 Адаптивное восстановление при пуассоновском потоке моментов ударов

2.3 Полумарковский процесс накопления повреждений.

2.4 Диффузионная аппроксимация величин повреждений.

2.5 Определение среднего времени до отказа авиационной системы при ударных нагрузках в процессе эксплуатации

3. Пороговые модели ударов, в которых накопленные повреждения фиксируются при регулярных проверках

3.1 Оптимальная модель предупреждения аварийных ситуаций для авиационной системы, подверженной ударным нагрузкам в процессе длительной эксплуатации.

3.2 Сравнение предложенной и существующей моделей. Неоднократное применение правила предупреждения аварийных ситуаций

3.3 Определение оптимального правила выполнения работ при контроле элементов конструкции воздушного судна (на примере панели крыла самолета Ил-62М)

4. Эксплуатация отдельных агрегатов авиационных систем по оптимальному ресурсу и статистическое оценивание рассчитываемого ресурса

4.1 Определение оптимальных ресурсов деградируемых агрегатов авиационных систем.

4.2 Статистическая оценка величины оптимального ресурса «стареющих» элементов авиационных систем.

5. Формирование оптимальных процедур технического обслуживания агрегатов ВС по опыту эксплуатации ИЛ-86 •

5.1 Содержание работ при техническом обслуживании гидронасоса НП

5.2 Определение закона распределение наработок до отказа гидронасоса НП 108.

5.3 Разработка рекомендаций по формированию процедуры ТО гидронасоса НП 108.

5.4 Определение функций распределения наработок до появления трещин в элементах функциональных систем ИЛ

Актуальность темы исследования заключается в том, что при определении ресурсов воздушных судов гражданской авиации и их оборудования не учитываются ударные нагрузки, происходящие за очень короткое время. Это и сильные механические воздействия при грубых посадках ВС, и переходные режимы при запусках авиационных двигателей, включениях и выключениях радиоэлектронной аппаратуры, и температурные скачкообразные воздействия во время полетов ВС. Проблема здесь в том, что пока технически трудно, а порой и невозможно измерить повреждения, возникающие при ударных нагрузках. Иногда при известных величинах ударных нагрузок их можно рассчитать. В то же время инженерная мысль настойчиво ищет пути прямых измерений повреждений, возникающих в авиационных системах при фиксированных ударных нагрузках. В процессе эксплуатации ВС ударные воздействия иногда можно фиксировать (например, при грубых посадках ВС). В этих случаях открывается путь исследования повреждений в конструкциях в лабораторных условиях.

Возникают в связи с этим совершенно новые задачи эксплуатации ВС и их оборудования по техническому состоянию. Именно такие задачи и рассматриваются в диссертации.

Первые отечественные работы в этом направлении принадлежат А.М.Андронову, Ю.М.Пономареву, Е.Ю.Барзиловичу, О.Е.Митряевой, А.Г.Шевчуку, Н.Н.Кузнецову. Из публикаций зарубежных авторов прежде всего следует отметить работы Б.Бергмана, Х.Тейлора, Д.Цуккермана.

Целью работы является создание и частичное использование комплекса новых моделей эксплуатации по техническому состоянию авиационных систем, направленных на поддержание и повышение летной годности воздушных судов.

Объектом исследования является процесс технического обслуживания и ремонта воздушных судов гражданской авиации.

Методы исследования связаны с применением теории вероятностей: теории управляемых скачкообразных случайных процессов марковского и полумарковского типа, диффузионных случайных процессов, процессов с адаптацией, точечных случайных процессов и монотонных немарковских случайных процессов; математической статистики и вариационного исчисления.

Научная новизна работы состоит в

- исследовании методологии формализации задач технического обслуживания авиационных систем, подверженных в процессе эксплуатации случайным ударным нагрузкам и деградации;

- создании модели, в которой учитывается непрерывное восстановление системы после каждого ударного воздействия;

- определении среднего времени функционирования авиационной техники при воздействии ударных нагрузок до отказа;

- определении оптимальных ресурсов «стареющих» агрегатов авиационных систем;

- обосновании нового подхода к оптимальной эксплуатации авиационных систем по техническому состоянию и сравнении его с традиционным;

- в проведении расчетов по определению параметров технического обслуживания в рамках предложенных моделей для конкретных авиационных систем.

Практическая значимость исследований заключается в разработке теории эксплуатации авиационных систем по состоянию в условиях воздействия случайных ударных нагрузок, в создании вычислительных программ, позволяющих при наличии исходных статистических данных о скачкообразных случайных процессах-повреждениях авиационных систем автоматизировать процесс контроля их состояния и выдачи решений на обслуживание по результатам контроля.

Точность и достоверность проведенных исследований обусловлены обоснованностью и приемлемостью сделанных допущений, использованием адекватных этим допущениям математических моделей, получением сравнительных результатов и применением для расчетов собранных лично автором исходных данных с последующим статистическим оцениванием конечных результатов.

Апробация работы. Содержание диссертации опубликовано в семи научных трудах. Материалы диссертационной работы, докладывались на Четвертой международной научно-технической конференции «Инженерно-физические проблемы авиационной и космической техники» (г. Егорьевск, 2002 год), на международной научно-технической конференции «Гражданская авиация на современном этапе развития науки, техники и общества» (г. Москва, 2003, МГТУ ГА), на семинарах секции «Проблемы воздушного транспорта России» научного Совета РАН по проблемам транспорта (2001 г. и 2002 г.).

Содержание и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения и трех приложений, содержит 136 страниц текста, 22 рисунка, 24 таблицы.

Заключение

Значительное место в представленных в диссертации исследованиях занимают математические модели, связанные с техническим обслуживанием авиационных систем и учитывающие ударные воздействия, которым подвергаются системы в процессе эксплуатации. В основе всех моделей лежит теория оптимально управляемых скачкообразных случайных процессов.

Применение этой теории к практике ТО и Р авиационной техники позволило по-новому взглянуть на эксплуатацию по состоянию авиационных систем, особенно систем механического типа. Это обстоятельство должно внести существенные коррективы в математическое обеспечение, создаваемое в интересах эксплуатации таких систем по техническому состоянию. Следует особо отметить, что создание отмеченного математического обеспечения опережает разработку технических средств измерения ударных нагрузок и особенно вызываемых ими повреждений в элементах конструкции воздушного судна.

В диссертации рассмотрена модель, в которой учитывается самовосстановление получаемых повреждений при ударных нагрузках. Эта модель, по-видимому, в перспективе может формализовать процесс функционирования специалистов по ТО и Р в гражданской авиации. В частном случае эту модель автору удалось довести до числовых расчетов. Кроме того, в диссертации предложена оригинальная модель определения среднего времени безотказной работы элемента конструкции воздушного судна при ударных нагрузках в процессе эксплуатации. Полученные здесь результаты будут полезны при обосновании ресурсов авиационных систем с учетом воздействующих на них ударных нагрузок, которые до сих пор при таких обоснованиях не учитывались.

В диссертации предложена оптимальная модель управления состоянием авиационной системы, отличающаяся от традиционной критерием оптимизации, наиболее полно отражающим специфику длительно эксплуатируемых систем. Приведено сравнение этих двух моделей и показано преимущество предложенной модели в плане минимизации затрат на ТО и Р и повышения безопасности полетов воздушных судов.

В работе представлен аналитический подход к определению назначаемых ресурсов авиационных систем стареющего типа и предложена процедура статистического оценивания ресурсов стареющих элементов авиационных систем.

На основе имеющихся в диссертации алгоритмов был разработан комплекс вычислительных программ, с помощью которых были рассчитаны некоторые показатели технического обслуживания систем и элементов конструкции воздушных судов Ил-86 и Ил-62М.

1. Далецкий C.B., Деркач О .Я., Петров А.Н. Эффективность технической эксплуатации самолетов гражданской авиации. М.: Воздушный транспорт, 2002.

2. Петров А.Н. Пора наводить порядок // Авиатранспортное обозрение. Май/июнь, 2001. Серия: Техническое обслуживание и ремонт.

3. Смирнов H.H., Чинючин Ю.М. Техническая эксплуатация самолетов за рубежом. М.: МГТУ ГА, 1992.

4. Арепьев А.Н., Громов М.С., Шапкин B.C. Введение в теорию эксплуатационной живучести авиаконструкций. М.: МГТУ ГА, 2000.

5. Красько С.Е. Оптимальная эксплуатация по состоянию авиационных систем с учетом ударных внешних воздействий (обзор) // Научный вестник МГТУ ГА. № 52. М, 2002.

6. Барзилович Е.Ю., Беляев Ю.К. и др. Вопросы математической теории надежности / Под ред. Гнеденко Б.В. М.: Радио и связь, 1983.

7. Ицкович A.A. Метод определения оптимальных режимов диагностики агрегатов, заменяемых по техническому состоянию // Наука и техника ГА. Серия: Летная и техническая эксплуатация. № 4 (74). М.: ОНТЭИ, 1972.

8. Ицкович A.A. Управление процессами технической эксплуатации летательных аппаратов. Часть 2. М.: МГТУ ГА, 2002.

9. Смирнов H.H., Ицкович A.A. Обслуживание и ремонт AT по состоянию. М.: Транспорт, 1987.

10. Андронов A.M., Арустамов М.А., Барзилович Е.Ю. и др. Эксплуатация и ремонт. Справочник в 10-ти томах: «Надежность и эффективность в технике», Т. 8, под. ред. Кузнецова В.И. и Барзиловича Е.Ю. М.: Машиностроение, 1990.

11. Барзилович Е.Ю., Воскобоев В.Ф. Эксплуатация авиационных систем по состоянию. М.: Транспорт, 1981.

12. Taylor Н.М. Optimal replacement under additive damage and other failure models // Nav. Logist. Quart., 22, 1975.

13. Шевчук А.Г. Оптимизация модели эксплуатация механической системы с непрерывным восстановлением // Сб. научн. трудов № 168 -Вопросы диагностики и надежности сложных систем / Под ред. Е.Ю.Барзиловича. М.: МЭИ, 1988.

14. Дынкин Е.Б. Марковские процессы. М.: ФМ, 1964.

15. Zuckerman D. Optimal stopping in a semi-Markov model // J. Applied Probability, 15, 1978.

16. Zuckerman D. Optimal Maintenance Policy for Stochastically Failing Equipment: A Diffusion Approximation // Nav. Res. Logist. Quart. Vol. 33. 1986.

17. Тейлор X.M. Оптимальная остановка в марковском процессе // Ежегодник математической статистики. Т. 39. 1968.

18. Феллер В. Введение в теорию вероятностей и ее приложения. Пер. с англ. Т. 2. М.: Мир, 1967.

19. Ширяев А.Н. Статистический последовательный анализ. Оптимальные правила остановки. М.: Наука, 1969.

20. Ховард Р.А. Динамическое программирование и марковские процессы. М.: Сов. радио, 1964.

21. Красько С.Е. О выборе допусков // Модели надежности и оптимальной эксплуатации систем большого масштаба. М.: МГУ, 2001.

22. Красько С.Е., Лончаков Ю.В. Эксплуатация систем с труднодоступными элементами // Модели оценок рисков на воздушном транспорте. М.: МГУ, 2002.

23. Красько С.Е. Оптимальная эксплуатация авиационных систем с учетом ударных воздействий внешней среды // Тезисы докладов 4МНТК «Инженерно-физические проблемы авиационной и космической техники», 2-7 июня 2002 г. Егорьевск: ЕАТК ГА, 2002.

24. Барзилович Е.Ю. Воскобоев В.Ф. О марковских задачах профилактики стареющих систем. Автоматика и телемеханика, № 12, 1967.

25. Барзилович Е.Ю. Модели технического обслуживания сложных систем. М.: Высшая школа, 1982.

26. Барзилович Е.Ю., Гнеденко Б.В. О некоторых актуальных проблемах надежности // Проблемы надежности летательных аппаратов. Под ред. Образцова И.Ф. и Вольмира А.С. М.: Машиностроение, 1985.

27. Барзилович Е.Ю., Каштанов В.А. Некоторые математические вопросы теории обслуживания сложных систем. М.: Сов. радио, 1971.

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

29. Барзилович Е.Ю. К проблеме обслуживания сложных технических систем. I, И, III. // Изв. АН СССР. Техническая кибернетика. № 6, 1966; № 1, 1967; №2, 1968.

30. Барзилович Е.Ю. О профилактике систем, недоступных непрерывным проверкам. // Автоматика и телемеханика. № 6, 1969.

31. Барзилович Е.Ю. Об оптимальном управлении контролируемым монотонно возрастающим случайным процессом. Изв. АН СССР. Техническая кибернетика. № 3, 1966.

32. Барзилович Е.Ю. Определение оптимальных сроков профилактических работ на автоматических системах. // Изв. АН СССР. Техническая кибернетика. № 3, 1964.

33. Барзилович Е.Ю., Захаренко С.К. Сравнительная оценка оптимальных методов управления монотонно возрастающим случайным процессом с независимыми приращениями. // О надежности сложных технических систем. Сб. трудов. М.: Сов. радио, 1966.

34. Беллман Р. Динамическое программирование. ИИЛ, 1960.

35. Зубков Б.В. Методологические основы анализа и оценки безопасности полетов и летной годности воздушных судов (теория и практика). МГТУГА, М., 1997.

36. Трулав А. Эксплуатационная надежность и профилактические работы // Оптимальные задачи надежности. М.: Стандарты, 1968.

37. Derman С. Markovian Sequential Processes, Denumerable State Space. // «J. Math. Anal. Appl.», 1965, 10.

38. Derman C., Sacks J. Replacement of Periodically Inspected Equipment. // «Naval. Res. Logist. Quart.», 7, 1960, N 4.

39. Крыжановский Г.А., Солодухин В.А. Методы оптимизации процессов управления воздушным движением. М.: Транспорт, 1978.

40. Крыжановский Г.А., Черняков М.В. Оптимизация авиационных систем передачи информации. М.: Транспорт, 1986.

41. Куклев Е.А. Системы управления со скачкообразными воздействиями. Минск: Наука и техника, 1985.

42. Планирование глобальной радионавигации. Сборник трудов международной конференции. Т.2. М., Россия 1995.

43. Теория и практика функционального использования и эксплуатации радиотехнических систем ГА.//Сборник научных трудов, МГТУ ГА, М., 1997

44. Управление воздушным движением. Под ред. Дарымова Ю.П. М.: Транспорт, 1989.

45. Федеральная программа модернизации Единой системы ОВД РФ на период до 2005 года. М., 1993.

46. Эксплуатация воздушного транспорта и ремонт авиационной техники. Безопасность полетов. Отв. редактор Барзилович Е.Ю. // Научный вестник МГТУ ГА.,М 19, М., 1999.

47. Ярлыков М.С., Барзилович Е.Ю. Оптимальная эксплуатация авиационных систем по состоянию с учетом ошибок измерения. // Проблемы надежности летательных аппаратов. Под ред. Образцова И.Ф., Воль-мира А.С. М., Машиностроение, 1985 г.

48. Barzilovich E.Y. Optimally controlled random processes and their applications. Proc. of the First European Conference on Structural Control. Barcelona, Spain, May 29-31,1996.

49. Belyaev Y.K. Bootstap, Resampling and Mallows Metric. Institute of Mathematical Statistics, Umea University, Umea, Sweden, Lecture notes, N1,1995.

50. Belyaev Yuri K. Central Limit Resampling Theorems for m-Dependent Heterogeneous Random Variable. Department of Mathematical Umea University, Umea, Sweden, Research Report, N 5, 1996.

51. Барзилович Е.Ю. Оптимально управляемые случайные процессы и их приложения (теоретические основы эксплуатации авиационных систем по техническому состоянию). Егорьевск: ЕАТК ГА, 1996.

52. Стохастические модели принятия оптимальных решений в экономических исследованиях. М.: МРЦОИ Госатомнадзора России, 1999.

53. Барзилович Е.Ю. Организация обслуживания сложных систем. М.: ВВИА им. проф. Н.Е.Жуковского, 1977.

54. Барзилович Е.Ю. Лекции по основам эксплуатации авиационной техники. М.: ВВИА им. проф. Н.Е.Жуковского, 1979.

55. Разработка концепции создания системы мониторинга и принятия решений для транспортных, промышленных и энергетических комплексов. Отчет о НИР. НП «Инновационное Агентство». М., 1996.

56. Регламент технического обслуживания Ил-86 (РО 86). Гидравлическая система. Изменение № 13, 1985.

57. Руководство по технической эксплуатации Ил-86 (РЭ). Кн. 29, 1981.

58. Справочник по надежности. Том 1. М.: Мир, 1969.

59. Волков А.В., Данилов В.Ю., Красько С.Е. Эксплуатация по состоянию элементов конструкции воздушного судна // Научный вестник МГТУ ГА (в печати).