автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.05, диссертация на тему:Управление летной годностью авиационного ГТД в части попадания посторонних предметов с использованием теории риска

На щирах-щкописи

Кочугин Михаил Евгеньевич

УПРАВЛЕНИЕ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТЬЮ АВИАЦИОННОГО ГТД В ЧАСТИ ПОПАДАНИЯ ПОСТОРОННИХ ПРЕДМЕТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕОРИИ РИСКА

Специальность 05.07 05-Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов

автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Рыбинск-2007

003173395

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Рыбинской государственной авиационной 1 ехнической академии имени П А Соловьева

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Шепель Вячеслав Тимофеевич

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Кривошеев Игорь Александрович кандидат технических наук, старший научный сотрудник Гусев Виктор Михайлович

Ведущая организация

Государственный научно -исследовательский институт Гражданской Авиации, I Москва

Защита состоится «15» ноября 2007 г в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 212 210 01 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Рыбинской государственной авиационной технической академии имени П А. Соловьева по адресу 152934, Ярославская обл , г Рыбинск, ул Пушкина 53, ауд Г-237

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Рыбинской государственной авиационной технической академии имени П А Соловьева

Автореферат разослан « /0 » октана 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета

Конюхов Б М

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность

Современный уровень и темпы технического развития авиационной техники выдвигают на первый план задачу обеспечения высокого уровня летной годности авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) Нормы летной годности содержатся в авиационных правилах (АП) и представляют собой принятый государством свод правил, норм, стандартов и процедур, выполнение которых признается в качестве обязательного условия обеспечения безопасности полетов и охраны окружающей среды Под безопасностью понимают состояние объекта авиационной техники (АТ), при котором отсутствует недопустимый риск, связанный с причинением вреда жизни или здоровью людей, окружающей среде. Сертификация авиационного двигателя является частью системы обеспечения безопасности полетов в гражданской авиации путем допуска в эксплуатацию двигателей, отвечающих государственным требованиям к летной годности и охране окружающей среды

Особенностью работы авиационных ГТД в процессе эксплуатации является возможность попадания посторонних предметов (1111) на вход, что приводит к механическим повреждениям деталей газовоздушного тракта (ГВТ) и является причиной досрочного отстранения двигателей с эксплуатации с их последующим восстановительным ремонтом Это влечет за собой значительные материальные затраты, а также приводит к снижению уровня безотказности и безопасности полетов

Среди многочисленных требований, регламентируемых авиационными правилами для двигателей гражданского назначения, оказывающих существенное влияние на безопасность, одним из главных является требование по удержанию на этапах проектирования и серийной эксплуатации в допустимых пределах вероятностей отказов с опасными последствиями, обусловленных попаданием посторонних предметов в газовоздушный тракт двигателя Следовательно, целью управления летной годностью является гарантирование того, что риск отказа с опасными последствиями двигателя не превысит значения, установленного авиационными правилами (вероятность отказа с опасными последствиями на двигателе не должна превышать от 10'7 до 10"9 а в случае сертификации 10 "8). В то же время вероятность отказа для двигателя не должна превышать величины 10"5.

Опыт лучших зарубежных фирм показывает, что полезным инструментом, обеспечивающим выполнение вышеперечисленных требований, является использование теории риска в разных ее формах в задаче принятия решения управления летной годностью

Цель работы. Разработать метод управления летной годностью авиационных ГТД в части попадания посторонних предметов с использованием теории риска.

Направление исследований

Для достижения поставленной цели необходимо:

- разработать метод оценки риска для задачи управления летной годностью авиационных ГТД в части попадания посторонних предметов, учитывающий как вероятность отказа, так и тяжесть его последствий,

- разработать метод количественной оценки риска, учитывающий единичные, множественные отказы и каскадный характер их развития, позволяющий суммировать риски единичных отказов,

- разработать метод построения и анализа матрицы риска в части попадания посторонних предметов, позволяющий принимать решения о допустимости того или иного отказа;

- разработать метод получения исходной информации для построения матрицы рисков на основе эксплуатационной информации и технологии удаленного доступа к эксплуатационной информации

Методы исследования

Для решения поставленных задач использованы теоретические методы надежности, теории вероятностей и математической статистики, нормы летной годности авиационных ГТД

Достоверность и обоснованность научных результатов базируются на корректном применении методов надежности, теории безопасности и норм летной годности авиационных ГТД Достоверность обеспечивается сходимостью выводов и теоретических положений с результатами практической деятельностью в области сертификации авиационных ГТД с использованием опыта эксплуатации двигателей семейства Д-ЗОКУ/КП/КУ-154

На защиту выносятся

1 Метод принятия решений в процессе управления летной годностью на основе матрицы риска с выделением области допустимых и недопустимых отказов в части попадания посторонних предметов, построенной на основе суммирования матриц рисков единичных отказов

2 Метод численной оценки риска и матрицы риска в части попадания посторонних предметов на основе представления риска как произведения вероятности отказа на тяжесть его последствий, учитывающий единичные, множественный отказы, каскадный характер их развития

■■ 3 Зональный метод получения исходной информации для построения матриц риска на основе анализа эксплуатационной статистики

4 База данных на основе удаленного доступа для систематизации и накопления данных в части попадания посторонних предметов

Научная новизна

1 Впервые для задачи управления летной годностью авиационного ГТД предложен метод численной оценки риска и матрицы риска в части попадания посторонних предметов, учитывающий каскадность развития отказов

2 Впервые введена в рассмотрение численная оценка риска как произведение вероятности отказа на тяжесть его последствий, учитывающая единичные, множественные отказы, каскадный характер их развития.

3 Впервые разработан алгоритм построения количественной матрицы риска с выделением границы допустимых и недопустимых областей

Практическая полезность

Применение разработанного метода позволяет определить численное значение риска, характеризующего безопасность авиационных ГТД в части попадания посторонних предметов, оценить его допустимость и потенциальных возможности снижения риска

Апробация работы

Основные результаты проведенных исследований докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах

- Международная научно-техническая конференция «Авиадвигатели XXI века», Москва, ЦИАМ, 2005 г,

- X Международный конгресс двигателестроителей, Украина, ХАИ, 2005 г.,

- III научно-практическая конференция молодых участников и специалистов «Исследования и перспективные разработки в авиационной промышленности», Москва, ОАО «ОКБ Сухого», 2005 г.,

- Международная научно-техническая конференция «Проблемы и перспективы развития двигателестроения», Самара, СГАУ, 2006 г

Публикации

По теме диссертации опубликовано 4 статьи, из которых 1 статья в рецензируемом ВАК издании, тезисы 3-х докладов в сборниках материалов конференций

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников Работа изложена на 157 страницах машинописного текста, содержит 52 рисунка, 27 таблиц, 22 формулы, список использованных источников из 90 наименований. Общий объем работы 157 страницы

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении и общей характеристике работы обосновывается актуальность темы диссертации, формулируются задачи исследований, научная новизна и практическая значимость полученных результатов

Глава 1 посвящена обзору научно-технической литературы по вопросам влияния на безопасность полетов попадания посторонних предметов на вход авиационного ГТД Проанализирована экономическая и социальная сторона проблемы

В настоящее время в трудах ЦИАМ, ЛИИ, ГосНИИГА, МИИГА и зарубежных источниках разработан ряд методик оценки безопасности ГТД, оценки функциональной критичности конструкции, которые позволяют оценить вероятность возникновения отказов с опасными последствиями. Однако вопрос учета степени опасности отказов остается открытым.

Проблема безопасности, связанная с попаданием посторонних предметов, столь значительна, что авиационными правилами АП-33 (РФ), ЕАК.-33 (США), СБ-Е (Европа) в процессе типовой сертификации регламентируется проведение специальных испытаний по забросу посторонних предметов.

Необходимо отметить крайнюю малочисленность исследований попадания посторонних предметов, являющихся результатом производственной деятельности, регламентируемых СБ-Е 540(а) («В процессе сертификации необходимо обоснование того> что последствия удара и всасывания посторонних предметов, таких, как протирочные материалы, ручные инструменты, заклепки, болты и винты и др, не приведет к опасным ситуациям на двигателе»)

Особую сложность представляет демонстрация соответствия такой группе посторонних предметов, которая является результатом производственной деятельности болты, винты, контровочная проволока, протирочные материалы, ошибочно оставляемые в процессе технического обслуживания и ремонта, мелкая галька, песок. Это обусловлено неопределенностью их типов, размеров, массы, множеством путей попадания на вход, различной динамикой столкновения с деталями ГВТ Прямая проверка данных требований путем заброса указанной группы посторонних предметов является трудноразрешимой задачей В этом случае целесообразным является анализ с использованием эксплуатационной статистики Результаты работ по исследованию эксплуатационной статистики попадания посторонних предметов не содержат вероятностной трактовки данных, что препятствует их использованию в вышеперечисленных методах.

Показано, что особенностью метода применения теории риска к авиационному двигателю является то, что вероятностный риск отказа не связывается с тяжестью его последствий

На основании проведенного анализа литературы и с учетом аналогичной направленности исследований в данной области за рубежом, в диссертационной работе ставится задача управления летной годностью авиационного ГТД в части попадания посторонних предметов с использованием теории риска.

В главе 2 представлены результаты исследований по применению теории риска в процессе управления летной годностью авиационных ГТД.

К рискам относятся события, для которых трудно оценить не только экономический ущерб, но и вероятность возникновения. Если последствия этих событий значительны для рассматриваемого процесса, то, минуя попытки оценки количественного ущерба от этих последствий, следует минимизировать саму возможность возникновения Применительно к эксплуатации авиационных ГТД, к таким событиям следует относить возникновение «катастрофической ситуации»

Сформулированному выше требованию отвечает определение риска в виде

(1)

где Д - весовой коэффициент, отражающий вероятность возникновения отказа, ; А/-.весовой коэффициент, характеризующий тяжесть последствий отказа В главе для задачи управления летной годностью предложена квадратная матрица риска, основанная на пятибалльной системе ранжировании вероятностей появления отказов и тяжести их последствий (табл 1.).

Матрица риска состоит из 25 ячеек, в каждой из которых помещается соответствующее значение коэффициента риска, определяемого количественно, как произведение ранжированных коэффициентов N и М

Предложенная матрица риска позволяет количественно оценить соотношение между рисками и определить их допустимую границу, а также выявить источник повышенного риска и, следовательно, получить оценку рассматриваемой детали (неразъемного соединения) по степени критичности отказа и тем самым является управляющим фактором, требующим улучшения конструкции двигателя с точки зрения безопасности В данном случае под критичностью отказа понимается тяжесть его последствий, которая в пределах данного анализа,

признана недопустимой и требует принятия специальных мер по снижению вероятности появления

Таблица 1

Доста- Реально Малове- Крайне Неве-

Вероятность точно вероятно роятно малове- роятно

Степень отказа N часто роятно

тяжести К)"3 10~5 10"7 10"8 ю-9

отказа М 5 4 3 2 1

Катастрофическое 5 25 20 15 10 5

Опасное 4 20 16 12 4

Существенное 3 15 12 9 6 3

Незначительное 2 10 8 6 4 2

Нет влияния на безо- 1 5 4 3 2 1

пасность

Отказы по частоте появления и тяжести их последствий ранжированы в соответствии с определением норм летной годности, изложенных в авиационных правилах (табл 2,3).

Таблица 2

Классификация отказов по тяжести последствий

Последствия отказа Весовойкрэффициент М

Катастрофическое -- 5

Опасное 4 " 4

Существенное 3

Несущественное 2

Допустимое 1

Таблица 3

Классификация событий по частоте их появления

Частота появления События Весовой коэффициент N

1> 10"3 Частое 5

10~3>А,> 10'5 Несколько раз за период срока службы двигателя 4

ю-5>\> Ю-7 Может произойти во время срока службы двигателя 3

107 > Я. > 10'9 Не происходит во время срока службы двигателя 2

X > 10'9 Вероятность возникновения этого события близка к 0 1

Области допустимых и недопустимых значений рисков разделены ступенчатой кривой на основе требований, сформулированных в пункте CS-E 510 (а).

Для учета эффекта каскадности развития отказа при построении матрицы риска (параметр М) предложен подход, базирующийся на использовании методов: Failure Modes and Effects Analysis (FMEA) + Fault Tree Analysis» (FTA).

Метод анализа видов и последствий отказов (FMEA) позволяет анализировать единичные отказы при подетальном разбиении структуры ГТД путем оценки воздействия на вышестоящие конструктивные элементы двигателя и двигателя в целом. Это восходящий метод анализа, целью которого является определение уровня критичности отказа конкретной детали.

Метод анализа дерева отказов (FTA) описывает сценарий развития от первичного отказа до отказа с опасными последствиями и представляет собой графическое отображение взаимосвязей отказов и неисправностей (их комбинаций).

Схема метода оценки тяжести отказа М представлена на рис. 1.

РАНЖИРОВАНИЕ

ЗНАЧЕНИЕ М

Рис. 1. Схема определения последствий отказа по степени тяжести

Для заполнения столбцов матрицы риска N предложен метод РТА восходящего типа. В качестве первичных событий рассматривается попадание посторонних предметов, а в качестве верхнего события - отказы с опасными последствиями. Оценки вероятностей первичных событий и значения условных вероятностей переходов для метода РТА определяются из анализа статистических данных эксплуатации двигателей подобной конструкции в аналогичных условиях их использования. Метод оценки указанных вероятностей подробно изложен в главе 3.

В рамках предложенного метода можно перейти от риска на уровне компонента двигателя к риску на уровне двигателя.

Важным достоинством представленного подхода является возможность сложения матриц риска для отдельных видов отказов, что позволяет получить оценку суммарного воздействия последствий различных отказов на безопасность.

Другим важным достоинством предложенного метода является возможность оценки влияния условий эксплуатации и наработки на риск появления

отказов с опасными последствиями, что позволяет сформировать перечень критических деталей двигателя в соответствии с пунктом АП-33 4

В главе 3 представлен зональный метод анализа повреждаемости проточной части ГТД от воздействия посторонних предметов. Приведены практические примеры повреждаемости для двигателей семейства Д-ЗОКУЛСПУКУ-154

Для построения дерева отказов в части попадания посторонних предметов необходима информация о вероятностях первичных событий и условных вероятностей переходов Для их построения в главе предложен зональный метод анализа, под которым понимается совокупность действий, направленных на выявление критических зон повреждений элементов проточной части ГТД и вероятностей их появления Последовательность проведения зонального анализа представлена на рис.2.

ВЫБОР ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ р^

ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПП

КЛАССИФИКАЦИЯ ПП

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВРЕЖДЕНИЙ

ВЕРОЯТНОСТЬ ПЕРВИЧНЫХ СОБЫТИЙ

АНАЛИЗ ДАННЫХ

К

Ч

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ГВТ НА ЗОНЫ

АНАЛИЗ СТАТИСТИКИ

Рис. 2 Последовательность выполнения зонального анализа

В качестве репрезентативной использовалась эксплуатационная статистика двигателей семейства Д-ЗОКУ/КП/КУ-154, которая отражает условия использования двигателей в условиях отечественных аэродромов, особенности их системы технического обслуживания, природные факторы и т д Практика последних 10 лет эксплуатации двигателей семейства Д-ЗОКУ/КП/КУ-154 показала, что среди досрочно снятых двигателей 38 % сняты из-за эксплуатационных дефектов, из которых 1/3 дефектов обусловлена попаданием посторонних предметов Из досрочно снятых двигателей по причине попадания посторонних предметов 14 % составляют съемы из-за предметов, относящихся к производственной деятельности, такие как протирочные материалы, контровочная проволока, заклепки, винты, болты, остатки пневматики шасси, гравий, песок и т. д На долю птиц приходится 12 %, а льда - 11 % досрочных съемов в эксплуатации

Исходной для зонального анализа являлась информация, полученная при разборке и дефектации досрочно снятых с эксплуатации двигателей семейства Д-ЗОКУ/КП/КУ-154 и их модификаций из-за попадания посторонних предметов Посторонние предметы идентифицировались по характерным отпечаткам и повреждениям, оставляемым на деталях ГВТ и классифицировались на четыре группы: 1 - птицы, 2 - лед, 3 - град, вода (предметы природного происхождения), 4 - предметы, появление которых обусловлено производственной деятельностью

В табл 4 представлено количество исследованных двигателей, досрочно снятых из-за попадания посторонних предметов, которые эксплуатировались с

1995 по 2005 годы.

Таблица 4

_Количество исследуемых двигателей__

Тип посторонних предметов Количество исследуемых двигателей Двигатели Д-ЗОКП/ КП-2 Двигатели Д-ЗОКУ/ КУ-154

Птицы 10 5 5

Лёд 4 0 4

Болты, винты, контровочная проволока, мелкая галька, песок, протирочные материалы. 20 5 15

Неидентифицированные предметы 20 5 15

Статистические данные по попаданию посторонних предметов обобщены по внешнему проявлению последствий отказов с указанием степени влияния на условия выполнения полета. В качестве критериев оценки повреждаемости использованы:

- среднее количество поврежденных лопаток каждой ступени узла;

- относительная средняя площадь повреждения одной лопатки по отношению к ее общей площади.

Распределения вероятности повреждения каждой лопатки по ступеням модулей представлены на рис. 3, где ВНА - модуль входного направляющего аппарата; КНД - модуль компрессора низкого давления; КВД - модуль компрессора высокого давления.

0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0

1 - -2 3 - -4

V л л -

V \

— д! 5 ф

V) ф 4= * * * Ф * * NN 4-

ВНА

II III КНД ^

II III IV V VI

VII VIII IX X КВД

XI

Рис. 3. Вероятности повреждения лопаток по ступеням узла: 1 - птицы; 2 - лед; 3 - болты, винты, контровочная проволока, мелкая галька, песок, протирочные материалы; 4 - прочие предметы, вид которых не идентифицирован

В главе обобщены результаты по статистике попадания птиц в зависимости от высоты полета, режима работы двигателя, сезонности, времени суток.

Выполнено разделение деталей ГВТ на зоны повреждаемости, визуализация которых для двигателей семейства Д-ЗОКУ/КП/КУ-154 представлена на

рис. 4 - 7. На данных рисунках для спинки рабочих лопаток (а) и корыта (б): 1 - зона максимального повреждения; 2, 3 — зоны среднего и незначительного повреждения; 4 - зона минимального повреждения. Для каждой зоны проведена оценка вероятности повреждения как отношение площади повреждения к площади анализируемой лопатки.

.¡п.

И-2

а) б)

Рис. 4. Попадание в ГВТ болтов, винтов, контровочной проволоки

э—2

одш

рданвшапт'

а) б)

Рис. 5. Попадание в ГВТ песка, бетонной крошки

I И!П[ге 1 г л1ш

[ЩЩЦШВШШВГ,

а)

Рис. 6. Попадание в ГВТ птиц

б)

-

--2

лап

а) б)

Рис. 7. Попадание в ГВТ льда

Вероятности событий Р(0, приводящих к досрочному съему из-за попадания посторонних предметов, в зависимости от наработки двигателя Т, представлены на рис. 8. Для построения данных зависимостей использована статистика двигателей семейства Д-ЗОКУ/КПУКУ-154 за период эксплуатации с 1995 по 2005 годы. Представлены эмпирические уравнения, аппроксимирующие данные кривые.

Анализ показал, что в двигатели с подкрыльевым расположением чаще

попадают винты, контровочная проволока, болты, песок, чем птицы (случаев попадания льда не отмечено), а в двигатели, имеющие хвостовое расположение, чаще попадает лед и птицы.

: 1 -Д-ЗОКУ-154 - "

х

5000 час

Т час х

Рис. 8. Вероятность попадания посторонних предметов на вход двигателя в зависимости от наработки (-- попадание птиц; попадание льда; ~попадание винтов, контровочной проволоки, болтов, песка; к попадание прочих посторонних предметов, вид которых не идентифицирован)

На основе полученных данных определялись вероятности повреждений в соответствии с выражением

Р = Р„хКлпхК1и, (2)

где Рп — вероятность попадания постороннего предмета на вход в авиационный ГТД на час полетной наработки;

Щ/п — условная вероятность повреждения у'-й ступени модуля двигателя в результате попадания постороннего предмета;

К I /у — условная вероятность повреждения г-й детали ступени из-за повреждения у'-й ступени модуля.

Таким образом, в главе представлены исследования, позволяющие оценить вероятности первичных событий для реализации метода РТА, выделить критические зоны повреждаемости лопаток и вероятности повреждений от воздействия посторонних предметов.

Четвертая глава посвящена технической реализации предлагаемого метода на примере анализа двигателя семейства Д-30КУ/КГ1/КУ-154, а также методике построения базы данных с элементами удаленного доступа.

В главе выполнен численный расчет коэффициентов тяжести последствий отказов М для двигателей семейства Д-ЗОКУ/КП/КУ-154 методом РМЕА+РТА. Результаты сведены в технологические карты. Анализ результатов показал, что определение тяжести последствий отказов только методом РМЕА не учитывает каскадность развития начального события, связанного с попаданием крупных фрагментов льда и птиц. В данном случае идентифицирован только один отказ с опасными последствиями: «нелокализованное разрушение», которое возникает вследствие обрыва рабочей лопатки первой ступени КНД. С использованием предлагаемого метода РМЕА+РТА, учитывающего

каскадность развития отказов, выявлен еще один отказ с опасными последствиями. «нелокализованный пожар» В данном случае титановый пожар является результатом возникшего трения вследствие попадания в зазор между корпусом компрессора и титановыми лопатками фрагмента разрушившейся лопатки Результаты анализа представлены в табл 5 В ней приведен перечень отказов с опасными последствиями и соответствующие вероятности их возникновения от попадания четырех типов посторонних предметов

Таблица 5

Вероятности отказов с опасными последствиями_

Отказ с опасными последствиями Попадание птиц Попадание льда Попадание болтов, контровоч-ной проволоки, песка, бетонной крошки Попадание прочих предметов, вид которых не определен

Нелокализованный пожар 7,6хЮ'8 0 9,57x10"8 1,03x10-'

Нелокализованное разрушение 7,6x10-8 9,57хЮ"8 0 1,03x10"'

В главе представлена результирующая матрица риска (табл 6) как сумма исходных матриц риска для анализируемой группы посторонних предметов (табл 5) Из результирующей матрицы риска видно, что при следующей модификации двигателей семейства Д-ЗОКУ/КП/КУ-154 для удовлетворения требований норм летной годности необходимо особое внимание обратить на конструкционную прочность каскада низкого давления, гарантирующую большую степень защищенности от попадания посторонних предметов

Таблица 6

Результирующая матрица риска __

Доста- Реально Малове- Крайне Совер-

Вероятность точно вероятно роятно малове- шенно

Степень отказа N тяжести часто ю-5 ю-7 роятно 10* невероятно

отказа М Ю-3 10'9

5 4 3 2 1

Катастрофическое 5 100 80 60 40 20

Опасное 4 80 64 48 32 16

Существенное 3 60 48 • 36 24 12

Незначительное 2 40 32 24 16 8

Нет влияния на 1 20 16 13 8 4

безопасность

Другим примером успешного использования результатов данного исследования является применение зонального анализа при защите пункта СБ-Е 540 (а) в процессе сертификации Действительно, требования отечественных правил (АП-33, 2-я редакция) гармонизированы с требованиями зарубежных норм летной годности РАЯ-ЗЗ, СЭ-Е в части попадания посторонних предметов, кроме пункта С8-Е540(а), веденного в Европейские нормы после катастрофы самолета

«Concorde» Защита пункта, обосновывающего, что последствия удара и всасывания посторонних предметов, таких как протирочные материалы, ручные инструменты, заклепки, болты и винты и др, не приведут к опасным ситуациям для двигателя Сложность, возникающая при оценке летной годности по данному пункту, заключается в многочисленности и разнообразии типов посторонних предметов, неопределённости их размеров и массы Это потребовало сбора и обобщения статистической информации по попаданию в двигатель семейства указанных посторонних предметов, результаты которого подробно представлены в главе 3 Результатом указанного анализа является выработка рекомендаций по повышению конструкционной прочности, более детальному учету специфики условий эксплуатации в авиакомпаниях РФ

В главе предложен метод построения базы данных с удаленным доступом, целью которой является систематизация и накопление статистической информации для задач подтверждения летной годности АП-33.4, CS-E25, подготовки доказательной базы для типовой сертификации двигателя, получения оценок допустимых повреждений

Исходной статистической информацией для заполнения банка являются периодические осмотры проточной части ГТД в эксплуатации Осмотры осуществляются в соответствии с инструкций по ТОиР, бюллетеням и т. д В ходе осмотров регистрируются повреждения рабочих и направляющих лопаток с помощью специальной оптической аппаратуры, фотографируются повреждения и производится первичная их классификация По результатам осмотра формируется база данных, в которой фиксируются данные по двигателю (серийный номер, дата изготовления, наработка до обнаружения повреждения, характерные признаки, отмеченные в замечаниях экипажем, режим работы двигателя, высота полета, место эксплуатации), номер поврежденной лопатки, ступени, узел двигателя, последствия от столкновения с посторонними предметами, идентификация постороннего предмета,

В главе представлена архитектура банка данных, форма запросов. Заполнение базы данных осуществляется диагностической службой завода-изготовителя (ремонтного предприятия) через модемную связь После обработки полученные данные передаются на сервер. Количество и размер повреждений сравнивается с установленными нормами на допускаемые повреждения, в результате чего принимается решение о возможности дальнейшей эксплуатации двигателя, которое по модемной связи передается эксплуатанту

Основные результаты и выводы по работе

1 Разработан метод численной оценки риска для задачи управления летной годностью авиационных ГТД в части попадания посторонних предметов, учитывающий как вероятность отказа, так и тяжесть его последствий с учетом каскадного развития отказов, позволяющий принимать решения о допустимости того или иного отказа

2 Показано, что для отказов, по которым трудно оценить не только экономический ущерб, но и вероятность возникновения, следует минимизировать саму возможность их возникновения Применительно к эксплуатации авиационного ГТД рекомендовано использовать понятие риска, представляющего со-

бой произведение весовых коэффициентов, отражающих вероятность возникновения отказа на тяжесть его последствий.

3 В рамках концепции приемлемого риска предложен метод управления летной годностью, основанный на матрице риска, характеризующей суммарное воздействие различных отказов на безопасность в части попадания посторонних предметов.

4. Показано, что авиационные правила АП-33, БАК-ЗЗ и С8-Е в части попадания посторонних предметов гармонизированы, кроме пункта Св-Е 540 (а), регламентирующего сохранение летной годности при попадании посторонних предметов, таких как протирочные материалы, контровочная проволока, заклепки, винты, болты, остатки пневматики шасси, гравий, песок и т д

5 Предложен метод зонального анализа повреждаемости газовоздушного тракта двигателя по длине, показавший, что

— к наибольшей по протяженности зоне повреждаемости газовоздушного тракта двигателя и по высоте лопаток приводит попадание бетонной крошки с поверхности взлетно-посадочной полосы,

— попадание средней и крупной птицы приводит к максимальной, по сравнению с каскадом высокого давления, повреждаемости периферийной части первых ступеней вентилятора,

— болты, элементы крепежа приводят к повреждаемости лопаток по всей длине проточной части, при этом вероятность таких повреждений максимальна среди посторонних предметов попадающих на вход двигателя;

— попадание песка приводит к существенно неравномерному износу профиля пера лопаток, при этом, наибольшей повреждаемости подвержена периферийная часть пера входных и выходных кромок лопаток ступеней, а наименьшей - корневые.

6 Анализ эксплуатационной статистики двигателей семейства Д-ЗОКУ/КПУКУ-154 показал, что вероятности появления отказов с опасными последствиями при попадании птицы и льда соответственно составляют величины 1,52x10"7, 9,57x10-8, а для предметов группы, к которым относятся элементы крепежа, протирочные материалы, проволока - 9,57><10'8

7. Анализ статистических данных семейства двигателей Д-30КУ/КПУ КУ-154 показал, что среди досрочно снятых двигателей 38 % сняты из-за эксплуатационных дефектов Из которых 1/3 составляет дефекты, обусловленные попаданием посторонних предметов Из которых 14 % сняты из-за попадания таких посторонних предметов как контровочная проволока, заклепки, винты, болты, остатки пневматики шасси, гравий, песок и т.д. В тоже время на долю птиц приходится только 12 %, а льда 11 % досрочных съемов двигателя в эксплуатации

8 Предложен метод построения базы данных с элементами удаленного доступа для систематизации и накопления статистической информации, необходимая при подготовке доказательной базы для типовой сертификации двигателя по пункту С8-Е 540 (а)

Основные публикации по работе:

1 Кочугин М.Е. Исследование эксплуатационной повреждаемости, обусловленной попаданием на вход посторонних предметов [Текст] / М Е Кочугин, С В Сарычев, В Т Шепель // Авиационная промышленность - 2007 - № 2 -С 12-16

2 Шепель В.Т. Обобщение статистических данных по попаданию посторонних предметов на вход ГТД [Текст] /ВТ Шепель, М Е Кочугин, С В Сарычев II Вестник РГАТА 2004 - № 1 - 2 (5 - 6). - С. 46 - 52

3 Шепель В.Т. Анализ последствий попадания посторонних предметов в газовоздушный тракт двигателя [Текст] /ВТ Шепель, М Е Кочугин, С.В Сарычев // Вестник РГАТА - 2005 - № 1- 2 (7- 8) - С 91- 96

4. Шепель В.Т. Математическая модель движения посторонних предметов в S-образном воздухозаборнике ГТД [Текст] /ВТ Шепель, М Е Кочугин, С В Сарычев // Авиационно-космическая техника и технология. - 2005 - № 8(24). -,С. 107-109

5 Шепель В.Т. Обобщение опыта отражающего попадание посторонних предметов на вход авиационных ГТД [Текст] /ВТ Шепель, М Е Кочугин, С В -Сарычев // Авиадвигатели 21 века тезисы докладов XI международной научно - технической конференции // Москва ЦИАМ, 2005 - С. 147-149

6 Шепель В.Т. Анализ требований, предъявляемых к ГТД при проведении сертификационных испытаний по попаданию посторонних предметов [Текст] / В Т Шепель, М Е Кочугин, С.В Сарычев // Исследования и перспективные разработки авиационной промышленности* сборник трудов третьей научно-практической конференции молодых специалистов // Москва- ОКБ имени «Сухого»,2005 -С 174-179

7 Кочугин М.Е. Особенности подготовки доказательной документации при сертификации авиационных ГТД в части попадания посторонних предметов [Текст] / М Е Кочугин, С В Сарычев, В.Т Шепель // Проблемы и перспективы развития двигателестроения материалы докладов международной научно-технической конференции - Самара СГАУ, 2006. - С 252 - 253

Зав РИО М А Салкова Подписано в печать 10 10 2007 Формат 60x84 1/16 Уч-издл 1,0 Тираж 100 Заказ 83

Рыбинская государственная авиационная технологическая академия им П А Соловьева (РГАТА)

Адрес редакции 152934, г Рыбинск, ул Пушкина, 53 Отпечатано в множительной лаборатории РГАТА 152934, г Рыбинск, ул Пушкина, 53