Обеспечение эксплуатационной надежности вертолетных силовых установок в условиях летного вуза

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 двигательпринципы пилотированияиндивидуальные 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.