Связанных операций создания, хранения и рационального использования потребных запасов запасных частей, расходных материалов, средств технического оснащения и другого авиационно-технического имущества (ати)

Кафедра технической эксплуатации

летательных аппаратов и авиадвигателей

Н.Н.Смирнов

Разрешено к изданию в качестве учебного

посо­бия для студентов специа­льности 13.03

Москва – 1994

ББК 629.735.083.02:001.89

С 50
Рецензенты: канд. техн. наук, проф. Б.В.Зубков,

И.О. начальника ОТЭРАТ ДВТ Г. Г. Гипич.

Смирнов Н.К.

Научные основы построения системы технического обслуживания и ремонта самолетов гражданской авиации: Учебное пособие. - М.: МГТУ ГА, 1994. - 108 с: Ил. 27, табл. 7, список лит., 14 назв. ISBN5-86311-030-9

Данное учебное пособие содержит научные основы построения сов­ременной системы технического обслуживания и ремонта самолетов, отвечающей предъявляемым требованиям. Рассмотрены задачи выбора рациональных стратегий и режимов обслуживания и ремонта, нормирования эффективности процесса технической эксплуатации и экс­плуатационной технологичности самолетов. Раскрыто содержание основных задач формирования инфраструктуры системы технического обслуживания и ремонта, как важнейшего условия ее успешной реа­лизации.

Рассмотрено и одобрено на заседаниях кафедры 3 марта 1994 г. и методического совета 15 марта 1994 г.

3206030000-001

ЦЗЗ(03)-94 ББК 629.735.083.02:001.89

Св. тем. план 1994 г.

поз. I

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ

СИСТЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И

РЕМОНТА САМОЛЕТОВ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ

Учебное пособие Редактор Т. М. Приорова Корректор И. В. Вилкова

ЛР № 020580 от 23.06.92 г. Подписано в печать 5.09.94 г.

Печать офсетная Формат 60x84/16 7,0 уч.-изд. л.

6,5 усл. печ. л. Заказ № 599/232 Тираж 550 экз. С 1

Московский государственный технический университет ГА

Реакционно-издательский отдел

125493 Москва, ул.Пулковская, д.6а

ISBN 5-86311-030-9 Московский государственный

технический университет ГА,1994
СОДЕРЖАНИЕ
Введение 4

1. Факторы, определяющие содержание

технического обслужива­ния и ремонта самолетов 5

2. Стратегия технического обслуживания и ремонта самолетов 13

3. Структура и содержание системы ТОиР 20

4. Основы построения системы ТОиР 25

5. Основные задачи создания инфраструктуры системы ТОиР 48

Заключение 60

Литература 62

ВВЕДЕНИЕ
Успехи в решении задач сохранения летной годности самолетов процессе длительной эксплуатации и повышения эффективности их ис­пользования во многом определяются совершенством принятой системы технического обслуживания и ремонта (ТОиР).

Под системой ТОиР понимается комплекс взаимосвязанных между собою конструкторских, технологических, технических и организационных мер, осуществляемых на различных этапах жизненного цикла само­лета для поддержания и восстановления работоспособности и исправности функциональных групп и систем самолетов при эксплуатации.

Основным назначением системы ТОиР является сохранение летной годности самолетов в процессе эксплуатации и обеспечение эффектив­ности их использования.

Совершенство системы ТОиР определяется, прежде всего, тем, нас­колько четко и полно обеспечиваются взаимосвязь и взаимодействие между всеми составными частями системы, такими как: эксплуатацион­но-технические характеристики (ЭТХ) конструкции самолета, програм­ма ТОиР, эксплуатационно-техническая документация (ЭТД), квалифи­кация инженерно-технического персонала (ИТП), организационные фор­мы и технические средства ТОиР. Совершенство системы определяется также и теснотой связи, которая с ее помощью обеспечивается между объективно существующими процессами повреждаемости конструкций (разрушительными процессами) при эксплуатации и процессами поддер­жания и восстановления их работоспособности. Чем теснее связь, тем совершеннее система ТОиР.

Действующая многие годы практика формирования системы ТОиР самолетов устарела. При формировании системы не учитывается рад важных факторов, теоретических положений и правил. В результате применяемая ныне система ТОиР самолетов не обеспечивает требуемой тесноты связи между процессами повреждаемости конструкций и процессами поддержания и восстановления их работоспособности и обеспече­ния исправности, а потому является малоэффективной.

При создании современной системы ТОиР самолетов нового поко­ления необходимо использовать новые подходы, базирующиеся на науч­ной основе и мировой практике. Это позволит получить целостное представление о закономерностях развития и существенных связях различных составных частей системы, включая и ее инфраструктуру.

Необходимость поиска и применения новых подходов к построению системы ТОиР самолетов вызывается следующими обстоятельствами:

разработка новой системы нормативно-технических документов, регламентирующих техническую эксплуатацию самолетов;

обеспечение высокой степени живучести конструкций функциональ­ных групп и систем современных самолетов;

усиление требований в отношении обеспечения эксплуатационно-технических характеристик (ЭТХ) современных самолетов;

широкое использование при создании современных самолетов принципа "безопасности повреждаемости" конструкций в отличие от принципа "безопасного срока службы";

широкое применение на современных самолетах бортовых интег­ральных систем диагностирования функциональных систем и их изделий;

отказ от проведения традиционных капитальных ремонтов самоле­тов, созданных по принципу "безопасной повреждаемости";

ориентация на широкое применение стратегий ТОиР изделий и функциональных систем по техническому состоянию;

развитие в эксплуатационных предприятиях лабораторий (центров) диагностики и широкое применение в практике ТОиР методов и средств неразрушающего контроля и диагностики;

введение в практику работы конструкторских бюро создания и предъявления вместе с новым типом самолетов "Программы ТОиР";

разработка новых форм эксплуатационно-технических документов (ЭТД), поставляемых вместе с новым типом самолета.

Новые подходы к построению системы ТОиР предусматривают также и создание ее инфраструктуры - как необходимого и обязательного условия стабильного функционирования системы (стр.12).

Целью данной работы является изложить научные основы и кон­цептуальные положения построения новой системы ТОиР самолетов, от­вечающей требованиям в отношении сохранения летной годности само­летов в процессе длительной эксплуатации и обеспечения эффектив­ности их использования.


1. ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА САМОЛЕТОВ
1.1. Процессы повреждаемости конструкций при эксплуатации.

В самолете, в любых из его агрегатов и деталей протекает боль­шое количество различных процессов, которые в конечном итоге обус­ловливают как работу самолета, его агрегатов, деталей, так и их старение, и наступление различных повреждений и отказов.

В общем виде под процессом понимается такое явление, когда имеется последовательное изменение X₁, X₂,...,Х_n каких-либо свойств объекта. Возможны различные подходы к классификации реаль­ных процессов в зависимости от главного критерия, которые кладет­ся в основу классификации.

Происходящие в самолете процессы в свете рассматриваемой проблемы целесообразно разбить на два вида: рабочие процессы и процессы повреждаемости конструкции (разрушительные процессы).

Рабочие процессы - это полезные процессы, определяющие функ­ционирование всех систем и самолета в целом. Рабочие процессы яв­ляются предметом особой теории - теории рабочих процессов.

Теорию технической эксплуатации и, в частности, теорию техни­ческого обслуживания и ремонта (ТОиР) самолетов интересуют процес­сы повреждаемости конструкций и их соотношение с рабочими процес­сами.

Теоретически любой процесс можно описать дифференциальным уравнением f(t)dt, а совокупность процессов суммой следующих уравнений

Создавая самолет, конструкторы закладывают в него определен­ный уровень рабочих процессов, обеспечивают соответствующие эксп­луатационно-технические характеристики и одновременно предопреде­ляют характер и некоторые уровень процессов повреждаемости при эксплуатации. При этом, если значения первых процессов определяют­ся ими достаточно четко, то вторые - только весьма приблизительно. А если учесть, что на процессы повреждаемости существенно наклады­ваются многочисленные факторы внешних и внутренних условий, то протекание их носит чисто вероятностный характер. Случайная состав­ляющая в этих процессах, как правило, очень велика по сравнению с основным аргументом.

Процессы повреждаемости обуславливаются различными формами энергии, а именно: механической, электрической, химической, элект­ромагнитной. Любые, формы энергии оказывают определенное воздейст­вие на детали изделий.

Различают воздействия, которые приводят к постепенному изме­нению характеристик и параметров изделий, к возникновению так на­зываемых постепенных отказов и воздействия, вызывающие критическое состояние изделий, в результате которых наступает внезапный отказ. В конечном итоге внезапные отказы являются результатом того, что конструктор не учел величину того или иного эксплуатационного воз­действия.

Эксплуатационные воздействия обычно классифицируют по следую­щим признакам: по условиям возникновения действующего, главного фактора; по характеру влияния на материал окружающей или рабочей среды; по виду изменения в материале под влиянием воздействующих факторов; по характеру изменений во времени, возникающих в мате­риале.

Применительно к самолету наиболее характерными процессами повреждаемости конструкций являются: механические разрушения и де­формации, истирание поверхности, старение и усталость материала, коррозия.

Каждый процесс характеризуется определенными параметрами; од­новременно в процессе действуют определенные факторы, т.е. некото­рые причины, внутренние и внешние силы, обуславливающие данный процесс. Факторы - это причины, а параметры - следствия. Задачей моделирования является установление наиболее точных зависимостей параметров от факторов.

В основе процесса повреждаемости конструкций находится физи­ческая или химическая кинетика процесса.

Физическая кинетика процесса - это законы, по которым проте­кают микроскопические процессы, обуславливающие отклонение системы от термодинамического равновесия. Нарушение равновесия возникает тогда, когда имеется некоторое превышение энергии активации над энергией реакции системы.

Химическая кинетика процесса - это законы, определяющие ско­рость тех или иных химических реакций.

Выявление и знание кинетики того или иного процесса - это главное и основное условие для построения его модели.
1.2. Модели и описание процессов повреждаемости

В авиационных конструкциях в условиях воздействия сплошного спектра термомеханических нагрузок возникают различные виды повреждаемости. К наиболее характерным из них можно отнести следующие:

• 
  деформации и механические разрушения;
  
• 
  изнашивание вследствие трения;
  
• 
  усталость;
  
• 
  коррозия.
  

В реальных условиях в любом явлении тот или иной параметр и его значение определяются конечным числом факторов. Например, яв­ление деформации деталей имеет в качестве одного из параметров степень деформации, но величина этого параметра обуславливается действием таких факторов, как давление, температура и рядом дру­гих. В общем виде параметры и факторы в любом явлении и в любой системе можно рассматривать как элементы множества.

Математическое описание или построение математической модели явления или процесса заключается в нахождении математической за­висимости между параметрами и факторами явления. Математическая модель явления или процесса может иметь любой вид математического выражения, например, быть в виде уравнения любой степени, полинома и т.п.

Явления, связанные с процессами повреждаемости конструкций, удобно анализировать, используя ориентированные конечные графы (рис. 1.1). В данном случае вершины графа можно рассматривать как параметры, а ребра как факторы. Применение теории графов позволяет установить имманентно присущую логическую связь факторов и параметров в сложном явлении. Граф может быть задан аналитическим, геометрическим или матричным способом.

Рис.1.1. Конечный график: А, Б, В, Г, Д - вершины; 1-8 - ребра (дуги);

а - ребро (дуга), замыкающее вершину на себя.
Для постройки матрицы совокупности процессов повреждаемости целесообразно на основании экспериментальных данных определить виды основных процессов повреждаемости, затем по каждому виду оп­ределить основные и простейшие факторы, т.е. такие факторы, кото­рые не являются функцией каких-либо аргументов, и построить мате­матические модели в самом общем виде.

Применительно к основным процессам повреждаемости можно пост­роить следующие приближенные математические модели в общем виде.

Это наиболее распространенные виды разрушения деталей. Как правило, механическое разрушение является следствием деформаций. К наиболее простым видам деформаций тела относятся растяжение, сжатие, изгиб и кручение. Для изучения процессов повреждаемости, приводящих к отказам, представляет интерес механизм, кинетика образования и развития точечных дефектов дислокаций и диффузий.

Дислокации - линейные дефекты кристаллической решетки - являются источниками внутренних напряжений. Кристаллы, имеющие дисло­кацию, нестабильны, вследствие чего при длительном приложении вне них сил, особенно при повышенной температуре, достаточно сравни­тельно малых напряжений, чтобы развились процессы движения дисло­каций.

Диффузия в широком понимании - это самопроизвольное выравни­вание концентраций в системе или процессе. Для исследования процессов повреждаемости в деталях самолета наибольший интерес представляет диффузия в твердых телах. Основная причина диффузии твердых тел - это тепловые движения частиц. Процессы диффузии здесь тесно связаны с другими процессами, как например, коррозией, сорбционными процессами.

Дефекты кристаллической решетки и диффузия существенно способствуют механическому разрушению деталей. Они обуславливают кинетику разрушения деталей.

Приближенная математическая модель для процессов деформации механических разрушений может быть представлена в следующем виде:

Старение материалов - это процесс, характеризующийся измене­нием строения и свойств материалов, происходящих либо самопроиз­вольно при длительной выдержке при обычной температуре (естествен­ное старение), либо при нагреве (искусственное старение).

Старение присуще всем деталям, хотя в различных деталях, главным образом в зависимости от материала, этот процесс протекаем по-разному как по характеру, так и по времени.

При старении в материале (особенно в сплавах) происходят сле­дующие процессы: аллотропическое превращение, мартенситное превра­щение и распад мартенситной структуры; растворение материала в твердом состоянии и распад пресыщенных твердых растворов; упорядочение и разупорядочение твердых растворов и ряд других процессов; Перечисленные виды превращений при старении могут быть сведены к двум группам:

превращения, протекающие без изменения химического состава, т.е. превращения, связанные только с изменением кристаллической структуры;

превращения, сопровождающиеся образованием фаз с изменением химического состава.

Старение металлов и металлических сплавов - это совокупность многих процессов, совершающихся параллельно.

В самолетных конструкциях используется также большое количе­ство деталей из полимерных материалов (пластмасс и каучуков). Про­цесс старения полимеров является по существу процессом деструкции, т.е. распадом макромолекул под влиянием различных внешних факто­ров, таких как температура и свет. Процесс старения необратимый. детали из полимерных материалов существенно утрачивают сбои физи­ко-химические свойства, в результате чего они перестают выполнять свои функции.

Приближенная математическая модель для процессов старения мо­жет быть представлена в следующем виде:
R₂=f₂(n, T, V, t, w, z),

где n - образование центров кристаллизации; Т - температура; V - процесс распада мартенсита; t - время; w - распад молекул; z - прочие процессы.

Процесс изнашивания протекает при действии трех основных факторов: материала тела, материала контртела и смазки, находящей­ся между телами. В результате трения возникают различного рода разрушения в виде изнашивания, а именно: механическое, молекулярно-механическое, коррозионно-механическое, абразивное, гидроабра­зивное, усталостное, эрозионное, окислительное и изнашивание при фреттинг-коррозии. Процесс изнашивания моделируется математически­ми уравнениями, имеющими вид степенного или экспоненциального за­кона. Приближенную математическую модель изнашивания вследствие трения в общем виде можно представить следующим образом:

На прочность деталей существенно влияет усталость материала. Во многих деталях усталость материала является основным фактором, в результате действия которого детали утрачивают прочность. Уста­новлено, что под действием повторно-переменных нагрузок металлы разрушаются хрупко, т.е. без видимых следов остаточной деформа­ции. Усталостные изменения в материале возникают при наличии гар­монической или близкой по типу к ней нагрузке.

На процесс усталостного разрушения оказывают влияние многие факторы: структура материала, режим термической обработки, темпе­ратура, вид напряженного состояния, концентрации напряжений, раз­мер деталей, частота приложения нагрузок и др. Сам процесс усталости условно делится на три периода: период упрочнения, разупрочне­ния и разрушения.

В изучении процесса усталостного разрушения металлов весьма важное значение имеют деформационные и энергетические критерии, связывающие закономерности усталостного разрушения металлов и ме­таллических сплавов с циклическими деформациями и необратимо рассеянной энергией.

Приближенная математическая модель для процессов усталости в общем виде может быть представлена следующим образом:

где σ - амплитуда колебаний; N - количество циклов; L_пл - скрытая теплота плавления; А - механический эквивалент тепла; К - концентрация напряжений; t - время; z - прочие фактор.
Коррозия

Коррозионные процессы являются наиболее существенными разру­шительными процессами во многих деталях конструкции самолета.

Наиболее характерными для деталей самолетных конструкций являются следующие виды коррозии: атмосферная коррозия, контактная коррозия, коррозия при трении, фреттинг-коррозия, щелевая коррозия, коррозия под напряжением, структурная коррозия.

Перечисленные виды коррозии обуславливаются по существу усло­виями протекания процесса.

По характеру распространения коррозии наиболее частыми являет­ся следующие: сплошная - охватывающая всю поверхность детали и мес­тная - охватывающая отдельные участки поверхности детали.

На прочность деталей отрицательное влияние оказывает местная коррозия, она во много раз опаснее сплошной.

В результате коррозии в деталях самолета возникают следующие отрицательные последствия: разрушение сплошности детали и утрата прочности; коррозионная усталость металла; коррозионная хрупкость.

Все виды коррозии, кроме газовой, обуславливаются электрото­ком, образующимся в результате разности потенциалов, участвующих в процессе веществ.

На каждый вид коррозии действуют многие ускоряющие и замедляю­щие процесс факторы. Для атмосферной коррозии существенными факто­рами являются состав и влажность атмосферы, периодичность смачива­ния, вид материала, температура и др.; для контактной - вид контактируемых материалов и факторы, действующие при атмосферной корро­зии; для щелевой - помимо перечисленных факторов, размер щели и др.; для электрохимической коррозии - скорость процесса, которая опреде­ляется силой тока в зоне действия коррозии.

Приближенную математическую модель для процессов коррозии в общем виде можно записать следующим образом:

Объективно существующие при эксплуатации самолетов процессы повреждаемости их конструкций подлежат глубокому изучению и учету при создании каждого нового типа самолета. Полнота учета процессов повреждаемости определяется значениями показателей эксплуатационно-технических характеристик (ЭТХ) конструкций, таких как: безотказ­ность, долговечность, живучесть, сохраняемость, эксплуатационная технологичность, ремонтопригодность и др.

ЭТХ определяют в своей основе как потребность, так и приспо­собленность самолета к ТОиР, а следовательно, определяют содержа­ние ТОиР и оказывают непосредственное влияние на показатели эффек­тивности системы ТОиР. Так, потребность в ТОиР определяется в ос­новном характеристиками безотказности, долговечности, живучести, сохраняемости; приспособленность к ТОиР - характеристиками конт­ролепригодности, эксплуатационной технологичности и ремонтопри­годности.

Самолет, как объект ТОиР, должен обладать высоким уровнем эксплуатационно-технических характеристик. Это является необходи­мым начальным условием для построения такой системы ТОиР, которая обеспечивает наилучшие значения всей совокупности показателей ее эффективности.

Одной из важнейших ЭТХ является безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или некоторой наработки в заданных условиях эксплуатации. Проблема обеспечения безотказности стала особенно актуальной в настоящее время вследствие усложнения конструкций самолетов и их систем, состоящих из большого числа элементов, блоков, узлов, увеличения числа выполняемых ими функций и усиле­ния режимов их работы.

На безотказность влияют различные факторы, определяемые ус­ловиями проектирования, производства и эксплуатации. Однако осо­бое место в решении проблемы обеспечения безотказности объектов эксплуатации занимают этапы проектирования и производства. Низкий уровень безотказности, создаваемый при проектировании и производ­стве, не может быть компенсирован в дальнейшем на этапах эксплуа­тации.

Характеристики безотказности объекта эксплуатации непосред­ственно влияют на показатели безопасности полетов и регулярности вылетов по расписанию. Кроме того, они оказывают влияние и на эко­номические показатели эксплуатации.

Не менее важной из числа ЭТХ является долговечность - свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при заданной системе ТОиР. При этом предельным считается такое состояние объекта, при котором его дальнейшее применение по назначению недопустимо или нецелесообразно.

Долговечность зависит от многочисленных факторов, действующих на этапах проектирования, производства и эксплуатации. Показателя­ми долговечности являются ресурсы и сроки службы: назначенный ре­сурс (срок службы); ресурс (срок службы) до 1-ого ремонта; межремонтный ресурс (срок службы); гамма-процентный ресурс (срок службы).

Характеристики долговечности объекта эксплуатации непосредст­венно влияют на показатели исправности парка самолетов и экономич­ности эксплуатации.

К числу ЭТХ самолета относится его живучесть - свойство, обес­печивающее нормальное выполнение заданных функций всеми системами самолета в полете с отдельными отказами или повреждениями отдельных агрегатов, элементов, узлов. Живучесть конструкции обеспечива­ется на этапах проектирования и производства самолетов на основе использования принципа "безопасной повреждаемости".

Характеристики живучести объекта эксплуатации непосредственно влияют на показатели безопасности полетов, регулярности вылетов по расписанию, а также на экономичность эксплуатации.

Основная задача конструкторов, реализующих принцип "безопас­ной повреждаемости", заключается в том, чтобы найти и осуществить на практике такие конструктивно-технологические решения узлов, аг­регатов и силовой конструкции в целом, которые даже при наличии появившихся повреждений и отказов отдельных элементов силовой кон­струкции обеспечивают возможность безопасного выполнения одного или нескольких полетов до момента устранения повреждений и отказов. Это свойство конструкции используется для планирования выполнения ТОиР в удобное время и в удобном месте.

В составе ЭТХ самолета значится и эксплуатационная технологичность - свойство конструкции, характеризующее ее приспособленность к проведению всех видов работ по ТОиР с использованием наиболее экономичных технологических процессов. Это означает приспособленность конструкции к прогрессивным стратегиям и методам ТОиР, а также приспособленность к выполнению отдельных операций ТОиР, в том числе операций по устранению отказов и повреждений.

Эксплуатационная технологичность определяется радом конструк­тивно-производственных факторов, таких как: доступность, контроле­пригодность, легкосъемность, взаимозаменяемость и др.

Требуемые свойства конструкции самолета в отношении его прис­пособленности к ТОиР закладываются и обеспечиваются на этапах про­ектирования и производства. Именно на этих этапах путем соответст­вующих конструктивно-технологических решений обеспечиваются необ­ходимые эксплуатационные свойства самолета, от которых в значи­тельной мере зависит облик системы ТОиР и ее показатели.

Характеристики эксплуатационной технологичности непосредст­венно влияют на показатели регулярности вылетов по расписанию, ис­правности парка самолетов и экономичности ТОиР.

В последние годы большое внимание уделяется вопросам обеспе­чения контролепригодности - важнейшему свойству конструкции, ха­рактеризующему ее приспособленность (пригодность) к проведению контроля и диагностирования заданными методами и средствами диаг­ностирования и неразрушающего контроля.

Характеристики контролепригодности самолета оказывают непос­редственное влияние на показатели безопасности полетов, регуляр­ности вылетов по расписанию и на экономические показатели ТОиР.

Будучи составной частью эксплуатационной технологичности, контролепригодность, в силу своей значимости, часто рассматривает­ся как самостоятельная ЭТХ конструкции объекта эксплуатации.

Составной частью эксплуатационной технологичности является и ремонтопригодность - свойство конструкции, заключающееся в ее при­способленности к устранению возникающих при эксплуатации самолетов отказов и повреждений отдельных узлов и агрегатов функциональных систем при наименьших затратах времени.

Характеристики ремонтопригодности самолета непосредственно влияют на показатели регулярности вылетов по расписанию и на эко­номические показатели эксплуатации.

В силу своей важности и значимости применительно к оператив­ному циклу эксплуатации ремонтопригодность, также как и контроле­пригодность, часто рассматривается как самостоятельная ЭТХ конст­рукции объекта эксплуатации.

Следует отметить, что каждая из рассмотренных ЭТХ имеет свои количественные показатели оценки. Обеспечение требуемых для того или иного типа самолета значений этих показателей является началом процесса построения системы ТОиР.