Щодо аналізу надійності авіаційної техніки Збройних сил України (на прикладі вертольотів)

Размещено на http://www.allbest.ru

Державний науково-дослідний інститут випробувань і сертифікації озброєння та військової техніки

Харківський національний університет Повітряних Сил імені Івана Кожедуба

Щодо аналізу надійності авіаційної техніки Збройних сил України (на прикладі вертольотів)

Бурсала О.Л., Чередніков О.М., Голуб В.М., Трігуб Ю.І.

Розглянута проблема математичної обробки інформації щодо оцінки рівня надійності авіаційної техніки. Обґрунтовано способи побудови та розроблено комплексну модель відмов елементів системи ВіД. Досвід аналізу і оптимізації складних систем показує доцільність і перспективність їх дослідження шляхом розробки моделей системи, які можна представити у вигляді функціональної моделі.

У роботі представлений один з підходів аналізу статистичної інформації з карток обліку несправностей державної авіації та принципи вибору формальних параметрів при побудові моделей для аналізу надійності в умовах невизначеності.

Ключові слова: аналіз надійності, безпека польотів, авіаційна техніка, пошкодження, несправність, відмова.

ON DEVELOPMENT OF AVIATION EQUIPMENT'SRELIABILITY MODELS (ON THE EXAMPLE OF HELICOPTERS)

A. Bursala, O. Tcherednikov, V. Golub, Y. Trygub

On the example of helicopters, the topical issues of systematization and mathematical processing of statistical information taking from fault log sheetsto assess the level of reliability and flight safety of state aviation equipment are considered.

The reliability of all helicopter systems must meet the pressing needs of defense capabilities and support the capabilities of the state aviation of Ukraine to carry out combat missions at the current level. Improving preparedness for assigned tasks will facilitate participation in combined operations with peacekeeping and NATO forces. The considered model of the system of aviation equipment on the example of helicopters consists of interdependent, jointly functioning, united by a single purpose of five subsystems of the corresponding type of specialty: “helicopter and engine", “aircraft armament", “ aircraftequipment", “avionics equipment", “navigation and target acquisition system". Realization and methodical approaches to the development of complex failuremodels of the elements of “helicopter and engine" system by types of helicopters are substantiated. The paper proposes to address on the example of helicopters the lines of approach the problem of assessing the real level of operational reliability and flight safety of aircraft to maintain their serviceable condition. When putting military aviation assets into operation according to the technical condition, using statistical models of reliability and flight safety, the important task of increasing resource indicators is solved, which requires improving the system of collecting, processing and analyzing information from fault log sheets.

Keywords: aviation equipment, damage, malfunction, failure, reliability, level of risk, fault log sheets.

Вступ

При переведенні військової авіаційної техніки (АТ) на експлуатацію за технічним станом використання статистичних моделей надійності і безпеки польотів вирішує важливу задачу удосконалення системи збору, обробки та аналізу інформації з карток обліку несправностей (КОН) державної авіації Збройних Сил України.

Згідно з [1-3] використовувався підхід до аналізу надійності та безпеки польотів, заснований на порівнянні експлуатаційних даних про відмови та несправності обладнання й агрегатів повітряних суден (ПС) з відповідними даними за попередні періоди експлуатації. Це не дозволяє зробити якісні висновки про фактичний рівень надійності техніки по відношенню до її певного граничного рівня.

В ході опрацювання КОН, що надійшли до ДНДІ ВС ОВТ за період 2015-2020 років, було визначено стан надійності авіаційної техніки та безпеки польотів. Авіаційна техніка армійської авіації України має найбільші проблеми з трансмісією вертольотів та лопатями несучого гвинта [1]. Причому терміни експлуатації вертольотів збільшено до 35 років (і більше), загальна кількість відмов АТ зросла настільки, що показники справності десантно- транспортних вертольотів склали близько 75% , а допоміжних - до 37%.

Фактично, авіаційна техніка експлуатується за технічним станом і подальше продовження ресурсних показників вертольотів та їх комплектувальних виробів веде до зниження надійності АТ, і, як наслідок, до зниження належного рівня безпеки польотів.

1. Аналіз та постановка завдань

Перехід Збройних Сил України до стандартів НАТО вимагає відповідної адаптації умов експлуатації ПС і забезпечення необхідної безпеки польотів, що підкреслює актуальність задачі оцінки рівня експлуатаційної надійності АТ.

Технічне обслуговування з контролем рівня надійності АТ ВМС США регламентується військовим стандартами та відповідним керівництвом. У цих документах на підставі результатів детального аналізу ймовірних наслідків їх відмов встановлені норми для показників надійності всіх типів ПС, що знаходяться на озброєнні ВМС в провідних країнах - учасницях Північноатлантичного союзу.

Визначення показників експлуатаційної надійності та безпеки польотів за статистичними даними, отриманими в процесі експлуатації ПС, буде мати велике значення, якщо в КОН буде надана можливість врахування впливу термінів та умов роботи, їх конструктивного виконання та правила експлуатації. Лише на підставі позитивних результатів можливо пропонувати в умовах особливого періоду допустити конкретні одиниці АТ до подальшої експлуатації.

Продовжуючи серію публікацій з надійності та безпеки польотів, в статті розглянемо математичний апарат теорії надійності, яка, як відомо, є одним з додатків теорії ймовірностей. Тому ми будемо періодично звертатися до положень, відомим з теорії надійності.

Мета статті. В роботі пропонується розглянути на прикладі вертольотів напрямки вирішення проблеми оцінки реального рівня експлуатаційної надійності та безпеки польотів АТ для підтримки її справного технічного стану. Він має відповідати актуальним потребам оборони України, сприяти зміцненню спроможностей сил оборони, підвищенню їхньої готовності до виконанням завдань за призначенням та участі в проведенні спільних бойових дій із підрозділами НАТО. Визначити напрямки розвитку теоретичних положень та шляхи практичної реалізації статистичної інформації з карток обліку несправностей державної авіації України.

2. Виклад основного матеріалу

Почнемо з визначення надійності [4-9]. Надійність - це властивість об'єкта зберігати в часі у встановлених межах значення всіх параметрів, що характеризують здатність виконувати необхідні функції в заданих режимах і умовах застосування, технічного обслуговування, зберігання і транспортування.

Рис.1 Графічна інтерпретація визначення надійності

Це можна продемонструвати у вигляді простої схеми (рис.1). Для системи задається термін служби і граничні значення параметрів. Поки параметри знаходяться в заданих межах, система працездатна і навпаки, якщо параметри вийшли за значення меж, то відбулася відмова (Failure) [8].

Про співвідношення властивостей надійності (dependability) та безпеки (reliability) слід сказати окремо, оскільки в області стандартизації цієї властивості західна і радянська наука свого часу пішли різними шляхами. Коректний переклад терміна надійність - це dependability, оскільки і надійність, і dependability розглядаються як комплексні властивості. Reliability - це правильний переклад для терміна безвідмовність, яка є важливою, але все ж тільки однією зі складових надійності.

Крім безвідмовності, складовими властивостями надійності є ремонтопридатність (Maintainability), довговічність (Durability) і збереженість (Storability). Готовність (availability) є комбінацією безвідмовності і ремонтопридатності.

На жаль, “неселективна” адаптація західних стандартів в якості ГОСТ привела до того, що напрацювання радянської школи надійності нині забуті. В Україні нині діє ДСТУ 2860-94, відповідний ГОСТ 27.002-89. Порівняння понять надано у таблиці 1.

Таблиця 1 Порівняльна таблиця аналізу атрибутів надійності (згідно ГОСТ 27.002989 та 2009 років)

Для того, щоб краще зрозуміти, які саме властивості ми будемо оцінювати при розробці моделей надійності АТ, розглянемо структуру і взаємозв'язок атрибутів надійності.

Найбільш значущою для успішного функціонування будь -якої технічної системи і виконання нею заданих функцій є саме працездатність. У свою чергу, наявність працездатності системи протягом всього часу її експлуатації передбачає безвідмовність її функціонування, а також побічно пов'язане з іншими властивостями експлуатаційної надійності.

Вичерпної кількісною характеристикою безвідмовності (напрацювання на відмову, ресурс, час відновлення й ін.) є імовірнісний розподіл цієї величини або функція розподілу. Встановлення аналітичного вираження функції розподілу випадкових величин (напрацювань, ресурсу і т.п.) дозволяє визначити необхідні показники безвідмовності (середнє значення або гамма-процентні показники, ймовірність безвідмовної роботи і т.п.).

Для оцінки надійності об'єктів АТ використовуються встановлені стандартами показники, що приведені у таблиці 2, з якої видно, що одиничні показники надійності (наприклад, ремонтопридатність) характеризують тільки одну із властивостей технічного об'єкту, в той час як комплексні показники характеризують декілька властивостей.

Таблиця 2 Основні показники надійності

Важливим чинником, що впливає на показники безвідмовності є якість технічного обслуговування.

Підкреслимо, що ми розглядаємо саме випадкові відмови, до яких може бути застосований математичний апарат теорії ймовірностей. Теорія надійності дає практичну картину, в якій можна будувати надійні системи з не цілком надійних компонентів (як правило, методами резервування і діагностування). По іншому йде справа з систематичними відмовами, які, очевидно, не можливо описати в рамках теорії надійності. Саме такі відмови складають найбільшу проблему, оскільки вони непередбачувані [8].

Одним з найважливіших показників військової АТ є ймовірність безвідмовної роботи, під якою розуміється ймовірність того, що відмова не відбудеться за встановлений час зване напрацюванням до відмови .

Ймовірною відмовою є відмова, що відбудеться за встановлений час T [8, 9], тобто ймовірність відмови доповнює ймовірності безвідмовної роботи до одиниці

F(t)= 1 - P(t).

Для аналізу безпеки польотів можливо вибрати основні показники надійності (див. табл.1). В опублікованих Випусках були визначені лише деякі з показників надійності: Тст, Тп.тв, Тінц.тв, які можливо визначити як параметр досліджуваного процесу для оцінювання безпеки польотів.

Визначення середнього запасу показника надійності до граничного значення Тгр для аналізу питань безпеки польотів зводиться до оцінки математичного очікування М[Т] параметра t і порівняння цієї оцінки з граничним значенням Тгр параметру надійності.

Для цього за статистичними даними значень ti( і = 1, n обчислюються оцінки математичного очікування і дисперсії при загальному обсязі годин нальоту T, год:

де n - загальна кількість авіаційних подій, од.

При обмеженому числі X і оцінка М* [Т] буде мати наближене значення. У цьому випадку необхідно обчислити довірчий інтервал , що включає з наперед заданою довірчою імовірністю Я математичне сподівання М [Т] .

Довірчий інтервал із границями М * [Т] 1 , М * [Т] 2 характеризує точність розрахунку М [Т] , а довірча імовірність Я - вірогідність результатів цієї величини. Зазвичай задають імовірність Я з діапазону 0,90.. .0,99.

Аналіз надійності складної системи, зазвичай, пов'язаний з вивченням її структури. Важливу роль при цьому відіграють виділення елементів, що складають дану систему. При аналізі надійності складних систем їх розбивають на елементи з тим, щоб спочатку розглянути параметри і характеристики елементів, а потім оцінити працездатність всієї системи.

Аналіз надійності і безпеки польотів кожного типу вертольота, що містить статистичні показники по рокам, актуальна і потребує практичного підтвердження.

Інформація щодо аналізу відмов та несправностей АТ ЗС України з КОН видається у вигляді Випуску один раз на рік. Такий підхід дозволяє здійснити лише порівняльну та якісну оцінку рівня надійності АТ по відношенню до попередніх періодів експлуатації. При цьому статистичні дані про відмови та несправності ПС військового призначення отримуються при нестабільних умовах спостережень, що значно впливає на похибки та достовірність оцінки.

Оцінка рівня експлуатаційної надійності та безпеки польотів можлива, якщо відомі кількісні значення їх показників. На практиці кількісні значення показників надійності уточнюються на основі статистичних даних про виявлені відмови. Інженерний аналіз експлуатаційної надійності авіаційної техніки проводиться на основі узагальнення практичного досвіду збереження льотної придатності парку ПС України.

Головною метою інженерного аналізу є визначення причин відмов, ступеня їх впливу на працездатність виробів та систем, а також наслідків, до яких вони можуть призвести. Результатом аналізу повинні бути як конкретні пропозиції та заходи щодо попередження відмов АТ, так і кількісні значення показників експлуатаційної надійності[4,7].

Розглянута модель системи АТ на прикладі вертольотів складається з взаємозалежних, спільно функціонуючих, об'єднаних єдиною метою п'яти підсистем відповідного виду спеціальності: “Літак, вертоліт і двигун” (ЛВіД), “авіаційне озброєння” (АОз), “авіаційне обладнання” (АО), “радіоелектронне обладнання” (РЕО), “авіаційний прицільно- навігаційний комплекс” (АПНК). Основні недоліки, що виявлені в процесі експлуатації вертольотів за останні п'ять років та викликають появу інцидентів, полягають у відмовах за системами спеціальності ВіД.

Для виявлення найбільш ефективних видів підготовок до польоту за спеціальністю ВіД розглядалися відсоткові розподіли несправностей, приклади яких наведені на рисунку 2.

Рис.2 Приклади розподілу виявлення несправностей за видами підготовки до польоту спеціальності ВіД (2015 та 2019 р.р)

За кількісними показниками встановлено наступне: на перше місце слід поставити післяпольотну підготовку, в процесі проведення якої виявлено 30% від загальної кількості несправностей; на друге - передпольотну підготовку - 22%.

До факторів, що негативно впливають на надійність складних систем таких як АТ, слід віднести велику кількість елементів, відмова кожного з яких може привести до відмови всієї системи (рис.3).

Рис.3 Розподіл несправностей за системами спеціальності ВіД

Для складної системи часто можливе відновлення працездатності по частинах, без припинення її функціонування [6-9].

В цьому випадку статистичні дані не можуть забезпечити достовірної оцінки рівня надійності машин з необхідною точністю. При цьому потрібно враховувати, що навіть однакові типи вертольотів експлуатуються в різних умовах і виконують неоднакові функції, оскільки навіть вертольоти однакового конструктивного виконання розрізняються між собою, мають різний час виготовлення, різний наліт, тощо. Незначні варіації властивостей окремих елементів позначаються на вихідних параметрах системи.

Висновки

Проведений аналіз дає можливість виявити проблемні пропозиції з моніторингу ОВТ та підвищити якість збору й обробки інформації про технічний стан вертольотів в періоді військової експлуатації. Визначення показників надійності дозволить ефективно керувати системами забезпечення бойової готовності АТ на заданому рівні та прогнозувати необхідність і терміни проведення технічного обслуговування та ремонту що відповідатиме сучасним вимогам.

Перспективними в напрямку подальшого дослідження наведеної теми може бути удосконалення структури та змісту КОН, що направлені на підвищення інформативності з кількісною оцінкою конкретного типу ПС, забезпечення зворотного зв'язку з виробниками та ремонтними службами.

математичний авіаційний техніка несправність

Список літератури

1. Актуальні завдання управління процесом експлуатації авіаційної техніки Збройних Сил України. - Режим доступу: http://www.hups.mil.gov.ua/assets/doc/science/stud-conf/14/7.pdf.

2. Правила інженерно - авіаційного забезпечення державної авіації України (ПРіАЗ 2016) [Текст]. Наказ Міністра оборони України №343. - [Чинний від 2016-07-05].

3. Методичні рекомендації державної авіації щодо збору, аналізу і подання інформації про несправності авіаційної техніки (МРДА-02/16) [Текст]. - Київ. - 2016. -104 с.

4. Надійність техніки. Методи оцінки показників надійності за експериментальними даними: ДСТУ 3004:95. - [Чинний від 1995-01-25]. - К.: Держстандарт України, 1994.124 с. (Державний стандарт України).

5. Надійність техніки. Моделі відмов: ДСТУ 3433:96. - [Чинний від 1997-12-05].К.: Держстандарт України, 1996. - 46 с. (Державний стандарт України).

6. Соловйов В.І. Аналіз можливих шляхів вирішення задачі нормування надійності обладнання військових літальних апаратів для реалізації стратегії технічного обслуговування за станом / В.І.Соловйов, А.Г.Павленко, С.А.Копашинський // Труди університету.

- К.: НУОУ, 2010. - №1 (91). - С. 139-143.

7. Голуб В.М. Аналіз експлуатаційної надійності авіаційної техніки [Текст] / В.М. Голуб, Е.Ф.Сідін, М.М. Жданюк, О.О.Акимов // Тези доповідей XIV наукової конференції Харківського національного університету Повітряних Сил імені Івана Кожедуба ''Новітні технології - для захисту повітряного простору”. - Харків: ХНУПС ім.І.Кожедуба, 2018.С. 88-89.

8. Теория надежности и функциональная безопасность: основные термины и показатели [Текст]. - Режим доступу: https://habr.eom/ru/post/323776/#habracut.

9. Павленко П.М. Математичне моделювання систем і процесів: навчальний посібник / П.М. Павленко, С.Ф. Філоненко, О.М. Чередніков, В.В. Трейтяк. - К.: Книжкове вид-во НАУ, 2015. - 424 с.

Размещено на Allbest.ru