Определение показателей безотказности функциональной системы

1.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ БЕЗОТКАЗНОСТИ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ (ПОДСИСТЕМЫ) ЛА

Определение показателей  безотказности ФС и ее изделий  выполняется с целью последующего выбора рациональных стратегий ТО, формирования оптимального регламента и проектирования эффективного ПТЭ ЛА.

Исходной информацией  является: принципиальная схема ФС; характеристики безотказности изделий  ФС (параметры потока отказов  и неисправностей .

Анализ и оценка безотказности ФС выполняется на основе функциональных задач, решаемых ФС (подсистемой) и основными ее изделиями.

               1.1.1. Определение показателей безотказности отдельных изделий

Определяется вероятность  безотказной работы каждого изделия  из предположения стационарного потока отказов:

                                                                                                            (1.1)

для t = t_Б.П; t = t_Ф1; t = t_Ф2; t = t_Ф3,

где  _Б.П   - средняя длительность беспосадочного полёта;

tБ.П=	2,2	ч.
τФ1=	500	ч.
τФ2=	1000	ч.
τФ3=	2000	ч.

              t_Ф1, t_Ф2, t_Ф3 - периодичность выполнения 1, 2, 3-й форм регламента для  типа ЛА;

         - параметр потока отказов изделия .

         - параметр потока неисправностей изделия

.

Наименование ФС и  изделий	Параметр потока отказов  ωО (t)	Параметр потока неисправност. ωН (t)
Топливный бак Б	0,0000012	-
Перекрывной клапан ПК	0,000023	-
фильтр Ф	0,000002	0,0007
расходометр Р	0,00007	-
подкачивающий насос НП	0,000024	-
порционер П	0,000037	-
центробежный насос ДЦН	0,000042	-
Перекачивающий насос НП	0,000025	0,0013
обратный клапан ОК	0,0000036	0,000012
насос регулятор НР	0,000023	-
трубопровод Тр	0,0000014	-

 

 

Наименование ФС и  изделий	вероятность безотказной  работы  tБ.П(ωО (t))	вероятность безотказной  работы τФ1(ωО (t))	вероятность безотказной  работы τФ2(ωО (t))	вероятность безотказной  работы τФ3(ωО (t))
Топливный бак Б	0,999997	0,999404	0,998809	0,997619
Перекрывной клапан ПК	0,999950	0,988643	0,977414	0,955338
фильтр Ф	0,999996	0,999007	0,998015	0,996035
расходометр Р	0,999847	0,965834	0,932834	0,870180
подкачивающий насос НП	0,999948	0,988152	0,976444	0,953443
порционер П	0,999919	0,981793	0,963917	0,929136
центробежный насос ДЦН	0,999908	0,979358	0,959142	0,919953
Перекачивающий насос НП	0,999945	0,987661	0,975474	0,951550
обратный клапан ОК	0,999992	0,998214	0,996431	0,992874
насос регулятор НР	0,999950	0,988643	0,977414	0,955338
трубопровод Тр	0,999997	0,999305	0,998610	0,997223

 

Наименование ФС и  изделий	вероятность безотказной  работы  tБ.П	вероятность безотказной  работы τФ1	вероятность безотказной  работы τФ2	вероятность безотказной  работы τФ3	Влияние отказа изделия  на безопасность полёта.
Топливный бак Б	-	-	-	-	НЕТ
Перекрывной клапан ПК	-	-	-	-	ДА
фильтр Ф	0,998472	0,706354	0,498937	0,248938	нет
расходометр Р	-	-	-	-	нет
подкачивающий насос НП	-	-	-	-	НЕТ
порционер П	-	-	-	-	ДА
центробежный насос ДЦН	-	-	-	-	ДА
Перекачивающий насос НП	0,997163	0,524341	0,274933	0,075588	НЕТ
обратный клапан ОК	0,999974	0,994058	0,988152	0,976444	НЕТ
насос регулятор НР	-	-	-	-	ДА
трубопровод Тр	-	-	-	-	ДА

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.1.2. Определение показателей безотказности ФС (подсистемы)

Анализ и оценка безотказности ФС проводится с целью ответа на вопрос, влияют ли отказы изделий ФС на безопасность полетов.

Для определения показателей  безотказности ФС (вероятности безотказной  работы за t = _Б.П, t_Ф1, t_Ф2, t_Ф3) используется метод структурных схем с учетом последовательного и параллельного соединения изделий ФС. Исходной информацией для построения структурной схемы является краткое описание функционирования ФС, ее принципиальная схема и перечень типовых отказов изделий, при которых они не выполняют своих функциональных задач.

В результате построения структурной схемы выделяются изделия, отказы которых не влияют на безопасность полетов (параллельное соединение), и  изделия, отказы которых влияют на безопасность полетов (последовательное соединение).

Рассмотрим  топливную систему самолета Ту-154М, принципиальная  схема  которой  приведена  на рис.1.1. Топливная система состоит из:

1	Топливный бак	Б1, Б2 (Л, П), Б3 (Л, П), Б4
2	Насос подкачки ЭЦН-325	НП8 – НП11
3	Перекрывной клапан	ПК
4	Центробежный насос	ДЦН
5	Насос регулятор	HP
6	Порционер	П
7	Фильтр	Ф
8	Трубопроводы	Тр
9	Насос перекачки ЭЦН-323	НП1 – НП7, НП12 – НП16
10	Расходомер	Р

 

В насосе перекачки НП3 могут отказать электрическая и механическая части. Оба этих отказа приводят к отказу насоса. Отказ насоса приведет к тому, что на больших высотах нарушится бесперебойная подача топлива от топливного бака Б3 к насосу двигателя ДЦН. Это означает, что в структурной схеме насос НП3 и бак Б3 должны быть соединены последовательно. Отказ насоса перекачки НП3 приводит к отказу одной ветви  системы питания от Б3. Однако подачу топлива будут обеспечивать насосы НП1 и НП2. Отсюда следует, что в структурной схеме НП1, НП2, НП3 должны быть соединены параллельно.

Рис.1.1 - Принципиальная схема топливной системы самолета Ту-154М

        Для упрощения расчета систему  рекомендуется разбить на блоки  I-VIII. Блоки целесообразно составлять  из элементов, имеющих функциональную связь (рис. 1.2).

Далее определяется вероятность безотказной работы для каждого блока.

В рассмотренном  примере имеем:

1) для блока I: P_I=P_{Б ЗЛ}[1-(1-P_НП1 ·P_ОК1)·(1-P_НП2 ·P_ОК2)·(1-P_НП3 ·P_ОК3)]

2) для блока II: P_I=P_Б2л[1-(1-P_НП4 ·P_ОК4)·(1-P_НП5 ·P_ОК5)]

3) для блока III:P_III=P_Б4[1-(1-P_НП6 ·P_ОК6)·(1-P_НП7 ·P_ОК7)]

4) для блока IV:P_IV=P_Б2п[1-(1-P_НП12 ·P_ОК12)·(1-P_НП13 ·P_ОК13)]

5) для блока V:P_V=P_Б3п[1-(1-P_НП14 ·P_ОК14)·(1-P_НП15 ·P_ОК15)·(1-P_НП16 ·P_ОК16)]

6) для блока VI:P_VI=P_П ·P_Б1

7) для блока VII:P_VII=1-(1-P_НП8 ·P_ОК8)·(1-P_НП9 ·P_ОК9)·(1-P_НП10 ·P_ОК10)·(1-P_НП11 ·P_ОК11)        

8) для блока VIII:P_VIII=Рпк·Рр·Рдцн·Рф·Рнр·Ртр

В блоке VIII условно представлены все три двигателя.

Рис. 1.2 - Детализированная структурная схема системы.

Строим укрупненную структурную  схему ФС (рис. 1.3).

  I

 

II

 

 

III                      VI                           VII                              VIII

 

IV

 

V 

 

                                 Рис. 1.3 - Укрупненная структурная схема системы

Из схемы следует, что  вероятность безотказной работы топливной системы будет равна:

P_ФС=[1-(1-P_I)·(1-P_II)·(1-P_III)·(1-P_IV)·(1-P_V)]·P_VI ·P_VII ·P_VIII

Расчет доводится до числовой оценки подстановкой значений вероятности безотказной работы блоков и изделий в соответствии с табл. 1.1 и выполняется для t= _Б.П, t_Ф1, t_Ф2, t_Ф3.

Результаты определения  показателей безотказности ФС и  ее изделий представляются в форме табл. 1.2.

Таблица 1.2. Результаты определения показателей безотказности отдельных блоков и ФС в целом

Объект		Вероятность безотказной работы объекта для наработки
Наименов.	Обозн. по схеме	`tБ.П	tФ1	t Ф2	tФ3
Блоки	I	0,999997	0,9994	0,99878906	0,99746
	II	0,999997	0,999219	0,99807844	0,994779
	III	0,9999973	0,999219	0,99807844	0,994779
	IV	0,9999973	0,999219	0,99807844	0,994779
	V	0,9999973	0,9999948	0,99997760	0,999845
	VI	0,9999165	0,981207	0,96276857	0,926923
	VII	0,9999999	0,99999996	0,99999946	0,999992
	VIII	0,999647	0,922972889	0,85187895	0,725697
Функционал. система	ФС	0,99956	0,905628	0,8201618	0,67266

 

 

Из данных расчетов следует, что самым ненадежным изделием является расходометр, но т.к. он не влияет на безопасность полетов, нет необходимости в повышение его безотказности.

В целом же все изделия  имеют высокую вероятность безотказной  работы свыше 90%, так же это относится и к блокам изделий, лишь VIII имеет низкую вероятность безотказной работы, это сказывается из-за наличия расходометра и в связи с необходимостью повышения надежности ФС в целом необходимо повысить его надежность или продублировать данное изделие.

1.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБОБЩЁННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ ЛА

Эксплуатационная технологичность  ЛА оценивается совокупностью обобщенных и единичных показателей. Обобщенные показатели характеризуют ЭТ ЛА с точки зрения потребных затрат времени и труда на проведение ТОиР. Единичные показатели характеризуют лишь отдельные стороны ЭТ. Выбор состава обобщенных показателей ЭТ осуществляется исходя из принятых структуры и совокупности показателей эффективности ПТЭ ЛА. Значения показателей ЭТ определяются на основе использования данных по ТОиР, а также по действующим ресурсам самолетов, двигателей, комплектующих изделий.

 

1.2.1. Определение показателя К_ОП.

Показатель “удельная  суммарная оперативная продолжительность  ТОиР К_ОП” определяется из выражения:

Коп=

1,12332

                                                   (1.2)

где t_оп, t_п - суммарная оперативная продолжительность выполнения всех форм оперативного и периодического обслуживания, соответственно, за межремонтный ресурс (ремонтный цикл) самолета T_рес.с, ч; t_рем.с – средняя оперативная продолжительность ремонта самолета или суммарная средняя оперативная продолжительность всех ремонтных форм за T_рес.с, ч; t_см - средняя оперативная продолжительность замены двигателя, ч; T_рес.д – межремонтный ресурс двигателя, ч;  K_д – коэффициент досрочных замен двигателей; b - коэффициент, учитывающий количество замен двигателей, которые не совмещаются по времени с проведением периодических форм ТОиР на самолете.

Значения t_oп и t_п определяются исходя из принятых для каждого типа самолета форм технического обслуживания, периодичности и средних значений оперативной продолжительности их выполнения:

tоп=

5580