Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Проектирование летательных аппаратов

Диссертационная работа:

Бойко, Оксана Геннадьевна. Совершенствование методов расчета надежности функциональных систем самолетов гражданской авиации и исследование процессов старения : диссертация ... доктора технических наук : 05.07.02 / Бойко Оксана Геннадьевна; [Место защиты: ГОУВПО "Сибирский государственный аэрокосмический университет"].- Красноярск, 2010.- 193 с.: ил.

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальность темы. Основой обеспечения безопасности полета самолета является надежность его планера, двигателей и функциональных систем. Самолетостроение и авиадвигателестроение являются передовыми отраслями машиностроения и областями науки, в которых трудятся многочисленные научные школы. В этих областях выполнено достаточно большое количество фундаментальных научных исследований, что в значительной степени способствовало созданию высоконадежных самолетов и авиадвигателей. Тяжелые авиапроисшествия последних десятилетий не связаны с отказами планера самолета либо двигателей. Чаще они являются следствием ошибок экипажей, спровоцированных отказами агрегатов функциональных систем.

Многочисленные функциональные системы самолетов включают сотни агрегатов, имеющих различные физические принципы работы и конструктивное исполнение. Их изготавливают сотни различных предприятий разных отраслей промышленности. Разработчики и изготовители агрегатов, к сожалению, не объединены в научные школы, что препятствует решению ряда проблемных вопросов, связанных с надежностью функциональных систем.

Надежность как область науки начала формироваться сравнительно недавно с конца 50-х, начала 60-х годов прошлого столетия. Основные положения, традиционно принятые в теории надежности, не все соответствуют практике. В гражданской авиации, в соответствии с Нормами летной годности самолетов (НЛГС), надежность авиационной техники при проектировании и эксплуатации оценивается в вероятностях отказа за 1 час полета, приводящих к последствиям различной степени тяжести.

Интегральные функции вероятности отказа систем со сложной структурой представляют собой -образные кривые, близкие по форме к интегральной функции Нормального закона распределения случайной величины. Поскольку время (налет самолета) измеряется тысячами и десятками тысяч часов, то 1 час по сравнению с налетом является величиной третьего-четвертого порядка малости. Это дает возможность определять вероятность отказа функциональной системы самолета за 1 час в виде производной от интегральной функции вероятности ее отказа. Форма типичной зависимости вероятности отказа за 1 час полета от налета часов для функциональных систем самолетов гражданской авиации (ФСС ГА) приведена на рис. 1. Характер зависимости рис. 1 трудно признать адекватным исходным данным.

Характер изменения вероятно

надежности агрегатов. Кроме того, отсутствует однозначность решения, т.к. одно и то же значение вероятности отказа за 1 час достигается при двух существенно различных величинах налетов часов. Отмеченное выше, а также ряд других подобных некорректностей определили в качестве первостепенной задачи анализ традиционного метода расчета надежности сложных систем и разработку альтернативного методологического подхода.

Некорректности сложившихся методов расчета надежности отмечены в монографии Орлова А.И. «Эконометрика» (2003 г), где отмечается, что «… по мнению ряда специалистов, из-за неграмотности разработчиков, государственные стандарты содержат многочисленные ошибки. Для анализа ситуации в 1985 г была организована рабочая группа по упорядочению системы стандартов по прикладной статистике и другим статистическим методам. Оказалось, что существенная часть стандартов по статистическим методам действительно содержала грубые ошибки. Некоторые из них действуют до сих пор. Затем, с целью исправления сложившегося положения, был организован Всесоюзный центр по статистическим методам и информатике. Центр работает в структуре МГТУ им. Н.Э. Баумана. В связи с обнаружением грубых ошибок, 24 из 31 Государственных стандартов по статистическим методам были отменены в 198687 годах….» Следует отметить, что в литературе с 1960 по 2009 гг. методологические подходы к расчету надежности остались неизменными. Не составляет исключение и отраслевой стандарт ОСТ 100132-84 Надежность изделий авиационной техники.

Вторым аспектом надежности авиационной техники, вызывающим тревогу в последние 10-15 лет, является эксплуатация в России стареющего отечественного авиационного парка и поступление из-за рубежа далеко не новой техники иностранного производства. В связи с этим, в диссертационной работе, в качестве второй актуальной задачи, рассматривается влияние на надежность сложных функциональных систем длительности эксплуатации самолетов.

Целью работы является анализ некорректностей традиционного метода расчета надежности сложных функциональных систем самолетов гражданской авиации и его совершенствование путем разработки альтернативного методологического подхода, а также исследование влияния длительности эксплуатации самолетов на надежность функциональных систем.

Основные задачи исследования:

1. Выполнить анализ методологического подхода, заложенного в традиционный метод расчета надежности сложных ФСС ГА авиации. Рассмотреть корректность использования в традиционных методиках математических моделей.

2. Разработать альтернативные математические модели для расчета надежности агрегатов и сложных ФСС ГА.

3. Разработать альтернативный метод расчета надежности сложных ФСС ГА при проектировании и эксплуатации.

4. Разработать обобщенный критерий оценки состояния функциональных систем в процессе длительной эксплуатации. Исследовать в обобщенном виде влияние длительности эксплуатации на надежность функциональных систем.

5. Рассмотреть возможности использования методологии риск-анализа в исследованиях надежности авиационной техники.

Объектом исследования являются функциональные системы самолетов гражданской авиации (ФССГА) и методы расчета их надежности.

Предмет исследования включает методологические подходы, положенные в основу разработки методов оценки надежности систем, процессы, обуславливающие изменение надежности систем при длительной наработке.

Научная новизна состоит в том, что впервые:

1 Поставлена и решена задача о правомерности традиционного подхода к решению задач оценки надежности сложных функциональных систем.

2. Показано, что построение экспоненциальной модели надежности выполнено с нарушениями ряда фундаментальных положений теории вероятностей, что при экспоненциальной модели интегральной функции вероятности отказа агрегатов ФССГА, их вероятность отказа на единицу времени (1 час полета) является убывающей функцией времени и неадекватно отражает деградационные процессы, происходящие в агрегатах в процессе работы.

3. Показана неправомерность использования условных вероятностей и условных плотностей вероятности для одной случайной величины и, как следствие, неправомерность получения экспоненциальной модели надежности агрегатов из представления интенсивности отказов в виде мгновенной условной плотности вероятности.

4. Показано, что решение задачи надежности сложных ФССГА с использованием интегральных функций вероятностей отказов агрегатов, приводит к неправомерному использованию теоремы умножения вероятностей, предусматривающей выполнение операций над вероятностями только дискретных событий (случаев).

5. Разработан методологический подход к решению задач расчета надежности сложных ФССГА, основанный на использовании дискретных значений вероятностей отказов агрегатов за произвольную единицу времени, которая, применительно к самолетам гражданской авиации, определена как 1 час полета, либо за продолжительность типового полета. Разработан метод расчета надежности ФССГА, обеспечивающий возможность оценки надежности, как при проектировании, так и при эксплуатации.

6. Показано, что прямое применение теоремы умножения вероятностей при использовании дискретных значений для ФССГА с различным типом резервирования, допустимо только применительно к системам с однозначным процессом развития отказа. Для систем с индивидуальным резервированием разработан альтернативный подход, учитывающий порядок (сценарий) развития отказов в системе.

7.Показана возможность существенного увеличения надежности ФССГА без увеличения числа агрегатов, за счет замены систем с общим резервированием на системы с последовательно соединенными блоками, имеющими индивидуальное резервирование

8. Решены частные задачи риск-анализа в постановке «затраты-прибыль». Показано, что в этой постановке, получаемые решения обеспечивают возможность анализа стратегических направлений развития техники.

9. Введена обобщенная оценка процесса «старения» функциональных систем. Показано, что системы самолетов гражданской авиации стареют не более чем на 60% вне зависимости от величины налета самолета. Показано, что реализуемый в эксплуатации процесс старения с позиций обеспечения надежности более благоприятен, чем процесс, задаваемый Разработчиком самолета.

Практическая значимость работы заключается в том, что:

1. Совершенствование методов расчета надежности систем обеспечивает Разработчиков, Эксплуатантов и Федеральные авиационные власти достоверной информацией о безотказности авиационной техники и ее соответствии требованиям НЛГС, что способствует повышению безопасности полетов.

2. Выполненные исследования процессов старения функциональных систем показывают, что при действующей системе технического обслуживания, нет оснований для снятия изношенных самолетов с эксплуатации по причине их недостаточной надежности.

3. Решение задач риск-анализа в координатах «затраты-прибыль» может служить практическим ориентиром для выбора эффективных направлений деятельности в развитии техники и обеспечении ее безопасности.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на НТС института Гражданской авиации Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М. Ф. Решетнева.2006-2010; на НТС Самарского государственного аэрокосмического университета имени С.П. Королева, Самара, 2009; на III Всероссийской конференции «Безопасность и живучесть технических систем» ИВМ СО РАН, Красноярск, 2009, на НТС кафедры Самолетостроения и эксплуатация авиационной техники Иркутского государственного технического университета, Иркутск, 2010; на НТС Сибирского научно-исследовательского института им. С.А. Чаплыгина, Новосибирск, 2010; на НТС ОАО ИСС 2010 г.

Основные результаты диссертационной работы, изложены в монографии «Надежность функциональных систем самолетов гражданской авиации» (Избранные труды Российской школы, – М.: РАН. 2009), опубликованной по итогам I Всероссийского конкурса молодых ученых, проведенного Межрегиональным советом по науке и технологиям в 2009 г, г. Миасс.

Материалы диссертации использованы в учебном пособии «Надежность функциональных систем самолетов гражданской авиации», СибГАУ, 2010 г.

Публикации. Результаты работы опубликованы в 30 научных работах, в том числе 1 монографии, в 23 статьях в журналах из перечня ВАК.

Структура и объем. Диссертационная работа состоит из введения, 5 разделов, заключения и списка литературы. Работа объемом 194 страницы машинописного текста содержит 66 рисунков, 20 таблиц, список литературы включает 155 наименований.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net