Создание методических разработок по определению характеристик надежности системы кондиционирования самолета ТУ-154
Создание методических разработок по определению характеристик надежности системы кондиционирования самолета ТУ-154
Дипломный проект
Скачать
Цитата:
Введение
1. Анализ эксплуатационной технологичности гидравлической системы самолета ТУ-154М
1.1 Показатели эксплуатационной технологичности и методы их нормирования
1.2 Оценка уровня эксплуатационной технологичности
1.3 Пути улучшения эксплуатационной технологичности
2. Требования руководящих документов к эксплуатационной технологичности
2.1 Классификация отказов и неисправностей
2.2. Классификация отказов от гидросистемы ВС
2.3 Требования к надежности и безотказности гидравлических систем
3. Разработка и установка датчиков встроенного контроля параметров в гидросистеме
3.1 Применение технического обслуживания с контролем параметров
3.2 Параметры технического состояния объектов и их изменения
3.3 Структура объекта и структурные параметры
3.4 Выбор параметров для контроля функциональных систем
3.5 Состав и функции датчиков контроля параметров
3.6 Основные принципы работы датчиков контроля параметров
4. Расчет характеристик систем встроенного контроля
4.1 Основные неисправности гидронасосов
4.2 Построение характеристики гидронасоса
4.3 Расчет надежности гидронасоса
5. Меры безопасности при техническом обслуживании и пожарная безопасность
5.1 Техническое обслуживание гидравлической системы
5.2 Охрана труда
5.3 Охрана окружающей среды
5.4 Пожарная безопасность
5.5 Техника безопасности при контроле
6. Экономическое обоснование
6.1 Сокращение времени на ТО при использовании датчиков контроля
6.2 Экономический эффект от использования датчиков контроля
6.3 Экономия элементов оборудования при обслуживании по состоянию
7. Сравнительный анализ доработанной гидравлической системы
Выводы
|
Цитата:
2.Требования руководящих документов к эксплуатационной
технологичности
2.1. Классификация отказов и неисправностей
Отказы и неисправности гидравлических систем, возникающие при эксплуатации ВС, могут быть подразделены в соответствии с рядом признаков, наиболее важными из которых являются причины возникновения, степень повторяемости, скорость развития во времени, степень влияния на выходные параметры системы, степень влияния на безопасность полета. На рис. 1 представлена классификация отказов гидросистемы ВС по перечисленным признакам.
По причине возникновения отказы могут быть подразделены на конструктивные, производственные и эксплуатационные. К конструктивным относятся отказы, связанные с ошибками при проектировании агрегатов гидросистемы или неправильным заданием условий их эксплуатации.
Большинство таких отказов проявляется на стадии стендовой отработки агрегатов и устраняется путем конструктивных доработок до начала серийного производства. Если в процессе проектирования агрегатов были неверно определены условия их работы на ВС. то отказы начинают проявляться в эксплуатации но всех агрегатах или их значительной части. В этом случае фактические внешние воздействия (вибрация, температура забросы давления и т. д.) превышают заданные при проектировании и могут иметь наибольшее влияние на агрегаты с наихудшими сочетаниями допусков.
2.2. Классификация отказов от гидросистемы ВС
Случайность таких отказов заключается в том, что они могут возникать только но агрегатах со случайным худшим сочетанием допусков либо при случайном сочетании внешних воздействий превышающих допустимые по техническому заданию уровни. Такие отказы часто называют «псевдовнезапными».
К производственным относят отказы, связанные с несовершенством или с нарушением технологии производства агрегатов. В этом случае интенсивность отказов агрегатов одного и того же типа может быть разная в зависимости от завода-изготовителя или партии допущенных изделий. Эксплуатационные отказы возникают вследствие нарушений правил эксплуатации и технологии выполнения регламента технического обслуживания или возникновения нерасчетных ситуаций, например грудой посадки самолета. Иногда причиной эксплуатационных отказов является несовершенно действующего регламента технического обслуживания гидросистемы ВС или технологии его выполнения, о также несовершенство технологии выполнения ремонта агрегатов, отработавших межремонтный срок службы или ресурс до первого ремонта. В этих случаях для устранения отказов требуется изменение регламента или технологии его выполнения, о также технологии выполнения ремонтных работ
По степени повторяемости отказы гидросистемы подразделяются на единичные и повторяющиеся. При наличии повторяющихся отказов необходимо определить причину их возникновения и принять меры по их устранению.
Потеря работоспособности гидросистемы или ее отдельных подсистем может произойти как вследствие выхода за пределы технических условий ее выходных параметров, так и вследствие нарушения функционирования ее агрегатов и элементов
из-за разрушения шлангов или трубопроводов, заклинивания золотниковых распределителей, разрушения штоков гидроцилиндров, обрыва электрических цепей электромагнитных кранов и т. д. В соответствии с этим различают параметрические и функциональные отказы гидросистемы или ее отдельных агрегатов. Функциональные отказы могут приводить к полной или частичной потере работоспособности системы.
В процессе эксплуатации в элементах гидравлических агрегатов происходят обратимые и необратимые изменения. Обратимые изменения возникают при действии эксплуатационных факторов и исчезают после прекращения их действия Необратимые изменения, обязанные с накоплением повреждений в конструктивных элементах агрегатов, сохраняются и после прекращения действия эксплуатационных нагрузок. По скорости разбития неисправности во времени отказы агрегатов гидросистемы подразделяются на постепенные и внезапные. Постепенные параметрические отказы являются следствием необратимых изменений, происходящих в элементах агрегатов постепенного изнашивания, старения. Отказы электромагнитных кранов из-за выхода из строя электрической части составляют незначительную долю всех отказов (не более 2%) и являются следствием попадания влаги в электрическую полость агрегата и действия виброперегрузок. Они носят случайный характер не поддаются прогнозированию, но могут привести к серьезным последствиям так как в ряде случаев это разновидность активных отказов. Типовое распределение отказов по агрегатам для гидросистемы современного самолета показано соответственно на рис. 3. Из анализа приведенной на рис. 3 диаграммы отказов гидросистемы тяжелого транспортного самолета с несколькими независимыми гидросистемами видно, что до 40% всех отказов приходится на долю агрегатов распределительной и регулирующей аппаратуры, которые носят в большинстве случаев внезапный, а иногда и перемежающийся характер. Они часто приводят к
ухудшению характеристик функциональных подсистем гидросистемы самолета, а иногда и к полному их отказу. Значительную часть составляют отказы шлангов и трубопроводов (до 34%). В большинстве случаев отказы шлангов и трубопроводов приводят к внешней негерметичности, потере рабочей жидкости, предпосылкам к летным происшествиям и длительным простоям самолетов, снижая тем самым эффективность эксплуатации Отказы гидронасосов составляют в зависимости от типа самолета 58% от общего числа и являются в большинстве случаев следствием кавитационного разрушения качающего узла насоса из-за его роботы при недостаточном давлении во всасывающей магистрали, из-за отказов в системе наддува гидробака или температурного перегрева насоса из-за засорения дросселя минимального расхода. Имеют место также случаи среза приводного валика, негерметичность его уплотнений и некоторые другие виды отказов.
2.3. Требования к надежности и безотказности гидравлических систем
Гидравлические системы ВС, входящие в категорию «существенных» функциональных систем, должны полностью отвечать изложенным выше требованиям по надежности и безотказности с учетом влияния последствий отказов но безопасности полета. Это достигается соответствующим выбором схемного построения гидросистемы, конструктивным решением и производственным исполнением входящих в нее агрегатов и комплектующих изделий. В целом гидравлическая система должна быть сконструирована таким образом, чтобы в ожидаемых условиях эксплуатации обеспечивалось надежное питание исполнительных силовых гидроприводов, входящих в другие системы ВС, на всех режимах работы.
Мощность источников давления гидросистемы должна быть достаточной для обеспечения работоспособности систем-потребителей при наиболее неблагоприятном
возможном сочетании их одновременной работы и соответствующем противодействии внешних нагрузок, на протяжении любых минимально заданных отрезков времени. Если функционирование исполнительных гидромеханизмов систем-потребителей частично обеспечивается гидравлическими аккумуляторами, их энергоёмкость должна быть достаточной для выполнения потребного числа рабочих циклов (операций) с необходимыми интервалами времени между ними.
Надежность питания исполнительных силовых приводов обеспечивается за счет выполнения гидравлической системы ВС по принципу резервирования. Кратность резервирования гидросистемы и ее отдельных подсистем определяется требованиями, предъявляемыми к надежности роботы ее потребителей с учетом широкофюзеляжных пассажирских самолетов любой отказ в гидросистеме не должен приводить к ситуации более серьезной, чем усложнение условий полета. Если необходимо, чтобы какие-либо системы-потребители продолжали работать после отказа какого-либо источника гидропитания, должны быть приняты меры к обеспечению достаточного питания этих систем от оставшихся источников питания, причем такое питание не должно расходоваться, но приведение в действие второстепенных систем влияния отказов на безопасность полетов.
Для защиты агрегатов гидросистемы от отказов и неисправностей вследствие загрязненности рабочей жидкости в гидросистеме устанавливаются фильтры очистки требуемой ёмкости, рассчитанные на номинальный расход жидкости при различных режимах работы системы.
Гидравлические системы должны иметь устройства, которые могли бы ограничивать максимально достижимое давление в системе при различных режимах ее работы, в том
числе при переходных процессах, при объемном тепловом расширении жидкости или газа при отказе любого из элементов гидросистемы, а также в процессе ее проверки. Обычно максимально допустимое давление в системе соответствует давлению опрессовки ее элементов. Это требование выполняется благодаря наличию одного или нескольких разгрузочных перепускных клапанов.
Гидравлическая система и ее агрегаты не должны вызывать или увеличивать опасность пожара или взрыва на ВС и должны удовлетворять применимым к ним требованиям пожарной безопасности.
Желательно, чтобы в гидравлической системе использовались жидкости низкой воспламеняемости. Гидравлическая система, в которой используется воспламеняемая жидкость, должна быть отделена или защищена от потенциальных источников воспламенения так, чтобы опасность пожара вследствие утечки жидкости из системы или вследствие ее разрушения была уменьшена до приемлемого уровня.
Агрегаты и элементы гидравлической системы должны выдерживать эксплуатационные нагрузки и повышение давления, ограниченного предохранительными устройствами в пределах расчетных допусков не обнаруживая при этом трещин или разрывов, утечек или остаточных деформаций. Эти требования обеспечиваются путем проведения соответствующих испытаний агрегатов, соединительной арматуры и трубопроводов гидросистем на герметичность и прочность.
В настоящее время разработаны общие требования к обеспечению эксплуатационной технологичности конструкций вновь создаваемых типов летательных аппаратов, которые включают требуемые значения показателей эксплуатационной технологичности, требования к конструкции по приспособленности к прогрессивным методам выполнения технического
обслуживания и ремонта; требования к конструкции в части выполнения смазочных, контрольно-крепежных, контрольно-регулировочных, заправочных и других видов операций, а также требования к конструктивному выполнению и размещению на летательном аппарате отдельных систем, узлов, их унификации и стандартизации.
3.Разработка и установка датчиков контроля параметров в
гидросистеме
3.1. Применение технического обслуживания с контролем параметров
Усложнение конструкции систем и изделий самолетов привело к увеличению разнообразия входящих в них узлов (блоков) по характеру используемых физико-химических процессов, характеру и степени нагрузок и, как следствие, к различным уровням их надежности. Поэтому оптимальных сроков выполнения технического обслуживания и ремонта для сложного объекта в целом практически не существует. Выполнение заранее назначенного объема профилактических работ в установленные сроки для большинства съемных изделий не уменьшает вероятности возникновения отказов, а для некоторого оборудования, например, радиоэлектронного, увеличивает поток послеремонтных отказов.
Интенсивность расходования фактического ресурса (интенсивность старения, изнашивание) объекта носит случайный характер и меняется в широких пределах в зависимости от условий эксплуатации климатических условий, режимов работы, продолжительности рейсов, организации и качества технического обслуживания и ремонта, условий хранения и транспортирования. Современный уровень и перспективы развития средств технического диагностирования, дефектоскопии и автоматизированного контроля открывают реальные возможности применения стратегии обслуживания и ремонта систем и изделий самолетов по состоянию с контролем параметров.
Стратегия обслуживания и ремонта с контролем параметров представляет собой совокупность правил по определению режимов и регламента диагностирования изделий и
принятию решений о необходимости их обслуживания, замены или ремонта на основе информации о фактическом техническом состоянии. При данной стратегии обслуживания и ремонта изделия и системы самолета эксплуатируются (используются) до предотказового состояния.
Для выявления предотказового состояния изделий может использоваться принцип назначения упреждающих допусков на диагностические параметры. При этом под упреждающим допуском понимают совокупность значений параметров, заключенных между предельным и предотказовым уровнями параметра.. Выход параметра за предельный уровень означает отказ, а достижение предотказового уровня необходимость выполнения профилактически работ или замены изделия.
Режим диагностирования представляет собой совокупность, определяющую состав диагностических параметров, периодичность их проверки и упреждающие допуски на параметре. Режим диагностирования предусматривает установление количественных связей между значениями упреждающих допусков на диагностические параметры изделия и периодичностью контроля его технического состояния.
Регламент диагностирования - единый документ, директивно утверждающий режим технического диагностирования. Получение исходной информации о техническом состоянии изделия производится путем измерения его функциональных и диагностических параметров. Проводятся следующие измерения с определенной периодичностью в полете и при выполнении различных форм технического обслуживания, на борту самолета и со снятием оборудования с самолета, по штатным приборам, средствами автоматизированного контроля, средствами технического диагностирования и неразрушающего контроля, с регистрацией в бортовых журналах и на ленты бортовых и наземных регистраторов.
Существенное значение с точки зрения управления техническим состояние имеет техническое диагностирование изделий на земле и, в частности, при оперативном контроле, проводимом при подготовке авиационной техники к полетам.
Оперативный контроль технического состояния должен обеспечивать сигнализацию о наличии отказа; сигнализацию о работоспособном состоянии; сигнализацию о необходимости проведения предупредительных работ для обеспечения экстремума выбранного критерия качества; краткосрочное прогнозирование работоспособности на заданный интервал времени в случае сигнализации о необходимости проведения предупредительных работ; поиск съемного функционального элемента подлежащего замене; оценку технического состояния изделий.
Степень применения технического диагностирования определяет глубину и качество определения технического состояния изделий, а значит правильность и эффективность принимаемых решений и самой стратегии. Традиционный и наиболее распространенный подход к определению технического состояния состоит в том, что выбирается некоторая совокупность параметров, проводятся измерения, результаты которых сравниваются с заданными границами области работоспособности. При выполнении условий принадлежности каждого из параметров заданной для него области принимается решение о работоспособности изделия. Если хотя бы для одного из параметров это условие не соблюдается, то объект признается неработоспособным.
При внешней простоте такого подхода его реализация наталкивается на ряд существенных трудностей. Это относится, прежде всего, к выбору совокупности параметров и определению областей работоспособности для каждого из выбранных параметров. Значительные трудности возникают и при аппаратурной реализации данной стратегии, обусловленные необходимостью применения большого числа разнородных
первичных преобразователей и коммутаторов. Характерная особенность рассматриваемой стратегии обслуживания и ремонта - отсутствие межремонтных ресурсов изделий. Решение о продолжении эксплуатации до следующей проверки или о необходимости замены (регулировки) изделия принимается по результатам непрерывного или периодического контроля параметров, определяющие техническое состояние.
Необходимые условия для применения стратегии технического обслуживания и ремонта по состоянию с контролем параметров вытекает из требований обеспечения безопасности полетов, регулярных отправлений и экономичности эксплуатации. Безопасность полетов достигается в результате обеспечения: заданного уровня безотказности конструкций повышенной живучести, оценки и прогнозирования уровня работоспособности при эксплуатации; обнаружения отказов и неисправностей на ранних стадиях их развития за счет обеспечения потребного уровня контролепригодности, индикации отказов и предотказовых состояний, использования методов и средств технического диагностирования.
Регулярность отправлений достигается за счет: быстрого обнаружения возникших отказов и неисправностей; обеспечения потребных уровней эксплуатационной технологичности (контролепригодности, доступности, легкосъемности взаимозаменяемости), позволяющих оперативно восстановить работоспособность системы или изделия.
Экономическая эффективность эксплуатации достигается выбором оптимальной стратегии технического обслуживания и ремонта обеспечивающей экстремальные значения целевой функции при заданном уровне надежности функциональных систем и изделий.
Область применения стратегии обслуживания и ремонта с контролем параметров целесообразно ограничить системами и изделиями, которые по соображениям безопасности полета не могут быть допущены к эксплуатации до отказа., а по экономическим соображениям – эксплуатации до выработки установленного межремонтного ресурса, прежде всего, это дорогостоящие системы и изделия с высокой функциональной значимостью, имеющие недостаточную степень резервирования и, вместе с тем, обладающие высоким уровнем эксплуатационной технологичности и контролепригодности.
3.2. Параметры технического состояния объектов и их изменения
Определение технического состояния авиационной техники - одна из наиболее сложных задач в области технической эксплуатации ЛА. Как правило, наиболее трудоемкая часть работы ИТП авиапредприятий гражданской авиации заключается в выполнении работ по проверке исправности работоспособности, правильности функционирования объектов, а также поиску возникающих в них неисправностей. Например, наибольшая часть времени простоя при устранении отказов приходится на выявление (поиск) неисправного элемента в отказавшей системе. Это является следствием того, что с настоящего времени при проектировании ЛА не производится глубокой проработки вопрос об организации эффективных процедур определения ее технического состояния. В связи с чем при эксплуатации ЛА часто приходится пользоваться интуитивными методами и ручными способами определения технического состояния.
Применение таких методов в условиях непрерывного усложнения конструкций ЛА и повышения интенсивности их использования не может гарантировать получение объективной информации о фактическом техническом состоянии объектов. Успешное решение этой задачи может быть получено только на основе применения современных научных методов технической диагностики, представляющей собой отрасль знаний, которая исследует техническое состояние объектов диагностирования и проявления технических состояний, разрабатывает методы их определения, а также принципы построения и
организации системы диагностирования.
Техническое состояние - совокупность подверженных изменению в процессе производства или эксплуатации свойств объекта характеризуемая в определенный момент времени признаками, установленными технической документацией на этот объект. Признаками технического состояния могут быть качественные и (или) количественные характеристики его свойств. Фактические значения этих характеристик определяют техническое состояние объекта..
Следует различать понятия «техническое состояние» и «вид технического состояния». Совокупность технических состояний, удовлетворяющих (не удовлетворяющих) требованиям, определяющим исправность, работоспособность или правильное функционирование объекта образует соответствующие виды технических состояний объекта. Для определения их вида необходимо знать техническое состояние, определяемое путем диагностирования, и требования, определяющие исправность, работоспособность, правильность функционирования объекта, например, в форме задания в технической документации номенклатуры и допустимых значений количественных и качественных характеристик свойств объекта.
При одном и том же объективно существующем техническом состоянии объект может быть работоспособным для одних условий и неработоспособным для других. Так, авиационный двигатель после наступления неработоспособного состояния на самолете может оказаться работоспособным в качестве источника механической энергии в установках различного назначения на земле.
3.3. Структура объекта и структурные параметры
Предметом исследования в технической диагностике являются реальные технические
системы (объекты диагностирования). Исследование объектов диагностирования охватывает два аспекта: изучение свойств и характеристик реальных физических объектов; методы построения их математических моделей.
Первый аспект связан с решением задач изучения нормального функционирования объекта, выделения элементов системы и связей между ними, т.е. структуры системы; выделения возможных состояний системы, т. е. возможных комбинаций отказов элементов; анализа технических возможностей контроля признаков, характеризующих состояние системы; сбора и обработки статистических данных, позволяющих определить распределение вероятностей возможных состояний системы, закономерности проявления отказов ее отдельных элементов, затраты, связанные с диагностированием. Все эти задачи предполагают для своего решения эмпирическое исследование конкретных технологических систем и процедур их диагностирования.
Второй аспект связан с построением математических моделей объектов. Теоретический анализ всегда предполагает определенную идеализацию, при которой выделяют некоторые существенные (для технического диагностирования) черты реальных объектов и отбрасывают второстепенные, т.е. реальная техническая система заменяется некоторой моделью. Это модель должна быть достаточно абстрактной, чтобы можно было применять для анализа целого класса технических систем. В то же время она должна учитывать все существенные особенности конкретных систем и способов поиска в них отказавших элементов. Замена реальных систем соответствующими моделями позволяет широко использовать формальный аппарат современной математики (теорию вероятностей, математическую логику, динамическое программирование и др.) для решения задач технической диагностики.
Объект технического диагностирования, будь то двигатель, гидравлическая система
или система управления самолетом, обладает определенной структурой т. е. упорядоченной совокупностью комплексов совместно работающих элементов (деталей), образующих строение конструкции объекта обеспечивающее выполнение им заданных функций.
Структура объекта характеризуется взаимным расположением, формой и размерами взаимодействующих деталей (макроструктура), характером сопряжений, чистотой поверхности (микроструктура) и другими характеристиками. Структура объекта в целом предопределяет заложенную в него при проектировании и производстве совокупность определенных технико-эксплуатационных свойств, определяющие степень приспособленности объекта к выполнению заданных функций в определенных эксплуатационных условиях.
Структура объекта характеризуется количественными параметрами, которые называются структурными. Объект, поступая в эксплуатацию, обладает определенной структурой и совокупностью технико-эксплуатационных свойств, зависящих от структуры. Численные значения структурных параметров при этом соответствуют установленным по чертежам и техническим условиям. Такие значения параметров называются начальными или номинальными.
Учитывая изменение структуры объекта, можно говорить о техническом состоянии объекта в каждый данный момент времени, характеризуемом определенной совокупностью конкретных значений структурных параметров деталей и узлов. Изменение структурных параметров объекта отражается на совокупности его технико-эксплуатационных свойств. Изменение структурных параметров имеет вполне определенные закономерности, которые не изучены в полном объеме. Эти изменения, постоянно накапливаясь, могут достигнуть такого количественного предела, при котором наступают скачкообразные изменения.
|
|
