книги из ГПНТБ / Крауз С.В. Основы технической эксплуатации авиационного оборудования I. Элементы теории надежности оборудования летательных аппаратов. II. Средства и методы контроля и подготовки авиационного оборудования

С. В. КРАУЗ, А. В. ЗАХАРОВ, Е. А. МЕЛКОБРОДОВ

О С Н О' в ы ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ

АВИАЦИОННОГО

ОБОРУДОВАНИЯ

I

ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ НАДЕЖНОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

II

СРЕДСТВА И МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ И ПОДГОТОВКИ АВИАЦИОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Под редакцией И. М. СИНДЕЕВА

1961

ЧАСТЬ ПЕРВАЯ

ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ НАДЕЖНОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

Г л а в а I

ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ НАДЕЖНОСТЬ И ЕЕ КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА

ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ НАДЕЖНОСТЬ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ПОНЯТИЯ

от совершенства и качества работы всего комплекса авиационной техники. Развитию авиации и самолетостроения в значительной степени способствует научно обоснованная эксплуатационная оцен­ ка существующих образцов авиационной техники, полученная в ре­ зультате совместных усилий летного состава, инженеров авиацион­ ных частей, ученых и конструкторов авиационной промышленности.

Эксплуатационная оценка авиационной техники есть объек­ тивное заключение о степени ее соответствия требованиям эксплуа­ тации и боевого применения, основанное на научном анализе и на обобщении опыта эксплуатации авиационных частей.

Критериями эксплуатационной оценки являются математически выраженные признаки соответствия фактических значений парамет­ ров рассматриваемой авиационной техники, характеризующих ее главные эксплуатационные качества, идеальным или установлен­ ным номинальным значениям.

Главным показателем эксплуатационной оценки авиационной техники является ее эксплуатационная надежность.

Долгое время надежность была чисто качественным, не под­ дающимся количественному расчету параметром авиационной и другой техники. При оценке надежности сильно преобладал субъек­ тивный фактор. Лишь совсем недавно стало общепризнанным, что надежность, наряду с другими техническими параметрами, может быть подвергнута количественной оценке. Этому вопросу и посвя­ щена «теория надежности».

Предметом теории надежности является разработка методов количественной оценки надежности, выяснение количественных кри­

3

териев надежности и определение путей повышения надежности техники.

Эксплуатационная надежность характеризуется способностью авиационной техники безотказно работать в течение установленно­ го интервала времени в определенных условиях ее эксплуатации. Под безотказной работой понимается нормальное выполнение авиа­ ционной техникой всех установленных для нее функций при сохра­ нении значений ее параметров в определенных установленных пределах.

«Отказом» называется событие, влекущее за собой утрату спо­ собности объекта выполнять свои рабочие функции.

Переход из работоспособного состояния в неработоспособное может протекать путем постепенного развития дефектов или мед­ ленного изменения параметров объекта; в результате этого отклоне­ ния в состоянии объекта могут выйти за пределы допустимых зна­ чений, что равносильно отказу. Появление отказа может также произойти внезапно: в результате перехода постепенного количе­ ственного изменения в развитии того или иного дефекта в скачко­ образное качественное изменение, когда объект внезапно утрачи­ вает способность нормально выполнять свои функции.

В процессе эксплуатации объекта или систем могут возникать повреждения или неисправности, не сопровождающиеся отказом в работе. Однако наличие неисправности и повреждения может спо­ собствовать возникновению отказа в дальнейшем.

В ВВС выявленной неисправностью авиационной техники при­ нято называть такие повреждения, недостатки или отклонения параметров от норм, которые выявляются на земле при осмотрах и проверках состояния авиационной техники и, следовательно, не влекут.за собой каких-либо последствий.

Отказом авиационной техники с последствиями принято имено­ вать такое повреждение или нарушение в работе авиационной тех­ ники, которое проявляется в полете или которое влечет за собой задержку вылета и отстранение самолетов от полетов.

Эксплуатационная надежность авиационной техники характе­ ризуется прочностью и стойкостью их конструкции и материалов, из которых они изготовлены.

Под прочностью элемента конструкции или объекту авиацион­ ной техники понимается его способность выдерживать без повреж­ дений и других необратимых изменений воздействия различных фи­ зических факторов, возникающих в эксплуатации при обслужи­ вании, хранении и транспортировке, и при этом сохранять способ­ ность выполнения всех своих рабочих функций и в дальнейшем.

Термин прочность применяется главным образом для харак­ теристики способности материалов и элементов конструкции со­ противляться разрушению и образованию остаточных деформаций от действия механических и электрических напряжений. Для опре­ деления способности материалов и элементов конструкции противо­ стоять появлению необратимых изменений вследствие разного ро­ да химических и температурных воздействий применяется термин

4

«упорность», например жароупорность, огнеупорность, кислото­ упорность и т. д.

Под стойкостью или устойчивостью объекта авиационной тех­ ники понимается его способность безотказно и непрерывно выпол­ нять свои функции и сохранять свои параметры без каких-либо вре­ менных изменений и отклонений как в условиях воздействия физи­ ческих факторов, так и после прекращения их действия.

Таким образом, потеря прочности объекта проявляется в виде повреждения и полной утраты работоспособности вследствие воз­ действия того или иного физического фактора, не восстанавливаю­ щейся и после прекращения его воздействия, а недостаточная стой­ кость объекта характеризуется появлением временных нарушений работоспособности в период действия физического фактора и исче­ зающих при прекращении его воздействия.

Живучестью объекта или системы авиационной техники назы­ вается ее способность выполнять свои функции и безотказно про­ должать работу при получении в процессе эксплуатации и боевого применения отдельными элементами или звеньями данной системы повреждений или при постепенном возникновении нарушения их работы.

Под боевой живучестью авиационной техники понимается ее способность к продолжению своей работы при получении боевых повреждений, следовательно, термин «боевая живучесть» может рассматриваться как частное определение общего понятия «живу­ честь».

КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НАДЕЖНОСТИ

Для решения эксплуатационно-технических задач, к числу ко­ торых относятся:

—разработка технических норм по надежности объектов и си­ стем авиационной техники;

—определение обоснованной величины гарантийных сроков службы и технического ресурса авиационной техники;

—планирование отхода авиационной техники в ремонт;

—разработка мероприятий по предупреждению отказов и не­ исправностей;

—определение ассортимента одиночных и групповых комплек­

тов, а также расчет количества запасных частей, необходимых для постоянного сохранения оборудования в исправном состоянии,— необходимо располагать количественными характеристиками на­ дежности различных объектов авиационной техники.

Н а д е ж н о с т ь . Количественной мерой надежности является вероятность безотказной работы элемента, объекта или системы в целом в течение определенного интервала времени. Противополож­ ное понятие — «ненадежность» есть вероятность отказа в работе

рассматриваемого элемента, объекта или системы в течение этого же времени.

Если через m(t) обозначить число событий безотказной работы исследуемых объектов за время от 0 до t, а через n(t) обозначить число событий появления отказа в работе этих объектов в течение

'5

того же интервала времени, то ненадежность q этих ооъектов может быть представлена в виде следующего выражения:

Следовательно, надежность объекта в любой момент времени определяется количеством исправных к данному времени объектов, отнесенных к первоначально взятому для исследования количеству объектов.

Очевидно, что с течением времени общее количество отказов n(t) в исследуемых объектах постепенно увеличивается и, следова­ тельно, n(t), а согласно (1.1) и ненадежность q(t) являются мо­

нотонно нарастающими величинами.

Таким образом, кривая q(t) (фиг. 1.1) изображает собой инте­ гральную функцию распределения случайной величины t — време­ ни безотказной работы объектов.

Фиг . 1.1. Характеристики надежности p(t) и ненадежности q(t).

Подставляя в равенство (1.3) значение in(t) из (1:2), получим

а отсюда следует, что надежность p(t) является монотонно убы­ вающей величиной.

Вследствие того, что общее число объектов N, участвующих в испытаниях, рассматривается как величина постоянная и не зави­ сящая от времени, кривые q(t) и p(t) (фиг. 1.1), взятые в масшта­

или, что одно и то же, скорость убывания надежности определяется так называемой частотой отказов:

Таким образом, частота отказов является плотностью вероят­ ности времени безотказной работы или, что то же, времени появле­ ния отказов, а кривая f(t) (фиг. 1.2), изображающая эту зависи­ мость, является кривой распределения плотности вероятности.

Кривая частоты появления отказов в зависимости от времени является наиболее универсальной и вместе с тем наиболее нагляд­ ной характеристикой, позволяющей выяснять вероятные причины изменения надежности объектов техники и принимать меры для повышения надежности этих объектов.

Для получения экспериментальных данных по надежности однородных объектов авиационного оборудования производится испытание большого числа их на длительную работу. При прове­ дении испытаний тщательно фиксируются моменты отказа каждо­ го из испытываемых объектов. На основании экспериментальных данных строится кривая распределения частоты появления отказов в работе как функция времени наработки.

7

По оси абсцисс откладывается время от начала испытания, а по оси ординат — число отказов в работе, приходящееся на единицу времени и отнесенное к первоначальному числу испытываемых объектов.

Ординаты кривой f(t) определяются по формуле

а N — общее число первоначально взятых объектов. Построенная таким способом кривая для многих видов обору­

дования имеет форму, типичную для классического распределения

'отказов испытываемых объектов. Этот участок кривой иллюстри­ рует появление отказов, в основном происходящих по производ­ ственным причинам. В начальный период эксплуатации обычно отказывают малонадежные элементы со скрытыми браком и де­ фектами за счет плохой пайки, контровки, регулировки и т. д. Осо­ бенно этот эффект бывает сильно выражен у объектов, содержащих большое количество мелких электрических деталей: сопротивлений, радиоламп, конденсаторов, мелких реле и т. д. Время, соответ­ ствующее начальному участку рассматриваемой кривой, называют периодом приработки (I).

Второй участок кривой отличается равномерной плотностью вероятности времени появления отказов, имеющих главным обра­ зом случайный характер и называется периодом эксплуатации (II). Частота появления отказов в течение этого периода является наи­ более низкой.

Последний участок кривой в основном подчинен нормальному закону распределения и соответствует значительному повышению частоты появления отказов, которая затем, с уменьшением числа исправных объектов, падает и, когда не остается ни одного рабо­ тающего объекта, становится равной нулю. Этот участок кривой обусловлен появлением отказов, происходящих главным образом вследствие старения материалов и естественного износа. Время,. соответствующее( конечному участку кривой, называют Периодом

к этому времени исправных объектов m(t).

Данные о количестве отказов аппаратуры в течение одного ча­ са работы, использованные для построения кривой частоты отказов,

8