Глава 2

НАДЕЖНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

2.1. Основные определения надежности

Согласно ГОСТ 27.002 — 83 надежность—свойство объекта сохранять во времени в установлен­ных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функ­ции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования.

Под объектом эксплуатации подразумевается любое изделие или система, имеющие целевое наз­начение, например, летательный аппарат, двигатель, функциональная система или подсистема, агрегат, узел и т. д.

Объекты можно разделить на невосстанавливаемые и восстанавливаемые. Невосстанавливаемые объекты работают до первого отказа, а восстанавливаемые продолжают работать после устранения отказа и восстановления его свойств. На практике подобное деление во многом условно. Так, если рассматривать отказы, приводящие к досрочному снятию двигателя (ДСД) с самолета, то двига­тель считается невосстанавливаемым объектом; если же рассматривать отказы, устраняемые в эксплу­атации (ОУЭ), то двигатель относится к восстанавливаемым объектам.

Техническое состояние (ТС)—совокупность подверженных изменению в процессе производства, ремонта или эксплуатации свойств объекта, характеризуемая в определенный момент времени приз­наками, установленными нормативно-технической документацией.

Надежность—комплексное свойство, объединяющее работоспособность, безотказность, долговеч­ность, ресурс, исправность, правильное функционирование объекта и т. д.

Работоспособность—состояние объекта, при котором он способен выполнять заданные функции, сохраняя значения заданных параметров в пределах, установленных нормативно-технической доку­ментацией. Неработоспособность предполагает состояние, при котором хотя бы один параметр не соответствует требованиям нормативно-технической документации.

Безотказность—свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение определен­ного времени.

Долговечность—свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного сос­тояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта.

Предельное состояние—такое состояние объекта, при котором его дальнейшее применение по назначению недопустимо или нецелесообразно, либо восстановление его исправного или работоспо­собного состояния невозможно или нецелесообразно.

Назначенный ресурс—суммарная наработка объекта, при достижении которой применение объ­екта по назначению должно быть прекращено.

Исправность—состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям нормативно-технической или конструкторской документации. Неисправность—состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований нормативно-технической или конструкторской доку­ментации.

Правильное функционирование обычно рассматривается как работоспособность объекта на одном или нескольких режимах работы.

Несоблюдение требований нормативно-технической документации или непредусмотренные ею ус­ловия эксплуатации объекта, например, превышение внешних воздействий уровней, оговоренных нор­мативно-технической документацией, могут привести к появлению дефектов, отказов, неисправностей, повреждений и неправильному функционированию.

Дефект — это каждое отдельное несоответствие объекта требованиям нормативно-технической до­кументации.

Отказ—событие, заключающееся в нарушении работоспособности объекта. Отказы можно клас­сифицировать по следующим признакам.

По характеру возникновения отказы могут быть постепенными и внезапными.

Постепенные отказы характеризуются постепенным изменением одного или нескольких заданных параметров объекта. Они являются результатом действия на объект медленно развивающихся фи­зико-химических процессов механической и термической усталости, старения, износа, коррозии и т. д. Возникновение этих отказов зависит от наработки.

Внезапные отказы характеризуются скачкообразными изменениями одного или нескольких заданных параметров объекта. Эти отказы возникают неожиданно, без видимых признаков их приближения, вследствие действия случайных причин, например, в результате попадания посторонних предметов в проточную часть ГТД.

По легкости обнаружения отказы могут быть очевидными (явными) и скрытыми (неявными).

По связи с другими отказами различаются первичные отказы, т. е. отказы, возникшие по любым причинам, кроме действия других отказов, и вторичные отказы, т. е. отказы, возникшие в резуль­тате другого отказа, например, разрушение лопаток II ступени турбины как следствие разрушения лопаток I ступени.

Параметр потока отказов восстанавливаемых объектов аналогичен интенсивности отказов и оп­ределяется по формуле

••ю-5ЩГ ""-w-l/r. Статистическая вероятность безотказной работы может быть приближенно вычислена по формуле

P\t)» N(t)/N или Q'(t) = 1 - [N(t)/N] = \N/N.

С увеличением времени наработки t число неотказавших объектов N(t) стремится к нулю, по­этому вероятность безотказной работы (функция надежности) также будет стремиться к нулю. Число отказавших объектов \N будет стремиться достичь числа всех эксплуатирующихся объектов, поэ­тому вероятность Отказа (функция ненадежности) будет приближаться к единице.

В общем случае независимо от закона распределения вероятность безотказной работы

-\x(t)dl _t

Р(/)=е ° =exp[-\k(t)dt],

где е—натуральное число Эйлера.

Если A,(f) = А, = const, т. е. закон распределения экспоненциальный, то

Р(0 = ехр[ - Wt] = ехр( - t/n„).

При малых значениях t/T% (при высокой безотказности) эта вероятность для невосста на вли­ваемых объектов приближенно равна

P'(t)=l-(t/r_cp)=l-(\N/N).

Вероятность безотказной работы объекта, состоящего из / последовательно соединенных узлов, равна произведению вероятностей безотказности всех отдельных узлов

^р_{*с) - П Р/с) •}

1 = 1

Определение вероятности отказа каждого из узлов, влияющих на безотказность двигателя в целом, способствует правильной организации работ по повышению его надежности.