2. Мониторинг эксплуатации и поддержание летной годности

В соответствии с требованиями АП-25 (МОС 25.571) при серти­фикации типа самолета разработчик обязан продемонстрировать наличие эффективной системы сбора и анализа данных о факти­ческих условиях эксплуатации и техническом состоянии самолетов парка, а также наличие соответствующих указаний в ЭТД.

Мониторинг условий эксплуатации и нагруженности

(методы, средства и система)

Необходимость мониторинга условий эксплуатации обусловлена в первую очередь тем, что ими во многом определяются нагруженность и интенсивность расходования ресурса конструкции. Спрогнозиро­ванная при установлении ресурса типовая нагруженность должна быть подтверждена или скорректирована на основании исследования фактически реализуемых условий эксплуатации.

«Условия эксплуатации» - общепринятый термин, однако его содержание в зависимости от контекста употребления варьируется в довольно широких пределах. Поэтому уточним, что в рамках данной работы под условиями эксплуатации подразумеваются все изменя­ющиеся от полета к полету, от экземпляра к экземпляру, от эксплуа­танта к эксплуатанту факторы, влияющие в той или иной степени на нагруженность конструкции.

К их числу, в основном, относятся:

1. Профили выполняемых полетов, т.е. совокупность составляю­щих полет в целом режимов, каждый из которых характеризуется весовыми параметрами (вес самолета, вес топлива и его распреде­ление по бакам, вес коммерческой нагрузки и его распределение по фюзеляжу), высотой, режимом работы двигателя, скоростью, конфи­гурацией (положение органов механизации крыла), центровкой, про­должительностью, величиной наддува фюзеляжа и т.д.

Эти параметры полета определяют в первую очередь действую­щие на различные агрегаты самолета нагрузки функционирования (нагрузки, величины которых однозначно определяются параметрами полета), а также реакцию самолета (в виде динамических случайных нагрузок) на воздействие турбулентности атмосферы и неровностей аэродромов и отчасти уровень этого воздействия (с увеличением высоты полета интенсивность турбулентности уменьшается).

2. Географическое положение аэродрома базирования и трасс выполняемых полетов, определяющее характер и интенсивность тур­булентности в зависимости от климатических зон и подстилающей поверхности, а также условия и особенности выполнения взлетов и посадок.

3. Характеристики ровности аэродромов эксплуатации, определяю­щие уровень динамического воздействия на конструкцию в процессе выполнения наземных режимов, частота использования различных аэродромов, а также особенности выполнения наземных режимов (количество и характер буксировок, схемы выруливания и зарулива- ния и т.д.).

4. Зависящая от «школы» и уровня подготовки манера пилотиро­вания, оказывающая влияние на интенсивность маневрирования и соответственно на повторяемость маневренных перегрузок и углов отклонения органов управления.

Конечно, для нагруженности различных агрегатов самолета сущес­твенны различные эксплуатационные факторы.

Отметим, что часто фигурирующая в качестве параметра условий эксплуатации повторяемость перегрузок в центре тяжести по сути таковым не является, так как лишь отражает реакцию самолета на те или иные условия эксплуатации.

На повторяемость перегрузок оказывают влияние большинство параметров полета (высота, скорость, конфигурация, вес самолета и т.д.). При этом ряд эксплуатационных факторов (таких как различные климатические зоны и рельеф подстилающей поверхности, манера пилотирования и др.) могут быть оценены только по повторяемости обусловленных ими перегрузок.

«Интегрируя» воздействие на конструкцию многих эксплуатаци­онных факторов, повторяемость перегрузок в значительной степени определяет динамическую случайную составляющую спектра нагру­жения основных агрегатов планера.

Конечно, для нагруженности различных агрегатов самолета сущес­твенны различные эксплуатационные факторы.

Благодаря пониманию того, что помимо усталостных свойств материалов и конструкции ресурс самолета зависит от условий его эксплуатации, работы по исследованию условий эксплуатации и их влиянию на нагруженность и расходование ресурса авиационных конструкций стали в 60-е годы одним из активно развивающихся направлений развития отечественной авиационной науки.

Разнообразные методы исследования условий эксплуатации и их влияния на нагруженность и расходование ресурса можно условно разделить на экспериментальные и расчетные (рис. 2.28).

Н

ИЗМЕРЕНИЯ И АНАЛИЗ РОВНОСТЕЙ ПОКРЫТИЙ АЭРОДРОМОВ

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ	к	mftojtkt ктттрпттст к
1	N1	ITIIL 1 иДШ iVUn I ГUJЛ>1 О ЭКСПЛУАТАЦИИ

РАСЧЕТНЫЕ

АВТОМАТИЧЕСКИЙ СЧЕТЧИК НАГРУЖЕН­НОСТИ (АСН)

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ

КОСВЕННЫЕ

СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЛЕТНЫЕ ИСПЫТАНИЯ В ШИРО- КОМ ДИАПАЗОНЕ УСЛО- ВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ САМОЛЕТА

НА БАЗЕ СТАТИСТИЧЕС­КИХ ДАННЫХ КЗ-63 И ПОЛЕТНЫХ ЗАДАНИЙ

СБОР И АНАЛИЗ ДАННЫХ О ПАРАМЕТРАХ ВЫПОЛНЯЕМЫХ ПОЛЕТОВ

МОДЕЛЬ

ТУРБУЛЕНТНОЙ

АТМОСФЕРЫ

ДАТЧИКИ НАКОПЛЕ- НИЯ УСТАЛОСТНЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ (ДНУП)

НА БАЗЕ ДАННЫХ МСРП (БЕЗ ВОССТАНОВЛЕНИЯ НАГРУЗОК) И СТАТИ- СТИКИ ПАРАМЕТРОВ

МАССОВЫЕ ИССЛЕДО- ВАНИЯ ПОВТОРЯЕМО- СТЕЙ ПЕРЕГРУЗОК

МОДЕЛЬ

НЕРОВНОСТЕЙ

АЭРОДРОМОВ

БОРТОВОЙ СЧЕТЧИК РЕСУРСА (БРС)

НА БАЗЕ ОБРАБОТКИ МСРП С ВОССТАНОВ- ЛЕНИЕМ НАГРУЗОК (НАЗЕМНАЯ ОБРАБОТКА)

А БАЗЕ ОБРАБОТКИ МСРП С ВОССТАНОВ­ЛЕНИЕМ НАГРУЗОК (НАЗЕМНАЯ ОБРАБОТКА)

Рис. 2.28. Методы и средства исследования и контроля нагруженности в эксплуатации

Обзор экспериментальных методов естественно начать с орга­низованных по инициативе ЦАГИ массовых исследований повторяе­мости перегрузок в центре тяжести самолетов.

Для этих целей был разработан самописец КЗ-63, которым в обяза­тельном порядке стали оборудоваться все воздушные суда.

Самописец, имеющий встроенный датчик перегрузок и лентопро­тяжный механизм, путем царапания протягиваемой кинопленки фиксирует в течение всего полета изменение скорости, высоты и вертикальной перегрузки, а также отметки времени.

Снимаемые с бортов ленты КЗ-63 направлялись (с сопроводитель­ной информацией, в которой указывались тарировочные характе­ристики, взлетный вес и вес коммерческой нагрузки) в отраслевые центры обработки и анализа (филиал ЦАГИ и СибНИА). Там с помо­щью увеличительного устройства «Микрофот» либо с использова­нием специально разработанного автоматизированного комплекса «Аэлита» проводился съем информации.

В результате последующей обработки и статистического анализа определялась повторяемость действующих на каждый тип самолета перегрузок, при необходимости дифференцированная по режимам полета.

Обработанные данные систематически направлялись в КБ, где использовались при формировании типовых спектров нагруже­ния для ресурсных расчетов и формирования программ ресурсных испытаний.

Таким образом только по самолетам Ту-154 и Ту-134 были выпол­нены обработки полетной информации в объеме более 700000 лет­ных часов, 300000 полетов.

На рис. 2.29 в качестве примера приведены данные об интеграль­ных повторяемостях^I перегрузок в ц.т. самолетов Ту-154, свидетель­ствующие о том, что диапазон их изменения от самолета к самолету может составлять порядок.

Fp/пол]

Рис. 2.29. Интегральная повторяемость перегрузок по самолетам Ту-154 (принятая в типовом спектре нагружения и фактически по экземплярам,

70000 пол. 195000 л. ч)

На основе этих данных проведены также обширные исследования характеристик турбулентной атмосферы, в результате которых созда­ны математические модели дискретной и непрерывной турбулент­ной атмосферы, используемые как при ресурсных проектировочных расчетах, так и при формировании расчетных условий статической прочности.

Сбор и обработка данных о повторяемости перегрузок стали одним из базовых элементов созданной в те годы общегосударственной сис­темы мониторинга эксплуатации, а наличие данных о повторяемости перегрузок стало необходимым условием продления ресурсов.

Параллельно с исследованиями повторяемостей перегрузок по каждому типу воздушных судов проводился сбор и анализ данных о параметрах выполненных полетов (в основном взлетные и посадоч­ные веса, трассы полетов, веса топлива и коммерческой нагрузки). Эти исследования (в определенной степени, экспериментальные, т.е. основанные на данных конкретных выполненных полетов) прово­дились в основном силами ГосНИИ ГА на основе анализа полетных листов в рамках общегосударственной программы. Систематизиро­ванные данные регулярно направлялись в КБ, где использовались в совокупности с данными о повторяемости перегрузок.

Однако сколь ни масштабными и продуктивными были проводи­мые такого рода исследования, основанные только на повторяемос­тях перегрузок .и ограниченных по полноте данных о параметрах полетов, они только отчасти решали задачу. Давая представление о реализуемых условиях эксплуатации и диапазонах их возможного изменения, они не в полной мере отвечают на вопрос о влиянии этих условий на нагруженность конструкции.

Так как серийный самописец КЗ-63 начинает работать только с определенной скорости движения самолета, вне его регистрации остается значительная часть наземных режимов, которые для нагру- женности отдельных агрегатов играют существенную роль. Кроме того, повторяемости перегрузок и имеющихся данных о параметрах полетов в ряде случаев в принципе недостаточно для оценок нагру­зок с приемлемой точностью.

Для получения более полных и достоверных данных о влиянии условий эксплуатации на нагруженность конструкции необходимы специальные летные испытания препарированного экземпляра самолета в диапазоне их возможного в эксплуатации изменения, в том числе в режиме болтанки. Такие испытания позволяют уточ­нить связь между параметрами выполняемых полетов с нагружен- ностью различных агрегатов. Например, проводимая по результатам таких испытаний совместная обработка повторяемости перегрузок и изгибающих моментов в сечениях крыла при полете в болтанку позволяет установить величины коэффициентов динамичности по размаху крыла.

Кроме того, такого рода испытания дают наиболее надежные данные о влиянии характеристик ровности покрытий аэродромов эксплуатации на нагруженность конструкции.

В процессе проведения таких испытаний самолетов Ту-134 и Ту-154 были получены данные о нагруженности конструкции при выполнении взлетов и посадок на более чем 50 аэродромах граждан­ской авиации.

К экспериментальным отнесем также методы, применявшиеся для оценки характеристик ровности покрытий различных аэродромов эксплуатации самолетов ГА.

Так под руководством Д.Ф. Рыкова в СибНИА была разработана специальная тележка, с использованием которой проведены измере­ния ВПП и РД практически всех аэродромов ГА и составлен «Атлас аэродромных покрытий», являющийся по существу математической моделью покрытий аэродромов, которую можно было использовать (пока эти данные не устарели) при проведении расчетов нагружен­ности конструкции при эксплуатации на различных аэродромах.

Проводимые СибНИА комплексные расчетные и эксперименталь­ные исследования по влиянию качества аэродромных покрытий на повреждаемость конструкции позволили разработать критерии ров­ности ВПП и РД.

На рис. 2.30 показана полученная на основе таких исследований зависимость ресурса конструкции самолета Ту-154 от качества аэро­дромного покрытия.

Рис. 2.30. Зависимость повреждаемости от СКО неровностей аэродромного покрытия

Наряду с экспериментальными методами исследования условий эксплуатации и их влияния на нагруженность и ресурс конструк­ции развивались и чисто расчетные методы. Математическая модель самолета в совокупности с моделями турбулентной атмосферы и неровностей покрытий аэродромов позволяет смоделировать любые условия эксплуатации и оценить их влияние на нагруженность того или иного агрегата. Преимуществом расчетных методов является возможность моделирования условий эксплуатации во всем ожида­емом диапазоне их изменения, а также то, что с их помощью можно проанализировать влияние отдельно взятого параметра, что не всегда в чистом виде реализуется в эксплуатации или можно реализовать при испытаниях.

Приходится констатировать, что в настоящее время в отрасли отсутствуют имеющие статус стандарта современные программные комплексы, позволяющие расчетным путем оценивать влияние раз­личных эксплуатационных факторов на повреждаемость конструк­ции. Каждый разработчик определяет объем и средства проведения такого анализа самостоятельно в соответствии со сложившейся на предприятии практикой.

Например, в КБ «Туполев» для оперативной оценки влияния пара­метров эксплуатации на повреждаемость конструкции крыла исполь­зуется разработанный автором расчетный комплекс ORACUL, позво­ляющий использовать его не только для указанных целей, но и для проведения (прежде всего на ранних стадиях проектирования) ресур­сного анализа в целом (выбор материалов конструкции, определение допускаемых напряжений, оценка весовых затрат на обеспечение ресурса, анализ различных компоновочных решений).

В программе моделируется полет самолета по разбитому на 25 режимов типовому профилю с определением на каждом режиме нагрузок функционирования и вычислением повторяемостей пере­грузок в ц.т. и повторяемостей нагрузок в 10 сечениях крыла с использованием дискретной модели турбулентной атмосферы. После определения суммарной за полет повреждаемости (цикл ЗВЗ и дина­мические составляющие) в зависимости от поставленной задачи либо при заданных значениях ресурса определяются допускаемые напряжения в нижней панели крыла и весовые затраты на обеспече­ние этого ресурса, либо при заданном уровне расчетных напряжений определяются величины безопасного ресурса.

Опыт расчетов показал вполне приемлемую сходимость резуль­татов расчетов нагрузок, повторяемости перегрузок и повреждае­мости с результатами детальных расчетов и данными эксплуатации (например, рис. 2.31).

При минимуме исходных данных программа позволяет оценить влияние на повреждаемость и ресурс основных параметров полета (веса, скорости, высоты полета, время различных полетных этапов, количество и порядок расхода заправляемого топлива, уровень тур­булентности атмосферы и т.д.).

F[l/ncm]

Рис. 2.31. Интегральные повторяемости приращений перегрузок² в ц.т. в типовом полете самолета Ту-214₅ определенные по программе «ORACUL» и полученные по результатам уточненных оценок (фа_у - безмоментная

повреждаемость³)

2. Интегральная повторяемость приращений перегрузок (Бд_пу) - зависимость числа превы­шений определенного уровня приращения перегрузки (относительно единичного значения) за полет от величины этого уровня.

3. Безмоментная повреждаемость (£_пу) - специальным образом просуммированная сово­купность всех перегрузок в центре тяжести ВС, действующих в течение полета.

Полученные с использованием этой программы некоторые зависи­мости суммарной повреждаемости от изменения отдельных парамет­ров полета показаны на рис. 2.32.

П

ё

о

&

СО

о

Е

В

д

(Г)

Рис. 2.32. Зависимость повреждаемости нижней панели крыла самолета Ту-214 от продолжительности полета и веса коммерческой нагрузки (N_3kb характеризует фактически накопленную за полет повреждаемость относительно принятой при установлении ресурса повреждаемости типового для парка полета)

рограмма позволяет оценить возможный диапазон изменения пов­реждаемости конструкции в зависимости не только от изменения отде­льных параметров, но и изменения условий эксплуатации в целом.

В качестве примера на рис. 2.33 показаны также результаты рас­чета повреждаемости одного из сечений крыла самолета Ту-214 при выполнении самолетом самого легкого из возможных (минимальные веса и дальность), типового (среднестатистические параметры) и са­мого тяжелого из возможных полетов. Оценки выполнены как при среднестатистическом уровне турбулентности, так и при изменении этого уровня в реализуемом в эксплуатации диапазоне (среднеста­тистические данные увеличены и уменьшены втрое).

Видно, что от полета к полету повреждаемость может изменяться в несколько десятков раз, что подтверждается результатами обработки данных эксплуатации.

Конечно, реализуемое в процессе эксплуатации внутриэкземпляр- ное рассеивание полетной нагруженности не играет существенной

роли в накоплении повреждаемости, суммируемой и осредняемой в конструкции конкретного самолета (по крайней мере, в рамках су­ществующих теорий суммирования).

Рис. 2.33. Оценка возможного диапазона изменения повреждаемости нижней панели крыла самолета Ту-214 в эксплуатации

Однако в силу различий в условиях эксплуатации отдельных эк­земпляров соотношение «тяжелых» и «легких» полетов для каждо­го самолета оказывается различным, что обуславливает межэкземп- лярное рассеивание суммарной нагруженности и повреждаемости. Наличие этого рассеивания, впрямую влияющего на ресурсные ха­рактеристики конкретного самолета, обуславливает необходимость либо введения соответствующих запасов, которые в соответствии с Нормами в зависимости от степени изученности условий эксплуата­ции могут достигать величины 2,0, либо осуществления контроля за индивидуальной нагруженностью.

Таким образом, результаты обширных расчетно-эксперименталь­ных исследований убедительно показывают значимость влияния ус­ловий эксплуатации на нагруженность конструкции самолета и ин­тенсивность расходования его ресурса.

Это означает, что для обеспечения безопасной эксплуатации само­летов по условиям усталостной прочности необходимо либо при проектировании конструкции рассматривать заведомо максимально тяжелые условия эксплуатации, либо ориентироваться на прогнози­руемые средние типовые параметры эксплуатации и в зависимости от фактически реализуемых параметров корректировать (при необхо­димости) величины ресурсов и условия их отработки парком в целом и отдельными экземплярами.

Первый подход требует нерационально больших и излишних для большинства самолетов парка весовых затрат. Для реализации второго подхода необходимы методы и реализующие их инструменты эффек­тивного контроля за фактической нагруженностью конструкции.

Поиску оптимальных методов контроля нагруженно сти конструк­ции в эксплуатации были посвящены работы многих исследователей.

За последние пятьдесят лет по мере изменения технических и организационных возможностей было разработано и апробировано много различных подходов и методов, которые условно можно разде­лить на прямые и косвенные (рис. 2.28).

Суть прямых методов заключается в том, чтобы, оценивая инди­видуальные особенности эксплуатации каждого экземпляра, не идти по цепочке «условия эксплуатации» - «спектр нагрузок на самолет» - «спектр нагружения критического места конструкции» - «поврежда­емость критического места», а, установив в критическое место некий датчик, регистрировать сам отклик конструкции на изменяющиеся условия эксплуатации и определять повреждаемость конструкции в этом месте путем фактически прямых измерений.

Среди наиболее проработанных и имевших в свое время перспек­тиву внедрения в эксплуатацию устройств такого рода следует от­метить автоматические счетчики нагруженности (АСН) и бортовые счетчики ресурса (БСР).

АСН. В конце 70-х годов в Рижском институте инженеров граж­данской авиации был разработан (Х.Б. Кордонский, Г.С. Лоцманов, В.А. Нейфельд) автоматический счетчик нагруженности (АСН), предназначенный для оценки накопленных в конструкции усталост­ных повреждений по числу разрушившихся фольговых чувствитель­ных элементов, работающих совместно с конструкцией.

Принцип работы АСН следующий. Устройство с комплектом чувс­твительных элементов устанавливается в каком - либо месте конс­трукции. Входящий в состав прибора прижим обеспечивает совмес­тность деформаций конструкции и одного из чувствительных эле­ментов. Чувствительный элемент, имеющий существенно меньшую, чем конструкция, долговечность, после ее исчерпания разрушается и с использованием специального механизма заменяется на новый. Накопленная при воздействии какого - либо спектра нагрузок уста­лостная повреждаемость данного места конструкции исчисляется количеством разрушенных за этот полет чувствительных элементов.

Установив такое устройство на какой - либо элемент силовой конс­трукции самолета, проходящего ресурсные испытания, можно опре­делить связь между достигнутой при испытаниях долговечностью конструкции в полетах (программных блоках) и количеством разру­шенных за эту наработку чувствительных элементов. Установка АСН в идентичном месте конструкции эксплуатирующегося самолета по замыслу авторов должна позволять по числу разрушившихся элемен­тов оценивать долю израсходованного ресурса как в данном полете, так и за весь период эксплуатации в целом (естественно, с точностью, обусловленной рассеиванием характеристик выносливости матери­ала конструкции).

Сопоставляя среднее на полет количество разрушенных элементов, установленных в идентичных местах конструкции разных экземпля­ров самолетов, можно оценивать отличие нагруженности (поврежда­емости) конкретного самолета от средней по парку, а также отличие средней по парку нагруженности от реализованной при проведении ресурсных испытаний.

АСН прошел довольно большой объем как лабораторных, так и натурных испытаний, однако не нашел применения в эксплуатации вследствие прежде всего своей нетехнологичности, т.е. невозмож­ности установки довольно громоздкого устройства в необходимых для контроля местах конструкции.

БСР. Бортовой счетчик ресурса разрабатывался в начале 80-х го­дов под научно-методическим руководством ЦАГИ (руководитель В.Л. Райхер).

Комплект БСР включал в себя наклеиваемые в критических местах конструкции малобазные датчики деформаций, сигналы от которых после цифрового преобразования поступали в вычислитель. Вычис­ляемая по специально разработанным алгоритмам повреждаемость каждого критического места за выполненный полет сопоставлялась с типовой, соответствующей расчетному типовому полету либо про­грамме ресурсных испытаний.

Идеи этих устройств близки, однако каждый из них имеет свои недостатки. При использовании АСН накапливание повреждаемости происходит «физически», что является преимуществом АСН по срав­нению с БСР, где повреждаемость вычисляется и ее точность зависит от качества алгоритмов. (При этом нужна уверенность, что механизм накопления повреждаемости в чувствительных элементах АСН и в конструкции одинаков). Однако миниатюрность датчиков БСР, мини­мальные потребности в обслуживании, возможность настройки алго­ритмов и возможность, используя различные алгоритмы, одним дат­чиком «обслуживать» ряд критических мест, делали его более при­влекательным для эксплуатации и более практичным.

По организационно-финансовым причинам работы по БСР были остановлены на этапе летных испытаний и более не возобновлялись. Так или иначе обе наиболее серьезные попытки реализовать «пря­мой» метод мониторинга накопления повреждаемости оказались неудачными.

С развитием современных средств диагностики состояния конс­трукций (дифрактометрия, интегральные датчики деформаций и т.д.) можно ожидать появления новых «прямых» методов и средств, позво­ляющих объективно оценивать не только накапливаемую повреждае­мость, но и уверенно прогнозировать остаточный ресурс конкретного экземпляра конструкции, однако их практическое применение в авиа­ции вряд ли возможно в ближайшее время.

Тем больший практический интерес представляют вполне доступ­ные (по крайней мере, на первый взгляд) и нашедшие широкое при­менение «косвенные» методы.

Суть этих методов заключается в том, что нагруженность конс­трукции тем или иным способом оценивается по доступным для ана­лиза параметрам выполняемых полетов.

Длительное время основными источниками информации для такого анализа являлись представляемые эксплуатантами данные о парамет­рах выполняемых полетов (веса и продолжительности), а также полу­чаемые в результате обработки в СибНИА и ЦАГИ лент самописцев КЗ-63 данные о повторяемости перегрузок в центре тяжести. Основы­ваясь на том факте, что определение повреждаемости по осредненным (по парку или по конкретному борту) параметрам выполненных поле­тов и осреднение повреждаемостей, оцененных по параметрам каждого выполненного полета, дают приемлемо близкие результаты, оценку повреждаемости проводили по осредненным (типовым) параметрам. При этом в силу ограниченности информации зачастую ограничива­лись анализом параметров фактического среднестатистического для парка профиля полета и соответствующей ему нагруженности.

К началу 80-х годов применяемые разработчиками методики учета индивидуальной нагруженности учитывали в основном только вли­яние различий в параметрах полетов на нагрузки функционирова­ния, а также влияние полетных весов на повторяемость перегрузок. Сама повторяемость перегрузок изначально принималась единой для всех самолетов парка. При этом наиболее распространенным мето­дом оценки индивидуальной нагруженности являлись разного рода номограммы, дающие возможность в зависимости от параметров полетов оценивать отличие повреждаемости (как правило, только крыла) данного самолета от типовой.

Очевидно, что возможность проведения хотя бы таких оценок повышала надежность принятия решений при установлении ресур­сов, однако в силу низкой точности этих оценок, не учитывающих все особенности эксплуатации (в частности, индивидуальной пов­торяемости перегрузок), не только не давала оснований для отказа от запаса г\_ъ (табл. 2.6), но и не позволяла уточнить его численные значения.

Следует однако отметить, что ограниченные возможности разра­ботчиков в определенной мере компенсировались большим объемом проводимых научно- исследовательских работ по анализу влияния различных эксплуатационных факторов на нагруженность и повреж­даемость конструкции самолетов различных типов.

При этом центр тяжести исследований в этом направлении в 1970-80-е гг. был сосредоточен в СибНИА. Усилиями Д.Ф. Рыкова, О.Г. Татаринцевой, А.П. Зубарева, В.П. Лапаева и других был проведен большой комплекс расчетно-экспериментальных исследо­ваний, в том числе и летных, по определению влияния турбулентной атмосферы и неровностей покрытия аэродромов на нагруженность конструкции и оценке степени этого влияния на повреждаемость отдельных экземпляров самолета. Полученные оценки возможного рассеивания повреждаемости вследствие рассеивания характеристик повреждающих эксплуатационных факторов во многом расширили представление о проблеме и путях ее решения. Основываясь, в част­ности, на полученных результатах по оценке возможного рассеивания

повреждаемости в эксплуатации различных агрегатов самолета Ту-154, «Туполев» обоснованно уточнил значения коэффициентов при увеличении ресурсов этого типа самолетов.

В целом, попытки разработчика сформировать систему регуляр­ного мониторинга условий эксплуатации и нагруженности, которая позволяла бы не только уточнять среднестатистические для парка параметры полета и, соответственно, среднюю полетную поврежда­емость, но и путем индивидуального (поэкземплярного) учета нагру­женности уйти от необходимости применения при установлении ресурса запаса r\_v сталкивались с проблемой дефицита необходимой для этого объективной информации.

Ситуация резко изменилась, когда долгое время ориентированные только на специализированный «прочнистский» самописец КЗ-63, регистрирующий путем царапания фотопленки перегрузку, высоту и скорость полета, специалисты по ресурсу обратились к штатным бортовым магнитным регистраторам полетной информации, ранее использовавшимся «прочнистами» в основном только при расследо­вании авиационных происшествий.

Интенсивное развитие возможностей этих регистраторов в части количества регистрируемых параметров и частоты опроса (МСРП-12, МСРП-64, МСРП-256, МСРП-А-02, твердотельные нако­пители и т.д.) при одновременном бурном развитии вычислительной техники открыло перед разработчиками перспективы получения и оперативной обработки практически объективной информации, необходимой для достоверной оценки фактически действующих на самолет нагрузок.

Работы по реализации этих возможностей применительно к само­летам гражданской авиации под научным и методическим руководс­твом ЦАГИ начались в конце 80-х - начале 90-х годов. Их первым результатом стали начальная версия программы обработки полетной информации самолета Ту-154 с обозначающим цель такой обработки названием «Ресурс» и созданная специалистами КБ «Ильюшин» в рамках проекта «Анализ-86» программа обработки полетной инфор­мации самолета Ил-86.

Отметим, что хотя обязательность обработки полетной инфор­мации самолетов Ту-154 с использованием программы «Ресурс» и предоставления разработчику результатов такой обработки была определена Указанием по гражданской авиации, эта программа имела ограниченные возможности и скорее заменяла на новом техническом уровне КЗ-63, а не являлась совершенным инструментом для мони­торинга нагруженности.

Тем не менее с использованием этой до настоящего времени фун­кционирующей программы и разработанной методики оценки инди­видуальной нагруженности с использованием имеющихся данных осуществляются работы по индивидуальному (без запасов на рассе­ивание нагруженности) продлению ресурсов, а также накоплен боль­шой статистический материал, анализу которого в целях уточнения подходов к нормированию коэффициентов надежности посвящена пятая глава данной работы.

В процессе дальнейшего развития этого направления усилия спе­циалистов были сосредоточены на двух взаимосвязанных аспектах проблемы.

Во-первых, расширение круга решаемых посредством обработки полетной информации задач по определению фактической нагружен­ности и функционирования агрегатов, совершенствование алгорит­мов такой обработки и реализующих их программных средств, в том числе решение задач устранения сбоя информации, частотной и амп­литудной фильтрации и т.д.

Во-вторых, это совершенствование аппаратных средств обработки. На смену специализированным устройствам обработки зарегистри­рованной на штатных бортовых магнитных регистраторах полетной информации «Луч-74» и «Луч-84» пришли производительные персо­нальные компьютеры, что практически сняло ограничения на объем и сложность алгоритмов обработки.

Более того, появилась возможность реализовать выдвинутую еще в 1992 г. идею создания бортового устройства для вычисления полетной повреждаемости в реальном масштабе времени (приме­нительно прежде всего к многорежимным самолетам специального назначения).

Таким образом, существовавшие к моменту ввода в эксплуатацию семейства самолетов Ту-204 (1994 г.) средства регистрации и обра­ботки полетной информации давали основания именно их сделать основным инструментом выстраиваемой «Туполевым» системы мониторинга условий эксплуатации и нагруженности самолетов парка, призванной обеспечить безопасность эксплуатации каждого экземпляра без введения обременительного для экономики проекта запаса на рассеивание нагруженности rj_y

В СССР по инициативе ЦАГИ была создана общегосударствен­ная система контроля и анализа параметров эксплуатации и техни­ческого состояния самолетов. Проводимый в рамках этой системы контроль параметров эксплуатации и нагруженности базировался на использовании уже упоминавшегося специально разработанного для этой цели самописца КЗ-63 (регистрация высоты полета, скорости и перегрузок), которым в обязательном порядке оборудовались все воздушные суда.

Другой составной частью действовавшей системы являлся система­тически проводимый по каждому типу воздушных судов (в основном силами ГосНИИ ГА) сбор и анализ данных о параметрах выполненных полетов (взлетные и посадочные веса, трассы полетов, коммерческая нагрузка и т.д.).-Сбор этих данных проводился вручную на основе ана­лиза полетных листов. Систематизированные данные о параметрах полетов регулярно направлялись в ОКБ, где использовались в сово­купности с данными о повторяемости перегрузок.

Действовавшая система, кроме того, предусматривала проведение (в основном силами СибНИА) систематических измерений характе­ристик неровностей аэродромов эксплуатации, что позволяло оцени­вать фактическую нагруженность самолетов на наземных режимах движения в зависимости от аэродромов эксплуатации.

Основу анализа технического состояния составляли данные об отказах и неисправностях, содержащиеся в оформляемых эксплуа­тантами карточках учета неисправностей (КУН), отчетах ремонтных заводов, а также результаты проводимого разработчиком авторского надзора.

Проводимые исследования надежно обеспечивали безопасность эксплуатации, а их результаты легли в основу нормирования коэффи­циентов надежности, принятого в НЛГС-3, а впоследствии и АП-25.

Основанная на технических средствах разработки 60-х годов и жестких административных принципах, беспрецедентная по своим масштабам, затрачиваемым средствам и трудоемкостям, эффективно отработавшая несколько десятилетий государственная система конт­роля над условиями эксплуатации и техническим состоянием ВС, в 90-е годы морально, технически и организационно устарела и прак­тически перестала существовать.

Решение задачи по сохранению высокого уровня безопасности экс­плуатации в изменившихся условиях при одновременном повышении

конкурентоспособности отечественной авиационной техники потре­бовало создания современной системы мониторинга условий эксплу­атации, нагруженности и технического состояния на новом техничес­ком и организационном уровне.

В общегосударственном масштабе такую систему еще предстоит создать.

Пока же каждый разработчик формирует ее исходя из своих воз­можностей в соответствии со своим пониманием необходимости и оптимального способа проведения такой работы.

Укрупненная блок-схема разработанной ОАО «Туполев» системы контроля условий эксплуатации представлена на рис. 2.34.

Рис. 2.34. Общая блок-схема системы мониторинга

Основным инструментом этой системы является специальное про­граммное обеспечение, предназначенное для обработки зарегистри­рованной МСРП полетной информации (рис. 2.35).

Программное обеспечение реализует алгоритмы, позволяющие на основе объективной информации о параметрах выполненных поле­тов и повторяемости перегрузок оценивать фактическую нагружен- ность и интенсивность расходования ресурса каждого экземпляра самолета и парка в целом.

Обработка включает в себя 2 этапа: первичную обработку каждого выполненного полета с использованием ПЭВМ непосредственно в эксплуатации и статистическую обработку в аналитическом центре разработчика.

Программа первичной обработки обеспечивает разделение выполненного полета на режимы и определение их характеристик, определение фактически реализованного в данном полете спектра нагружения и вычисление накопленной за полет повреждаемости.

В результате первичной обработки для каждого выполненного полета формируется его профиль с характеристиками режимов, интег­ральные повторяемости перегрузок в ц.т., оценка величины N_3kb.

Рис. 2.35. Блок-схема обработки зарегистрированной МСРП полетной информации

Программа первичной обработки для каждой модификации само­лета после выполнения необходимых процедур включается в реестр и поставляется эксплуатанту в общем пакете предназначенного для обработки полетной информации СПО (специальное программное обеспечение).

Требование проведения эксплуатантом такой обработки и систе­матическом направлении ее результатов разработчику содержится в разделе «Ресурсы и сроки службы» РЭ, а также в выпускаемом для каждой модификации Указании по гражданской авиации.

ВС	Количество самолетов (ГА)	Выполнено полетов (на 01.01.2011)	Обработано полетов (на 01.08.2010)	%
Ту-204-100	6	26 792	14 776	55,0
Ту-204-100В	5	7 161	4 080	57,7
Ту-204-120	3	11 834	4 845	41,6
Ту-204-120С	2	8 734	3 204	36,7
Ту-204С	3	13 139	8 958	70,0
Ту-204-300	6	17 670	13 592	76,9
Ту-214	9	18 919	10 067	53,2
Всего	34	104 249	59 644	55,5

ВС	свзл	Опое	Т„ол	^комм	Ох,зя		Слу	N*.
Ту-214	0,94	0,95	0,91	0,38	1,14	1,62	0,91	0,80
Ту-204-100(B)	0,98	1,00	0,74	0,76	1,02	1,69	0,98	0,95
Ту-204-300	0,96	0,98	0,98	0,82	0,95	1,21	1,36	1,12
Ту-204-120	0,89	0,99	0,32	0,86	0,6	1,51	0,62	0,56
Ту-204-120С	0,81	0,93	0,21	0,60	0,51	1,62	0,62	0,4
Ту-204С	0,91	0,98	0,50	0,76	0,80	1,47	0,69	0,58
GBM - взлетный вес самолета; - вес самолета на посадке; G^ - вес коммерческой загрузки самолета; GT взл - вес топлива на взлете; GT пос - вес топлива на посадке; Ттол - время полета; N3KB - накопленная за полет повреждаемость относительно принятой при установлении ресурса повреждаемости типового полета для парка самолетов; - совокупность всех перегрузок в центре тяжести ВС, действующих в течение полета; - безмоментная повреждаемость