4. Схемы формирования перечня функциональных отказов, подлежащих включению в систему предпосылок расчетных случаев

В настоящее время сложилось два взаимно дополняющих друг друга направления формирования окончательного, т. е. достаточ- ного и неизбыточного перечня функциональных отказов (ПФО) для системы предпосылок PC, условно называемых «сверху вниз» и «снизу вверх» (рис. 3.3).

Направление «сверху вниз» целесообразно использовать на пер- вых стадиях проектирования ЛА и соответствующего ему тренаже-

Ра*. Оно предусматривает выявление конечных функций каждой отдельной системы ЛА уже на начальных шагах составления ПФО. Конечные функции определяются на основании анализа назначения систем и исследования их функционирования. Насколько позволяют располагаемые материалы, учитываются взаимосвязи между системами, вредные воздействия среды, паразитные связи и т. п. Большую роль играют материалы расследования летных про- исшествий и предпосылок к ним, зафиксированные для ЛА пред- шествующих поколений и ЛА-аналогов. Эти данные, основанные на опыте эксплуатации, представляют особенно большой интерес.

Практика показывает, что исследования сложных комплексов по методологии «сверху вниз» позволяют прогнозировать примерно 75—80% общего количества функциональных отказов. Однако при- сущая каждому отказу вероятность возникновения в единичном полете (или на заданном его этапе) оценивается по данной мето- дологии весьма приближенно, или вообще не определяется.

На более поздних этапах создания самолета или вертолета (а следовательно, соответствующего им тренажера), когда окончатель- ная структура ЛА как единого комплекса полностью определена, рекомендуется применять метод последовательного анализа работо- способности и безотказности функциональных систем ЛА, условно называемый исследованием «снизу вверх». В этом случае детально рассматриваются все возможные элементарные отказы в блоках, аг- регатах, приборах, каналах связи, контрольных датчиках, индика- торах и т. п. Анализируются как единичные, так и любые реаль- но возможные сочетания элементарных отказов. На основании эле- ментарных отказов определяются конечные нарушения работоспособ- ности, т. е. функциональные отказы. В данном случае имеется возможность определить градации потери работоспособности, напри- мер, «100%-ная (полная)», «75%», «50%-ная (частичная)».

Исходными данными для составления перечня по методу «сверху вниз» должны служить:

1. Полный перечень функциональных систем ЛА как сложного авиационного комплекса с указанием функций каждой из них. В этом перечне должны быть указаны как основные, так и вторич- ные и резервные функции (если система может их выполнять). Для систем, работающих только в специфических или аварийных условиях (например, противообледенительной системы), должны быть оговорены режимы применения.

2. Схема резервирования с указанием точек и условий включе- ния резервных агрегатов (подсистем) для каждой функциональной системы.

3. Продолжительность (по крайней мере, ориентировочная) функционирования систем на различных этапах полета. Должны быть также указаны участки возможного включения резервных

систем при возникновении ОС в характерных точках (участках) полета.

4. Предварительная оценка вредных воздействий, паразитных связей, отрицательных взаимодействий, в том числе электромагнит- ной несовместимости и помех, аэродинамического «затенения» и т. д. Должны быть указаны конструктивные мероприятия, выполненные на ЛА и направленные на исключение таких влияний.

5. Особенности конструкции ЛА, как те, которые нацелены на повышение безопасности, так и могущие повлиять на надежность или ухудшение каких-либо качеств.

6. Сводные материалы анализа летных происшествий и предпосы- лок к ним, зарегистрированные при эксплуатации ЛА-аналогов. Эти материалы должны быть специальным образом обработаны с целью максимального сжатия информации и приведения ее к виду, удоб- ному для составления системы расчетных случаев. Обработанные материалы должны содержать четкое описание функциональных от- казов, отмеченных в каждом летном происшествии, с указанием параметров и факторов, сопутствующих этим событиям. Они должны также содержать описание всех элементарных отказов, приведших к конечному нарушению функций систем.

7. Виды и средства контроля состояния систем в полете, прибо- ры, индицирующие эти данные в кабинета также агрегаты сигна- лизации потери отдельными системами работоспособности.

Прогнозирование функциональных отказов по методологии «свер- ху вниз» осуществляется, главным образом, путем наложения типо- вых видов нарушений работоспособности, указанных в разд. 3.3, на функции систем-компонентов ЛА. Дополнительными данными слу- жат статистические результаты, полученные из опыта эксплуата- ции ЛА-аналогов. Матрица функциональных отказов, определенная по указанной методологии, может быть использована только для ориентировочного формирования перечня PC, поскольку, как указы- валось, не содержит достоверных оценок вероятностей.

Для проведения анализа по методу «снизу вверх» дополнитель- но к уже перечисленным материалам должен быть подготовлен целый ряд новых результатов; получение некоторых из них требует весьма серьезных исследований, а следовательно времени. Дополни- тельные материалы включают:

структурную схему каждой функциональной системы, позво- ляющую определить все элементарные отказы на ее «авто- номном уровне», а также вероятности их возникновения; полную схему связей системы с другими компонентами ЛА, с помощью которой могут быть определены «отказы сопря- жений». В первую очередь, в данную схему должны быть включены энергетические связи (топливные, электрические, силовые, гидравлические), конструктивные связи (монтажные, механические, компоновочно-стыковочные), функциональные (возникающие в тех случаях, когдарешение определенных задач функционирования обеспечивается совместной работой

систем при возникновении ОС в характерных точках (участках) полета. Предварительная оценка вредных воздействий, паразитных связей, отрицательных взаимодействий, в том числе электромагнит­ной несовместимости и помех, аэродинамического «затенения» и т. д. Должны быть указаны конструктивные мероприятия, выполненные на ЛА и направленные на исключение таких влияний. Особенности конструкции ЛА, как те, которые нацелены на повышение безопасности, так и могущие повлиять на надежность или ухудшение каких-либо качств. Сводные материалы анализа летных происшествий и предпосы­лок к ним, зарегистрированные при эксплуатации ЛА-аналогов. Эти материалы должны быть специальным образом обработаны с целью максимального сжатия информации и приведения ее к виду, удоб­ному для составления системы расчетных случаев. Обработанные материалы должны содержать четкое описание функциональных от­казов, отмеченных в каждом летном происшествии, с указанием параметров и факторов, сопутствующих этим событиям. Они должны также содержать описание всех элементарных отказов, приведших к конечному нарушению функций систем. Виды и средства контроля состояния систем в полете, прибо­ры, индицирующие эти данные в кабине, а также агрегаты сигна­лизации потери отдельными системами работоспособности.Прогнозирование функциональных отказов по методологии «свер­ху вниз» осуществляется, главным образом, путем наложения типо­вых видов нарушений работоспособности, указанных в разд. 3.3, на функции систем-компонентов ЛА. Дополнительными данными слу­жат статистические результаты, полученные из опыта эксплуата­ции ЛА-аналогов. Матрица функциональных отказов, определенная по указанной методологии, может быть использована только для ориентировочного формирования перечня РС, поскольку, как указы­валось, не содержит достоверных оценок.Для проведения анализа по методу «снизу вверх» дополнитель­но к уже перечисленным материалам должен быть подготовлен целый ряд новых результатов; получение некоторых из них требует весьма серьезных исследований, а следовательно времени. Дополни­тельные материалы включают:

структурную схему каждой функциональной системы, позво­ляющую определить все элементарные отказы на ее «авто­номном уровне», а также вероятности их возникновения; полную схему связей системы с другими компонентами ЛА, с помощью которой могут быть определены «отказы сопря­жений». В первую очередь, в данную схему должны быть включены энергетические связи (топливные, электрические, силовые, гидравлические), конструктивные связи (монтажные, механические, компоновочно-стыковочные), функциональные (возникающие в тех случаях, когда решение определенных задачфункционирования обеспечивается совместной работой нескольких систем, вследствие чего отказ одной снижает ра­ботоспособность или приводит к отказу другой), информацион­ные, управляющие и др.;

полную оценку вредных воздействий, паразитных связей и т. п.; схему контроля и сигнализации работы систем; материалы расчета вероятности возникновения конечных или функциональных отказов для каждой системы или компо­нента ЛА;

РДЭ самолета (вертолета), которое должно содержать ука­зания о действиях экипажа при большинстве функциональ­ных отказов.

При проведении анализа отказов по методологии «снизу вверх» целесообразно использовать также материалы лабораторных, стен­довых. а главное, летных испытаний и исследований. Это позво­лит в полной мере оценить характер проявления каждого отказа, сопутствующие ему явления, инструментальную и неинструмен­тальную информацию, могущую служить признаком его возникно­вения, и т. д.

Особое внимание следует уделить случаям возникновения так называемых «цепей отказов»¹². Такие цепи последовательной потери работоспособности различных элементов, не только не взаимодейст­вующих друг с другом, но даже прямо между собой не связанных, могут быть вызваны сильным возмущением, действующим по мно­гим каналам. Они могут также являться результатом «отказных зависимостей», когда какой-либо отказ в одной системе, имеющей явные или скрытые взаимосвязи или «общие точки» с другими сис­темами, распространяется на ряд функциональных компонентов.

Примерами цепей отказов могут служить: местный пожар, воз­никший вследствие разрушения двигателя из-за отказа системы охлаждения лопаток; отказы ряда агрегатов, расположенных в при­борном отсеке, из-за вибрации, возникшей вследствие отказа бустера системы управления. Примерами другого рода являются отказы некоторых систем-потребителей из-за частичного отказа энергоснаб­жения, вызванного отказом и выключением двигателя.

Обьединение обоих упомянутых методологических направле­ний формирования ПФО «сверху вниз» и «снизу вверх» может дать значительный эффект и сократить как затраты труда, так и общую продолжительность исследований.

В окончательный, вариант ПФО должны включаться только те предпосылки, вероятность возникновения которых на заданном этапе превышает некий установленный допустимый уровень Q_mm. что может быть формализовано как следующее условие:

W_er (П_ix) ≥ Q_min (3.3)

Здесь Wer— символическое выражение оператора вероятности;П_ix— символическое обозначение i-ой предпосылки функ­ционального отказа на х-ом этапе полета.

Предпосылки, для которых условие (3.3) не соблюдается, дол­жны исключаться из рассмотрения. Однако, прежде чем исклю­чить их из окончательного ПФО, необходимо провести дополни­тельные исследования. Если в процессе эксплуатации ЛА-аналогов (ЛА предшествующих поколений) такие предпосылки имели место и они привели к летным происшествиям, то данный функцио­нальный отказ должен быть включен в окончательный ПФО, даже если его расчетная меньше Q_min.Исключение может быть допущено лишь в том случае, если в процессе сертификации экспериментально доказано, что принятые конструктивные меры ис­ключают этот отказ полностью.

Величина Q_min устанавливается исходя из нормируемого уровня безопасности или летной годности, с одной стороны, и предпола­гаемого объема полетов — с другой. При этом необходимо следить за тем, чтобы общая совокупность исключенных из рассмотрения случаев не изменяла общей величины вероятности возникновения особых ситуаций. Ориентировочно можно принять Q_min =10-⁸—10-⁹.

Рассмотрим в качестве условного примера составление перечня функциональных отказов для системы выпуска и уборки закрыл­ков самолета. Результаты анализа по обеим методологиям све­дены в табл. 3.1. Во 2-й графе перечислены виды возмож­ных функциональных отказов, определенные по схеме «сверху вниз». В 3-й графе приведены возможные состояния соответствующей сигнализации или сведения о ее наличии. В 4-й графе указаны зна­чения вероятности, определенные по методологии «снизу вверх». В 5-й графе приводятся сведения о наличии подобных отказов в числе предпосылок летных происшествий за длительный период эксплуатации ЛА-аналогов. В 6-й графе приведены результаты анализа необходимости включения этого вида отказа в неизбы­точный ПФО, проводимого, исходя из возможности формирования новых навыков и умений. Графа 7 содержит окончательное реше­ние о включении рассматриваемого отказа в ПФО или его исклю­чении. Решение о включении должно быть обусловлено положи­тельными оценками в 4, 5 и 6-й графах. Принято, что Q_min=10-⁸.

Табл. 3.1 содержит 21 исходный функциональный отказ сис­темы выпуска и уборки закрылков. Как видно, вариантам 1б, 2б, 4б, 5а, 5б, 5в, 6а, 6б, 6в, 7б, 7в, 8а и 8б соответствует слишком малая расчетная вероятность. Однако некоторые из них (4б, 5а) служили предпосылками летных происшествий в период эксплуа­тации ЛА-аналогов. Поэтому исключить их из ПФО нельзя. С дру­гой стороны, варианты 4а и 46, будучи включенными в перечень предпосылок РС, не сформируют новых навыков или умений. Таким образом, из 21 первоначально составленных видов функциональ­ных отказов в окончательный ПФО должны быть включены только 10.Остальные подлежат исключению.

Таблица 3.1

ПРИМЕР ФОРМИРОВАНИЯ ПФО

Отказы системы выпуска и уборки закрылков

№ п/п		Вид функци­онального отказа		Наличие сиг­нализации об отказе и ее ра­ботоспособ­ности	Вероят­ность (на этапе)	Были ли предпо­сылки в эксплуа­тации	Образу­ются ли новые навыки и уме­ние		Решение о включении в ПФО
1		2		3	4	5	6		7
1а 16 1в		Неуборка пос­ле взлета		Есть, исправна Неисправна (сигнализация об отказе от­сутствует) Ложное сра­батывание	0,3*10-6 1*10-9 0,3*10-5	Да Да Да	Да Да Да		Включить Включить Включить
2а 26 2в		Невыпуск пе­ред посадкой		Исправна Отсутствует Ложная	0,1*10-4 1*10-9 0,3*10-5 0,3*10-5'5	Да Нет Нет	Да Да Да		Включить Исключить Включить
За 36		Замедленный выпуск или за­медленная уборка (умень­шение скорос­ти в 2 раза)		Отсутствует Отсутствует	1*10-5 1*10-7	Нет Нет	Нет Нет		Включить Включить
4а 46		Рассогласова­ние на 5° при выпуске; при уборке		Отсутствует Отсутствует	1*10-7 1*10-8	Нет Да	Нет Нет		Исключить Исключить
5а 56 5в		Самопроиз­вольный вы­пуск на крей­серской высоте		Исправна Отсутствует Ложная	3*10-9 3*10-11 3*10-12	Да Нет Нет	Да Да Да		Включить Исключить Исключить
6а 66 6в		Самопроиз­вольная убор­ка (одновре­менно на обеих консолях)		Исправна Отсутствует Ложная
					0,7*10-9 1*10-11 1*10-12	Нет Нет Нет	Да Да Да		Исключить Исключить Исключить
7а 7б 7в	Самопроизвольная убрка на одной консоли (этап посадки)		Исправна Отсутствует Ложная		0,2*10-7 0,2*10-9 1*10-11	Да Нет Нет	Да Да Да		Включить Исключить Исключить
8а 8б	Движение закрылка с перекосом		Исправна Отсутствует		0,5*10-9 1*10-12	Нет Нет	Да Да		Исключить Исключить

В табл. 3.2 в качестве примера приведены четыре PC тренажера магистрального самолета, связанных с отказами системы управ­ления закрылками, рассматриваемыми в табл. 3.1.