Разработка мероприятий по повышению надежности системы управления вертолета Ми-8Т

ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ Глава 1. Теоретические основы дипломного проектирования

1.1 Техническое устройство как объект оценки надежности

1.1.1 Основные понятия

1.1.2 Классификация отказов

1.1.3 Факторы, определяющие надежность авиационной техники

1.1.4 Определения и термины системы ТОиР

1.2 Разработка структурной схемы и оценки её надёжности

1.2.1 Структурные модели надежности

1.2.2 Методы повышения надежности устройств

1.2.3 Классификация способов резервирования

1.2.4 Расчет надежности при общем резервировании

1.3 Система управления вертолета Ми-8Т

1.3.1 Проводка системы управления вертолета

1.3.2 Продольно-поперечное управление

1.3.3 Путевое управление

1.3.4 Замыкающий вал

1.3.5 Устранение несоконусности лопастей несущего винта Глава 2. Анализ функциональных отказов и расчет надежности системы управления вертолета Ми-8Т

2.1 Оценка показателей надежности системы управления вертолета Ми-8Т

2.1.1 Параметр потока отказов

2.1.2 Вероятность безотказной работы

2.1.3 Налет на отказ общий

2.1.4 Построение зависимостей вероятности безотказной работы и вероятности появления отказа от наработки

2.2 Анализ надежности системы управления вертолета Ми-8Т в а/к «ЮТэйр»

2.2.1 Вычисление величины налетана отказ общего

2.2.2 Нахождение параметра потока отказов

2.2.3 Построение зависимостей вероятности безотказной работы и вероятности появления отказа от наработки

2.2.4 Разработка структурной схемы оценки надежности системы управления вертолета Ми-8Т

2.2.5 Приведение надежности агрегатов трансмиссии вертолета к Нормам Летной Годности (НЛГ)

Глава 3. Разработка мероприятий по повышению надежности системы управления вертолета Ми-8Т

3.1 Разработка мероприятий по повышению надежности гидроусилителей РА-60Б и КАУ-30Б вертолета Ми-8Т

3.2 Разработка мероприятий по повышению надежности кронштейна и тросовой проводки вертолета Ми-8Т Глава 4. Безопасность жизнедеятельности, экологическая безопасность и экономическая эффективность ПТО

4.1 Безопасность жизнедеятельности

4.1.1 Описание производственного участка

4.1.2 Электробезопасность

4.1.2.1 Расчет заземления

4.1.2.2 Освещенность рабочего места оператора

4.1.3 Микроклимат вычислительного центра

4.1.4 Пожарная безопасность

4.2 Экологическая безопасность

4.3 Экономическая эффективность ПТО

4.3.1 Обоснование экономической эффективности ПТО

4.3.2 Расчет заработной платы ЗАКЛЮЧЕНИЕ Список используемой литературы ПРИЛОЖЕНИЯ

Повышение эффективности использования по назначению авиационной техники при обеспечении высокой безопасности полетов — главный источник укрепления и роста экономики предприятий гражданской авиации. Для повышения эффективности использования авиационная техника совершенствуется, растет насыщение летательных аппаратов автоматическими системами управления и регулирования, аналоговыми и цифровыми вычислительными устройствами. Однако при этом возрастает сложность систем авиационной техники, число элементов, узлов, блоков изделий. Каждый из элементов в процессе работы может отказать. И чем больше элементов в изделии, тем будет и больше вероятность того, что в полете хотя бы один из этих элементов откажет. А появление отказа определенных изделий в полете может быть причиной предпосылки к летному происшествию или самого происшествия. Таким образом, усложнение авиационной техники для повышения ее эффективности усложняет и проблему повышения ее надежности и безопасности полетов.

По данным ИКАО около 20…30% всех авиационных происшествий (АП) происходят из-за отказов авиационной техники, до 14% АП являются следствием низкого качества технического обслуживания авиационной техники, т. е. происходят по вине инженерно-технического состава авиационных предприятий.

Поэтому в последние годы внимание научных и инженерно-технических работников, занятых решением задач эксплуатации авиационной техники, обращено к этим проблемам. Успешное их решение позволит существенно улучшить показатели использования вертолетов, надежности работы их систем и изделий, регулярности полетов, исправности и экономичности эксплуатации.

Низкую надежность, заложенную при создании изделий авиационной техники, трудно компенсировать даже высоким качеством ее технического обслуживания. При этом возрастают время и трудозатраты на обслуживание авиационной техники, так как при малой ее надежности необходимо увеличивать глубину и частоту контроля ее технического состояния, объемы профилактических и восстановительных работ.

Чтобы обеспечить высокую эффективность гражданской авиации, к авиационной технике предъявляются жесткие требования в отношении ее надежности, качества работы, простоты и трудоемкости ее использования в полете, трудоемкости и времени технического обслуживания и восстановления.

Надежность авиационной техники оценивается с помощью специальных численных критериев. Это позволяет установить ее соответствие требованиям летной и технической эксплуатации, выполнять расчеты потребных ресурсов авиатехники. Это позволяет заказчику предъявлять разработчикам научно обоснованные (оптимальные) требования к техническим характеристикам создаваемой авиационной техники.

Совершенство любого метода обслуживания и ремонта определяется тем, насколько полно он обеспечивает взаимодействие между объективно существующим процессом изменения технического состояния объекта и процессом его технической эксплуатации, характеризуемым последовательной во времени сменой различных состояний: полета, видов обслуживания и ремонта, хранения, ожидания и т. п.

Традиционный планово-предупредительный метод обслуживания и ремонта, основанный на выполнении профилактических работ определенных объемов через заранее запланированные интервалы времени или наработки независимо от состояния систем и изделий, обеспечивает слабое взаимодействие между указанными процессами.

Более тесную связь между ними, когда состояния процесса эксплуатации назначаются в соответствии с возникающими у объекта техническими состояниями, обеспечивают методы обслуживания и ремонта по состоянию.

Эти методы, как и традиционный метод обслуживания и ремонта по наработке, по своей природе являются также планово-предупредительными. Планируемыми здесь являются лишь объемы работ по техническому диагностированию объектов и периодичность их выполнения. Предупредительный же характер методов обеспечивается путем постоянного наблюдения при эксплуатации за уровнем надежности, а в ряде случаев и техническим состоянием функциональных систем и отдельных изделий с целью своевременного выявления предотказного состояния последних с последующей заменой или восстановлением значений контролируемых параметров до заданных величин.

Основным принципом методов обслуживания и ремонта по состоянию является принцип предупреждения отказов функциональных систем самолета и их, отдельных наиболее важных изделий при условии обеспечения максимально возможной наработки их до замены.

Большое разнообразие возможных методов обслуживания и ремонта по состоянию условно можно объединить в две основные группы: с контролем уровня надежности и с контролем параметров объектов эксплуатации. В первом случае задача обслуживания сводится к управлению уровнем надежности определенной совокупности однотипных изделий, а во втором — к управлению техническим состоянием каждого конкретного изделия. Обслуживание и ремонт по состоянию с контролем уровня надежности заключаются в оперативном сборе, обработке и анализе данных о надежности и эффективности эксплуатации совокупности однотипных изделий и выработке решений о необходимых объемах профилактических работ для всей совокупности изделий или для определенной их группы. Замена каждого из изделий при этих методах производится, как правило, после его отказа, являющегося безопасным для функциональной системы.

В свою очередь, методы обслуживания и ремонта по состоянию с контролем параметров предусматривают непрерывный или периодический контроль и измерение параметров, определяющих техническое состояние функциональных систем и изделий. Решение о замене или восстановлении работоспособности изделий здесь принимается тогда, когда значения контролируемых параметров достигают предкритического уровня.

Из изложенного следует, что применение новых методов обслуживания и ремонта основывается на глубоком знании характеристик надежности функциональных систем и их изделий, четкой организации информационного обеспечения, широком использовании для оценки технического состояния объективных средств и методов контроля, а также высоком уровне эксплуатационной технологичности конструкций.

Из выше изложенного очевидна необходимость глубокого изучения и практического применения основ теории надежности авиатехники эксплуатирующими ее специалистами.

Глава 1. Теоретические основы дипломного проектирования

1.1 Техническое устройство как объект оценки надежности

1.1.1 Основные понятия

Надежность является сложным свойством, которое, в зависимости от назначения и условий применения объекта, состоит из сочетаний свойств безотказности, долговечности, ремонтопригодности, сохранности.

Безотказность есть свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение заданного времени или заданной наработки.

Долговечность свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния, при котором его дальнейшее использование невозможно или из-за низкой безотказности, или по экономическим соображениям. Например, появившиеся новые типы воздушных судов, как правило, расходуют меньше топлива, более удобны для перевозки пассажиров и грузов, чем эксплуатировавшиеся ранее, которые поэтому снимаются с эксплуатации.

Ремонтопригодность свойство объекта, заключающееся в его приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений, к восстановлению и поддержанию работоспособности путем проведения технического обслуживания и ремонта воздушного судна.

Сохраняемость свойство объекта сохранять значения показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности в течение хранения и транспортирования.

Объектом исследования и обеспечения надежности является техническое устройство.

Под техническим устройством понимается любая законченная конструкция — машина, механизм, агрегат, прибор, узел или комплекс подобных конструкций, предназначенная для выполнения определенных функций.

При исследовании надежности широко используется также понятия «система» и «элемент».

Системой называется совокупность совместно действующих технических устройств, выполняющих единую задачу.

Элемент представляет собой отдельное техническое устройство, входящее в систему, которое при исследовании надежности рассматривается как единое нерасчленяемое целое.

В зависимости от задач исследования надежности каждый из элементов системы может рассматриваться как система, состоящая, в свою очередь, из элементов.

Техническое устройство может находиться в исправном, работоспособном, неисправном, неработоспособном и предельном состояниях.

Исправное состояние, при котором устройство соответствует всем требованиям, установленным нормативно-технической документацией. Эти требования касаются как основных выходных параметров (т.е. определяющих качество выполнения устройством заданных функций), так и второстепенных, неосновных параметров, от которых не зависит работоспособность устройства на рассматриваемом отрезке времени.

Работоспособное — состояние, при котором устройство способно выполнять заданные функции, сохраняя значения определяющих параметров в пределах, установленных нормативно-технической документацией. При этом какие-то из неосновных параметров могут не удовлетворять нормативным требованиям;

Неисправное — состояния, при котором устройство не соответствует хотя бы одному из требований, установленных нормативно-технической документацией.

Следовательно, исправное устройство всегда является и работоспособным, а работоспособным может быть и неисправное устройство.

Неработоспособное — состояние, когда значение хотя бы одного из определяющих параметров не соответствует требованиям нормативно-технической документации. Неработоспособное состояние всегда является и неисправным;

Предельное состояние, при котором его дальнейшее применение недопустимо по условиям надежности, или нецелесообразно по экономическим причинам, либо восстановление его работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно;

Отказ событие, заключающееся в нарушении работоспособности устройства (системы). При отказе один или несколько основных параметров выходят за границы полей допусков.

Повреждение состояние неисправности устройства, которое появилось вследствие внешних воздействий на него.

Примерами внешних воздействий могут быть: попадание посторонних предметов в компрессор авиадвигателя в полете, поломка амортизации блока или погнутость корпуса блока в результате небрежности обслуживающих специалистов, попадание молнии в воздушное судно и т. д.

Всякое повреждение, разрегулировка и другие неисправности, не приведшие к потере работоспособности устройства, называется дефектом.

В процессе эксплуатации устройство может переходить из одного состояния в другое. Устройство из исправного состояния может перейти в состояние дефекта или отказа. В результате дефекта оно становится неисправным, но работоспособным. В дальнейшем оно может стать неработоспособным. В результате отказа или повреждения возможно наступление неработоспособного или предельного состояния. Из всех неисправных состояний возможен перевод устройства в исправное состояние в результате проведения ремонта (текущего, капитального). Из предельного состояния обычно устройство направляется на списание, хотя в некоторых случаях возможен капитальный ремонт и возвращение его в эксплуатации.

1.1.2 Классификация отказов

В зависимости от классификационных признаков отказы делятся на следующие виды:

по характеру процесса возникновения — внезапные, постепенные;

по влиянию на работоспособность — полные, неполные (частичные);

по внешнему проявлению — явные, неявные;

по взаимосвязи отказов — зависимые, независимые;

по времени существования — устойчивые, сбои, перемежающиеся;

по причине — конструкционные, производственные, эксплуатационные.

Внезапные отказы проявляются в виде резких изменений одного или нескольких основных параметров под воздействием скрытых случайных факторов, связанных с внутренними дефектами элементов, ошибками операторов и т. д.

Постепенные отказы развиваются сравнительно медленно, являются чаще всего следствием износа и старения элементов, нарушения регулировок и т. п.

Деление отказов на внезапные и постепенные является условным. Практически почти любой внезапный отказ есть следствие постепенного развития каких-то неисправностей в объекте (при нормальных условиях эксплуатации), которые остаются незаметными для нас. Однако при появлении соответствующих методов и средств контроля, обеспечивающих увеличение глубины и достоверности контроля, отказы, ранее считавшиеся внезапными, переходят в группу постепенных.

Полные отказы приводят к полному нарушению работоспособности, а неполные (частичные) вызывают ухудшение качества его функционирования. Примерами частичных отказов могут служить увеличение времени уборки-выпуска шасси.

Явные отказы обнаруживаются сразу при внешнем осмотре или при включении устройства в работу. Для обнаружения неявных отказов требуется применение специальных средств контроля.

Зависимые отказы — отказы элементов, обусловленные повреждением или отказом другого элемента. Они происходят в результате перегрузок первых, связанных с отказами других элементов. Отказ плунжерного насоса может привести к отказу обратных клапанов забивке фильтров и т. д.

Независимые отказы не обусловлены отказом какого-либо другого объекта.

Устойчивые отказы устраняются только после выполнения специальных восстановительных работ.

Сбой — самоустраняющийся отказ, который приводит к кратковременному нарушению работоспособности устройства. Отказы такого вида исчезают самопроизвольно без вмешательства оператора. Наиболее характерны сбои для электронно-вычислительных устройств: здесь даже один сбой может быть причиной совершенно неверных результатов реализации программы вычислений.

Перемежающиеся отказы представляют собой случай, когда один и тот же отказ периодически появляется и самоустраняется. Например, при поврежденной изоляции оголенный участок электропровода периодически может касаться корпуса воздушного судна (при эволюциях воздушного судна), вызывая нарушения в работе определенной аппаратуры. Периодически повторяющийся один и тот же сбой в ЦВМ также можно отнести к перемежающимся отказам.

Конструкционный отказ появляется в результате ошибок и нарушения норм конструирования устройства.

Производственный отказ возникает в результате нарушения установленной технологии изготовления или ремонта устройства.

Эксплуатационный отказ является следствием нарушения установленных правил эксплуатации объекта.

В зависимости от последствий отказы авиационной техники делятся на следующие четыре группы:

катастрофические — которые, как правило, ведут к авиационному происшествию (заклинивание рулей, невыпуск шасси и т. д.);

критические — которые могут привести к авиационному происшествию и парирование которых в полете требует больших эмоциональных и физических напряжений от экипажа (самовыключение одного из авиадвигателей, отказ системы автоматического управления полетом в некоторых режимах ее работы и т. п.);

граничные, которые приводят к значительному ухудшению условий полета, но не угрожают безопасности полета (отказ одногодвух насосов из шести имеющихся, отказ какого-либо из приборов на приборном пульте одного из пилотов при наличии такого прибора у другого пилота и т. д.);

безопасные, которые не приводят к опасным последствиям и создают экипажу (пассажирам) при выполнении полета лишь незначительные затруднения (отказы отдельных ламп освещения, электронагревательных элементов в кухне и т. д.).

Функциональный отказ — потеря комплексом бортовых систем способности выполнять предназначенную для него функцию (рулевого управления, производства электроэнергии, навигации и т. д.).

В зависимости от приспособленности к восстановительным работам устройства делятся на ремонтируемые и неремонтируемые, восстанавливаемые и невосстанавливаемые.

Ремонтируемым называется устройство, исправность и работоспособность которого при отказе могут быть восстановлены путем ремонта, если это предусмотрено нормативно-технической документацией.

Неремонтируемым является устройство, исправность и работоспособность которого при отказе не подлежит восстановлению путем ремонта (лампы накаливания, электронные лампы, микросхемы, залитые компаундами блоки и т. д.).

Восстанавливаемым устройством называется такое, которое после отказа подлежит восстановлению в рассматриваемых условиях эксплуатации (в рассматриваемой ситуации).

Невосстанавливаемым, называется устройство, работоспособность которого после отказа не подлежит восстановлению в рассматриваемых условиях эксплуатации.

Ремонтируемое устройство может быть принято как восстанавливаемое и как невосстанавливаемое, в зависимости от рассматриваемой ситуации. Например, гидроаккумулятор является ремонтируемым. При некоторых отказах он является восстанавливаемым в условиях эксплуатации (нарушение герметичности зарядного клапана). При других отказах (внутренняя негерметичность) в условиях эксплуатации гидроаккумулятор оказывается невосстанавливаемым. Но он может быть отремонтирован, т. е. восстановлен на ремонтном заводе. Таким образом, понятия о восстанавливаемых или невосстанавливаемых устройствах являются относительными к рассматриваемым ситуациям (характер отказа, условия эксплуатации или ремонта),

Неремонтируемое устройство является в то же время и невосстанавливаемым, а ремонтируемое устройство может быть восстанавливаемым в одних условиях и невосстанавливаемым в других.

1.1.3 Факторы, определяющие надежность авиационной техники

Надежность изделий зависит от многих факторов, которые условно можно разделить на три группы:

Конструктивные, определяемые качеством проектирования изделия. К ним относятся: рациональность выбранных схем и конструктивного решения; качество и обоснованность выбранных материалов; ограничения по массе, габаритным размерам и стоимости; полнота учета условий эксплуатации; выбранные запасы прочности; режимы работы элементов схемы и конструкции; стандартизация и унификация элементов изделия; обеспечение возможности контроля качества изготовления в процессе производства и приспособленность к контролю состояния изделия в процессе эксплуатации;

Производственные, определяемые условиями и качеством изготовления изделия. В эту группу факторов входят: качество организации производства; совершенство технологии изготовления; классификация производственного инженерно-технического и рабочего состава; качество применяемого производственного оборудования — средств производства; совершенство системы производственного контроля качества изготовления; полнота и качество заводских испытаний; качество упаковки, хранения и транспортировки.

Эксплуатационные, определяемые воздействиями на изделие в процессе его эксплуатации. Эту группу факторов составляют: качество организации и осуществления технического обслуживания и процесса использования авиатехники по назначению; соблюдение установленных режимов работы и технического обслуживания изделия; квалификация летного и инженерно-технического состава; социальные условия работы и жизни личного состава; внешние физические факторы (температура, влажность, давление, вибрации и т. д.); биологические факторы, определяющие воздействие микроорганизмов и других явлений живой природы на состояние изделий авиатехники; условия хранения изделия; своевременность и качество проведения мероприятий по поддержанию и повышению надежности изделий.

Из приведенного перечня факторов следует, что проблемой надежности должны заниматься физики, химики, биологи, конструкторы, технологи, психологи, эксплуатационники, летные экипажи. Успешно решить эту проблему можно лишь их совместными усилиями.

Определенный уровень надежности изделия закладывается при его конструировании и производстве. В процессе эксплуатации при соблюдении всех требований завода-изготовителя по эксплуатации этот уровень надежности обеспечивается. Существует мнение, что в процессе эксплуатации невозможно повысить уровень надежности изделия по сравнению с тем, который заложен в него на заводе.

Однако заложенный на заводе уровень надежности изделия зависит от запланированной технологии его технического обслуживания, от возможностей существующих и созданных средств контроля его технического состояния. Поэтому в процессе эксплуатации возможно повысить надежность в полете, если будут усовершенствованы средства контроля для увеличения глубины и достоверности контроля технического состояния изделия. В результате такого углубленного контроля и своевременной профилактики можно увеличить надежность изделия по отношению к надежности, установленной заводом.

1.1.4 Определения и термины системы ТОиР

Под системой ТО понимается совокупность взаимосвязанных средств, документации технического обслуживания и ремонта и исполнителей, необходимых для поддержания работоспособности (готовности к работе) ЛА. Целью технологии является использование закономерностей процесса обслуживания для обеспечения требуемого качества обслуживания. Технологический процесс обслуживания составляет последовательное восстановление качественного состояния техники. Поскольку основу разработки технологии обслуживания составляет технология машиностроения, в дальнейшем изложении используется установившиеся в ней понятия и определения.

Ряд основных понятий о видах работ, выполняемых в процессе ТО, стандартизирован (например, ГОСТ 18 322– — 78 и 24 212 — 80). Так, в соответствии с ГОСТ 18 322– — 78 определяется как операция или комплекс операций по поддержанию работоспособности или исправности изделия при использовании по назначению, ожидании, хранении и транспортировании.

Совершенствование ЛА осуществляется на всех этапах его жизненного цикла, начиная с поисковых исследований и кончая эксплуатации. Вместе с ЛА все эти этапы проходит и его система ТО. Повышение качества отработки системы эксплуатации, характеристик ТО ЛА стало одним из основных требований, предъявляемых к летным испытаниям.

Для реализации процесса обслуживания организуются и оборудуются рабочие, места, на которых размещается технологическое оборудование. Законченная часть процесса обслуживания, выполнения на отдельном рабочем месте, называется операцией. Операция — основной элемент планирования и учета. На нее разрабатывается основная технологическая и планирующая документация. Операция делится на переходы, являющиеся основными технологическими элементами.

Время, затрачиваемое на выполнение технологического процесса, называется трудоемкостью, которая измеряется в человеко-часах. Фактической трудоемкостью называется время, фактически затраченное на выполнение работы. Количество машин, подлежащее обслуживанию в единицу времени, составляет программу производства.

В общем случае техническое обслуживание включает контроль, проверку, профилактику и восстановление. Контроль и проверка позволяют установить фактическое состояние техники, уточнить необходимость профилактических и восстановительных работ. Профилактика устраняет снижение уровня технического состояния, т. е. предупреждает появление неисправностей, в то время как восстановление (ремонт) устраняет неисправность. Профилактика входит как в обслуживание, так и в плановый ремонт. Восстановление относится только к неплановому ремонту.

С помощью приведенных показателей оценивается технология обслуживания и определяются пути ее совершенствования. В общем случае совершенствования технологии направлено на решение следующих задач: восстановления заданного технического состояния машины; обеспечение потребной готовности; снижение стоимости обслуживания; сокращение продолжительности обслуживания; повышение безопасности работ.

Основными путями решения перечисленных задач являются:

1) организация технологии обслуживания, направленная на достижение наивысшей готовности машин за счет последовательности, при которой достигается минимальная продолжительность (цикл), при соблюдении ограничений (по надежности работ, ресурсам, совместимости и безопасности и др);

2) типизация работ обслуживания, означающую классификацию работ и составление типовой технологии их выполнения;

Согласно статистических данных по отказам вертолета Ми-8 по России можно построить следующую диаграмму, где наглядно отображена доля отказов для каждой системы. Видно, что большая часть всех отказов связана с отказами и неисправностями силовой установки и топливной системы. Таким образом, актуально будет провести анализ надежности именно для этих систем

Отказы систем вертолета Ми-8Т по России

1.2 Разработка структурной схемы и оценка её надёжности

1.2.1 Структурные модели надежности

Реальные технические устройства содержат большое число элементов. При этом увеличение числа элементов в системе в одних случаях приводит к уменьшению, а в других — к увеличению надёжности системы. Влияние числа элементов на надёжность проявляется в зависимости от того, как эти элементы соединены на структурной схеме (или модели) надёжности устройства.

Структурная схема или модель надёжности представляет собой логическую схему, составленную из символов элементов устройства исходя только из учёта влияния состояния элементов на работоспособность устройства.

В соответствии с этим различают схемы с последовательным и с параллельным соединениями.

Схема с последовательным соединением. Если отказ рассматриваемого элемента приводит к выходу из строя всего устройства, то на модели этот элемент включается последовательно.

Пусть, например, имеется гидравлическая цепь, (рис. 1, а) состоящая из трёх последовательно соединённых линий, вероятность безотказной работы которых р1, р2, р3. При отказе одного из трубопроводов системы происходит отказ всей системы. Поэтому структурная модель надежности цепи трубопроводов представляется последовательным соединением элементов (рис. 1, б).

Рис. 1. Структурная схема надёжности системы с последовательным соединением

Однако не всегда последовательное соединение на модели соответствует последовательному соединению на схеме. Например, при отказе гидрошланга к насосу НШ-39М (в гидросистеме вертолёта Ми-8) произойдет отказ всей гидросистемы, хотя данные элементы в системе соединены параллельно (рис. 2. а). Эти элементы на структурной модели соединяются последовательно (рис. 2. б).

Рис. 2. Структурная схема надёжности с последовательным соединением элементов при их параллельном соединении в реальной схеме

Рис. 3 Вероятности безотказной работы системы Рс последовательно соединенных элементов на схеме надежности (п = 1…4 — число элементов в схеме; р — вероятность безотказной работы одного элемента)

Структурная схема надёжности, составленная из последовательного соединения минимально-необходимых для работы изделия элементов (то есть без резервирующих элементов), называется схемой основного соединения.

Общая интенсивность отказов последовательного соединения N элементов равна сумме их интенсивности отказов:

Вероятность безотказной работы изделия с последовательным соединением элементов равна произведению вероятностей их отказов:

В случае постоянства всех интенсивностей отказов:

Надёжность изделия с последовательным соединением элементов всегда ниже надёжности самого ненадёжного элемента из них.

Схема с параллельным соединением. На структурной модели надёжности какого-то изделия, на которой все п элементов соединены параллельно, система остается работоспособной при отказе одного, двух или любых сочетаний из n — 1 элементов.

Если система переходит в состояние отказа (теряет работоспособность) только после отказа всех её элементов, то на структурной модели надёжности эти элементы соединяются параллельно. Такое соединение элементов называют также резервирующим.

О 0,5 1

Рис. 4 Зависимости вероятности безотказной работы системы от числа m взаиморезервирующих элементов

Вероятность отказа устройства с параллельным соединением т элементов на модели равна произведению вероятностей отказов всех этих элементов:

Вероятность безотказной работы:

Из зависимости надёжности устройства от числа параллельно соединенных элементов (рис. 2) видно, что надёжность устройства с параллельным соединением элементов выше, чем надёжность самого надёжного из них.

Структурные схемы надёжности строятся для устройств и систем любых принципов работы: механических, гидравлических, электрических и т. д. Такая схема может быть построена не только для конструктивно единых устройств, но и для систем, где устройства конструктивно и функционально независимы друг от друга и предназначены для выполнения единой поставленной задачи. Примером является гидравлическая система самолёта состоящая из трех независимых систем.

1.2.2 Методы повышения надёжности устройств

Повышению надёжности технических устройств, в том числе и гидравлических систем, последнее время уделяется достаточно серьёзное внимание. Эта задача решается как по линии проектирования и производства, так и по линии проведения необходимых доработок в процессе их эксплуатации. Работы по созданию гидравлических систем должны начинаться с задания необходимого уровня надёжности. При этом каждому агрегату или узлу задаются показатели надёжности исходя из важности выполняемых функций. Исходя из этих условий, а также с учётом экономических соображений выбираются оптимальные уровни надёжности для элементов и системы в целом.

Существует несколько методов повышения надёжности технических устройств. К основным из них относятся: конструктивные методы, использование структурной и функциональной избыточности, методы отбора элементов по результатам предварительных испытании, грамотная эксплуатация.

Конструктивные методы предусматривают:

— создание таких схем, в которых при возникновении неисправностей у одного из элементов не возникали бы неисправности у других элементов

— правильный выбор элементов устройства, минимального числа их типов. При этом учитывается достигнутый уровень производства элементов;

— правильный выбор конструктивной и принципиальной схем устройства; они должны содержать наименьшее количество функционально необходимых элементов. Более высокую надёжность имеют модульные и мелкоблочные конструкции с меньшим числом межблочных разъемов;

— учёт вопросов эксплутационной технологичности конструкции;

— выбор благоприятных условий работы агрегатов, правильный подбор рабочих параметров и характеристик;

— число видов материалов, применяемых в конструкции, должно быть небольшим, сами материалы должны иметь достаточно малую скорость старения, высокую прочность ;

— обеспечение хорошей технологичности конструкции, которая позволяет быстро и экономно освоить производство и автоматизировать изготовление и контроль изделия;

— учёт возможностей операторов; должна быть исключена возможность ошибочных действий операторов и обеспечена их безопасность и удобство работы.

Использование структурной и функциональной избыточности заключается: во введении резервных элементов и устройств, предназначенных для замены отказавших; в применении схем автоматического контроля параметров устройства в процессе его работы и схем автоматической подстройки параметров устройства.

Для серийных устройств важным методом повышения надёжности является проведение предварительных испытаний, в процессе которых отбраковываются наиболее слабые из устройств и элементов. Помимо перечисленных методов существенное значение для повышения надёжности устройств имеет их технически грамотная эксплуатация, высокий уровень знаний авиационной техники инженерно-техническим и лётным составом, строгое соблюдение требований руководящей эксплуатационной документации.

Из других мер, способствующих сохранению и повышению эксплуатационной надёжности, можно назвать прогнозирование отказов и разработка мероприятий по их предотвращению, внедрение специальной контрольно-измерительной аппаратуры, создание соответствующих условий при хранениии транспортировке изделий и др.

1.2.3 Классификация способов резервирования

Принцип резервирования заключается во введении в систему дополнительных резервных устройств, избыточных по отношению к минимальной функциональной структуре системы, необходимой для выполнения заданных функций. Совокупность основной и резервирующих систем называется резервированной системой.

В зависимости от схемы включения резервных элементов различаются обшее и раздельное резервирование.

При общем резервировании (рис. 7, а) минимальная функциональная структура изделия резервируется полностью. Примером резервированной системы является основная гидравлическая система самолёта с двумя и более

параллельно работающими гидравлическими системами на общих потребителей.

При раздельном резервировании резервируются отдельные элементы, их группы, а иногда и все элементы основной системы

(рис. 7, б). Примерами такого резервирования может быть параллельное включение гидравлических насосов в одной гидравлической системе.

На летательных аппаратах широко используется функциональное резервирование, когда взаимно резервирующие друг друга системы могут иногда иметь и несколько пониженное качество выходных характеристик по сравнению с основной системой.

Резерв называется нагруженным, если резервируемые и резервирующие системы работают одновременно с одинаковой нагрузкой (параллельная работа насосов, электродвигатели в механизмах повышенной надёжности).

Если до момента отказа основного устройства резервирующее работает в облегченном режиме, то такой резерв называется дежурным или с облегченным режимом. Интенсивность отказов такого резерва в дежурном режиме меньше, чем в рабочем. Примерами облегченного резерва могут быть часть топливных электрических насосов в системе управления выработкой топлива на самолёте.

Если до момента отказа резервируемой системы резервное устройство выключено, то такой резерв называется ненагруженным.

По методу включения резервирующих элементов разделяются системы с постоянным резервированием и системы с резервированием замещением. В первом случае резерв является нагруженным или работающим в облегченном режиме, во втором — ненагруженным.

Постоянное резервирование может быть пассивным и активным. В первом случае отказавшие элементы не отключаются из схемы системы, а во втором случае отключаются.

Степень резервирования характеризуется кратностью резервирования, под которой понимается отношение числа резервирующих элементов т — h к числу резервируемых элементов h:

где т — общее число параллельно включенных элементов (рис. 8); h — минимальное число из т включенных элементов, необходимое для обеспечения нормальной работоспособности системы.

Кратность резервирования может выражаться целым и дробным числами. Например, если из четырёх параллельно работающих насосов минимально необходимое их число равно двум, то при этом: К = (4−2)/2 = 1, т. е. имеет место однократное резервирование.

Если же минимальное число насосов h=3, то кратность резервирования: К=(4−3)/3 =1/3.

Эффективность резервирования характеризуется отношением вероятности отказа Qo (t) нерезервированной системы к вероятности отказа Qp (t) резервированной системы:

R (t)=Qo (t)/QP (t).

1.2.4 Расчёт надёжности при общем резервировании

Вероятность безотказной работы. Если параллельно включаются т элементов (рис. 8.), а нормальная работа может быть обеспечена одним из них, то есть кратность резервирования К=т—1, то вероятность безотказной работы системы:

При равновероятных отказах элементов pс (t) = p (t) и

Если задана вероятность безотказной работы системы при известных вероятностях для основной системы, то необходимое число параллельно включенных элементов:

Если параллельно включено т одинаковых элементов, а для нормальной работы необходимо не менее h из них (кратность резервирования при этом может быть любой, в том числе и дробной), то вероятность безотказной работы такой системы определяется формулой, полученной на основании теоремы о повторении опытов:

где l — число исправных элементов; pj/m — вероятность безотказной работы ровно у из т параллельно включенных элементов; p (t) и q (t) — вероятности безотказной работы и отказа соответственно одного из элементов;

1.3 Система управления вертолета Ми-8

1.3.1 Проводка системы управления вертолетом Рис. 8.1. Кинематическая схема управления вертолетом: 1 — рычаги останова двигателей; 2, 16 — тросы; 3, 4, 17, 18, 19, 20 — тяги; 5- рычаг общего шага автомата перекоса; 6, 7, 8, 15-гидроусилители; 9 — направляющие ролики; 10 — звездочка механизма изменения шага рулевого винта; 11- втулочно-роликовая цепь; 12 — кронштейн; 13 — тросовая проводка управления рулевым винтом; 14 — агрегат управления; 21, 22, 23 — пружинные механизмы загрузки; 24 — электромагнитные тормоза ЭМТ-2М; 25- рычаги раздельного управления двигателями; 26 — ручка управления тормозом несущего винта; 27 — ручка ШАГ-ГАЗ; 28 — ручка продольно-поперечного управления; 29 — педали Проводка системы управления (см._рис._8.1.) вертолетом и двигателями — смешанной конструкции. Жесткая проводка проложена от рычагов управления вертолетом до автомата перекоса и топливных насосов двигателей НР-40ВГ. Тросовая проводка применена в управлении тормозом несущего винта, остановом двигателей и в управлении рулевым винтом на участке от гидроусилителя РА-60Б до хвостового редуктора.

Колонки продольно-поперечного и педали путевого управлений кинематически связаны между собой тягами и качалками, проложенными под полом кабины экипажа. Рычаги ШАГ-ГАЗ связаны между собой замыкающим валом, от которого проложена раздельная проводка к автомату перекоса и насосу-регулятору НР-40ВГ. Рычаги раздельного управления включены к проводку управления двигателей при помощи дифференциального узла, который обеспечивает независимость управления насосами НР-40ВГ от ручек ШАГ-ГАЗ и рычагов раздельного управления двигателями.

От рычагов управления вертолетом и двигателями тяги проложены под полом кабины экипажа и соединены с нижними угловыми качалками, установленными на общем кронштейне в нижней части шпангоута № 5Н ее стороны центральной части фюзеляжа.

От нижних угловых качалок тяги проложены по стенке шпангоута № 5Н и соединены с верхними угловыми качалками, установленными на общем кронштейне. Между нижними и верхними угловыми качалками тяги состоят из двух звеньев, шарнирно соединенных с промежуточными качалками с целью создания необходимой жесткости проводки управления на вертикальном участке.

От верхних угловых качалок тяги управления двигателями соединены с рычагами блока валов, а тяги продольного, поперечного, путевого управлений и управления общим шагом проложены с нижней стороны потолочной панели и соединены с нижними рычагами агрегата 14 продольного, поперечного, путевого управлений и управления общим шагом (агрегат управления). Агрегат 14 управления установлен с верхней стороны панели у шпангоута № 10 центральной части фюзеляжа. Тяги, расположенные между верхними угловыми качалками и рычагами агрегата управления, состоят из трех звеньев, шарнирно соединенных между собой.

Средние звенья тяг закреплены в двух роликовых направляющих, установленных на шпангоутах № 4 и 6 центральной части фюзеляжа. Верхние рычаги агрегата управления соединены вертикальными тягами с качалками соответствующих гидроусилителей.

Все гидроусилители установлены на кронштейне, который закреплен на фланце главного редуктора с задней стороны. Гидроусилители продольного и поперечного управлений тягами и качалками кинематически соединены с автоматом перекоса. Гидроусилитель путевого управления соединен с рычагом сектора, от которого проложена тросовая проводка к механизму изменения шага рулевого винта. Гидроусилитель общего шага звеном соединен с рычагом общего шага автомата перекоса.

В проводку продольного, поперечного и путевого управлений установлены загрузочные механизмы с электромагнитными тормозами ЭМТ-2М. Загрузочные механизмы установлены на шпангоуте № 5Н со стороны центральной части фюзеляжа и параллельно подключены к каждой проводке в районе средних передаточных качалок. Цилиндры загрузочных механизмов соединены с промежуточными качалками, а штоки-с рычагами электромагнитных тормозов ЭМТ-2М.

Поперечные тяги, соединяющие ручки и педали управления, а также тяги продольного и поперечного управлений после гидроусилителей выполнены из хромансилиевых труб, остальные — из дюралюминиевых. На концах труб вклепаны стальные стаканы, в которые ввернуты ушковые или вильчатые наконечники для регулировки управления. В стаканах просверлены радиальные отверстия для контроля за длиной резьбовой части наконечника, ввернутого в стакан. Контрольные отверстия должны быть всегда перекрыты резьбовой частью наконечника. Наконечники фиксируются от проворачивания контргайками.

Соединение тяг с качалками и между собой выполнено на сферических шарикоподшипниках, имеющих пресс-масленки для смазки. Качалки продольно-поперечного управления после гидроусилителей изготовлены из стали, остальные — из алюминиевого сплава. Крепление качалок в кронштейнах осуществлено на шариковых подшипниках. Кронштейны качалок выполнены из магниевого сплава. Нижний, средний и верхний кронштейны выполнены общими и укреплены к стенке шпангоута № 5Н болтами.

Роликовые направляющие на шпангоутах № 4 и б по конструкции выполнены аналогично и состоят из магниевого литого кронштейна, в котором установлено на валиках 12 текстолитовых роликов (по три ролика для каждой тяги). Для регулировки зазора между тягой и роликами предусмотрена эксцентриковая ось, которая в отрегулированном положении стопорится винтом.

1.3.2 Продольно-поперечное управление Рис. 8.4. Схема продольно-поперечного управления: 1, 4-колонки продольно-поперечного управления; 2-тяга продольного управления; 3-тяга поперечного управления; 5- пружинные загрузочные механизмы; 6 — роликовые направляющие тяг; 7 — агрегат продольного, поперечного, путевого управлений и управления общим шагом; 8, 9 — гидроусилители продольного и поперечного управлений; 10 — кронштейн крепления гидроусилителей

Продольно-поперечное управление (рис._8.4.) состоит из двух колонок 1 и управления, проводок продольного и поперечного управлений. Каждая из проводок включает систему тяг и качалок, гидроусилитель КАУ-ЗОБ, механизм загрузки с электромагнитным тормозом ЭМТ-2М, агрегат управления и автомат перекоса. Правая и левая колонки продольно-поперечного управления аналогичны по конструкции, установлены на балке пола кабины экипажа симметрично относительно продольной оси вертолета.

Рис. 8.5. Колонка продольно-поперечного управления: 1- рычаг; 2- ручка управления вертолетом; 3- рычаг торможения колес; 4,5,6,7- кнопки;8- рукоятка; 9- корпус; 10- регулируемый винтовой упор; 11- кронштейн; 12- стакан; 13- шарнирная тяга; 14- ось; 15,16- качалки; 17- проушины Каждая колонка (рис._8.5.) состоит из ручки 2 корпуса 9, кронштейна 11, стакана 12, шарнирной тяги 13, качалок 15 и 16, установленных на оси 14. Ручка управления вертолетом изготовлена из изогнутой стальной трубки, к нижнему концу которой закреплен рычаг 1, а на верхнем конце установлена рукоятка 8 из эбонита. На рукоятке смонтированы по четыре кнопки: курковая кнопка 4 обеспечивает включение радио и СПУ, кнопка 5 — выключение автопилота, кнопка 7 — включение ЭМТ-2М, кнопка 6 — резервная. Электропроводы от кнопок проложены внутри трубы ручки и подсоединены к штепсельному разъему. На рукоятке левой ручки установлен рычаг 3 торможения колес, для удержания которого в заторможенном положении предусмотрен фиксатор. В средней части рычага 1 выполнена расточка для монтажа двух шариковых подшипников закрытого типа, обеспечивающих шарнирную навеску на корпусе 9. Болт крепления ручки является осью, относительно которой ручка управления может отклоняться в продольном направлении. В отверстие нижнего конца рычага запрессован шариковый подшипник для подсоединения к рычагу шарнирной тяги 13 продольного управления.

Корпус 9 отштампован из алюминиевого сплава и болтами жестко закреплен к стакану 12. В нижней части корпуса имеются две проушины 17 для подсоединения тяг. К одной проушине крепится тяга, соединяющая левую ручку с правой, к другой — тяга проводки поперечного управления.

Стакан 12 — стальной, установлен в расточке кронштейна 11 на двух шариковых подшипниках. Внутренние кольца подшипников с распорной втулкой между ними закреплены на стакане гайкой. Наружные кольца установлены в расточки кронштейна 11. Кольцо заднего подшипника зафиксировано от осевого перемещения гайкой с сальником.

Шарнирная тяга 13 изготовлена из стальной трубы. В задний ее конец ввернут резьбовой наконечник для регулировки длины тяги. В проушину наконечника запрессован шарикоподшипник для соединения тяги с качалкой 15 продольного управления. В передний конец трубы, имеющий больший диаметр, на двухрядном шариковом подшипнике установлен вильчатый наконечник. Внутреннее кольцо подшипника закреплено на хвостовике наконечника, наружное — зажато в трубе тяги гайкой. Шарнирная тяга 13 проходит внутри стакана 12, и ее ось совпадает с осью его вращения. Наличие шарниров в конструкции тяги исключает скручивание тяги при поперечном отклонении ручки управления.

Кронштейн 11 отлит из магниевого сплава. Он имеет фланец для крепления к балке пола кабины, расточку для монтажа стакана 12 и расточку под ось 14 качалок 15 и 16. Ось качалок установлена в кронштейне на двух шариковых подшипниках. На верхний конец оси на шлицах установлена качалка 15 и от осевого перемещения зафиксирована стяжным болтом. На нижний конец аналогично установлена двуплечая качалка 16. К одному плечу последней присоединена тяга от качалки правой ручки управления, к другому — крепится тяга проводки продольного управления. При необходимости ручку управления можно зафиксировать в среднем положении: в продольном направлении через отверстия в качалке 15 и кронштейне; в поперечном — через отверстия во фланце стакана 12 и кронштейне.

В продольном направлении отклонение ручки управления ограничивается регулируемыми винтовыми упорами 10, один из которых расположен на корпусе 9, другой на кронштейне 11. Отклонение ручки в поперечном направлении ограничивается торцами выреза на фланце стакана 12 и упором, установленным на кронштейне 9.

Тяги, соединяющие колонки управления, состоят из двух звеньев каждая и связаны между собой через поддерживающую качалку. В целях исключения повреждения лопастей о хвостовую балку при посадке вертолета с большим углом кабрирования в проводку продольного управления установлен гидравлический упор, загружающий па земле ручку управления дополнительным усилием при отклонении ее за пределы, соответствующие положению наклона тарелки автомата перекоса назад на угол 2°± 12'.

Гидравлический упор установлен на кронштейне, укрепленном болтами на стенке шпангоута № 5Н, ниже верхней угловой качалки продольного управления, которая имеет прилив с роликом.

При включенном гидроупоре ролик упирается в упор и препятствует дальнейшему отклонению ручки назад. Включение гидроупора осуществляется автоматически концевыми выключателями, установленными на главных стойках шасси, при обжатии штоков камер низкого давления.

Для устранения низкочастотных колебаний проводки продольного управления на верхней угловой качалке и качалке 16 колонки установлены балансировочные грузы.

1.3.3 Путевое управление Рис. 8.6. Кинематическая схема путевого управления:

1- гидроусилитель РА-60Б; 2- сектор; 3- звездочка; 4- втулочно-роликовая цепь; 5, 8-ролики; 6- тросовая проводка; 7- направляющие текстолитовые колодки; .9- агрегат управления; 10, 13,14,18- качалки; 11- электромагнитный тормоз ЭМТ-2М; 12- пружинный загрузочный механизм; 15- тяга; 16- педали; 17- звено

Путевое управление (рис._8.6.) состоит из двух педалей и проводки управления. Проводка управления — смешанной конструкции, она включает систему тяг и качалок, участок тросовой проводки с втулочно-роликовой цепью, гидроусилитель РА-60Б, механизм загрузки с электромагнитным тормозом ЭМТ-2М, агрегат управления, сектор и механизм изменения шага рулевого винта.