Расчет показателей безотказности и эксплуатационной технологичности с усовершенствованием топливной системы Ту-154

Размещено на http://www.allbest.ru/

Национальный авиационный университет

Аэрокосмический институт

Факультет Летальных Аппаратов

Кафедра сохранения летной годности АТ

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине

“Техническая эксплуатация воздушных судов”

Расчет показателей безотказности и эксплуатационной технологичности с усовершенствованием топливной системы Ту-154

Вариант - 1

Выполнил: студент ФЛА 407

Гапон Д.И.

Руководитель:

Богданович О.И.

Киев 2013

План

1. Краткое описание заданной системы с принципиальной схемой

2. Структурный и функциональный анализ системы

3. Расчет показателей безотказности системы и ее элементов

4. Анализ эксплуатационной технологичности

5. Рекомендации по конструктивному усовершенствованию заданной системы

1. Краткое описание заданной системы с принципиальной схемой

Топливная система самолета предназначена для размещения и хранения необходимого для выполнения полета запаса топлива и подачи его в работающие двигатели в необходимом количестве и под требуемым давлением на всех режимах полета.

Топливная система условно делится на две системы: внешнюю, или самолетную, и внутреннюю, или систему двигателей. К внутренней системе относятся топливные агрегаты и соединяющие их трубопроводы, установленные на двигателе и поставляемые вместе с двигателем НК-8-2У (НК-8-2).

Самолетная топливная система состоит из топливных баков и следующих систем: питания топливом основных двигателей, питания топливом двигателя вспомогательной силовой установки, перекачки топлива, дренажа топливных баков, заправки топливом, а также системы автоматики расхода и измерения топлива АЦТ6, системы измерения расхода топлива СИРТ-1Т. Впоследствии на самолетах вместо системы АЦТ6 будет устанавливаться система автоматики расхода и измерения топлива СУИТ4-1Т. На самолетах последних выпусков в самолетную топливную систему включена система подачи в топливо противообледенительной жидкости.

Топливо на самолете размещено в пяти кессон-баках. Три бака -- один бак № 1 и два бака № 2 (рис. 1) -- расположены в центроплане и два бака (баки № 3) -- в отъемных частях крыла.

На самолетах последних выпусков пространство в центроплане между бортовыми нервюрами № 3 и первым и вторым лонжеронами используется в качестве бака № 4. Этот бак на первом этапе будет балластным, а на последующих модификациях самолета топливо из него будет подаваться в бак № 1.

Бак № 4, являясь балластным, имеет агрегаты и элементы всех систем, необходимые для его нормального функционирования.

Питание двигателей осуществляется из расходного бака № 1, который пополняется топливом из баков № 2 и 3, а в последующем -- из бака № 4.

Централизованная заправка баков топливом производится снизу, через две приемные горловины, установленные в носке центроплана правого крыла. При отказе централизованной заправки под давлением заправка всех баков (кроме расходного) может производиться через верхние заправочные горловины баков.

Приборы контроля работы топливной системы и элементы управления ее работой размещены на пульте бортинженера на панели топливной системы и запуска ВСУ, на панели приборов контроля работы двигателей, на электрощитке пульта бортинженера, а также на щитке заправки, расположенном под крышкой люка на нижней поверхности носка центроплана правого крыла.

Каждый топливный бак представляет собой герметический отсек, образованный лонжеронами, нервюрами и верхней и нижней панелями крыла.

Более подробное описание топливной системы Ту-154 в Приложении 1.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1 Принципиальная схема топливной системы:

1 -- сигнализаторы давления СДУ2А-0Л8 и СДУ2-0,18; 2 -- насос ЭЦН-323; 3 -- обратный клапан; 4 -- заливная горловина; 5 -- магнитная линейка; 6 -- сливной кран; 7 -- переливные трубы; 8 -- насос ЭЦН-325; 9 -- порционер; 10 -- перекрывной пожарный кран; 11 -- датчик расходомера ДРТМС-ША; 12 -- штуцер консервации 1703А-Т; 13 -- подкачивающий насос ДЦН-44Т; 14 -- фильтр; 15 -- двигатель № 3; 16 -- двигатель ВСУ; 17 -- двигатель № 2; 18 -- двигатель № 1; 19 -- температурно-разгрузочный клапан; 30 -- датчик плотности ДПЕ5-1; 21 -- насос ЭЦН-319; 22 -- стержень; 23 -- заглушка; 24 -- стопорное кольцо, 25 -- трубопровод; 26 -- уплотнение; 27 -- переходная муфта.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2 Упрощенная принципиальная схема топливной системы:

1 баки; 2 подкачивающие насосы; 3 обратные клапаны; 4 противопожарный кран; 5 фильтр грубой очистки; 6 насос низкого давления; 7 фильтр тонкой очистки; 8 топливо-регулирующая аппаратура; 9 форсунки

2. Структурный и функциональный анализ системы

Для проведения анализа функционирования заданной системы в случае отказа отдельных ее элементов нужно на основе принципиальной схемы разработать структурную схему с учетом последовательного или параллельного соединения элементов.

Тип соединения элементов в структурной схеме зависит от влияния отказов отдельных элементов на работоспособность системы в целом.

Последовательное соединение выполняется тогда, если отказ элемента приводит к нарушению работоспособности всей системы.

Параллельное соединение элементов выполняется тогда, если отказ одного из элементов не приводит к нарушению работоспособности всей системы, так как параллельно соединенный элемент начинает выполнять функции того элемента, который отказал (принцип резервирования).

Так как современные функциональные системы представляют собой сложную взаимосвязанную совокупность агрегатов, целесообразно систему предварительно разделить на функциональные блоки. Группировку агрегатов (элементов) в блоки следует осуществлять с учетом их функциональных связей, а потом блочную схему детализировать по элементам.

I		II		III		IV		V

Рис. 3 Структурная блочная схема топливной системы



Рис. 4 Структурная (детализированная) схема топливной системы:

блок I: 1I, 2I, топливные баки; блок II: 1II, 2II, подкачивающие насосы; 3II, 4II, обратные клапаны; блок III: 1III противопожарный кран; 2III фильтр грубой очистки; 3III перепускной клапан фильтра грубой очистки; блок IV: 1IV подкачивающий насос двигателя; 2IV фильтр тонкой очистки; 3IV перепускной клапан фильтра тонкой очистки; блок V: 1V топливо-регулирующая аппаратура; 2V топливные форсунки

3. Расчет показателей безотказности системы и ее элементов

Общие положения

Показателями безотказности невосстанавливаемых объектов являются:

вероятность безотказной работы Р(t),

средняя наработка до отказа Тср ,

интенсивность отказов (t),

А показателями безотказной работы восстанавливаемых объектов:

вероятность безотказной работы Р(t),

наработка на отказ tср,

параметр потока отказов (t).

В задании на курсовую работу приведены часы наработки до отказов элементов системы, поэтому, для расчета вероятности безотказной работы элементов и системы в целом, рекомендуется использовать математическую модель распределения времени наработки между отказами, которая базируется на использовании экспоненциального закона. Вероятность безотказной работы рассчитывается по формулам:

для невосстанавливаемых систем: P(t) = e t (1)

для восстанавливаемых систем: P(t) = e t (2)

топливный система самолет безотказность

Расчет показателей безотказности элементов систем

Расчет вероятности безотказной работы следует проводить на период функционирования элемента (системы) в полете. Учитывая, что за время полета системы не восстанавливаются, характеристикой безотказности заданного элемента является интенсивность отказов:

(3)

где r количество отказов за время t; (t+t);

N(t) количество объектов, которые трудоспособные на время t;

t величина интервала наблюдений.

(4)

где tmax, tmin максимальная и минимальная наработка до отказа;

K количество интервалов (рекомендуется 5…7).

Для уменьшения влияния второстепенных факторов на интенсивность отказов с учетом экспотенциального закона распределения, для которого есть постоянной величиной, рекомендуется использовать значение ср, которое равняется среднему значению интервальных оценок (ti):

(5)

Оценка средней наработки до отказов зависит от плана эксплуатационных наблюдений (испытаний) и закона распределения наработки до отказа. При наиболее распространенном плане наблюдений исследуются: количество невосстанавливаемых во время эксплуатации изделий N, которые подлежат наблюдению, до наработки T, и, при экспоненциальном законе распределения, средняя наработка до отказа:

(6)

где ti наработка i-го элемента до отказа;

T время наблюдения, которое равно межремонтному ресурсу;

N количество наблюдений изделий, которые подлежат ;

R количество отказов во время наблюдения.

Расчет вероятности безотказной работы системы

Вероятность безотказной работы системы ПС в значительной мере зависит от средства соединения его элементов, тому расчет показателей следует проводить после структурного анализа заданной системы и оценки вероятности безотказной работы ее элементов.

При последовательном соединении элементов вероятность безотказной работы P(t) блока за время t равняется:

P(t)=P1(t) · P2(t) · ... · Pi(t), (7)

где P1(t), P2(t) ... Pi(t) вероятность безотказной работы элементов, из которых складывается система.

При резервировании, то есть параллельном соединении элементов, которые резервированные, вероятность безотказной работы P(t) блока за время t равняется:

P(t)=1 [1P1(t)] [1P2(t)]...[1Pi(t)]. (8)

После определения вероятности безотказной работы блоков необходимо оценить вероятность безотказной работы системы ПС в целом с учетом средства соединение его блоков.

Расчет вероятности безотказной работы элементов и системы в целом рекомендуется проводить на один час полета. После получения рассчитанных значений вероятности безотказной работы элементов и системы в целом за один час полета, необходимо провести их сравнения с нормированными значениями, которые приведены в нормах летной годности воздушных судов и документах ІКАО.

Нормативные значения вероятностей возникновения особых ситуаций и событий полета:

осложнение условий полета 0,999;

сложна ситуация 0,9999;

аварийная ситуация 0,99999;

катастрофическая ситуация 0,999999.

Исходные данные

Система топливная (см. рис. 1, рис. 2).

Наработка топливного фильтра низкого давления к отказу (ti) 79; 128; 201; 274; 295; 302; 309; 318.

Количество N элементов, которые под надзором 82;

Значение интенсивности отказов для других элементов любого из блоков системы ·104 1/час = 9,4; 3,2; 4,5; 6,5.

Расчет интенсивности отказов и вероятности безотказной работы топливного фильтра низкого давления

Интенсивность отказов рассчитывается по формуле (3). Величина интервала наблюдения (t) определяется с учетом количества интервалов K. Количества интервалов K примем равным 5:

(час).

Проведем группировку наработок до отказов по интервалам. Данные для расчета и определения t сведем в табл.1.

Рассчитаем среднее значение интенсивности отказов.

1/час.

Если наработка до отказа данного элемента распределяется по экспоненциальному закону, то вероятность безотказной работы определяется по формуле (1). Принимаем время наработки, которое равняется трем часам (средняя продолжительность полета ВС). Значение функции е-х вычисляем с помощью прикладной программы MathCAD 14.

Тогда вероятность безотказной работы будет равняться

Р(t=1)=е-срt=е-0.00042 3 = 0,9987.

Таблица 1

Наработка до отказа агрегатов по интервалам

Показатель	Интервал наработки, ч
	79 126,8	126,8 174,6	174,6 222,4	222,4 270,2	270,2 318
Количество отказов r (t)	1	1	1	0	5
Количество исправных агрегатов к началу интервала N(t)	82	81	80	79	79
Интенсивность отказов (t)10-4,1/ч	2,55	2,58	2,61	0	13,2

Расчет вероятности безотказной работы других элементов, блоков и системы в целом

Для расчетов вероятности безотказной работы агрегатов необходимо использовать предоставленные значения интенсивности отказов. В каждом блоке для первого агрегата 1, для второго 2, для третьего 3, для четвертого 4. Если количество агрегатов в блоке меньшее четырех, тогда другие значения (t) не используются, а если в блоке больше четырех элементов, то следует принять для пятого агрегата значения 1, для шестого агрегата 2 и т.д.

Вероятность безотказной работы первого элемента первого блока будет равняться:

Р1I= =е0,00094 3 = 0,9972.

Вероятность безотказной работы второго элемента первого блока будет равняться:

Р2I= =е0.00032 3 = 0,9990.

Аналогично рассчитаем вероятность безотказной работы других элементов системы. Расчеты сводим в таблицу 2.

Вероятность безотказной работы блоков топливной системы необходимо рассчитывать таким образом:

Блок І вмещает в себе два параллельно соединенных элемента. Вероятность безотказной работы первого блока работы следует рассчитывать по формуле (8):

P I(1)= 1 - [1- P 1I(1)][1- P 2I(1)]=1-(1-0,9972)(1-0,9990) =0,9999972.

Блок ІІ состоит из четырех элементов, которые соединенные в две параллельных ветви, любая из которых вмещает два элемента, которые соединенные последовательно. Общая формула (8) имеет вид:

P II(1)= 1 - [1- P 1II(1)P 3II(1)][1- P 2II(1)P 4II(1)]=1-(1-0,99720,9981)(1-0,9990 0,9993)=0,9999997.

На основе аналогичных соображений получим для блоков ІІІ, IV, V такие расчетные формулы:

блок III PIII(1)=P1III(1) {1-[1-P2III(1)][1-P3III(1)]}= 0,9972[1-(1-0,9990)(1-0,9992)]=0,9991;

блок IV PIV(1)=P1IV(1) {1-[1-P2IV(1)][1-P3IV(1)]}= 0,9972[1-(1-0,9987)(1-0,9990)]=0,99969;

блок V PV(1)=P1V(1)P2V(1)= 0,9972 0,9990=0,9989.

Расчеты вероятностей безотказной работы блоков системы следует свести в табл.2.

Вероятность безотказной работы топливной системы в целом следует рассчитывать по формуле:

Pсист(1) = PI(1)PII(1)PIII(1)PIV(1)PV(1)= 0,9999972 0,999992 0,9972 0,9972 0,9962 = 0,99062.

Таблица 2

Расчет вероятности безотказной работы элементов и блоков системы

Номер блока системы	Номер элемента системы	Наработка элемента, час	Значение интенсивности отказов, 1/час 10-4	вероятность безотказной работы элементов	вероятность безотказной работы блоков
I II III IV V	1I 2I 1II 2II 3II 4II 1III 2III 3III 1IV 2IV 3IV 1V 2V	3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3	9,4 3,2 9,4 3,2 4,5 6,5 9,4 3,2 4,5 9,4 4,2 3,2 9,4 3,2	0,9972 0,9990 0,9972 0,9990 0,9981 0,9993 0,9972 0,9990 0,9992 0,9972 0,9987 0,9990 0,9972 0,9990	0,9999997 - 0,999998 - - - 0,9991 - - 0,99969 - - 0,9989 -

Выводы и предложения относительно усовершенствования системы

Анализ расчетов оценок показателей безотказности указывает на то, что наименьшую вероятность безотказной работы среди блоков системы имеет блок IV элементов топливной системы. Среди агрегатов блока IV наименьшую вероятность безотказной работы подкачивающий насос двигателя.

Общими повреждениями этой аппаратуры являются: перегрев, отказы в работе, работа в кавитационых режимах и др.

Мероприятиями, которые направлены на повышение безотказности и эффективности эксплуатации системы, могут быть:

- дополнительная очистка топлива, (установка фильтров и фильтрирующих элементов )

- изменение конструкции аппаратуры,

- разработка диагностических средств и программ.

Основой для усовершенствования с целью повышения безотказности могут быть конструктивные решения, направленные на усовершенствование как элементов системы, так и системы в целом, а также решения, которые предложены в изобретениях и авторских свидетельствах.

4. Анализ эксплуатационной технологичности

В этом разделе сделаем анализ приспособленности элементов системы к техническому обслуживанию (ТО).

Эксплуатационная технологичность элемента характеризуется доступностью, взаимозаменяемостью, легкосъемностью, контролепригодностью и другими показателями.

Для определения показателей эксплуатационной технологичности разработаем технологическую карту топливного фильтроэлемента низкого давления в которой указать содержание общих операций и трудовых затрат на их выполнение.

Содержание операций и трудовые затраты находятся в технологических указаниях по выполнению регламентных работ по техническому обслуживанию конкретного типа воздушного судна (Приложение 2).

Таблица 3

Технологическая карта замены топливного фильтроэлемента низкого давления самолета Ту-154

Содержание технологических операций	Инструмент, приспособления (оборудование)	Трудозатраты , чел. час
		подготовительных, заключительных работ (дополнительных)	работ по обслуживанию или замене (основных)
1	3	4	5
Подобрать инструмент	Набор инструментов	0,15
Подготовить рабочее место		0,20
Снять панель крыла	Гайковерт	0,30
Слить топливо из внутренней полости корпуса фильтра			0,10
Расконтрить рукоятку и отвернуть винт траверсы фильтра			0,05
Вывести траверсу из празов корпуса фильтра			0,05
Установить траверсу на лапку корпуса фильтра и используя их как упоры, вращением винта вывести фильтроэлемент из корпуса			0,10
Осмотреть фильтроэлемент			0,05
Установить на фильроэлемент заглушку и уложить его в сортовик для отправки на промывку			0,05
Получить фильроэлемент из обменного фонда, осмотреть его и убедится в правильности сборки			0,10
Смазать уплотнительные кольца крышки фильтра тонким слоем масла МК-8П	Масло МК-8П		0,05
Установить фильтропакет в корпус фильтра. Завести концы траверсы в пазы корпуса фильтра и винтом дотянуть до упора крышку до соприкасания ее торцов с корпусом фильтра по всей длине окружности			0,10
Законтрить и опломбирывать рукоятку винта	Проволока		0,05
Установить панель крыла	Гайковерт	0,40
Убрать рабочее место		0,15
Показать инструмент		0,10
Предъявить работы ОТК и оформить документацию		0,20
Всего		1,50	0,7

Доступность к элементу при техническом обслуживании характеризуется коэффициентом доступности Кд, определяемым по формуле:

(9)

где Тп.з. средняя трудоемкость подготовительных и заключительных работ во время ТО;

Тосн. средняя трудоемкость выполнения основных работ во время ТО.

Взаимозаменяемость элементов системы характеризуется коэффициентом взаимозаменяемости Кв, определяемым по формуле

(10)

где Тп средняя трудоемкость подгоночних, проверочных или регулировочных работ при замене элемента;

Тм средняя трудоемкость демонтажно-монтажных работ при замене элемента.

Сравнивая расчетные значения показателей с нормированными значениями и анализируя трудоемкость операций из технического обслуживания агрегатов, необходимо сделать выводы относительно уровня эксплуатационной технологичности агрегатов и дать предложения относительно их повышения.

При замене фильтроэлемента выполняются определенные работы с соответствующими трудоемкостями (Таблица 3). Подставляя значения трудоемкостей в формулу (9), находим значения коэффициента доступности фильтроэлемента.

В результате анализа можно сделать вывод, что значение коэффициента доступности топливного фильтроелемента низкого давления значительно ниже нормированного, поэтому необходимы конструктивные усовершенствования. Например, применять монтажные устройства, которые позволят уменьшить время замены фильтроэлемента.

5. Рекомендации по конструктивному усовершенствованию заданной системы

Для усовершенствования заданной системы можно использовать одно из таких направлений:

1. Разработка конструктивных средств, которые повышают надежность заданного элемента или системы в целом путем доработок элементов, повышение степени резервирования, замены элементов системы наиболее надежными.

Например, применение струйных насосов для внутрибакового перекачивания топлива, которые не имеют в своей конструкции вращающих деталей, на современных ВС намного повысило безотказность топливных систем.

2. Улучшение эксплуатационной технологичности или разработка стендов, установок для технического обслуживания систем ВС.

Например, оснащение агрегатов топливной системы устройствами, которые разрешают производить их демонтаж без слива топлива из баков системы, позволило резко уменьшить трудозатраты на техническое обслуживание ВС.

3. Разработка средств, которые направлены на повышение контролепригодности изделий и систем, разработка средств диагностирования технического состояния изделий, конструктивное изменение изделий и систем для использования оптимальных методов поиска повреждений и внедрение методов ТО изделий по их техническому состоянию.

Список используемой литературы

КОНСТРУКЦИЯ И ЛЕТНАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ САМОЛЕТА Ан-26 Учебное пособие, В.С. Марусенко, В.М. Теслюк, Ю.И. Титоренко. М.: Транспорт - 2003. - 280 с.

РУКОВОДСТВО ПО ЛЕТНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ Ан - 26. - Москва: Воздушный транспорт, 1992. - 497 с.

СМИРНОВ Н.Н., ИЦКОВИЧ А.А. Обслуживание и ремонт авиационной техники по состоянию. - М.: Транспорт, 1987. - 272 с.

Дмитрієв С.О., Тугарінов О.С., Докучаєв В.Г., Чоха Ю.М. Технічне обслуговування планера і функціональних систем ПС та АД: Навч. посібник. - К.: НАУ, 2003.- 250 с.

Размещено на Allbest.ru

...