Методы оценки вероятности безотказной работы ГТД

Вопрос 1. Метод структурных схем

Для периода нормальной эксплуатации вероятность безотказной работы ГТД за один полет средней продолжительностью можно оценить с помощью экспоненциального закона, используя среднестатистические показатели безотказности. Так, если известны величины параметра потока отказов двигателей в полете и интенсивноти отказов, приводящих к их досрочному съему , то оценки соотвтетствующих вероятностей будут иметь вид , . Превая из этих вероятностей представляет интерес для сравнения надежности различных двигателей с точки зрения безопасности полетов. Ее величина может быть использована при оценке вероятности возникновения аварийной ситуации в полете многодвигательного самолета. Вероятность необходимо учитывать при определении гамма-процентного ресурса для оценки влияния на ресурс внезапных отказов, которые в период износа возникают совместно с постепенными.

При расчетах надежности по статистическим показателям безотказности двигатель рассматривают как элемент воздушного судна. Однако двигатель представляет собой сложную систему, состоящую из совокупности большого числа элементов, и его надежность зависит не только от безотказности элементов, но и от характера их объединения в систему.

Если рассматривать ГТД как систему элементов, отказ каждого из которых приводит к отказу всего двигателя (например, обрыв рабочих лопаток, разрушения дисков, вала или подшипников ротора), то структурную схему системы необходимо представить в виде последовательного соединения элементов. При условии, что отказы элементов независимы и вероятности их безотказной работы равны , функцию надежности такой системы можно определить, используя теорему умножения вероятностей, по формуле

,

где - число элементов.

Для случая, когда вероятности безотказной работы элементов одинаковы и равны , формула вероятности безотказной работы системы будет иметь вид . Последнее выражение удобно использовать при оценке надежности рабочего колеса по известной вероятности безотказной работы лопатки.

Эффективным способом повышения надежности многоэлементных систем является резервирование, которое обеспечивает так называемую схемную избыточность. Если резервные элементы работают в таком же режиме, что и основные (нагруженный резерв), то для системы можно принимать схему параллельного соединения элементов. При таком соединении вероятность безотказной работы системы равна

.

Очевидно, что резервирование элементов конструктивной схемы и газовоздушного тракта ГТД практически невозможно выполнить. Однако для отдельных систем двигателя (система автоматического управления, пусковая система и т.д.) резервирование элементов возможно и целесообразно.

Для оценки надежности данных систем, которые в общем виде можно представить в виде смешанных параллельно-последовательных схем, следует применять вышеприведенные формулы, используя при расчете значения вероятностей безотказной работы элементов, вычисленные с помощью экспоненциального закона по статистическим величинам интенсивностей отказов.

Данный метод носит название метода структурных схем. Его можно применять, когда отказы всех элементов системы однозначны для нее по своим последствиям. Если хотя бы один элемент подвержен двум и более отказам, реакция системы на которые различна, то метод структурных схем не применим. В этом случае целесообразно использовать метод логических схем, основанный на алгебре логики (алгебре Буля).