Владимир Живетин - Технический риск (элементы анализа по этапам жизненного цикла ЛА)

Важной составляющей риска является уровень знаний характеристик ЛА, его систем бортового оборудования, систем наземного комплекса, с помощью которых осуществляется взлет, посадка, полет по эшелонам. Отказы авиационной техники, ошибки летного состава, непредусмотренные расчетами воздействия среды на ЛА, чаще всего, обусловлены влиянием множества случайных факторов. Неполный учет случайных факторов приводит к случайным непредвиденным исходам в полете.

При решении различных практических задач, принятии различных управленческих (проектных) решений можно учитывать все новые и новые группы факторов от самых существенных до самых ничтожных, тем самым, пытаясь уменьшить роль (предотвратить появление) случайного (ничтожного, неосознанного) фактора. Однако полностью исключить влияние таких факторов невозможно, так как человеческие знания относительны, и каждому уровню познаний соответствует свои погрешности. Кроме того, часто глубина наших знаний ограничивается финансовыми возможностями.

Подводя итог сказанному, сформулируем следующее определение: технический риск есть интегральная характеристика потерь, реализованных за весь жизненный цикл самолета или самолетов данного класса.

Потери топлива и техники в процессе эксплуатации ЛА являются основными потерями для современных ЛА, о чем свидетельствует анализ материалов их эксплуатации. В качестве основных факторов и параметров, обуславливающих указанные потери при эксплуатации (эксплутационный риск) будем рассматривать параметры:

– траектории полета, в том числе высоту, число Маха, скорость;

– влияющие на расход топлива и безопасность: масса, положение центра тяжести, сопротивление и подъемная сила ЛА.

В процессе разработки показателей технического риска для самолета необходимо учитывать все четыре этапа его жизненного цикла. На этапе научно-исследовательских работ учитывается роль науки; на втором этапе – роль конструкторско-проектных работ; на третьем – роль технологических процессов производства самолета; на четвертом – проблему эксплуатации и, прежде всего, обеспечение безопасности и оптимальности полета. При этом величина технического риска есть интегральная характеристика, обусловленная потерями при создании и эксплуатации технических систем и объектов, т. е. на протяжении всего жизненного цикла, включая НИР, ОКР, производство, эксплуатацию.

Система оптимизации режимов пилотирования позволяет вычислить при заданных свойствах планера и двигателя, конфигурации самолета оптимальные параметры траектории полета, при которых достигается максимальная (оптимальная) дальность полета L или минимальный расход топлива q.

В случае, когда параметры траектории полета отличаются от оптимальных, например, при отсутствии системы оптимизации режимов пилотирования (СОРП), и топливо расходуется не оптимально, происходят потери, что обуславливает соответствующий риск. Величина потерь для современного лайнера может достичь больших величин, если его не оборудовать СОРП.

В реальных условиях на ЛА могут быть установлены:

– только система оптимизации режимов пилотирования;

– только система предупреждения критических режимов;

– одновременно обе системы.

Случай, когда имеется только СПКР, рассмотрен в работе [6]. Назначение СОРП состоит в обеспечении в каждом полете максимальной дальности полета. Рассмотрим, как в процессе проектирования самолета, имеющего СОРП, формируется показатель риска, связанный с достижением или не достижением максимальной дальности полета. Заданное по техническому заданию значение дальности полета (L) это то ее значение, которое имеет место быть, когда математические модели, методы расчетов и проектирования не имеют погрешностей. Обозначим эту величину L кр – критическая, равная максимальному значению, дальность полета ЛА.

При проектировании мы получаем расчетную величину дальности полета L р. Если бы методы расчета и математические модели не обладали погрешностями, то L р= L кр. В реальности за счет по-грешностей расчета δL pимеем L p= L кр+ δL р, т. е. L р≠ L кр. Равенство имеет место, когда M{δL р} = 0, где M{δL р} – математическое ожидание случайной величины δL р. При этом имеем M{L р} = L кр.

При проектировании с целью обеспечения заданной (максимальной) дальности полета выбираются необходимые параметры самолета (обозначим их через А). За счет ошибок δL рмы можем выбрать параметр ЛА с ошибками δА такими, что дальность полета L 0< L кр. Прогнозирование и оценка такой ситуации важна для инвестора, так как расходы на работы в случае L 0< L крмогут не окупиться и возрасти после проведения ОКР, когда обнаружится этот факт, например, за счет того, что они должны быть повторены.

Погрешность расчетов δL рпредставим в виде: δL р= δL 1+ δL 2, где δL 1 – погрешность, обусловленная расчетами аэродинамических сил R x, R y, R zи другими факторами, влияющими на R x, R y, R z; δL 2 – погрешности, обусловленные несовершенством алгоритмов оптимизации, построенных на этапе НИР, включающих погрешности, стабилизации и управления. Отметим, что погрешности существующих методов расчета аэродинамических характеристик достигают 10 %.

На этапе опытно-конструкторских работ уточняется L кр= L maxи после экспериментального полета получают величину равную . При этом = L р+ δL 0, где δL 0 – погрешность дальности полета, обусловленная влиянием погрешностей опытных образцов бортового оборудования, двигателя, конструкции самолета.

В процессе производства каждая из подсистем; планер; двигатель; бортовое оборудование изготавливаются с погрешностью δ nи в результате для идеальных условий эксплуатации получаем L п, которая включает в себя погрешность δL пи тогда L п= L р+ δL п.

При эксплуатации ЛА за счет влияния внешних δ в1и внутренних δ в2возмущающихся факторов получаем эксплуатационную или фактическую дальность полета вида L ф= L п+ δL э(δ в1, δ в2). Погрешности δL р, δL п, δL эявляются случайными, каждая из них характеризуются своей плотностью вероятности. При этом фактическое значение L фсовпадает со значением, полученным при эксплуатации. При таких условиях технический риск, имеющий место при проведении ОКР, будет связан с теми ситуациями, которые возникают в процессе выполнения его, а именно

А 1= (L ф< L кр, L р≥ L доп), А 2= (L ф≥ L кр, L р≤ L доп),

А 3= (L ф< L кр, L р≤ L доп), А4 = (L ф≥ L кр, L р≥ L доп).

В результате искомые вероятности будут включать: Р 1= Р(А 1); Р 2= Р(А 2); Р 3= Р(А 3). Вероятность Р 2 – мы отвергли экономически выгодную конструкцию (объект); Р 1 – приняли к исполнению вариант ЛА, который не подтверждает по факту возможность достижения поставленной цели; Р 3 – получили отрицательный результат, что обусловило потери, связанные, в данном случае, с расходами проведения ОКР.