CC BY
129
и RmaxЬ
5. По опорным значениям продольных средних шагов непараметрический метод статистики предсказал, что ВПК и CBN50 обладают равноценными режущими способностями.
6. Выявлено, что по прецизионности формирова-
ния поперечных высот шероховатости и средних продольных шагов топографии поверхности деталей ВНС-2 наиболее высокими режущими способностями обладают круги АЭРОБОР.
Статья поступила 05.03.2014 г.
Библиографический список
1. Солер Я.И. Шероховатость поверхности при круглом шлифовании коррозионно-стойких сталей абразивными повышенной пористости // Инструмент и технологии XXI века: сб. докл. международного семинара. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2003. С. 124-139.
2. Старков В.К., Рябцев С.А., Поклад В.А. и др. Сравнительный анализ работоспособности высокопористых эльборовых и корундовых кругов при профильном зубошлифовании // Технология машиностроения. 2007. № 2. С. 17-22.
3. Солер Я.И., Небого С.С., Доморат А.А. Прогнозирование шероховатости плоских деталей из закаленной стали 30ХГСА при различном задании поперечной подачи в условиях маятникового шлифования высокопористым синтерко-рундом // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2013. № 7 (78). С. 22-31.
4. Унянин А.Н. Научное и технологическое обеспечение шлифования заготовок из пластичных сталей и сплавов с предотвращением засаливания абразивных кругов: дис... д-ра техн. наук. 05.03.01. Ульяновск: УлГТУ, 2006. С. 41-49.
5. Поллард Дж. Справочник по вычислительным методом статистики / пер. с англ. М.: Финансы и статистика, 1982. 344 с.
6. Холлендер М., Вулф Д. Непараметрические методы статистики / пер. с англ. М.: Финансы и статистика, 1983. 506 с.
7. Уилер Д., Чамберс Д. Статистическое управление процессами / пер. с англ. М.: Альпина Бизнес Букс, 2009. 409 с.
8. . Soler Ya.I., Lgalov V.V. Predicting the surface microrelief of press mold components in abrasive grinding // Russian engineering research. 2013. Vol.33, No.4. P. 229-235.
9. Soler Ya.I, Prokop'eva A.V. More precise geometric prediction of high-speed plates for composite tools in boron-nitride grinding // Russian engineering research. 2011. Vol.33, No.8. P. 800811.
10. Soler Ya.I., Kazimirov D.Yu. Selecting abrasive wheels for the plane grinding of airplane parts of the basis surface roughness // Russian engineering research. 2010. Vol.30, No.3. P. 251-261.
11. Солер Я.И., Нгуен В.Л., Нгуен Ч.К. Прогнозирование точности формы плоских деталей из закаленных сталей при маятниковом шлифовании периферией абразивного круга // Международный научно-исследовательский журнал. 2013. №12 (19). Ч.1. C. 128-134.
12. Инженерия поверхности / Кол. авт.; под ред. А.П. Суслова. М.: Машиностроение, 2008. 320 с.
УДК 629.7.036.3.018:629.7.036.3-19:629.7.067
СЕРТИФИКАЦИЯ И ВАЛИДАЦИЯ СЕРТИФИКАТА ТИПА АВИАЦИОННОГО ГТД
© В.Т. Шепель1
ОАО «Научно-производственное объединение «Сатурн», 152903, Россия, Ярославская обл., г. Рыбинск, пр. Ленина, 163.
Рассмотрены особенности Европейской сертификации авиационных двигателей. Показаны особенности представления сертификационного базиса, сертификационных листов соответствия и контрольного перечня соответствия. Описаны особенности использования отечественных конструкционных материалов, сертификации компонентов двигателя, работы с несоответствиями, системы управления конфигурацией авиационных двигателей. Рекомендованы основные факторы ускорения сроков и удешевления процесса сертификации авиационных двигателей.
Ил. 2. Библиогр. 6 назв.
Ключевые слова: сертификация; валидация; летная годность; авиационный двигатель.
CERTIFICATION AND VALIDATION OF AIRCRAFT GAS-TURBINE ENGINE TYPE CERTIFICATE VJ. Shepel
NPO Saturn JSC,
163 Lenin pr., Rybinsk, Yaroslavl region, 152903, Russia.
The article considers some aspects of European Certification of aircraft engines. The features of submitting Certification basis, Certification Compliance sheets and Certification Compliance Checklist are shown. The use of domestic structural materials is described, as well as the certification of engine components, dealing with nonconformities and aircraft engine configuration control system. The article recommends key factors to speed up and cheapen the certification of aircraft engines.
2 figures. 6 sources.
Key words: certification; validation; airworthiness; aircraft engine.
1Шепель Вячеслав Тимофеевич, доктор технических наук, профессор, начальник КО Сертификации, тел.: 89605386407, e -mail: sshepel@yandex.ru
Shepel Vyacheslav, Doctor of technical sciences, Professor, Head of the Certification Design Division, tel.: 89605386407, e-mail: sshepel@yandex.ru
Достижение приемлемых стандартов летной годности авиационных газотурбинных двигателей (ГТД), обеспечивающих адекватный уровень безопасности, достигается соблюдением при проектировании системы критериев прочности, норм летной годности (НЛГ) [1-3], гарантирующих целостность конструкции при соблюдении заданных эксплуатационных ограничений. Важная роль в процессе поддержания непрерывной летной годности принадлежит системе сертификации ГТД, являющейся частью системы обеспечения безопасности путем допуска в эксплуатацию двигателей, отвечающих государственным требованиям к летной годности и охраны окружающей среды. Государственными органами (авиационными властями), контролирующими процесс поддержания непрерывной летной годности авиационной техники (АТ), являются в:
- России - Авиационный регистр Межгосударственного авиационного комитета (АР МАК);
- Европе - European Aviation Safety Agency (EASA);
- ША - Federal Aviation Administration (FAA).
Сертификация является чрезвычайно дорогостоящим и длительным по времени процессом, имеющим ряд особенностей при международном применении. Поэтому в данной статье описывается опыт ОАО «НПО «Сатурн» по получению Европейского сертификата типа.
Сертификат типа - это документ, официально подтверждающий, что летная годность ГТД успешно продемонстрирована до ввода его в серийную эксплуатацию. Неотъемлемой частью сертификата типа является карта данных. В ней в кратком изложении содержится информация о типе двигателя, держателе сертификата, изготовителе, датах подачи заявки и выдачи сертификата, применяемых стандартах летной годности и экологических требованиях, перечне инструкций по эксплуатации и обслуживанию, технических данных, эксплуатационных и установочных ограничениях.
При формировании перечня технического определения сертифицируемой конструкции в соответствии с 21А.31 [4] используется понятие «типовая конструкция». В типовую конструкцию включается перечень деталей, характеристик и эксплуатационных ограничений, соответствие которых требованиям НЛГ установлено в результате сертификации. Перечень дополняется электронными файлами чертежей и спецификаций, информацией по материалам и техпроцессам. Список деталей окончательно корректируется на основе перечня деталей, прошедших в составе двигателя успешные 150-часовые испытания на выносливость. Этот список является репрезентативным для начального (базового) определения типовой конструкции и хранится в электронной базе данных авиационных властей. В процессе сертификации состав типовой конструкции дополняется и уточняется.
При формировании перечня деталей типовой конструкции используется термин «соответствующие детали». Соответствующая деталь по конструкции или
функции оказывает влияние на летную годность и, следовательно, результат сертификационных испытаний.
Сертификация типа на требования норм летной годности Европы CS-E [2] состоит из следующих этапов: подача заявки на сертификацию; утверждение авиационными властями сертификационных листов соответствия (CCS) и сертификационного базиса (CS-E+CS -34+CRI); выпуск специальных технических условий (CRI); оформление контрольного перечня соответствия (CCL) и тест-план сертификационных испытаний (Test plan) разработки сертификационных запросов на испытания (СТ) и проведение испытаний; работу с несоответствиями в процессе сертификации. Окончательным этапом является написание сертификационных отчетов (CR), уточнение базового перечня типовой конструкции и получение сертификата типа. На рис. 1 приведена схема организации работ по получению Европейского сертификата типа.
Исходными документами начального этапа является сертификационный базис и специальные технические условия Certification Review Item (CRI), которые являются соглашением между авиационными властями и промышленностью по отдельным техническим вопросам сертификации. CRI являются документами, обязательными для выполнения.
Сертификационный базис дополняется регламентирующими процесс документами: это листы соответствия техническим требованиям Certification Compliance Sheets (CCS) и контрольный перечень соответствия Certification Check List (CCL).
Целью листов CCS является получение одобрения EASA на методы демонстрации соответствия, которые заявитель будет использовать в процессе сертификации. Сертификационные листы соответствия CCS содержат изложение пунктов норм лётной годности, распространяемых на сертифицируемый двигатель, и описание методов установления соответствия по каждому из требований. Каждому требованию норм летной годности соответствует отдельный лист CCS. Первый раздел в CCS содержит описание требований нормы, распространяемой на сертифицируемую модель двигателя; второй - предлагаемые методы демонстрации соответствия; третий - перечень ссылок на номера сертификационных отчетов, представляемых на утверждение в EASA; четвертый - извещение об изменениях. Листы CCS являются документами, утверждаемыми EASA.
Методы демонстрации соответствия требованиям сертификационного базиса могут базироваться на основе сертификационных испытаний полноразмерного двигателя, его компонентов и систем, фрагментов конструкции, моделирующих наиболее уязвимые зоны двигателя. Применяется также расчетный анализ, сравнительный анализ с конструкцией, которая ранее была сертифицирована, опыт эксплуатации аналогов. Возможны любые комбинация вышеперечисленных методов.
CS-E
АП-33
Рис. 1. Схема организации работ по получению сертификата типа ЕЛБЛ и последующей его валидации в АР МАК
После одобрения EASA листов CCS оформляется план сертификации в виде контрольной таблицы соответствия CCL. Данный документ используется для управления процессом сертификации разработчиком и контроля со стороны EASA. Контрольная таблица соответствия CCL содержит перечень необходимых к выполнению сертификационных запросов на испытания и сертификационных отчетов. В этой таблице также указывается перечень требований норм летной годности, соответствие которым будет продемонстрировано выпуском конкретных сертификационных отчетов, и методы установления соответствия (испытания, анализ, сравнительный анализ или совместное их применение) с указанием номеров двигателей, модулей, компонентов, которые будут использованы для этих целей. Контрольная таблица соответствия обновляется и уточняется в процессе сертификации, но не утверждается EASA.
Другим важным документом, используемым для управления работами по сертификации, является тест-план, представляющий собой таблицу с раскладкой по времени всех видов сертификационных испы-
таний с привязкой этих испытаний к конкретным двигателям и их переборкам. Тест-план также содержит перечень испытаний, обеспечивающих проведение летных и сертификационных испытаний самолета.
При сертификации двигателя по нескольким национальным НЛГ наиболее рациональным решением является сертификация по одной из них с последующей валидацией (признанием) сертификата типа по другой. Это возможно при условии выполнения сертификационных работ с учетом расхождений в требованиях национальных НЛГ. Нужно отметить, что при определенных различиях в нормах летной годности АП-33 и CS-E ^^ 770, CS-E830, CS-E 860, CS-Е 1030), они в значительной степени гармонизированы. При этом необходимым условием валидации является документально оформленное рабочее соглашение между АР МАК и EASA в области летной годности с включением в него списка двигателей, к которым будет применена процедура признания. Схема, отражающая процедурные вопросы сертификации и валида-ции сертификата типа, представлена на рис. 2.
III IV
Юридическая регистрация заявителя на сертификацию
Совместное предприятие 21А.2
О!
Интегратор проекта
4 ♦
Разработчики *****
Соисполните-
Подача заявки на сертификаты типа двигателя и разработчика
Подача заявки в ЕАвА (на сертификацию организации-разработчика 114-21.Часть и
Заявки в ЕАБА на сертификацию типа
21А15_
. Подача заявки в АР МАК на право разработки АТ Подача заявки в ' АР МАК на сертификацию типа двигателя
Разработка и одобрение процедуры сертификации и поддержания летной годности
Сертификационные работы
м
Рабочее соглашение в области летной годности между АР МАК и БАБА
' Процедура реализации . сертификационных требований и поддержанию непрерывной летной год-I ности двигателя
Одобрение сертификационного базиса (CS-E +CS-34 +CRI)
Выполнение сертификационных работ
Выдача сертификата типа EASA
Вапидация сертификата типа АР МАК
Выполнение сертификационных работ по одобрению разработчика IR-21. Ч^сть J
Выдача сертификата EASA на право разработки AT
Рис. 2. Процедурные вопросы сертификации и валидации сертификата типа авиационного ГТД
Необходимо отметить ряд особенностей Европейской практики сертификации. Первая из них связана с использованием отечественных конструкционных материалов, поскольку принимаемые при расчетах прочности и ресурса характеристики конструкционных материалов должны соответствовать статистически обоснованным минимальным значениям, полученным на основании достаточного количества испытаний.
Для решения данной задачи необходимо создание банка данных по конструкционной прочности материалов. Поставщики материалов должны быть аттестованы, что требует проведения масштабных испытаний материалов в соответствии со стандартами ASTM. Данная задача долговременная и носит отраслевой характер. Проблема конструкционной прочности композиционных материалов является еще более сложной из-за их анизотропных свойств, сильного влияния на них технологии изготовления, отсутствия стандартов на проведение испытаний.
Сертификация ресурса особо ответственных деталей базируется на циклических испытаниях с поправками, определяемыми на основе металлургических требований и предшествующего опыта эксплуатации аналогов. В документе металлургических требований для особо ответственных деталей содержится информация о поставщике, одобренном EASA. В нем также имеются: паспорт материала, количество плавок, схема разрезок заготовки, механические и металлургические свойства разрезок, фотографии макро/микроструктуры, механические свойства для различных температур, кинетические кривые распространения трещин и кривые малоцикловой усталости. В настоящее время АР МАК выпустил директиву № 04-2012 о введении в действие руководства 33-ВД-М «Порядок оценки соответствия материалов, используемых в конструкции авиационного двигателя, требованиям авиационных правил». Данное руководство приближено к требованиям EASA в части применения конструкционных материалов при создании авиационной техники.
Требования к снижению риска повреждений особо ответственных деталей по отношению к дефектам материалов, дефектам, вносимым при производстве и в эксплуатации, включены в Европейские нормы летной годности посредством параграфа CS-E 515, в соответствии с которым заявитель при сертификации должен представить авиационным властям три плана: технический, изготовителя и управления эксплуатацией.
Не менее важным документом, используемым при сертификации на требования CS-E, является отчет о контроле первого изделия (ОКПИ). Это документ, демонстрирующий технологическую способность изготовителя воспроизводить продукцию требуемого уровня качества. В нём содержится информация о том, что объект соответствует установленным техническим требованиям и стандартам, результаты проверок и приемочных испытаний. В ОКПИ также указываются: поставщик, номер партии заготовок, запросы на отклонения. Кроме того, здесь даётся краткое описание технологического процесса изготовления особо ответ-
ственных деталей, некоторых заготовок и анализ результатов разрезок тестовых колец.
В практике отечественной сертификации не используется такой документ, как запрос на сертификационные испытания. Запрос на сертификационные испытания - это документ, содержащий описание стратегии установления соответствия и логическое обоснование для любого отклонения от процесса сертификации (режимы испытания, типовая конструкция, конфигурация объекта испытаний с испытательным оборудованием). Обязательно описывается цель испытания, перечень норм летной годности, соответствие которым будет продемонстрировано данным испытанием, описание объекта испытаний и испытательного оборудования. Документ содержит перечень соответствующих деталей для данного испытания, декларацию, отражающую соответствие испытательного оборудования. Если имеются отклонения от соответствующих деталей, то в СТ должен быть представлен анализ допустимости таких отклонений. При необходимости в приложения вносятся необходимые анализы, результаты расчетов, обоснования отклонений. Запрос на проведение сертификационных испытаний подлежит одобрению EASA.
Сертификационный запрос может состоять из нескольких частей. Если для демонстрации соответствия испытания не требуются, то выпуск СТ не производится. В этом случае демонстрация соответствия описывается в сертификационном отчете.
Другим значительным отличием отечественной практики сертификации от Европейской является сертификация оборудования. Европейская сертификация оборудования регламентируется стандартами Еи-ROCAE ED-14/RTCA D0-160D. В данном случае сертификационные испытания оборудования производит разработчик двигателя. Общее число испытаний определяется количеством оборудования (40-50 для современных ГТД) и числом испытаний каждой единицы оборудования. Число испытаний каждой единицы оборудования определяется сертификационной матрицей, состоящей из 25 позиций. Из этих 25 позиций часть пунктов защищается прямыми сертификационными испытаниями, другая часть - анализом, сравнительным анализом или их комбинацией. Методы обеспечения соответствия сертифицируемого оборудования (сертификационная матрица) утверждаются EASA. Сертификационными испытаниями приблизительно закрывается четвертая часть позиций сертификационной матрицы. При сертификационных испытаниях оборудования выпускается сертификационный запрос, утверждаемый EASA.
В отечественной практике сертификацию оборудования производит ее разработчик (свидетельство годности оборудования категории А). Решение по применению оборудования категории Б принимается разработчиком двигателя и одобряется независимой инспекцией. Перечень квалификационных испытаний оборудования в Российских нормах летной годности представлен в дополнении D33.3 к АП-33. Этот перечень по содержанию близок к сертификационной мат-
рице, используемой для сертификации оборудования по требованиям EASA.
Значительные отличия между Европейской и отечественной практикой сертификации заключаются в работе с несоответствиями, выявленными в процессе сертификации. В процессе сертификации всегда имеют место отклонения от типовой конструкции, несоответствия (более широкое определение отклонения), которые интегрируются в конструкторскую документацию. Отклонения от типовой конструкции по международной классификации [4] подразделяются: на существенные - мажорные или несущественные - минорные, по степени влияния на летную годность, экологические и другие характеристики двигателя. Сертификационными отклонениями могут быть, например, неверно выбранные режимы, стендовые условия, не адаптированные к целям испытания, отличия от типовой конструкции объекта испытаний, технологии его сборки и т.д. Обоснование сертификационных несоответствий является неотъемлемой частью сертификационного запроса.
Если в процессе сертификации выявляются отклонения испытываемого объекта от типовой конструкции или в испытательной конфигурации после одобренного авиационными властями СТ, то описание этих отклонений и обоснование их влияния на результаты сертификационного испытания описываются в документе о несоответствии техническим требованиям Certification Deviation Statement (CDS). После утверждения CDS приоритет уже не за СТ, а за CDS. Данный документ показывает, что допущенные несоответствия не повлияют на цели и результаты испытания. CDS прилагается к сертификационному отчету. В одном CDS должна рассматриваться только одна деталь или одно несоответствие. Таким образом, CDS необходимо выпускать для любых значительных отклонений, если они не обоснованы в СТ.
В CDS указывается название и номер детали или модуля, номера запросов на отклонения. В названии CDS указывается тип отклонения: производственное, конструкторское, исправление режима, отклонение в испытательном оборудовании, редакционное и т.д. Отклонение должно быть отмечено в столбце «описание несоответствия». Обоснование того, что деталь или модуль могут быть использованы для целей конкретного испытания, представляется в столбце «обоснование». При этом необходимо показать, что выявленные несоответствия не повлияют на результаты испытания. Нужно отметить, что степень обоснования несоответствия в CDS та же, что и в СТ.
Если изменения в испытательном оборудовании или отклонения от типовой конструкции произошли после утверждения СТ и оформления CDS, то обоснования, демонстрирующие, что обнаруженные несоответствия не повлияют на результат сертификационных испытаний, вносятся в сертификационный отчет.
В процессе сертификации возможно внесение изменений в конструктивный облик двигателя по определенным процедурам. Изменения интегрируются в сертификационную документацию по процедурам изменения технических требований на этапе разработки на основе применения системы управления конфигурацией. В её основу положен механизм наблюдения за всеми отклонениями от типовой конструкции с обязательным анализом их допустимости с точки зрения норм летной годности.
Изменение инициируется на основе запроса на отклонение. В нем указывается затронутый модуль, описывается предмет изменения и его классификация. Если изменение мажорное, то оно должно пройти процедуру одобрения в EASA. В запросе на отклонения обязательно указывается влияние на безопасность, параметры двигателя и его массу, стыки с самолетом, взаимозаменяемость, а также на техническое обслуживание.
Обобщая опыт сертификации ОАО «НПО «Сатурн» [5. 6], можно сделать вывод, что сокращение сроков сертификации ГТД и ее удешевление обеспечивается проведением зачетных сертификационных испытаний с первого раза, что достигается посредством опережающего проведения инженерных испытаний. Другим резервом сокращения сроков является увеличение количества двигателей, предназначенных для целей сертификации, более широкое использование поузловых сертификационных испытаний, термомеханических методов моделирования и верифицированных математических моделей.
Другой существенный фактор сокращения сроков сертификации лежит в законодательной области, упрощающей и регламентирующей работу межгосударственных совместных предприятий, проектировщиков и поставщиков серийных компонентов и комплектующих изделий. Особенно это касается вопросов качества проектирования и поддержания летной годности, поскольку ISO 9000 отражают только вопросы соответствия менеджмента качества предприятия международным стандартам.
Статья поступила 06.03.2014 г.
1. Авиационные правила. Ч. 33: Нормы летной годности двигателей воздушных судов // Межгосударственный авиационный комитет (МАК), 2012. 77 с.
2. Certification Specifications for Engines (CS-E) // European Aviation Safety Agency (EASA), 2007. 193 p.
3. Airworthiness Standards: Aircraft Engines. Part 33. 2007. 48 p.
4. IR-21: сертификация воздушных судов, их компонентов
ский список
и комплектующих изделий, организаций по разработке и производству. 2003. 83 с.
5. Шепель В.Т. Управление летной годностью авиационного ГТД // Вестник двигателестроения. М.: АО «Мотор Сич», 2012. № 2. С. 113-118.
6. Шепель В.Т. Обобщение опыта сертификации авиационных ГТД // Авиационно-космическая техника и технология, М., 2009. № 4(61). С. 66-70.
