ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ С МНОГОКРАТНЫМ РЕЗЕРВИРОВАНИЕМ

Причины резервирования современных функциональных систем. Услож­нение авиационной техники находит свое выражение не только в росте раз­меров конструкции, но и в числе элементов (агрегатов), образующих любую, из функциональных систем [25, 26]. Уменьшение надежности функциональ­ных систем (ФС) по мере ее усложнения можно показать на следующем’: примере. Пусть изделие состоит из п элементов. Вероятность безотказной: работы каждого из них за время t обозначим через Ri{t). Примем, что от­каз любого элемента не зависит от отказа других, но в то же время его от­каз означает также отказ системы в целом. Тогда согласно положениям § 1.3 вероятность безотказной работы

Яф. с(і) = П Ri(t).

/=і

При использовании однотипных элементов

Ri>.c(t) = [/?/(£)]"■ р.

Результаты моделирования показывают, что надежность ФС, если не — принять мер по резервированию, может оказаться меньше надежности лю­бого самого ненадежного элемента (рис. 2.5). В качестве модели «слабейше­го звена» обычно рассматривают электрическую цепь, состоящую из п оди­наковых элементов, когда эта цепь испытывает тепловые нагрузки.

Резервирование ФС может быть выполнено дублированием элементов,, т. е. использованием моделей с параллельным соединением,. При этом выде­ляют класс ФС с нагруженным резервом, когда все элементы включены (на­пример, от взлета до посадки), но для работы системы достаточно одного — элемента. ФС с ненагруженным резервом представляет собрй систему с па­ралельним соединением элементов, в которой в каждый момент времени, работает только одна подсистема. Когда одна из подсистем выходит из строя, то включается другая. В общем случае можно сказать, что резервирование — и — дублирование направлены на повышение безопасности полета при сущест­вующей в настоящее время надежности элементной базы.

Одно из следствий такого принципа обеспечения безопасности ■— возмож­ность эксплуатации самолета в течение какого-то периода времени с одной?

2.5. Зависимость надежности ФС от 2.6. Принципиальная схема управле — числа элементов при изменении ния рулем направления самолета Ri(t) от 1 до 0,5

или несколькими отказавшими ФС. Это, в свою очередь, позволяет не про­изводить ТО по полному восстановлению ФС, например в транзитных аэро­портах, и использовать стратегию ТО и Р по состоянию.

Расчет гидромеханической функциональной системы. Априорное опреде­ление надежности систем со сложными функциональными связями элементов’ вызывает значительные затруднения и требует использования специальных методов расчета, включающих, кроме теории надежности, еще применение алгебры логики и теории вероятностей. Обычно используют метод логических схем и логических уравнений для определения вероятности безотказной ра­боты системы (см. § 1.3). Но он не обеспечивает в полной мере «выход» на классификацию опасных ситуаций, принятую в НЛГС-3. Степень опасности может быть определена только с использованием понятия «функциональный отказ».

Поскольку во многих случаях при проектировании приходится пользо­ваться оценкой вероятности безотказной работы ФС, приведем пример рас­чета, который предлагается выполнить применительно к типовой гидромехани­ческой системе, используемой для управления рулем поворота самолета [26].

Принципиальная схема такой гидросистемы (ГС) приведена на рис. 2.6. Особенностью этой схемы является наличие 4 независимых ГС (3 каналов) с идентичными рабочими механизмами (РМ). В качестве показателя надеж­ности системы будем использовать вероятность выполнения полетного зада­ния. Длительность беспосадочного полета примем равной 10 л. ч. Вероятность безотказной работы элементов, комплектующих систему, определяем, исполь­зуя экспоненциальный закон распределения отказов. Перечень комплектую­щих элементов, их обозначения по схеме и значения интенсивности отказов приведены в табл. 2.3. Сформулируем условие безотказной работы системы.

Система управления рулем направления будет работать безотказно в те­чение заданного времени полета, если будут работать безотказно следующие элементы: педали (П), тяги управления (Т), руль направления (PH), 2 из: 3 рулевых машин РМ1; 2 из 3 рулевых машин РМ2; 2 из 3 гидравлических усилителей (ГУ) и будет обеспечено питание от соответствующих гидроси­стем. Это условие логически выражается следующим образом

5 = (5i SzSaSi -}- SiS2S5S6 — р SaSiSaSe) X
X {SiS^SзS8 -f — SiS7S5S6 — P S&SgSbSg) X
X (S1S10S3S11 ~P SiS10S5S12 + SaSuSsSi^Sis.

‘Наименование системы и элемента	Позиция на принципиальной схеме	Обозначение события безот­казной /работы	Интенсивность отказов X — Ю6, 1 /ч
Г идросистема	ГС1	S,	15
ГС2	s3	25
	ГСЗ	s5	25
.Рулевая машина	РМ11	s2	ЗО
РМ12	s4	ЗО
	РМ13	s6	ЗО
	РМ21	s7	ЗО
	РМ22	S8	ЗО
	РМ23	s9	ЗО
Тндравлический усили-	ГУ1	Sio	ЗО
тель	ГУ2	Sh	ЗО
	ГУЗ	Sl2	ЗО
Педали	П	]
Тяги	Т	Sh	1
Руль направления	PH

По логической схеме (рис. 2.7), используя значения интенсивности отка­зов и логическое уравнение (2.3), вычислим вероятность безотказной работы системы: Q(S) =0,9999903. Приведенный пример показывает, что метод по­зволяет оценивать не только надежность всей системы, но определять влия­ние каждого элемента при различных вариантах принципиальной схемы.

Обеспечение требований безопасности полета при проектировании элек — трогидромеханической функциональной системы. На этапах проектирования, начиная с эскизного проекта, когда определены характеристики основных ФС, возникает необходимость оценить влияние на БП их совместной работы. Ха­рактерным примером является функционирование электрогидромеханической системы управления закрылками, предкрылками или шасси.

Рассмотрим основные принципы обеспечения требований безопасности полета на примере системы управления закрылками самолета Ил-86. Обосно­вание и подтверждение правильности расчетов, проводимые на этапе серти­фикации самолета, сводятся к следующему:

определяют принципиальную схему всей ФС с учетом электрической, гид­равлической и механической подсистем;

для ФС формулируют перечень функциональных отказов;

‘для каждого функционального отказа находят возможное последствие для ВС;

для каждого последствия устанавливают степень влияния на БП в соот­ветствии с классификацией НЛГС;

‘2.7. Логическая схема для расчета безотказной работы системы управления рулем направления самолета

Функциональный отказ и его ПРИЧИНЫ	Внешнее проявление отказа	Влияние отказа «на исход полета	Классификация ситуации до НЛГС и оценки вероятности отказа
1. Закрылки не выпускаются или не убираются: разрушение любой из двух рессор между хвостовиком и редуктором РП-70	Заклинивание закрылков при уборке	Прекращение полета и по­садка с неполностью убран­ными закрылками	Сложная ситуация, <2взл=0,5-10~10
разрушение любого из двух хвостовиков между рессо­рами редуктора и гидромо­тором	То же, при выпуске	Посадка с повышенной ско­ростью и неполностью выпу­щенными закрылками	Сложная ситуация, <3пос=0,25-10-9, Флол = 0,35-10—9
2. Закрылки самопроиз­вольно выпускаются или не убираются: заклинивание одного из шариковых винтовых меха­низмов; заклинивание одного из уг­ловых редукторов; заклинивание цилиндричес­кого редуктора	Самопроизвольное прекраще­ние выпуска, уборки закрыл­ков из-за отключения гидро­привода при превышении рас­четных нагрузок на неисправ­ном механизме	Прекращение полета и по­садка с повышенной скоростью	Сложная ситуация, ‘(2взл = 0,25* 10 8; <2ИОС = 0,8-10“8; Qno л “0,1 * 10"7
3. Самопроизвольная уборка закрылков на полукрыле: обрыв трансмиссии в зонах между 1-м винтовым меха­низмом и приводом с одно­временным отказом конце­вого тормоза	Большой крен из-за уборки секций закрылка ’	Последствия отказа не рас­сматриваются ввиду его малой вероятности ‘	Сложная ситуация, Q»«= 1,15.10-»*; Qnoc = 0,5-10~13; <2пол=0,6-10~13

электрических отказов, вызыва­ющих автоматическое отключе­ние канала:

обрыв электропроводов дат­чиков положения закрылков или концевых механизмов обрыв управляющей обмот ки одного из магнитных реле

в соответствии со степенью влияния иа ВП задают Допустимую вероят- ■ ность появления функционального отказа;

в соответствии с возможностью или невозможностью обеспечения задан­ной вероятности появления отказа принимают решения о резервировании и дублировании;

после изменения принципиальной схемы проводится окончательный конт­роль выполнения требований по обеспечению БП.

Результаты исследований по анализу надежности и оценке обеспечения требований БП для основных функциональных отказов представлены в; табл. 2.4.

Вероятность функционального шказа определяется в соответствии с ло­гическим уравнением по типу тех, которые были рассмотрены ранее. Исход­ными данными для расчета вероятностей функциональных отказов являются интенсивности отказов агрегатов прототипов. При определении QK. c полага­ют, что действия экипажа соответствуют требованиям РЛЭ, т. е. вероятность совершения ошибки экипажем равна 0 и не влияет на значение QK. е.