Эксплуатация испытательных комплексов ракетно-космических систем (стр. 34 )

Подмножество е3 соответствует этапу летно-конструкторских испытаний (ЛКИ), в процессе которых контролируют работоспособность всех систем в реальных условиях функционирования.

При рассмотренном подходе вероятность безотказной работы изделия, характеризующая его реальную надежность, будет равна

 

Нр = 1 - Qр,

где Qр = Р{Е} = Р{е1Uе2Uе3}.

По мере проведения автономных испытаний устраняются источники отказа путем проведения доработок, и множество сужается до размера е1К, определяемого количеством источников отказа, не устраненных на этапе автономной отработки.

Таким образом, после завершения автономных испытаний в изделии будут содержаться только источники отказа, соответствующие множествам е1К, е2 и е3. Уменьшение числа неисправностей приведет к изменению реального уровня надежности изделия, который можно представить в виде

 

НрНАИ = 1 - Р{е1КUе2Uе3}.

 

Проводя аналогичные рассуждения для этапов НКИ и ЛКИ, получим выражения для оценки реального уровня надежности после завершения комплексных НрНКИ и летных НрЛКИ испытаний:

 

НрНКИ = 1 - Р{е1КUе2КUе3};

НрЛКИ = 1 - Р{е1КUе2КUе3К},

 

где е2К, е3К – множества источников отказа, оставшихся не устраненными соответственно после наземных комплексных и летных испытаний.

Несколько другой характер имеет изменение оценки надежности на отдельных этапах ЭО изделия (рис. 6.3). Вид кривой объясняется особенностями получения оценок

 

надежности на рассматриваемых этапах. Проектная оценка надежности рассчитывается на основе информации, соответствующей конкретному этапу проектирования. По мере конкретизации проектных разработок уточняются исходные данные и расчетные модели, функциональные и структурные схемы агрегатов и систем, что приводит к повышению оценки проектной надежности. Однако в процессе проектирования невозможно предусмотреть все факторы, приводящие к отказу изделия. Фактически проектный уровень НПР, достигаемый при проектировании, характеризует надежность изделия при условии отсутствия источников отказа, задаваемых множеством Ε. Поэтому проектная оценка надежности достаточно высока. Однако уже при автономных испытаниях начинают проявляться отказы, задаваемые множеством е1. Это приводит к скачкообразному падению оценки надежности на величину ΔННАИ (см. рис.6.3). При этом начальная надежность ННАИ.Н характеризует вероятность безотказной работы на этапе автономных испытаний при условии отсутствия неисправностей на этапе комплексных и летных испытаний, т. е.

 

ННАИ.Н = 1 - Р{е1}.

 

По мере устранения неисправностей оценка надежности будет расти до некоторой величины, соответствующей моменту окончания НАИ, а именно:

 

ННАИ.К = 1 - Р{е1К}.

 

Таким образом оценка ННАИ.К характеризует надежность изделия, достигаемую после завершения автономной отработки при условии отсутствия неисправностей на этапах НКИ и ЛКИ.

При переходе к комплексной отработке оценка надежности снова падает на величину ΔННКИ ввиду появления новых источников отказа, обусловленных совместной работой опытных образцов в стендовых условиях. Очевидно, оценки начального и конечного уровней надежности, соответствующие комплексным испытаниям, будут определяться выражениями

 

ННКИ.Н = 1 - Р{е2};

ННКИ.К = 1 - Р{е2К}.

 

На этапе летных испытаний характер изменения оценки надежности повторяется. При этом скачок надежности ΔНЛКИ будет определяться отличием реальных режимов функционирования систем в полете от стендовых условий. Соответственно оценки начального и конечного уровней надежности примут вид

НЛКИ.Н = 1 - Р{е3};

НЛКИ.К = 1 - Р{е3К}.

Проведенный анализ показывает, что экспериментальная отработка аппаратов подразделяется на ряд этапов, включающих наземные автономные испытания, наземные комплексные испытания и летно-конструкторские испытания.

Конкретные особенности проведения экспериментальной отработки определяются комплексной программой экспериментальной отработки (КПЭО). Разработка КПЭО предполагает обоснование рациональной стратегии экспериментальной отработки, объемов испытаний, состава и характеристик необходимой экспериментальной базы. Основной задачей экспериментальной отработки является обеспечение требований к показателям надежности ДУ в результате проведения многочисленных организационных и технических мероприятий, предусматриваемых программой обеспечения надежности (ПОН). Эта программа определяет перечень работ, проводимых на всех стадиях жизненного цикла системы.

Этап “Проектирование”

1. Разработка и согласование требований по надежности.

2. Исследование надежности методом математического моделирования, обоснование видов резервирования, нормирование надежности.

3. Составление перечня возможных отказов и определение критических элементов.

4. Анализ данных по надежности аналогов и обоснование возможности выполнение требований к надежности.

5. Разработка проекта методики оценки надежности и обоснование объема испытаний.

Этап “Разработка рабочей документации”

1. Экспертиза программ испытаний в части соблюдения требований по надежности.

2. Экспертиза и согласование частных программ обеспечения надежности.

3. Организация и проведение защиты конструкторской документации на надежность.

4. Уточненный анализ возможных отказов и выпуск перечня критических элементов.

Этап “Автономные и комплексные испытания”

1. Анализ результатов испытаний.

2. Работа по устранению причин отказов и дефектов при испытаниях и изготовлении.

3. Контроль выполнения мероприятий ПОН.

4. Проведение оценки надежности по результатам испытаний составных частей.

5. Разработка программы летных испытаний.

6. Разработка методики оценки надежности системы.

7. Выпуск итогового отчета о готовности системы к летным испытаниям с оценкой ее надежности.

Этап “Летные испытания”

1. Анализ результатов испытаний и устранению замечаний и неисправностей.

2. Разработка при необходимости программ повышения надежности, обеспечение и контроль их реализации.

3. Выпуск периодических отчетов по надежности системы.

4. Выпуск отчета о результатах летных испытаний с оценкой надежности и результатов выполнения программ повышения надежности.

 

6.2. Методы расчета проектной надежности ДУ

 

Для расчета надежности ДУ на этапе проектирования необходимо представить его как систему, доводя деление на элементы по возможности до такого уровня, элементы которого являлись бы типовыми, комплектующими, а отказы элементов можно было бы считать независимыми. Выбранное деление системы на элементы и влияние отказов элементов на надежность системы отображаются структурной схемой надежности.

Структурная схема позволяет учесть надежность всех элементов и метод соединения элементов между собой при расчете надежности. С точки зрения оценки надежности системы могут быть подразделены на два основных класса:

1) системы с последовательным соединением элементов;

2) системы с параллельным соединением элементов.

Система относится к классу систем с последовательным соединением элементов, если отказ системы происходит при отказе хотя бы одного из элементов, входящих в его состав.

Графически такие системы изображают в виде последовательной цепочки элементов (рис. 6.4). Отказ какого-либо из элементов приводит как бы к обрыву цепочки и, следовательно, отказу всей системы.

 

Рис. 6.4. Последовательное соединение элементов

Согласно определению, надежность системы с последовательным соединением элементов характеризуется вероятностью выполнения условий работоспособности для всех элементов системы, т. е.

Н = P{ρ1(t) > 0, ρn(t) > 0; 0 < t < T} , (6.1)

 

где ρi(t) – функция работоспособности i-го элемента;

Т – время функционирования системы.

В дальнейшем будем предполагать, что функции работоспособности является случайными величинами. Тогда надежность системы может быть выражена через дифференциальный закон распределения системы n случайных величин

 

(6.2)

 

где - многомерный дифференциальный закон распределения систем случайных величин ρ1, ρ2 … и ρn; Д – область интегрирования, определяется системой неравенств ρi > 0, i = 1, 2,…, n.

Проведение расчетов по соотношению (6.2) требует знания многомерного закона распределения и вычисление многомерного интеграла, при котором обычно используются численные методы с привлечением ЭВМ. Поэтому для практических расчетов оказывается полезным значение приближенных оценок надежности. Рассмотрим вывод этих оценок на примере простейшей системы из двух элементов. Согласно (6.1) надежность такой системы равна

 

H = P{ρ1 > 0; ρ2 > 0}.