В. Климатические и температурные внешние воздействующие факторы

Как было показано ранее для моделирования надежности радиоэлектронных систем, кроме механических ВВФ необходимо уметь определять тепловое состояние элементов сложной составной конструкции с учетом внутренних тепловыделений от работающей аппаратуры для широкого спектра режимов эксплуатации ЛА. В целях обеспечения решения основных задач теплового проектирования необходимо учитывать возможность комплексного температурного воздействия:

- сложного характера тепловых нагрузок, действующих на ЛА на всех этапах его жизненного цикла;

- широкого спектра граничных условий, включающих, например, учет радиационного теплообмена и коррекции характеристик граничных условий на всех границах;

- сложного теплообмена в воздушных прослойках конструкции;

- зависимости теплофизических характеристик материалов от температуры, ортотропная анизотропия теплофизических свойств;

- сложного характера внутренних тепловыделений.

Наряду с тепловым состоянием элементов конструкции необходимо определить давление и влажность окружающего воздуха для всех режимов эксплуатации. Среди существующих этапов жизненного цикла для гражданских самолетов, вертолетов, летательных аппаратов на воздушной подушке для оценки влияния климатических нагрузок при более подробном анализе можно выделить следующие:

А. - на этапе «коммерческое транспортирование АС до сборочного завода по производству ЛА или до ремонтных предприятий в состоянии заводской упаковки», где определяющими являются температурные слабодинамичные процессы, возникающие в процессе общей продолжительности транспортировки;

В - на этапах «хранение в состоянии заводской упаковке на складах» определяющими являются температурные процессы в общем случае незначительной продолжительности.

С - на этапах «монтаж АС...» воздействие климатических нагрузок практически равно нулю, т.к. эти работы производятся как правило в помещениях с «нормальными климатическими условиями», а на этапах «заводские испытания и приемка» воздействие климатических нагрузок строго ограничено программой приемо-сдаточных испытаний (ПСИ),

D- на этапах «нахождение в составе ЛА на аэродроме в режиме ожидания к применению (полевое хранение) основным является воздействием всего спектра климатических нагрузок (температура, влажность, атмосферные осадки и т.д.), Продолжительность этих этапов весьма значительна и сравнима разве только с продолжительностью этапов «непосредственной эксплуатации».

E- на этапах «предполетная и послеполетная проверка средствами встроенного контроля» присутствуют климатические нагрузки аналогичные по уровням воздействия предыдущему этапу (полевое хранение), но крайне незначительные по продолжительности воздействия из-за чего на этом этапе ими практически можно также пренебречь,

F- на этапах «непосредственная эксплуатация технического объекта БРЭО,» процессы воздействия климатические нагрузки оказывают значительное влияние в течении всего этапа эксплуатации. Воздействие температурного фактора (кинетического нагрева) проявляется только на этом этапе. Процессы воздействия его воздействия можно разбить на следующие составляющие:

n разгон ЛА до крейсерской скорости с набором высоты, характеризуемый динамично изменяющимися характеристиками окружающей среды (парциального давления, плотности воздуха, ионизации среды, влажности и т.д.)

n движение ЛА на крейсерской скорости на выбранной высоте полета характеризуемое квазистабильными характеристиками кинетического нагрева

n маневрирование с изменением скорости и высоты полета

n посадка ЛА со снижение скорости до «посадочной» и высоты до уровня аэродрома

Но для выполнения заданных требований по стойкости и надежности в процессе проектирования первоначально необходимо обеспечить совместимость всех элементов АБК, которая в широком смысле включает функциональную, технологическую и эксплуатационную составляющие. При этом вопросы обеспечения технологической совместимости рассматриваются в плане обоснования требований к системе эксплуатации, распределению функций встроенного и наземного контроля, организации регламентных проверок и ремонта. Под эксплуатационной совместимостью понимаются, вибродинамическая, электромагнитная, газодинамическая совместимость и совместимость по условиям кинетического нагрева. Исследования основных закономерностей этих характеристик и составляют предмет научного направления.

Основополагающими созданной прикладной теории являются понятие и модели жизненного цикла систем авиационного вооружения, закономерности процессов и явлений, возникающих при взаимодействии элементов систем между собой и с внешней средой, влияния этих процессов и явлений на функционирование систем и сохранение их работоспособности: специфика АБК заключается в том, что прежде чем авиационное оружие будет применено по назначению оно длительное время хранится на различных по условиям хранения складах, транспортируется различными видами транспортных средств (наземных, водных, воздушных) и подвергается при этом комплексному воздействию внешних и внутренних факторов различной физической природы и после этого сложного цикла так называемой предбоевой эксплуатации оно должно быть в работоспособном состоянии для выполнения основной задачи - поражения цели с заданной эффективностью. Иными словами каждый отдельный объект системы авиационного вооружения должен быть спроектирован с учетом вышеуказанных общих требований и должны быть разработаны соответствующие методы и средства, способствующие выполнению этих требований на стадии проектирования, подтверждению на стадии испытаний и поддержанию в эксплуатации.

Вместе с развитием АТ и АВ совершенствовались методы и средства лабораторной отработки объектов вооружения, как действенный инструмент проверки и подтверждения качества создаваемых и выпускаемых промышленностью образцов АТ и АВ (рис.2). Первоначально были спроектированы, построены и отработаны специализированные вертикальные и горизонтальные копры и катапульты для моделирования ударных воздействий. Для проведения исследований силовых и несущих элементов систем установки и крепления оружия и средств поражения использовались нагрузочные и разрывные машины, позволявшие оценивать прочностные свойства объектов испытаний. Этот период характеризуется расширением объёмов испытаний бурно развивающейся реактивной авиации, когда наблюдалось резкое увеличение интенсивности нагрузок на планер и системы самолета, вызванные ростом скоростей и мощностью вооружения.

	Объекты исследований

Рис. 1 Хронология развития методов и видов испытаний авиационных систем

Искусственное вычленение влияния каждого фактора из совокупности реально действующих одновременно внешних воздействий была мера вынужденная, позволившая на определенном этапе развития технологии исследований оценивать влияние внешних воздействий на функционирование и прочность изделий авиационной техники.

Рост скоростей в авиации естественно вел к усилению влияния внешних воздействий на работоспособность и прочность БА ЛА, а реальная статистика по отказам показывала, что успешное проведение однофакторных испытаний не полностью обеспечивает заданные требования по надежности, прочности и безопасности. Поэтому уже с 1965 года в НИИАС активно начинают развиваться работы по изучению влияния комплексного воздействия механических, акустических, тепловых и других видов нагрузок на изделия авиационного вооружения.

Начиная с 1970 года создание стендов комплексного нагружения путем объединения возможностей термобарокамер и электродинамических вибраторов становится основным направлением работ по развитию технологий и испытательной базы института. Это было вызвано тем, что, отработанные автономно блоки БА при их комплексировании в систему авиационного вооружения на борту объекта по-прежнему имели низкие показатели надежности. Одной из возможных причин данного явления была низкая надежность функциональных связей и алгоритмов работы СУВ. Если вторую задачу можно было отработать на стендах КПМ, то для решения первой задачи необходимо было создание принципиально нового комплекса, позволяющего испытывать на комплексные эксплуатационные нагрузки все системы, входящие в СУВ объекта, моделируя при этом их совместное функционирование по циклограмме боевого применения. Особенностью данной проблемы являлась необходимость максимально сохранить штатные связи между блоками и системами СУВ уже имеющимися на объекте. Было найдено оригинальное решение, позволившее сгруппировать блоки и системы СУВ, подвергающиеся на борту ЛА примерно одинаковым внешним воздействия в сборки для испытаний, размещаемые в рабочих зонах нескольких камер комплексного нагружения, сохранив при этом и штатный фидер самолета.

Были разработаны и методики синхронного воспроизведения внешних воздействий на ряде испытательных стендов, с одновременным моделированием типовой программы функционирования всего комплекса входящего в СУВ ЛА БО. В 1981 году стенд был введен в опытную эксплуатацию и, в частности, именно испытания СУВ С-31 на созданном комплексе в короткое время позволили выявить значительное количество дефектов и отказов, а также повысить в три раза наработку на отказ всего комплекса в процессе совмещенных работ этапа ЛКИ-ЛСО.

Эффективность разработанной технологии эквивалентно-циклических комплексных испытаний бортового оборудования самолетов Су-27, МиГ-29 и МиГ-31 в 1981-84 г.г. и созданной для ее реализации экспериментальной базы была высоко оценена руководством Министерства авиационной промышленности: обязательное проведение ЭЦИ было регламентировано Методическими указаниями МУ-150, было принято решение о создании 120 аналогичных комплексов для оснащения ими серийных заводов и не только в авиационной промышленности. Впоследствии результаты работы были использованы при формировании нового комплекса стандартов «Мороз-6» (РДВ 319.01.14) и ряда отраслевых стандартов.

АБК, как сложная техническая система, представляет из себя составной объект, части которого можно рассматривать как системы, закономерно объединенные в целое в соответствии с определенными принципами и подчиненные цели функционирования всей сложной системы. Основными признаками сложной технической системы являются:

1. Наличие большого количества взаимосвязанных и взаимодействующих между собой подсистем, каждую из которых, в свою очередь, можно расчленить на более мелкие подсистемы по функциональному и конструктивному признаку и т.д., вплоть до подсистем первого уровня – элементов.

2. Сложность выполняемой системой функции, направленной на достижение заданной цели.

3. Наличие управления (часто имеющего иерархическую структуру), разветвленной информационной сети и интенсивных потоков информации.

4. Взаимодействие с внешней средой и функционирование в условиях воздействия случайных факторов.

На рисунке 2 показана структурная схема иерархического деления сложной технической системы

Рис. 2 Структурная схема иерархического деления сложной технической системы

1.0. Основные принципы создания АТ и нормативные документы (НД) регулирующие этот процесс в период 1945-1991гг.

Рис.3. Принципиальная схема формирования ОТТ и КК в области производства АТ

Положение о порядке создания АТ ВН

	Рис.4. Принципиальная схема формирования ТТ и ТТЗ при создании ЛА и его составных частей

1. 1.Основные понятия и определения.

Качество авиационного комплекса, рассматриваемого как сложный технический объект, состоящий из носителя и полезной нагрузки, характеризуется в основном его эффективность и экономичностью. Полезная нагрузка, в свою очередь, включает специальную бортовую аппаратуру, грузы и средства поражения (для боевого авиационного комплекса - БАК). Под эффективностью понимают степень соответствия АК его целевому назначению. Экономичность оценивается затратами, ценой которых достигается выполнение АК его функциональных задач.

По непредвиденным причинам отдельные образцы могут утратить работоспособность или не выполнить своего функционального назначения по причине «сбоя» аппаратуры. Однако случайное в единичном приобретает характер закономерного в общем. Для совокупности всех АК данного типа, изготовленных в одних и тех же условиях производства, можно гарантировать в среднем успешное выполнение задач с некоторой уверенностью. Надежность как характеристика качества и является объективной мерой уверенности в сохранении его работоспособности, свойстве, присущем в среднем всей совокупности АК, одинаковых по конструкции и своим функциональным задачам.

С точки зрения терминологии, регламентируемой государственным стандартом, мы будем использовать следующие понятия:

«Надежность» - это свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования. Надежность является комплексным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения может включать «безотказность», «долговечность», «сохраняемость» и «ремонтопригодность» или определенное сочетание этих свойств.

На оценку вышеперечисленных компонентов надежности непосредственное влияние оказывает свойство «Контролепригодности» объекта, где достоверность и полнота контроля являются решающими факторами при фактической оценке показателей «долговечности» и «сохраняемости». «Контролепригодность» включает в себя свойства объекта обнаруживать и однозначно диагностировать неисправность, определять место ее нахождения в общей схеме объекта. Непосредственно с этим свойство связано свойство «Ремонтопригодности».

«Ремонтопригодность» - это свойство объекта, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта.

«Безотказность» - это свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течении некоторого времени или наработки.

«Наработкой» - называют продолжительность или объем работы объекта. Наработка может быть как непрерывной величиной (продолжительность работы в часах, годах эксплуатации), так и целочисленной величиной (число рабочих циклов, запусков двигателя, количество взлет-посадок и т.п.)

«Наработка до отказа» – наработка объекта от начала эксплуатации до возникновения первого отказа.

«Наработка между отказами» – наработка объекта от окончания восстановления его работоспособности после отказа до возникновения следующего отказа.

«Время восстановления» – продолжительность восстановления работоспособного состояния объекта

«Ресурс» – суммарная наработка объекта от начала его эксплуатации или ее возобновления после ремонта до перехода в предельное состояние

«Остаточный ресурс» – суммарная наработка объекта от момента контроля его технического состояния до перехода в предельное.

«Назначенный ресурс» – суммарная наработка, при достижении которой эксплуатация объекта должна быть прекращена независимо от его технического состояния.

«Долговечность» - это свойство объекта сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной схеме технического обслуживания и ремонта.

«Сохраняемость» - это свойство объекта сохранять в заданных пределах значения параметров, характеризующих способности объекта выполнять требуемые функции, в течении и после хранения и (или) транспортирования.

Ранее считалось, что любое изделие может находится либо в безотказном (работоспособном), либо в отказовом (неработоспособном) состоянии. При этом, переход из первого состояния во второе, т.е. полная или частичная утрата работоспособности, называется отказом. Однако, с ростом конструктивной, функциональной и программной сложности объекта возникают случаи проявления «перемежающихся отказов» или «сбоев». Эти явления наблюдаются в работоспособных объектах, при определенных условиях сочетаний внешних воздействий и программы функционирования объекта. При этом с точки зрения контроля в нормальных условиях функционирования эти объекты сохраняли свою работоспособность. Эти явления наиболее сложны для их диагностирования.

Причинами отказов являются, дефекты имеющиеся в изделии с момента его изготовления или появляющиеся в процессе эксплуатации под внешним или внутренним воздействием, кроме того причинами отказов могут быть изначально неправильно заданные требования по надежности и условиям эксплуатации. Дефекты - это повреждения (неоднородности материала, поломки, трещины, износ, обрыв проводов и т.д.) или разрегулирование, т.е. отклонение параметров функционирования изделия от номинальных значений. Наличие дефектов обусловлено просчетами, допущенными при проектировании, погрешностями технологии изготовления, отклонениями от норм эксплуатации объекта. Дефекты как случайные отклонения по тому или иному признаку данного изделия от идеального вообще неизбежны.

Дефекты проявляются как неисправности. Под «Неисправностью» понимается отклонение от норм установленных техническими условиями (ТУ). Понятие «дефект» и «неисправность» не тождественны. Изделие может удовлетворять всем требованиям ТУ и в то же время содержать скрытые дефекты, которые лишь с течением времени и в определенных условиях могут привести к появлению неисправностей, а могут и совсем не проявиться. Естественно, что отказ, как утрата работоспособности является неисправностью. Однако из этого еще не следует, что любая неисправность означает отказ. Невыполнение какого-либо из второстепенных требований ТУ, например растрескивание лакокрасочного покрытия, вмятины на корпусе, нарушение контровки болтов, чаще всего не сказывается на работоспособности изделия, хотя и должно расцениваться как неисправность.

С точки зрения надежности, дефекты и неисправности как их проявления следует подразделять на существенные, влияющие на работоспособность изделия, и несущественные, не оказывающие такого влияния. Отказы - это существенные неисправности.

Отметим, что указанное деление достаточно условно. Дефекты несущественные в одних условиях, могут стать существенными в других. Так, нарушение контровки болтов, не представляющее опасности при статических нагрузках, может привести к самоотвинчиванию болтов под действием вибрационных нагрузок, а это в свою очередь может быть причиной отказа. Другой пример, связан с неправильно определенным тепловыделением аппаратуры, которая при эксплуатации на Севере не вызывает перегрева элементной базы, а в условиях южных широт может привести к отказу аппаратуры. Кроме того, несущественные дефекты могут развиться под неблагоприятным воздействием окружающей среды и со временем превратиться в существенные (усталостные трещины, коррозия, износ трущихся поверхностей).

Определение безотказности приобретает конкретный смысл лишь с раскрытием содержания понятия «работоспособность». Исходя из функционального назначения изделия, необходимо сформулировать признаки его работоспособного состояния и отказов. При формулировании понятия отказа необходимо полнее рассмотреть вероятные неисправности и их влияние на работоспособность изделия.

(Классификатор отказов.......)

Наличие тех или иных дефектов в конкретном единичном образце невозможно предвидеть в силу множества разнообразных причин случайного характера. Поэтому отказ изделия - случайное событие. Заранее не известно, будет ли оно иметь место, тем более нельзя предсказать точно момент его появления. Но, характеризуя в среднем совокупность однородных изделий. можно оценить вероятность наступления отказа. Таким образом, вследствие случайности отказов количественные характеристики надежности изделий являются вероятностными.

Если бы физическую картину состояния изделия при изготовлении, хранении и в процессе его эксплуатации можно было бы представить во всем его многообразии, то вероятностный анализ изменений параметров этого состояния давал бы возможность прогнозировать зарождение и развитие неисправностей от малейших дефектов до отказа. Однако механизм возникновения таких неисправностей, как пробой конденсаторов, несрабатывание реле, нарушение свойств пайки, заклинивание подвижных частей конструкции и т.п., настолько сложен, что описать его математически с удовлетворительной точностью не представляется возможным. Подобные отказы называются внезапными, так как они обнаруживаются при испытаниях или в эксплуатации неожиданно.

Иногда удается более или менее полно описать процесс функционирования объекта, отобразить изменение его состояния. Для этого необходимо рассмотреть поведение важнейших физических параметров - параметров состояния изделия, определяющих качество его функционирования (иногда их называют критическими параметрами, но это понятие достаточно условно). Уход параметров состояния за допустимые пределы означает нарушение работоспособности изделия. Отказы такого типа называют параметрическими. Наряду со случайными флуктуациями параметров может иметь место и монотонное необратимое их изменение, обусловленное, например, старением, износом или коррозией. Такие параметрические отказы называют постепенными.

Деление отказов на внезапные и параметрические удобно с методической точки зрения. Внезапный отказ - это скачкообразный переход из работоспособного состояния в неработоспособное. Количественные характеристики надежности при внезапных отказах находят по числу отказов и времени их проявления. Наступление параметрических отказов можно прогнозировать по поведению параметров состояния, использую их вероятностные характеристики. Однако в этом случае значительное влияние оказывают полнота и достоверность контроля параметров функционирования. Определение количественных характеристик надежности по параметрам состояния связано с точностными расчетами и чаще всего основывается на установлении зависимости параметров состояния от других физических параметров - возмущений, случайные отклонения от которых являются первопричиной неисправности, развивающейся затем в отказ. Деление отказов на внезапные и параметрические условно, оно зависит от того, насколько возможно и рационально математическое описание физической картины состояния изделия.

На этапе проектирования объект существует только в технической документации. Оценить его надежность по результатам испытаний невозможно, поскольку они не проводились. В этих условиях расчет надежности выполняется на основе структурного анализа АК как сложной системы, опыта отработки в аналогичных условиях и на аналогичных изделиях элементов, использованных в данном АК, а также вероятностного анализа процесса функционирования АК по математической модели этого процесса.

Понятия «элемент» и «система» широко используются в теории надежности. Под элементом понимают изделие, рассматриваемое с точки зрения надежности как одно целое и характеризующееся определенными показателями надежности. Системой называют совокупность элементов, объединенных общим функциональным назначением. В отношении системы ставиться задача анализа ее надежности по надежности элементов и характеру их взаимодействия. Одно и тоже изделие в одних случаях может рассматриваться как элемент, а в других - как система.

ПРИМЕР.....................

Степень детализации при делении системы на элементы может быть различной, но в конечном итоге деление должно быть закончено на таком уровне, на котором характеристики надежности элементов либо известны по опыту их отработки в аналогичных изделиях, либо определены по результатам испытаний в достаточно большом объеме, либо могут быть рассчитаны по вероятностным характеристикам параметров состояния. Элементы нижнего иерархического уровня часто называют комплектующими. Характеристики надежности таких типовых комплектующих элементов, как конденсаторы, сопротивления, реле, разрывные болты, клапаны, узлы соединения трубопроводов и т.п., известные по опыту отработки, представляют собой справочные данные.

Зависимые и независимые отказы (примеры).

Полные и частичные отказы (примеры).

Структурная схема обеспечения надежности и ЭТХ АК и их систем представлена на плакате….

1.2.Количественные характеристики надежности элементов.

1.3.Роль и место решения задач проектирования и обеспечения надежности в общей системе НИОКР.

Дата добавления: 2013-12-14