Тема 5. Общие проблемы надежности системы управления полетом (СУП)

СУП обеспечивает управление полетом ЛА и парирование возмущений, действующих на него в полете. Зависимость эффективности ЛА от надежности СУП особенно сильно проявляется для беспилотных ЛА, поскольку в этом случае вмешательство оператора в работу СУП исключено. По структуре СУП можно подразделить на ряд подсистем (элементов первого уровня) в соответствии с их функциями. Подсистемы подразделяются в свою очередь на отдельные блоки (элементы второго уровня), например на измерительные устройства, усилители, преобразователи, исполнительные органы и т.д. Деление СУП по структуре заканчивается такими комплектующими элементами, как диоды, триоды, сопротивления, конденсаторы, реле и т.д. Комплектующими могут быть также отдельные микромодули. Благодаря массовому производству комплектующие РАЭ хорошо отработаны, характеристики их надежности известны с высокой достоверностью. Подавляющее большинство РАЭ имеет малый вес, так что наличие структурной избыточности систем оказывает слабое влияние на общие весовые характеристики ЛА. Все это обусловливает особое внимание к структурной надежности СУП и применение различных методов резервирования как эффективного средства повышения надежности.

Различают активное и пассивное резервирование. При активном резервировании (резервировании замещением) в случае отказа система перестраивается: с помощью переключателя отказавший элемент отключается и включается резервный. При этом большое значение имеет состояние резервных элементов до появления отказа. Резерв может быть нагруженным, облегченным или ненагруженным («холодным»). В первом случае резервные элементы функционируют в том же режиме, что и основные, во втором - в облегченном режиме (при пониженных нагрузках), в третьем - до наступления отказа резервные элементы находятся в нерабочем состоянии.

Облегченный режим можно рассматривать как своеобразное режимное или параметрическое резервирование. Такая режимная избыточность связана со структурной избыточностью, так как при облегченном режиме требуется большее число элементов, чем при нагруженном, и, наоборот, сокращение числа элементов связано с увеличением нагрузки на них.

При пассивном («горячем») резервировании все элементы, и основные и резервные, включены постоянно. Система при отказе одного или даже нескольких элементов не перестраивается по структуре, но и не утрачивает работоспособности до тех пор, пока элементов, оставшихся исправными, достаточно для ее нормального функционирования. Вместе с тем при отказе отдельных элементов зачастую производит перераспределение нагрузки между остальными элементами, что утяжеляет условия их работы, а следовательно, снижает надежность.

Существует несколько видов резервирования: общее, раздельное (в частом случае - поэлементное), скользящее, избирательное. Сущность общего, раздельного и поэлементного резервирования ясна из рисунков.

Общее резервирование

1 2 n

1

2

m

Раздельное резервирование

Поэлементное резервирование

1 2 n

Число m параллельно включенных элементов называют кратностью резервирования. Резервирование может быть выполнено и с дробной кратностью, если, например, для нормальной работы системы, имеющей три одинаковых блока, требуется по крайней мере два исправных.

В качестве скользящего резерва используют небольшое число элементов, которые могут быть подключены вместо любого из отказавших основных элементов.

Избирательное резервирование или резервирование по «схеме голосования» заключается в том, что сравниваются сигналы на выходе нечетного числа параллельно работающих элементов и во внешнюю цепь выдается сигнал, имеющийся на выходе большинства сигналов.

При резервировании элемента, у которого могут быть только отказы типа замыкания, резервные элементы необходимо включать последовательно с основным. Если же для основного элемента характерны отказы типа обрыва. То резервные элементы включаются параллельно с ним.

При использовании активного резервирования необходимо учитывать надежность переключателя. Соединение в ССН переключателя и обслуживаемого им участка схемы является последовательным.

Для выбора наивыгоднейшей схемы резервирования необходимо провести сравнительную оценку эффективности ее различных вариантов. Удобным для этой цели показателем эффективности является отношение

вероятности отказа Q_н нерезервируемой системы к вероятности Q_р отказа резервируемой системы.

При одинаковых уровнях P_ij(t) надежности элементов в случае раздельного резервирования надежность системы выше, чем при общем, но при этом добавляются соединительные элементы (провода, пайка и т.д.).

Активное резервирование принципиально выгоднее пассивного, причем это преимущество тем заметнее, чем больше облегчен режим, в котором находится резерв. Элементы, находящиеся в ненагруженном резерве, не расходуют ресурс до момента отказа основного элемента. Но требуется время переходного процесса на включение. При большом числе участков резервирования может оказаться, что система отказывает в основном из-за переключателей, т.е. существует оптимальное число участков резервирования, при котором вероятность отказа минимальна.

Пассивное резервирование конструктивно проще активного, но перераспределение нагрузки при отказах элементов повышает интенсивность их отказов и вероятность параметрического отказа.

Отказами органов управления (ОУ) являются неисправности, приводящие к потере управляемости ЛА, а это в свою очередь - к недопустимым отклонениям от расчетной траектории. Параметрическую надежность ОУ в комплексе с системой стабилизации определяют как вероятность обеспечения устойчивости и заданной точности полета ЛА. В первом приближении ее можно оценить как вероятность того, что их эффективность окажется достаточной в условиях максимальных возмущений.

Иногда отказу ОУ подразделяют на нейтральные и тяжелые, считая отказ нейтральным в том случае, когда органы управления вследствие неисправности самопроизвольно устанавливаются в нейтральное положение. Пример тяжелого типа отказа - заклинивание рулевых поверхностей ОУ в крайнем положении.

Дата добавления: 2013-12-14