Зависимость интенсивности отказов (λ) от времени эксплуатации системы приводов (t).

Второй участок соответствует нормальной работе привода на изделии в процессе эксплуатации. На этом участке интенсивность отказов практически не изменяется: (t)=const.

Третий участок соответствует этапу эксплуатации, на котором начинается износ деталей и узлов, начинает проявляться старение материалов (в первую очередь эластомерных, например, уплотнительных узлов в гидравлических и пневматических приводах). Интенсивность отказов при этом возрастает.

Длительность первого участка можно уменьшить более тщательным конструированием, моделированием привода с учётом коструктивно-технологических факторов и реальных условий эксплуатации, повышением требований к контролю деталей, узлов и ужесточением режимов стендовых испытаний и натурных испытаний. Естественно, что установленная предприятием-изготовителем привода длительность работы привода (его ресурс) не должна выходить за рамки второго участка.

Для оценки надёжности, и в частности безотказности, систем приводов следует использовать второй участок с (t)=const. На этом участке допустимо и целесообразно применять экспоненциальное распределение отказов для оценки безотказности приводов.

Потеря работоспособности изделия может происходить вследствие следующих событий:

1. Выхода какого-либо параметра привода или его характеристики за допустимые пределы.

2. Нарушения функционирования системы привода или её элементов, например, обрыв электрических цепей, потеря или отключение источников энергии, разрушение конструкции.

Таким образом, все возможные отказы условно можно разделить на параметрические и функциональные отказы.

К параметрическим отказам могут приводить необратимые изменения, связанные с износом, старением и т.п. процессами, например, изменение индуктивности магнитных зазоров в электромеханических узлах, износ гидрораспределителей, засорение фильтров, увеличение вследствие износа механических зазоров. К внезапным параметрическим отказам и функциональным отказам могут приводить накопления повреждений и изменений характеристик элементов привода, например, частичное или полное засорение дросселей в гидроприводах или уже упоминавшееся изменение проводимости магнитного зазора в электромагнитных системах вследствие засорения зазоров металлическими продуктами износа деталей. Вероятность безотказной работы привода P(t) в предположении, что отказы различных видов независимы, определяются выражением

(7.1.16)

где вероятность отсутствия функционального отказа i-го элемента привода; вероятность сохранения j-го параметра привода, характеризующего его работоспособность, в допустимых пределах.

Интенсивность отказов каждого из элементов или устройств определяется приближенно как сумма интенсивностей отказов входящих в них элементов:

(7.1.17)

где интенсивность отказа элемента.

Суммарная оценка интенсивности отказов привода в целом определяется по выражению

(7.1.18)

В этом выражении слагаемые в квадратных скобках представляют собой оценки интенсивностей отказов соответственно: электромеханических элементов (эм), электрогидравлических элементов (эг), механических элементов (мех), электронных устройств (эл).

Вероятность появления отказа одного привода в целом за время полета определяется выражением

(7.1.19)

а вероятность безотказной работы привода в полете продолжительностью

(7.1.20)

Для авиационных приводов гражданских самолетов показатели безотказности регламентируются нормами летной годности. В России это Авиационные правила АП – 25, в США – FAR, в Великобритании – BCAR.

В российских Авиационных правилах даются следующие нормы лётной годности систем [7.4]:

1. Каждое отказное состояние, приводящее к катастрофической ситуации должно оцениваться, как практически невероятное событие. Это событие не должно возникать вследствие единичного отказа одного из элементов системы. (Вероятность появления такого события менее 10^-9, 10^-10 на один час полета).

2. Суммарная вероятность аварийной ситуации, вызванной функциональными отказами, для самолёта в целом не должна превышать 10^-6 на один час полета. При этом рекомендуется, чтобы любой функциональный отказ, приводящий к аварийной ситуации, оценивалось бы, как событие не более частое, чем крайне маловероятное 10^-8 на один час полета.

3. Суммарная вероятность возникновения сложной ситуации не должна превышать 10^-4 на один час полета. При этом любой функциональный отказ, приводящий к такой ситуации должен оцениваться, как событие не более частое, чем маловероятное 10^-6 на один час полета.

Получить экспериментальное подтверждение соответствия приводов столь высоким требованиям к их надёжности практически невозможно. Этот показатель безотказности привода примерно соответствует показателю безотказности механического привода рулевой поверхности сравнительно лёгкого дозвукового самолёта (F(t)_оп10^-7) времён второй мировой войны, по которым имеется вполне убедительная статистика отказов приводов десятков тысяч самолётов. (Механический привод рулевой поверхности состоит (смотри рис.7.1.3) из штурвала, системы рычагов и тросов, преобразующих движения штурвала в отклонение рулевой поверхности). Опасным отказом такого привода может быть либо заклинение элементов кинематической передачи, либо её разрушение и разъединение.

Рис.7.1.3

Схема простейшего механического рулевого привода, отклоняющего по сигналу управления (перемещение ручки пилота) рулевую поверхность на угол δ, преодолевая аэродинамический момент Мш.

По надёжности этих приводов имеется очень представительная мировая статистика. Интенсивность отказов таких механических приводов, полученная на основе обобщения десятков тысяч самолётов прошлого века, составляет около λ=10^-7 1/ч.

Более «лёгкой» характеристикой безотказности привода, оценки которой могут быть получены в процессе эксплуатации партии самолётов, является время досрочного съёма привода (Т_дс) из-за его неисправности. Для современных авиационных приводов подтверждённая оценка Т_дс составляет Т_дс  (40-70)10³ лётных часов. В то же время в состав современных авиационных приводов входят сложные энергоёмкие электро- и гидромашины, электронные блоки управления, датчики, преобразователи и другие компоненты, показатели надёжности которых гораздо хуже, чем требуемые показатели всего привода. А так как отказ любого из указанных компонентов приводит к отказу всего привода, то общий показатель безотказности привода, состоящего из минимально необходимого для выполнения функций управления набора элементов привода, много хуже требуемого показателя надёжности. В качестве примера можно привести следующие оценки показателей безотказности относительно крупных единиц рулевых авиационных приводов и взаимодействующих с ним устройств 7.5].

Вероятность отказа за один час полёта:

 электронные блоки формирования сигналов управления приводом (с вычислителями) ₁=(1.5 – 2)10^-4 на один час полета;

 электрогидравлический усилитель мощности ₂=(0.07 – 2)10^-6 на один час полета;

- гидродвигатель – 0.001 10^-6 на один час полета

Некоторые оценки безотказности гидравлических элементов приведены в таблице 7.1.

Таблица 7.1.[7.5]

Показатели безотказности элементов авиационных гидроприводов.

Элементы.	Интенсивность отказов.
Электрогидравлический усилитель мощности типа «сопло-заслонка»	0.1-2 1/ч
Гидравлический силовой цилиндр (заклинивание или разрушение)	0.00329 1/ч
Комплект уплотнительных узлов подвижных соединений гидроцилиндра	3 0.6135 1/ч
Датчик обратной связи	0.04686 1/ч
Гидравлический источник питания (один канал гидросистемы)	(40-70) 1/ч
Электронный блок обработки электрических сигналов	(20-30) 1/ч
Система электропитания (один канал)	(10-20) 1/ч
Клапан электрогидравлический (заедание или обрыв обмотки)	(0.044-0.086) 1/ч
Поршень со штоком рулевой машины (заклинивание)	0.152 1/ч

Из приведенных данных следует, что наиболее надежным элементом в системе привода дистанционного управления является исполнительный электрогидравлический механизм. Но и его степень безотказности не соответствует нормам летной годности [7.4]. По действующим нормам летной годности авиационной техники вероятность появления опасного отказа привода, приводящего к возникновению аварийной ситуации, должна быть менее 1/ч. Такую оценку безотказности привода, состоящего из набора элементов, необходимого только для его функционирования, как элемента системы управления, не представляется возможным ни обеспечить, ни доказать.

Следует также учесть, что интенсивность отказов электронных блоков управления исполнительными механизмами приводов существенно увеличивается с повышением температуры окружающей среды.