Общая структура резервированного привода с общим резервированием.

Так, например, для резервированной системы приводов, состоящей из четырёх одинаковых каналов

вероятность отказов двух подканалов: ;

вероятность отказов трех подканалов: ;

вероятность отказов четырех подканалов: .

Вероятность сохранения управления (m+1)-канальным рулевым приводом со структурой, соответствующей схеме на рис.7.2.2 оценивается выражением:

. (7.2.4)

При требовании обеспечить вероятность безотказной работы привода не менее Р_mp(t) и, зная оценку безотказности работы одного канала привода P_k(t), можно для случая идеальных переключающих устройств определить необходимое количество резервных (дополнительных) каналов, обеспечивающее выполнение условия:

.

Необходимое для достижения численной оценки заданного уровня безотказности управления (Ртр) количество резервных каналов привода может быть приближенно определено следующим образом:

. (7.2.5)

Однако на практике зависимость безотказности привода от количества резервных каналов несколько отличается от теоретической кривой. Зависимость реальных оценок безотказности от общего количества каналов электрогидравлического привода показана на рис.7.2.3.

При переходе от механического рулевого привода к электрогидравлическим рулевым приводам, на основе обработки статистики аварий самолётов 1940 – 1950 –х годов была определена вероятность полного выхода из строя механического рулевого привода управления, которая составила около за один час полета [7.6]. Соответственно, вероятность полного выхода из строя системы дистанционного управления не должна была быть ниже. В то же время вероятность выхода из строя одного подканала электронной системы не превышает за один час полета. Следовательно, для достижения уровня надежности, соответствующего механической системе рулевого привода необходимо применять резервирование. Теоретически получается, что достаточно трех подканалов управления, чтобы удовлетворить требуемую степень безотказности, однако практически чем больше элементов и чем они сложнее, тем чаще они отказывают, что подтверждает реальная экспоненциальная зависимость, показанная на рис.7.2.3. Мировая практика создания высоконадёжных авиационных систем управления показывает, что только четырехканальная электрогидравлическая дистанционная система управления может обеспечить необходимый уровень безотказности.

Рис.7.2.3

Зависимость вероятности выхода из строя системы резервированного электрогидравлического привода от общего количества каналов: теоретическая зависимость и практическая оценка.

Большое значение при построении резервированного привода имеет способ подключения основного и резервных каналов к общему выходному звену.

Например, возможно построение многоканального привода с одним переключающим элементом, который по мере выхода из строя основного или резервных каналов подключает выходное звено к исправному каналу. Такая структура привода показана на рис.7.2.4 (первая схема). В этом случае вероятность возможности использования любого резервного канала привода после отказа основного канала привода не больше вероятности безотказной работы переключателя, который должен быть очень надёжным. Возможность отказа элемента переключения отказавшего канала на исправный канал существенно снижает общую надежность привода и влияет на выбор структуры резервированного привода. Более высоконадежный вариант включения резервного канала и отключения другого канала, вышедшего из строя, предусматривает введение переключающего элемента в каждый канал привода. Блок-схема структуры такого привода показана рис.7.2.4 (вторая схема).

Полагая, что переключающие элементы и резервные каналы отказывают независимо друг от друга, можно найти оценку безотказности каждого канала со встроенным переключающим элементом.

(7.2.6)

где Рпi – вероятность безотказной работы переключающего элемента в i-ом канале, а P_i - вероятность безотказной работы i-го канала без переключателя.

Вероятность отказа i-го канала с переключателем:

(7.2.7)

а вероятность отказа всех каналов привода:

. (7.2.8)

Вероятность сохранения приводом функции управления хотя бы одного резервного канала определяется выражением:

. (7.2.9)

Следовательно, наиболее целесообразной структурой резервированного привода является структура с общим скользящим резервированием [7.3], в котором все каналы резервированного рулевого включают в свой состав устройства отключения неисправного канала привода и являются равноценными. В такой системе привода при отказе одного канала управление осуществляется оставшимися работоспособными каналами или одним любым из оставшихся работоспособных каналов. В последнем случае имеет место резервирование по методу замещения. Таким образом, более высокую надежность обеспечивает структура привода, состоящего из одинаковых равно надежных каналов, включающих одинаковые наборы элементов, в том числе, и одинаковые переключающие элементы каждом канале, которому соответствует вторая схема на рис.7.2.4.

Рис.7.2.4

Два варианта структурной схемы переключения на резервный канал: с одним общим переключателем По (вверху) и переключателями (П1,…Пm), встроенными в каждый канал.