Подтверждение надежности единичных космических аппаратов Колобов а.Ю., Корчагин е.Н., Жигунова н.Ф.

(ФГУП «НПО им .С.А. Лавочкина)

Confirmation of the reliability of single spacecraft. Kolobov A.J., Korchagin E.N., Zhigunova N.F.

This article is considered the reliability's confirmation methodology of single spacecrafts during the stage of land experimental working.

В условиях действующих финансовых ограничений возникают проблемы с набором статистики для подтверждения надежности при наземной экспериментальной отработке космической техники. Особенно остро встают эти проблемы при отработке единичных космических аппаратов (ЕКА).

Оценку надежности при наземной экспериментальной отработки (НЭО) ЕКА в ФГУП «НПО им. С.А. Лавочкина» производят с использованием расчетного и расчетно-экспериментального методов.

Составные части КА можно условно разделить на следующие типы:

• радиоэлектронные приборы и устройства.

• устройства электромеханического или механического типа, имеющие подвижные соединения.

• устройства механического типа, не имеющие подвижных частей (элементы конструкции вида рам, корпусов, балок, шпангоутов, установочных узлов, элементов крепления и т.п.);

• устройства одноразового действия (например, пиротехнические).

Перечисленные устройства отличаются по своему составу, физическим принципам и условиям функционирования, принципам обеспечения и подтверждения их надежности.

Оценка надежности радиоэлектронных приборов. Подтверждение безотказности электронных изделий из-за невозможности получить достоверные статистические оценки для малых и единичных выборок производится расчетным методом с использованием моделей Справочника электрорадиоизделий (2006 г.) разработки 22 ЦНИИ МО, учитывающих тип ЭРИ, качество их изготовления и условия применения. Качественно требования безотказности подтверждаются при НЭО проведением ресурсных испытаний и технологического прогона в объеме не менее 400 час.

Оценка надежности устройств механического и электромеханического типов. К таким устройствам относятся элементы системы отделения, узлы раскрытия, агрегаты двигательной установки. Их оценка надежности производится расчетно-экспериментальным методом. Точечное значение вероятности безотказной работы (ВБР) определяется расчетным методом, а нижняя граница ВБР подтверждается экспериментальным путем с доверительной вероятностью по формуле:

,

где N – количество успешных испытаний; Р_Н – нижняя граница ВБР.

Оценка надежности конструкции. Оценка надежности элементов конструкции производится расчетно-экспериментальным методом. Уровень безотказности конструктивных элементов определяется напряженно-деформированным состоянием, определяемым величиной эксплуатационных нагрузок, и коэффициентом запаса (прочности, устойчивости и т.д. в зависимости от критерия отказа рассматриваемого элемента). В качестве критерия принимается недостижение максимальным напряжением, возникающем в конструкции, предела прочности (или пределов текучести, усталости или устойчивости).

Для оценки надежности устройств механического типа применяется принцип «нагрузка-прочность», при котором сравниваются расчетные эксплуатационные нагрузки с разрушающими нагрузками, рассматриваемыми как случайные функции. Принимается допущение, что пересечения реализаций нагрузки N(t) и несущей способности R(t) являются редкими случайными событиями, а распределение реализаций в каждом сечении t = t_j –нормальным.

При этом вероятность непересечения реализаций нагрузки N(t) и несущей способности R(t) определяются по формуле:

где Ф(х) –функция нормального распределения; m_Ri, m_Ni - математические ожидания (МО) R(t) и N(t); _Ri , _Ni - среднеквадратические отклонения (СКО) R(t) и N(t).

Традиционно принимают, что предельные отклонения расчетной и эксплуатационной нагрузок от математического ожидания равны трем СКО.

При прочностных расчетах и при контроле прочностных характеристик конструкции под эксплуатационной нагрузкой понимают максимальное значение эксплуатационной нагрузки, под расчетной нагрузкой – минимальное значение предельной (предела текучести, предела прочности, предела устойчивости, предела усталости и др.) нагрузки.

Используя коэффициенты вариации нагрузок R, N ( ) и коэффициент запаса прочности получаем выражение для ВБР наиболее нагруженного элемента конструкции:

Экспериментальным подтверждением безотказности конструктивных элементов являются успешные прочностные испытания (ударные, вибродинамические и статические).

Представленная методика прошла апробацию с положительными результатами в ходе НЭО КА «Электро-Л» и КА «Спектр-Р».