книги из ГПНТБ / Липчин Ц.Н. Надежность самолетных навигационно-вычислительных устройств

Методом резервирования можно создать комплексы и системы, надежность которых может быть выше на­ дежности входящих в них отдельных частей (элементов).

По способу включения резервных элементов различа­ ют постоянное и замещающее резервирование.

При постоянном резервировании резервные запасные элементы соединены параллельно с основными рабочи­ ми элементами в течение всего периода работы системы.

При резервировании замещением отказавший (основ­ ной) элемент отключается и подключается запасной. Ре­ зервные элементы могут подключаться автоматически или вручную. В отличие от постоянного способа включе­ ния резервирование замещением позволяет использовать один резервный элемент для замены нескольких однотип­ ных элементов системы. Эта разновидность метода заме­ щения носит название резервирования со скользящим резервом. Исходя из условий обеспечения возможных режимов работы основного и резервных элементов ис­ пользуют нагруженное, облегченное и ненагруженное ре­ зервирование.

При нагруженном («горячем») резервировании запас­ ные резервные элементы находятся в том же режиме, что и основной элемент, независимо от того, включены они в схему или нет.

Облегченное («теплое») резервирование характерно тем, что до момента включения в работу резервные эле­ менты находятся в облегченном режиме. Надежность ре­

общем резервируется система в целом, при раздельном — вводится резерв для каждого основного элемента систе­ мы. При этом система фактически состоит из параллель­ но соединенных резервированных элементов.

Раздельное резервирование в свою очередь может быть поэлементным, покаскадным, узловым, блочным,

21

системным и т. п. В структурной схеме НК (см. рис. 1.1), например, имеются два позиционных корректора — РСБН

иРЛС, которые можно рассматривать как пример «горя­ чего» резервирования замещением. При отказе одного из них, например РСБН, произойдет некоторая потеря точ­ ности коррекции при сохранении работоспособности всей остальной части комплекса. При отказе второго позици­ онного корректора (РЛС) комплекс будет по-прежнему работоспособным, так как местоположение будет опре­ деляться счислением координат при помощи ДИСС, ИНС

иБЦВМ. Поэтому однозначное понятие «отказа» к НК неприменимо, так как при отказе отдельных систем про­ исходит, как правило, только качественное изменение выполняемых функций, в то время как резервная часть оборудования продолжает функционировать и решать поставленные перед НК задачи.

Этот пример показывает, что отказ отдельной системы не характеризует потери работоспособности НК. Вместе с тем отказ отдельной системы может влиять на точность НК, которая в свою очередь может определить соответст­ вие НК предъявляемым к нему требованиям. Создается цепочка: работоспособность систем — точность НК — ра­ ботоспособность нк.

Критерием работоспособности НК может быть его со­ ответствие основному требованию самолетовождения: выполнению полета в заданных границах коридора. Комплекс работоспособен, если полет осуществляется в заданных границах; комплекс находится в состоянии от­ каза, если самолет вышел за границы заданного кори­ дора.

коридора, обусловленная точностью и надежно­ стью НК.

При таком подходе надежность отдельных систем НК будет характеризоваться вероятностью безотказной ра­ боты, а точность — условной точностной эффективностью, т. е. тем же показателем технической эффективности при

22

где Тг € (0, t) — время отказа г'-й системы;

%І — интенсивность отказов і - й системы.

При такой формулировке технической эффективности

ет детального изучения влияния момента отказа на ус­ ловную точностную эффективность. Поэтому в прибли­ женных расчетах можно предположить Ф я и Фь не зави­ симыми от моментов отказа a, b систем. При этом усло­ вии

и (1. 17), вычисления по формуле (1. 18) являются доста­ точно трудоемкими. Следующая степень упрощения вы­ числения надежности НК заключается в переходе к чет­ кому определению отказа НК.

Выделим из всего множества условных точностных эффективностей Ф,, характерных для каждого состояния

24

//,-, одно фиксированное значение Фі. Состояния, для ко­ торых Ф І ^ Ф І , будут состояниями работоспособности НК. Состояния, для которых Ф,<Фі, будут состояниями отказа НК. Тогда расчет надежности НК. может быть сведен к определению вероятности существования НК в

пример, можно вычислить надежность НК в режиме ав­ томатического управления при полете по заданному ко­ ридору и в режиме определения местоположения любым навигационным средством.

Первый показатель характеризует работоспособность НК в режиме высокой точности и большой степени авто­ матизации штурманских работ, второй — вероятность определения местоположения самолета с точностью, обеспечивающей непереход самолета в соседний эшелон, где может возникнуть опасность столкновения самолетов. При такой трактовке отказа НК уравнение (1.18) при­ мет вид

техническую надежность комплекса, можно выбрать сле­ дующие: вероятность безотказной работы комплекса, ха­ рактеризующую вероятность того, что НК проработает в течение заданного времени; среднее значение наработки на отказ, т. е. среднее время между отказами НК; сред­ нее значение наработки на неисправность — технический показатель, равный ожидаемому среднему времени меж­ ду неисправностями в оборудовании.

25

Для анализа надежности работы НК составляется его структурная схема надежности. При этом оценива­ ются те состояния НК, при которых условная точностная эффективность Ф і ( / ) ^ Ф і , где Фі — заданная условная точностная эффективность.

Структурная схема строится в виде цепи информации с последовательно-параллельным включением систем. При построении цепи информации все системы, входя­ щие в НК., разделяются на группы по виду выдаваемой или перерабатываемой информации.

С целью анализа эффективности и надежности НК целесообразно принять следующую классификацию сис­ тем:

—датчики навигационной информации, определяю­ щие непосредственно координаты самолета, например, фазогиперболическая система дальней навигации РСБН, азимутально-дальномерная радиотехническая система ближней навигации РСБН. Назовем их позиционными измерителями;

—датчики навигационной информации, определяю­ щие составляющие вектора скорости движения самолета, например, измеритель воздушной скорости, допплеровский измеритель скорости и сноса. Будем их называть измерителями скорости;

—датчики навигационной информации, определяю­ щие составляющие вектора ускорения самолета, — аксе­ лерометры;

—датчики навигационной информации, определяю­ щие угловую ориентацию самолета и, следовательно, ориентацию измерителей предыдущих групп, например, курсовые приборы. Будем их называть угловыми измери­ телями;

—навигационные вычислители HB, преобразующие информацию от различных датчиков навигационной ин­ формации к одной и той же системе координат с целью

получения возможно большей точности и нагляд­ ности.

ускорения.

Перед построением структурной схемы все системы НК группируются по приведенной выше классификации.

В рассматриваемом примере НК к курсовым измери-

26

телям относится канал курса ИНС, к скоростным—ка­ нал скорости ИНС, ДИСС и СВС, к позиционным — РЛС, РСБН, к навигационным вычислителям — HB.

При составлении структурных схем надежности обыч­ но принимаются следующие допущения:

— аппаратура смежных систем, связанных с НК, но не входящих в его состав, не учитывается (например, ис­ точники питания) ;

— при расчете характеристик надежности систем, обеспечивающих коррекцию местоположения самолета, не учитывается надежность работы наземного оборудо­ вания (маяков) ;

—отказы систем принимаются как события случай­ ные и независимые;

—интенсивность отказов постоянна, т. е. старение элементов не происходит, а процесс приработки уже за­ кончился;

—предполагается, что после каждого полета аппара­ тура комплекса проверяется и при необходимости восста­ навливается;

—во всех системах имеется индикация отказов ос­ новной и резервной цепей.

Как показано ниже, на надежность резервированного НК существенное влияние оказывает глубина контроля.

С целью обеспечения высокой надежности навигаци­ онное оборудование многократно резервируется: на бор­ ту самолета устанавливаются несколько курсовых при­ боров, измерителей скорости, позиционных корректоров. Поэтому отказ отдельного навигационного прибора сис­ темы следует рассматривать как дефект навигационного оборудования, не приводящий к невыполнению полетно­ го задания.

Вместе с тем следует отметить, что использование резервных навигационных средств возможно только в том случае, когда экипаж имеет информацию о неисправ­ ности отказавшей системы. В случае отсутствия такой информации возникает определенная вероятность поль­ зования неисправным навигационным прибором, что мо­ жет привести к невыполнению полетного задания.

Таким образом, отсутствие контроля неисправности в значительной степени эквивалентно отсутствию резерва и, следовательно, низкой надежности навигационного оборудования в целом.

27

В настоящее время широкое применение получили три метода контроля исправности навигационного обору­ дования.

1. Визуальный, при котором исправность навигацион­ ной системы определяется экипажем путем сравнения с другими аналогичными приборами или средствами на­ вигации.

2.Встроенный контроль, при котором качество нави­ гационной системы определяется встроенной в прибор системой контроля.

3.Комплексный контроль, при котором качество на­ вигационного прибора оценивается путем комплексной обработки навигационной информации в центральном навигационном вычислителе навигационного комплекса.

Не анализируя достоинств и недостатков каждого ме­ тода контроля, отметим их общую направленность: лока­ лизация неисправной навигационной системы, сигнализа­ ция экипажу об отказавшем приборе с целью ручного или автоматического включения резервного навигацион­ ного прибора. Аппаратуру, выполняющую эту работу, будем называть в дальнейшем системой контроля (CK)-

Эффективность работы навигационного прибора или комплекса во многом определяется качеством системы контроля. Кроме собственных характеристик CK (надеж­ ность, достоверность, стоимость, вес и т. п.), важнейшей характеристикой CK является качество контроля контро­ лируемых систем или комплекса.

Показатель качества контроля должен характеризо вать достоверность исправности системы (комплекса). Формулировка показателя качества контроля имеет важ­ ное значение при проектировании системы (комплекса), так как она определяет способы технической реализации CK и резервирования систем внутри комплекса.

Показателями качества контроля могут быть: отноше­ ние числа контролируемых элементов системы к общему числу их в системе, отношение вероятности отказа систе­ мы к вероятности отказа его контролируемой части и др.

Эти показатели обладают рядом недостатков: напри­ мер, в первом показателе не учитывается надежность элементов, а второй — обладает очень большим диапазо­ ном, неудобным для оценки качества системы.

Рассмотрим систему, состоящую из п последовательно включенных элементов. Вероятность безотказной работы каждого элемента обозначим />,-, где 1—1, 2,....п. Вероят-

28

ность надежной работы системы контроля примем рав­ ной единице ( Р с к = 1).

Сгруппируем все элементы системы в две группы по признаку контроля: при отказе элементов первой группы

ся надежностью контролируемых элементов m<«(t'=0 - f - т) и будет

m

^к = П Pf

Вероятность безотказной ра­ боты системы, определяемая на­ дежностью неконтролируемых элементов (t = /n+

глубины контроля q.

К указанным выше требованиям для этих функций естественно добавить условие их взаимной симметрии от­ носительно 9 = 0,5, строгой монотонности и положитель-

29