книги из ГПНТБ / Морозовский В.Т. Системы электроснабжения летательных аппаратов

Так как возможность нормального функционирования при возникновении каждой k-й группы аварийных режимов обеспечи­ вается лишь соответствующей этим режимам аппаратурой за­ щиты k-ro вида, то для оценки относительной эффективности каждого данного k-то вида защиты в соответствии с выраже­ нием 17. 16:

При этом для каждого /-го режима каждый Ай аппарат за­

Из выражений (17.18) и (17.19) следует, что для увеличения относительной эффективности действия защиты необходимо стремиться к уменьшению значений как ^пр, так и ^л.с.

В качестве примера определения P ( A / H j ) рассмотрим оценку эффективности действия максимально-токовой защиты на плавких предохранителях (или тепловых автоматах защиты).

Исходными данными для расчета являются кривые плотно­ стей вероятностей времен срабатывания аппаратов защиты АЗІ и АЗІІ при различных токах, протекающих через аппарат (рис. 17.3).

Безотказным действием одного аппарата защиты назовем та­ кое действие, при котором время срабатывания автомата защиты іср при данном токе і\ (время отключения аварийной ситуации) меньше предельно допустимого /Ср^^доп=^макс.

392

Тогда надежность одного автомата защиты (АЗІ) при данном токе і\ можно характеризовать величиной

Рис. 17.5. Система электроснабжения с двумя зонами защиты

При двух зонах защиты (рис. 17.5) возможно возникновение двух типов коротких замыканий: в зонах I и II. Допуская, что ток короткого замыкания в зоне не зависит от места, в котором произошло в зоне короткое замыкание, найдем

Допущение в отношении постоянства значения тока короткого замыкания в зоне не является принципиальным. Можно было бы, зная закон распределения значений тока короткого замыка­

Cp

393

При трех зонах защиты

Аналогично ведется расчет условных вероятностей и для се­ тей более сложных конфигураций.

Значения интегралов определяются графо-аналитическим методом.

Вероятности возникновения аварийных режимов (коротких замыканий) определяются исходя из длин линий участков пита­ тельной сети. Например, для схемы, изображенной на рис. 17. 5,

можно считать, что Р(Н\) —Р(Н2) =Р{Нг) —Р{На)

Критерий оценки эффективности действий системы защиты позволяет непосредственно оценить вероятность возникновения аварийной ситуации и сопоставить воздействия различных струк­ тур защиты на безопасность полета.

17.3. МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ

Повышение надежности систем электроснабжения дости­ гается повышением надежности отдельных элементов системы, применением резервирования и использованием эффективных средств защиты, исключающих возникновение аварийных ситуа­ ций в системе при возникновении отказов и боевых повреждений в ее элементах.

Одним из основных методов повышения надежности является резервирование, однако, следует иметь в виду, что при помощи резервирования добиться увеличения надежности систем элек­ троснабжения можно только в том случае, если в системе исполь­ зуется высокоэффективная защита. При отсутствии защиты ре­ зервирование может даже снизить надежность и особенно живу­ честь систем.

Принцип резервирования заключается в том, что в систему вводятся дополнительные (резервные) устройства (элементы, блоки), являющиеся избыточными по отношению к минималь­ ной функциональной структуре системы, необходимой и доста­ точной для выполнения заданных функций.

394

Минимальную функциональную структуру системы иногда называют основным соединением элементов. Совокупность основ­ ной системы и ее резервирующих элементов или систем назы­ вают резервированной системой.

Основной характеристикой резервирования является его крат­ ность, т. е. отношение числа резервирующих элементов к числу резервируемых (минимально функционально необходимых). Кратность резервирования определяется соотношением

Если h= 1, то считают, что резервирование выполнено с целой кратностью, если h> 1, то с дробной кратностью. (Кратность ре­ зервирования следует записывать в виде простой дроби без со­ кращения, ибо при h> 1 одно и то же т может получаться при различных п и h.)

В зависимости от схемы включения резервных элементов (резервной системы) принято различать: общее и раздельное резервирование. При общем резервировании основная система резервируется полностью, при раздельном — резервируются ее отдельные элементы или группы их.

В системах электроснабжения, как правило, используется раздельное резервирование. Примером такого раздельного ре­ зервирования является параллельная работа источников элек­ трической энергии: генераторов переменного тока, генераторов постоянного тока или генераторов постоянного тока и аккумуля­ торов. При этом резервируется источник энергии вместе с регу­ лирующей защитной аппаратурой, система передачи и распре­ деления энергии остается общей. Иногда параллельную работу источников энергии трактуют как общее резервирование источни­ ков энергии, относя систему передачи и распределения энергии к общим выходным устройствам.

Широко используется раздельное резервирование и для ре­ зервирования отдельных участков питательной и первичной рас­ пределительной сетей.

Если резервирующие элементы работают в одинаковом (по нагрузке) режиме с резервируемыми, то такой резерв называют нагруженным. При этом интенсивность отказов резервных и ре­ зервируемых элементов одинакова, а ресурс расходуется с мо­ мента включения в работу всей резервируемой системы. При­ мером такого рода резерва является параллельная работа само­ летных генераторов.

Если до момента отказа основных элементов резервирующие элементы работают в режиме, отличающемся от режима работы, связанного с выполнением заданных функций, и лишь после от­

395

каза основных элементов включаются на рабочий режим, то та­ кой резерв называют резервом с облегченным режимом работы.

Ненагруженный резерв включается только в момент отказа резервируемой системы. Интенсивность отказов ненагруженного резерва близка к нулю, а ресурс расходуется только после вклю­ чения его в работу. Самолетная система централизованного питания потребителей переменного тока стабильной частоты, включающая два однотипных преобразователя (основной и ава­ рийный), может служить иллюстрацией резервированной си­ стемы с ненагруженным резервом.

По способу включения резервных элементов резервированные системы разделяют на системы с постоянным резервированием и системы с резервированием замещением.

Применение метода постоянного резервирования предпола­ гает для всех резервных элементов использование нагруженного резерва, при резервировании замещением резервные элементы могут находиться в любом из указанных выше режимов.

При резервировании замещением резервированная система всегда содержит индикационно переключающие устройства, слу­ жащие для индикации состояния отдельных элементов системы, исключения отказавших элементов и замены их исправными.

Резервированные системы с постоянным резервированием можно разделить на системы с постоянным пассивным резерви-

работы, и при отказах ни основные, ни резервные элементы не отключаются. Постоянное пассивное резервирование целесооб­ разно использовать для повышения надежности работы участков схем, состоящих из однотипных элементов (сопротивлений или конденсаторов или полупроводниковых диодов и т. п.), и только в тех случаях, когда отказ одного из элементов не может привести

котказу всего соединения.

Втоже время постоянное пассивное резервирование проводов питательной или первичной распределительной сети не приводит

кповышению надежности, ибо отказы провода в виде короткого замыкания на корпус летательного аппарата приведет к отказу всего резервированного участка. Вследствие этого при резерви­ ровании элементов, для которых характерны отказы в виде ко­ ротких замыканий на корпус летательного аппарата, исполь­ зуется постоянное активное резервирование с отключением от­ казавших элементов системы.

При резервировании способом замещения система содержит индикационно-переключающие устройства, которые влияют на общую надежность системы.

Рассмотрим резервированную систему, состоящую из одного рабочего А и одного резервного В элементов рис. 17-6. При от­ казе элемента А переключающее устройство ПА отключает его,

3£6

а переключающее устройство Пв включает элемент В © систему. Рассматриваемый случай имеет место, например, при резервиро­ вании генератора переменного тока преобразователями.

Вероятность безотказной работы основной системы Р0(t) определяется произведением вероятности безотказной работы Ра (t) элемента А и вероятности безотказной работы переклю­ чателя РПА (t):

P\(t, т) — вероятность безотказной работы резервной системы в течение времени t при условии, что основная си­ стема отказала в момент времени т

Pi(t, т)= Я ,(т)/> і(* -г).

Таким образом,

Рассмотрим способы определения надежности резервирован­ ной системы при различных режимах работы резерва и при экс­ поненциальном законе изменения надежности основной и ре­ зервной систем.

397

При нагруженном резерве интенсивности отказов Х,0 основной и Хі резервной систем одинаковы:

Яо = А,1 = Я а + Я ПА = Х,В + Хпв*

Тогда

PQ( t ) = e - x°‘;

/ 0(т)=Х0е - х“т;

Рх({, х )= е ~ х°х e_XoU_T)= е-Хо<;

t

Яр(?)= е“ х°' + f Х0е_х°т e~Xotd x = e - v +

Выражение 17.34 для нагруженного режима работы резерва может быть получено и из более простых соображений.

Вероятность отказа резервированной системы равна произве­ дению вероятностей отказов основной и резервной систем

Qp(Q= Qo(0 Ql W = ( 1 - е - Хо<) (1 - е -х°0.

Тогда

Яр( 0 = 1 - Qp ( 0 = е "ѵ [2 - е - хІ .

Если число резервных систем равно т , то

ТП

Л > (* )= і-П < г / (*)•

1= 0

При ненагруженном режиме работы резервной системы счи­ тают, что интенсивность отказов ее до момента включения в ра­

о

398

При наличии нескольких резервных систем выражение для вероятности выполнения функций резервированной системой можно получить при многократном использовании формулы (17.33).

При т —1:

меньше, чем интенсивность отказов Хо работающей системы, так как они не включены на нагрузку и находятся только в подго­

3 99

Г л а в а 18

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ И МЕТОДЫ СИНТЕЗА СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

18. 1. СТРУКТУРЫ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УЗЛОВ СОВРЕМЕННЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

ток низкого напряжения (28,5 В) и переменный ток стабильной частоты (400 Гц, 208/120 В). При этом требуемая мощность по­ стоянного и переменного тока может варьироваться в довольно

кроме того, имеется большая группа потребителей, требующая питания трехфазным током стабильной частоты, напряже­ нием 36 В.

На многих летательных аппаратах значительная часть потре­ бителей переменного тока может быть переведена на питание током нестабильной частоты, генерирование которого на борту может быть осуществлено при помощи более простых и надеж­

;устанавливается верхний предел мощности переменного тока нестабильной частоты.

Внастоящее время существует достаточно большое количе­ ство способов генерирования различного рода видов электриче­ ской энергии на борту летательного аппарата для того случая, когда первичными источниками энергии являются авиационные двигатели. Поэтому, если допустить вариацию различных видов электрической энергии в заданных пределах, то на борту воз­ можно осуществление большого числа различных структурных схем генерирования электрической энергии. Наиболее распро-

401