книги из ГПНТБ / Дружинин Г.В. Надежность электрических схем авиационных систем

§ 1.4. РЕШЕНИЕ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАДАЧ ПО X- И Л-ХАРАКТЕРИСТИКАМ

Тот факт, что Л -характеристика получается простым суммиро­ ванием ординат X-характеристик, открывает большие возможности для исследования элементов и систем по графикам интенсивности выхода из строя. Уже вид X-характеристики позволяет судить о характере отказов и способах их предупреждения. На рис. 1.7 пока­ зана одна из типичных X-характеристик. Изменение интенсивности выхода из строя элемента в зависимости от времени (числа циклов) работы элемента можно разбить па три периода.

Первый период — «детство» элемента. В этот период происхо­ дит значительное количество повреждений. Отказы в основном про­ исходят по производственным причинам. Отказывают наиболее сла­ бые элементы со скрытыми дефектами, проявляются дефекты за счет плохой пайки, регулировки и т. п.

Второй период — «зрелость» элемента. Количество отказов уменьшается, повреждения в основном носят случайный характер.

Третий период — «старость» элемента. Интенсивность выхода из строя все время растет за счет износа, и дальнейшая эксплуатация аппаратуры без смены элементов становится нерациональной. Для многих устройств с кратковременными и редкими циклами работы этот период никогда не достигается, гак как они устаревают раньше, чем успевают износиться. Время работы авиационных устройств обычно не превышает периода Т на рис. 1.7.

В период «зрелости» элемента интенсивность выхода из строя является наиболее низкой. Поэтому часто желательно сократить первый период («детство» элемента) тренировкой аппаратуры на заводе, понимая под ней предварительную, перед началом эксплуа­ тации, работу аппаратуры в условиях, близких к эксплуатационным. В период тренировки должны выявиться все дефекты по производ­ ственным причинам, поэтому время тренировки должно совпадать с первым периодом рис. 1.7, чтобы эксплуатация началась с точки Ь.

Вопрос о том, когда выгодно тренировать отдельные элементы и когда систему в целом, будет рассмотрен ниже.

Наклон кривой на участке а — b (рис. 1.7) может в некоторой мере служить показателем технической культуры производства. Чем

20

выше качеств'о изготовления и проверки элементов, тем более одно­ родной будет продукция и тем быстрее падает интенсивность выхода из строя по производственным причинам. При ухудшении качества изготовления и производственного контроля X -характеристика на участке а — b становится более пологой, первый период растяги­ вается и переход ко второму периоду стирается. Предварительная тренировка элементов часто становится нерациональной.

Следует отметить, что /. -характеристики не всегда имеют вид, показанный па рис. 1.7, а могут быть весьма разнообразными, ибо отдельные составные части элементов имеют различную механиче­ скую и электрическую прочность. «Горбы» на X-характеристике могут появляться в различные периоды срока службы элемента. Например, X-характеристика может иметь вид рис. 1.8. Появление

Р и с . 1.8. Одна из возможных X-характеристик.

таких «горбов» указывает на необходимость тщательной проверки

вании систем. Процесс конструирования связан с составлением раз­ личных вариантов систем и их сравнением между собой в отноше­ нии удовлетворения техническим условиям, в том числе ц по надеж-

21

герметики. Если ставится вопрос о тренировке систем с равномер­ ными А-характеристиками вида рис., 1.11,6, то в этом случае придет­ ся тренировать каждый элемент отдельно, а не систему в целом.

Тренировка системы в целом, или возможно более крупных блоков ее, всегда выгоднее тренировки отдельных элементов, так как в первом случае происходит тренировка монтажа и регулировка системы (блока). Раздельную тренировку элементов следует применять лишь при очень равномерных

А-характеристиках.

По виду Л -характеристики мож­ но просто решить вопрос о целесо­ образности тренировки систем крат­ ковременного действия. Из рис. 1.12 видно, что при общем времени работы системы меньшем t\ приме-

выхода из строя системы за время (0, /,) будут меньше соответствую­ щих значений Л 11) после тренировки, т. е. при t t(. При общем времени работы системы, большем /2, например, равном /з, следует применять тренировку, так как значения Л -характеристики за период времени (0, /3) будут больше значений Л (0 при t^> t.,, т. е. надеж­ ность системы в результате тренировки повысится.

С помощью А -характеристик просто и наглядно решается ряд эксплуатационных задач. Рассмотрим, например, вопрос о назначе­ нии или продлении технического ресурса различных устройств. Часто решение этого вопроса связано с большой ответственностью (напри­ мер, для реактивных двигателей). Ввиду отсутствия достаточно аргументированной методики назначения технического ресурса, иногда приходилось снимать с эксплуатации исправные агрегаты и системы, что связано с большими потерями материальных средств. А-характеристика является документом, указывающим или на целе­ сообразность продления ресурса, или, наоборот, па необходимость снятия с эксплуатации рассматриваемого агрегата или устройства, особенно если они выполняют ответственные задачи. Это можно показать на примере изображенных па рис. 1.13 трех А-характери-

23

1) Определить число элементов каждого типа в рассматривае­ мом варианте системы. Так как принципиальной схемы системы еще пет, то это может быть сделано путем сравнения с аналогичными ранее разработанными устройствами. Отдельные узлы блок-схемы часто бывают стандартными с известным заранее числом элементов

каждого типа.

Если удается определить лишь общее ориентировочное число элементов блока Na, то для радиоэлектронной аппаратуры распреде­ ление их по типам можно приближенно произвести по табл. 1.5, составленной И. И. Морозовым 123].

2) Разыскать в справочных материалах значения средней интенсивности выхода из строя элементов тех типов, которые пред­ полагают применять в системе.

В качестве примера в табл. 1.6 приведены опубликованные в американской печати некоторые данные о средних интенсивностях отказой различных элементов радиоэлектронной аппаратуры.

26

Т а б л и ц а 1.6

Средняя интенсивность отказов некоторых элементов (по данным иностранной печати)

могут значительно отличаться друг от друга. Здесь играет большую роль качество элемента и условия его применения, а также количе­ ство и качество информации об отказах. Поэтому целесообразно иметь справочные данные об элементах примерно одинаковой аппа­ ратуры, работающих в условиях, близких к ожидаемым для проекти­ руемой аппаратуры. Иначе говоря, здесь нужна, как и во всяком другом деле, преемственность.

3) По данным пунктов 1 и 2 нужно найти интенсивность выхода из строя варианта системы по формуле

/*=1

где г — число типов элементов; N[ — число элементов /-го типа;

ф — интенсивность выхода из строя элементов /-го типа.

Сравнение надежности вариантов системы можно производить по значениям Лср. При этом следует иметь в виду, что расчет являет­ ся весьма приближенным и поэтому суждение о недостаточной надежности «/-го» варианта системы можно высказать лишь в слу­ чае значительного превышения значения А,- для этого варианта над значениями Л других вариантов.

27

Й случае необходимости можно найти но таблице экспоненци­ альной функции значения вероятности исправной работы для раз­ личных периодов времени работы системы и построить функцию надежности

P = e - At .-

2. Расчет надежности при подборе элементов системы

Этот вид расчета производится при уточнении принципиальной

элементов данного типа, а являются различными для элементов раз­ личных видов и марок. Результаты расчета являются уже более кон­ кретными и точными. Одновременно несколько увеличиваются затраты времени на проведение расчета.

Так как выбор элементов системы конструктор производит не только по их надежности, а руководствуется при этом рядом других соображений, то па этом этапе проектирования обычно необходим расчет нескольких вариантов системы.

В табл. 1.7 в качестве примера приведены значения парамет­

23

3.Расчет надежности системы

сучетом режимов работы элементов

Проврдится на одном из последних этапов проектирования, когда основные конструктивные проблемы уже решены, но можно еще изменять режимы применения деталей. Для проведения расчета необходимы графики или таблицы, выражающие зависимость интен­ сивностей выхода из строя всех элементов схемы от условий их при­ менения. В число условий применения входят как окружающие усло­

На рис. 1.15,6 показана зависимость интенсивности выхода из строя конденсатора с бумажным диэлектриком от величины воздей­ ствующих нагрузок. В данном случае определяющее действие ока­ зывает постоянное (или эффективное) напряжение, действующее при определенной температуре. Поскольку конденсатор ие является теплоиспускающим телом, то его температура принимается равной температуре окружающей среды. Действующее напряжение учиты­ вается в долях от номинального.

Интенсивность выхода из строя углеродистых сопротивлений определяется в основном их температурой. Температура сопротивле­ ния зависит как от температуры окружающей среды, так и от элек­ трической мощности, рассеиваемой на сопротивлении. Зависимость интенсивности выхода из строя от этих д в у х факторов приведена на рис. 1.15,в. Рассеиваемая мощность учитывается в долях от номи­ нальной.

В качестве примера расчета надежности системы с учетом режи­ мов работы элементов рассмотрим расчет пассивного четырехполюс­ ника, схема которого приведена на рис. 1.15,а. В этой схеме сопро­ тивления R| — R> — 2,2 ком. с номинальной мощностью рассеяния

найдем из графиков рис. 1.15,6, в расчетные значения интенсивности выхода из строя:

29