книги из ГПНТБ / Крауз С.В. Основы технической эксплуатации авиационного оборудования I. Элементы теории надежности оборудования летательных аппаратов. II. Средства и методы контроля и подготовки авиационного оборудования
.pdfО О '
UP UP
Аварийная сеть
l 5 w 5 k .[ЧР |
\ДМР |
ОсноВная сеть
о |
О |
Потрейители
Фиг. 3.8. Схема самолетной электрической системы с резервированием: Г — генератор; УР — угольный регулятор; ДМР — дифференциально-минимальное реле; ПС — питательная.сеть; 1 — первичная распределительная сеть: 2 — вто ричная распределительная сеть; К — контактор; П — проводка от первичной распределительной сети до контактора.
где |
Р спэ — надежность системы производства электрической энер |
||||||
|
гии; |
|
|
|
|
|
|
|
Р Срэ— надежность |
системы |
распределения |
электрической |
|||
|
энергии. В свою очередь |
|
|
|
|
||
|
|
Р сп э= 1 -Р сп э. |
|
|
(3.82) |
||
где |
Qcn» — ненадежность |
системы |
производства |
электрической |
|||
|
энергии |
Рспэ = |
|
|
|
(3.83) |
|
|
|
|
|
|
|||
|
<?сп — ненадежность |
одиночной |
системы |
производства |
элект |
||
|
рической энергии; |
работающих |
одиночных |
систем |
|||
|
г — число параллельно |
||||||
|
производства электрической энергии; |
|
|
||||
|
|
<7сп = |
1 - |
Реп. |
|
|
(3.84) |
' где Рсп — надежность одиночной системы производства электри ческой энергии;
^сп ^ Рг РурРдмр Рпо |
(3.85) |
60
рСПЗ |
V |
где |
рг — надежность генератора; |
|
|
|
|
|
||||
|
Рур— надежность угольного регулятора; |
минимального |
реле; |
|||||||
|
Рдмр— надежность |
дифференциального |
||||||||
|
рпс— надежность питательной сети. |
|
|
|
||||||
|
В результате- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
^спэ |
= |
^ |
О |
Р ? Рур Рдмр Рпс) |
■ |
|
(3.86) |
||
|
Общая надежность |
системы |
распределения |
электрической |
||||||
' энергии: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
РсВэ - |
P iPp2p> |
|
|
|
(3.87) |
||
где |
Pip — надежность |
первичной |
распределительной |
сети, |
связы |
|||||
|
вающей центральные шины источников электрической |
|||||||||
|
энергии с распределительными устройствами; |
связы- |
||||||||
|
р2р— надежность |
вторичной |
распределительной |
сети, |
||||||
|
. вающей распределительные устройства с жизненно важ |
|||||||||
|
ными потребителями электрической энергии; |
|
||||||||
где |
P ip ~ (1 |
9осн Яав) Р k P п> |
|
|
( 3 . 8 8 ) |
|||||
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
(3.89) |
|
|
|
|
Яос» ~ |
Росю |
|
|
||||
|
|
|
? . в = 1 |
- Р а , |
|
|
|
(3.90) |
||
где, в свою очередь: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Росн — надежность основной первичной сети; |
|
|
|
|||||||
рлз |
- надежность аварийной первичной сети; |
|
|
|
||||||
рк |
— надежность контакторов, |
переключающих питание жизнен-- |
||||||||
|
но важных потребителей с основной сети на аварийную сеть; |
|||||||||
рп — надежность проводов |
двойного питания, соединяющих кон |
|||||||||
|
такторы с распределительными устройствами потребителей; |
|||||||||
I — число контакторов в системе распределения. |
|
|
||||||||
|
Применяя подстановку q0с„ |
и qaB, |
получим следующее выра |
|||||||
жение: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Pi p = П “ |
(I — Роси) |
( 1 |
Р йп)\ Р к |
Рп- |
|
(3-91) |
Наличие 5 параллельных цепей в клетке первичной распреде лительной сети повышает надежность системы при обрыве прово дов, но почти не влияет на надежность системы при появлении в первичной сети коротких замыканий; поэтому, если «весовой» экви валент числа повреждений, возникших от обрыва, обозначить че рез К0, а весовой эквивалент числа коротких замыканий первич ной электрической сети обозначить через Кк, где
+ |
(3.92) |
то надежность основной первичной распределительной сети может быть выражена в следующем виде:
/>осн = ( |
1 |
- |
(3. 93) |
где |
|
|
|
Ях *» 1- |
P i . |
|
|
62
где pi — надежность одиночной распределительной сети;
Л,с„ = [1 -Л !(1 - а )ЧП - K A \ - P x ) ] s- |
(3.94) |
Учитывая, что /?ав — Р\ и подставляя значения |
рося и рав |
в (3.91), окончательно получим следующее выражение для надеж ности первичной распределительной сети:
А р = |
I1 - I 1 - [> ~ W |
- К к(\ |
- A ) )p kPln. |
|
|
|
(3.95) |
Выражение для надежности вторичной распределительной сети |
|||
может быть записано в следующем виде: |
|
||
где |
А р = А ? [ 1 - (1 - Р ,)8]". |
(3-96) |
|
р2— надежность одиночной вторичной электрической сети, пи |
|||
|
тающей жизненно важный потребитель электрической |
||
|
энергии; |
|
|
|
т — число одиночных жизненно важных потребителей; |
||
|
п — число резервированных |
жизненно важных |
потребителей |
|
электрической энергии. |
|
|
Полное выражение надежности системы распределения элект рической энергии получит следующий вид:
/ V = { l - { 1 - [ 1 - ^ ( 1 - A ) s] [ l - ^ * ( 1 - A ) ] s} ( l - A ) } Х
X [1 — (1 - Р 2 П пР?Р1Р1п- |
(3.97) |
Для получения величины вероятности безотказной работы си стем производства и распределения электрической энергии в комп лексе следует правые части формул (3.86) и (3.97) подставить в выражение (3.81).
Г л а в а I V
ВЛИЯНИЕ ВНЕШНИХ ФИЗИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА СОСТОЯНИЕ И РАБОТУ ОБЪЕКТОВ
и с и с т е м Ав и а ц и о н н о г о о б о р у д о в а н и я
УСЛОВИЯ ПОЛЕТА И ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИРОДЫ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ, СОПРОВОЖДАЮЩИХ ПОЛЕТ
Расширение диапазона метеорологических и географических условий применения авиации, а также увеличение скоростей и вы сот полета современных самолетов приводит к расширению диапа зона изменения температуры, давления, влажности и других внеш них физических факторов, воздействующих на авиационную техни ку и оказывающих влияние на свойства и характеристики объектов авиационной техники. Степень изменения характеристик тем зна чительнее, чем больше интенсивность и время воздействия физиче ских факторов. Изменение свойств и характеристик объектов авиа ционной техники обычно возрастает, если одновременно влияют два или более различных факторов. Например, одновременное уве личение влажности и нагрева оказывает большее влияние на па раметры объекта, чем воздействия их независимо друг от друга.
Тепловые условия работы объектов авиационного оборудова ния в полете очень разнообразны. Температура внешнего атмосфер ного воздуха изменяется в зависимости от времени года и высоты полета в диапазоне от — 60°С до + 50°С и более. Кроме воздей ствия температуры внешнего окружающего воздуха, причинами пе регрева самолета и его оборудования могут быть кинетическое теплообразование при полете самолетов на сверхзвуковых скоро стях, большое выделение тепла частями авиадвигателей, ухудше ние теплообмена отдельных агрегатов, нарушение вентиляции, ме стный перегрев за счет выделения тепла внутри объектов электро оборудования и т. д.
Действие тепла и холода прежде всего связано с изменениями размеров материала. Если материал детали неоднороден, то при наличии внутри него температурного градиента могут возникнуть внутренние механические напряжения, произойти деформация и по явление трещин в деталях, изменение характеристик объектов само летного оборудования и отказы их в работе. Действие высоких тем ператур приводит к повреждениям и порче изоляционных материа лов, создаются благоприятные условия для пробоя изоляции, на рушается герметичность трансформаторов конденсаторов, появ ляется течь заливочных и пропиточных компаундов. Разжижение
64
смазок понижает их эффективность, способствует их вытеканию. В обмоточных проводах разрушается эмалевая изоляция проводов, что может привести к коротким замыканиям и к еще большему увеличению местного перегрева; изменение параметров некоторых элементов приводит к расстройках; и другим нарушениям нормаль ных режимов работы объектов.
Низкая температура окружающего воздуха вызывает затруд нения в эксплуатации. Понижение температуры окружающего воз духа значительно увеличивает вязкость технических жидкостей, что приводит к увеличению расхода мощности в источниках гидро энергии, к уменьшению скорости срабатывания гидравлических приводов и к ослаблению разбиваемых ими усилий, а в некоторых случаях — к их отказу. Увеличение вязкости жидкостей и засты вание смазочных масел в различных движущихся узлах влечет за собой сильное торможение, вплоть до их остановки. Низкие темпе ратуры приводят к разрушению резины, растрескиванию компаун дов, нарушению герметичности, иногда нарушению контактов и об рыву выводов. При понижении температуры электролита в элект рических аккумуляторах сильно уменьшается их емкость.
Резкие изменения температуры особенно способствуют наруше нию герметичности, понижению усталостной прочности механиче ских деталей, ослаблению прочности механических соединений, в частности контактов.
Надежная работа объектов авиационного оборудования в пе ременных температурных условиях достигается:
—удалением их от самолетных источников тепла и размеще нием по возможности в отапливаемых герметических кабинах;
—устройством индивидуального охлаждения, обогрева или теплоизоляции;
—применением материалов с малоизменяющимися в зависи мости от температуры свойствами и характеристиками;
'— введением специальных температурных компенсаторов.
В процессе эксплуатации объекты авиационной техники могут непосредственно соприкасаться с водой. Вода попадает на объекты при полетах самолетов в облаках, в тумане, при конденсации водя ных паров на поверхности объекта, при смачивании брызгами воды или дождя.
Количество влаги на поверхности объекта зависит от относи тельной влажности атмосферы и от смачиваемости поверхности де талей. Содержание воцы в единице объема воздуха зависит от его температуры и давления.
Водяная пленка на изоляционном материале понижает поверх ностное сопротивление материала, а проникновение влаги внутрь пористого изолятора понижает его объемное сопротивление. По глощение воды твердыми изолирующими материалами увеличивает их диэлектрическую проницаемость, следовательно, изменяются значения емкостей. С увеличением относительной влажности и тем пературы воздуха изменяется также и его диэлектрическая про ницаемость.
5. С. В. Крауз и др.
65
Изменение диэлектрической постоянной воздуха приводит
кизменению емкости воздушных конденсаторов, а следовательно,
красстройке и нарушению режимов работы аппаратуры.
Влага ускоряет коррозию металлов, изменяет электрические характеристики диэлектриков, способствует тепловому распаду ма териалов, гидролизу, появлению плесени и другим электрическим и механическим повреждениям аппаратуры.
Влагостойкость и коррозийная стойкость объектов самолетного оборудования обеспечиваются применением материалов с возмож но меньшей гигроскопичностью, покрытием поверхностей водоне проницаемыми и противокоррозийными покрытиями, применением индивидуальных обогревателей влагос^орников и т. п.
С увеличением высоты полета значительно изменяются давле ние, плотность и электропроводность атмосферного воздуха, по этому во многих объектах авиационного оборудования могут воз никнуть серьезные нарушения их работы и иногда даже поврежде ния отдельных узлов.
Вследствие уменьшения плотности воздуха с высотой умень шается теплоемкость, в результате чего ухудшаются условия охлаж дения и может произойти опасный перегрев агрегатов (электриче ских машин, трансформаторов и т. п.).
Уменьшение с высотой электропрочности атмосферного . воз духа приводит к ухудшению условий коммутации в электрических машинах и к возрастанию вероятности поверхностного пробоя изо ляции на деталях, находящихся под высоким напряжением.
Для увеличения высотности объектов авиационного оборудова ния их размещают в герметических кабинах, отсеках и контейнерах,
а также применяют детали и узлы с повышенной электрической прочностью.
Во время полета самолет и его оборудование подвергаются воздействйю механических нагрузок различного характера (силы инерции, вибрационные, аэродинамические и ударные силы). Дей ствие этих сил приводит к тряске и смещению стрелок, к уменьше нию резкости изображений на аэрофотоснимках, возникновению ре зонансных колебаний в креплениях приборов и агрегатов, к появ лению ложных срабатываний реле, ускоренному износу осей опор и подшипников, потере герметичности корпусов приборов й обра зованию трещин в местах пайки деталей, к повреждению тонких деталей и т. п. Наиболее чувствительны к действию вибраций элект ровакуумные приборы; в них возникают механические повреждения, обрыв подогревателя, замыкание электродов, нарушение вакуума.
В качестве мер защиты от воздействия всех указанных выше факторов, помимо конструктивных мер в самих объектах, приме няются амортизаторы, упругие ограничители, самоконтрящиеся
крепления, расположение объектов в местах с наименьшей интен сивностью вибрации и т. п.
66
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА НАДЕЖНОСТЬ СИСТЕМ
Основными определяющими параметрами самолетной системы, по которым можно судить об ее исправности и работоспособности, являются параметры, характеризующие функциональную эффек тивность системы. Величина отклонения определяющих параметров от установленных значений и является критерием, характеризую щим исправность системы. Таким образом, надежность системы в целом может определяться, как вероятность выполнения ее основ ных рабочих функций при сохранении значений определяющих ра бочих параметров системы в границах установленных допустимых значений, т. е. неисправность системы в данном случае характери зуется таким режимом ее работы, при котором величина опреде ляющих параметров отклоняется за пределы допустимых значений. Как уже было выше отмечено, рабочие параметры системы со вре менем могут терять свою стабильность и изменяться даже при со хранении постоянства параметров входных сигналов. И то и другое может происходить, в свою очередь, во-первых, под воздействием внешних физических факторов и, во-вторых, под влиянием внут ренних физических факторов, зависящих от конструктивного со вершенства системы и от степени напряженности рабочих режимов н величины нагрузки активных материалов элементов системы. Рабочий режим системы и величина нагрузки материалов ее эле ментов в значительной степени зависят как от входных параметров, гак и от параметров энергии, применяющейся для питания систе мы, и от параметров внешней физической среды. Назовем их воз действующими параметрами. К числу их могут относиться, напри
мер, напряжение и частота электрической |
энергии, давление |
в гидравлических и пневмо-воздушных системах, |
температура и ба |
рометрическое давление окружающей среды и т. д. Учитывая выше изложенное, надежность системы в целом следует характеризовать плотностью вероятности величины определяющих параметров исследуемой системы при сохранении постоянства значений воздействующих параметров.
Статистическая плотность вероятности или, что то же, частота распределения определяющих параметров х может быть получена в процессе специальных испытаний самоличных систем или на основании данных, полученных в процессе их эксплуатации. Для построения на основании данных испытания N систем кривой ча стоты распределения определяющего параметра, как случайной
величины, |
необходимо для всех |
значений |
этого |
параметра |
|
хи х2, . . . |
х,„, взятых |
при постоянном значении |
воздействующего |
||
параметра V = const, |
найти статистические значения |
частот рас |
|||
пределения /(xj, выражающегося формулой |
|
|
|||
|
|
/(* /) = |
|
|
Н.1) |
где п( — количество |
А Дх |
|
|
||
систем, у которых в процессе испытаний об |
|||||
|
наружено, что определяющий параметр при данном V |
||||
|
равен xt ; |
|
распределения. |
|
|
Д х— параметрический интервал |
|
5*
Если же подобным способом построить кривые, соответствую
щие воздействующим параметрам V}; V2... У k, |
то в результате они |
|
составят |
семейство кривых распределения определяющего пара |
|
метра * |
(фиг. 4.1), |
|
где |
х — определяющий параметр; |
|
|
х„— номинальное значение определяющего параметра; |
|
|
?!— нижний допустимый предел этого параметра; |
|
|
Е2— верхний допустимый предел |
этого параметра; |
f(x)— частота распределения определяющего параметра; V,; V2... Vh— значения воздействующего параметра. Вероятность попадания случайной величины на заданный уча
сток равна приращению функции распределения на этом участке,
Р<М < л < Л ) - Л Е 2) - Н У 5 |
(4-2) |
где |
|
/ " ( ? . ) - F(\t)^ \ f{x )d x . |
(4.3) |
Геометрически вероятность попадания величины х на задан ный участок «п ?2 равна площади, ограниченной кривой распреде ления, опирающейся на этот участок.
Фиг. 4.1. |
Семейство кривых |
часто |
Фиг. 4.2. Кривая распределения eei- |
||||
ты, определяющих исправность обо |
роятности попадания |
определяющего |
|||||
рудования |
параметров для |
различ |
параметра в пределы |
допусков |
в за |
||
ных значений параметров |
воздейст |
висимости от величины воздействую |
|||||
вующих факторов. |
|
щего параметра. |
|
||||
Если для каждой кривой, соответствующей У |
определить ве |
||||||
роятность |
попадания |
величины |
определяющего |
параметра |
на |
||
участок |
-э- £2: |
|
|
5. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
р |
* |
< У = |
//(• *; Уд dx, |
|
|
( 4 . 4 ) |
то на основании этих данных можно построить кривую |
|
||||||
|
|
/ > ( 5 » < * < У = 9 ( Ю |
|
|
( 4 . 5 ) |
(фиг. 4.2). Задаваясь уровнем надежности вероятности попадания на заданный участок, легко определить допустимые пределы из менения V.
68
В том случае, когда рассматривается сложная система, состоя щая из нескольких блоков, или когда рабочий режим разных са молетных систем связан с воздействием одного и того же физи ческого фактора, например напряжения электрической сети, то задача определения допустимых пределов изменения такого рода воздействующих параметров может быть решена лишь при изве стных значениях допустимых пределов изменения воздействующих параметров составляющих блоков или отдельных систем.
Используя данные
> ;. ! ^ . < Х < ^ ) = с р . ( И ) |
(4.6) |
для ряда блоков или отдельных систем и построив для всех блоков или отдельных систем кривые вышеупомянутой зависимости, полу чим семейство кривых надежности вероятности попадания опреде
ляющих параметров в границы |
допустимых |
пределов |
(фиг. 4.3). |
|||||||||
Границы допустимых пределов изменения воздействующего па |
||||||||||||
раметра х для сложных |
систем или комплекса систем определяются |
|||||||||||
следующим |
способом: |
на гра |
Plh<x<h) |
|
|
|
||||||
фике с изображением семей |
|
|
|
|||||||||
ства |
КРИВЫХ |
Р ,'(?1; |
Х |
- |
- = |
|
|
|
|
|
||
~=9j (V), построенных для всех |
|
|
|
|
|
|||||||
систем, входящих в комплекс, |
|
|
|
|
|
|||||||
нормально оси ординат прово |
|
|
|
|
|
|||||||
дится |
прямая уровня |
|
мини |
|
|
|
|
|
||||
мальной надежности вероятно |
|
|
|
|
|
|||||||
сти |
попадания х на заданный |
|
|
|
|
|
||||||
участок. |
Требуется |
выделить |
|
|
|
|
|
|||||
область, |
которая представляла |
|
|
|
|
|
||||||
бы для |
всех |
рассматриваемых |
|
|
|
|
|
|||||
блоков |
или |
систем |
совмести |
Ф и г. 4.3. |
Построение кривых рас |
|||||||
мое |
событие |
р } ; |
< |
-с |
%2j ) |
|||||||
пределения |
вероятности |
попадания |
||||||||||
вероятности попадания х на за |
определяющих параметров составных |
|||||||||||
данный участок при условии, |
элементов системы |
для |
определения |
|||||||||
что эта |
вероятность |
не |
менее |
допустимых границ изменения воздей |
||||||||
заданной Ртт- . |
|
|
|
ствующего параметра, в которых мо |
||||||||
|
|
огра |
жет |
быть обеспечена нормальная ра |
||||||||
Пересечение кривых, |
|
|
бота системы. |
|||||||||
ничивающих эту область ели- |
|
надежности |
вероятности, |
|||||||||
иней |
уровня минимально допустимой |
определит допустимые границы Гр Г2 воздействующего параметра, общего для сложной системы или для комплекса систем.
Уравнение (4.4) можно обобщить, представив его в виде ве
роятности двумерной случайной величины, |
|
|||
|
/7($1< л- < ? 2; |
5, V, |
|
|
|
V ^ V < V 2)-= \jf (x V )d V d x , |
(4.7) |
||
а так |
|
5. |
V. |
|
как f(xV) = f ( x f V ) f ( V ) , |
|
|
||
то |
/>($,< x < S 2; |
VX< V < К2Ь= П |
f{x'V )f(V )dV dx, |
(4.S) |
|
|
|
Vi |
|
69