Файл: Дружинин Г.В. Надежность электрических схем авиационных систем.pdf

многих систем. Вместе с тем следует отметить, что схемные методы повышения надежности систем начали разрабатываться недавно и поэтому применяются еще недостаточно широко.

Создание возможно более простых схем относится к числу важ­ нейших и наиболее трудных вопросов проектирования систем. Соз­ дать сложную систему значительно проще, чем выполняющую те же задачи простую систему. Простота решения задачи характеризует эрудицию, талант и опыт конструктора и ученого. Значение упроще­ ния схем определяется тем фактом, что одной из причин возникнове­ ния проблемы надежности является сложность схем современных систем. При этом следует, конечно, иметь в виду, что речь идет о рациональном уменьшении числа элементов в системе, без ущерба для ее характеристик и функционирования. Для релейно-контактных схем существует основанная на алгебре логики теория г9], позволяю­ щая проектировать сложные системы с минимально необходимым числом релейно-контактных элементов. Уменьшение сложности систем является единственным способом, при котором увеличению надежности сопутствует уменьшение веса и объема системы. Однако технические требования к системе часто обусловливают некоторое минимальное число деталей. Что касается очень сложных систем, то снижение сложности до минимума не может полностью решить проб­ лему надежности.

Создание схем с ограниченными последствиями отказов имеет большое значение для авиационных систем ответственного назначе­ ния. Отказы таких систем делятся на две группы:

1) отказы с опасными последствиями, к числу которых относятся срывы летного задания и летные происшествия: вынужденные посад­ ки, аварии, катастрофы;

2) отказы без опасных последствий. Схемы выполняющих ответ­ ственные функции авиационных систем желательно составлять таким образом, чтобы исключить возможность появления отказов с опас­ ными последствиями. При этом стремятся уменьшить значение появ­ ления отказа системы, а не вероятность его появления.

В системах автоматики появление опасного последствия обычно связано с определенными недопустимыми законами движения регу­ лирующего органа [21]. Так, например, для регуляторов режима работы различных авиационных двигателей одним из таких законов движения будет самопроизвольное перемещение регулирующего органа в одно из крайних положений. В результате такого переме­ щения регулирующего органа происходят перенаддувы и аварии турбокомпрессорных авиадвигателей, аварии ‘авиадвигателей из-за нарушения температурного режима, аварии и катастрофы самолетов

систем. Поэтому при составлении схем регулятора необходимо стре­ миться к созданию схем, не допускающих появления опасных послед­ ствий при отказах элементов и участков схемы. Возможность осуще­ ствления таких схем можно показать на примере нескольких про­

стейших схем регуляторов. Например, для схемы рис. 2.12 повреж­ дение цепей на участках I—И, II— III, Ш —IV, IV—I может приве­ сти к опасному последствию из-за разбаланса моста и подачи на исполнительный механизм ложного сигнала, а повреждение на уча­

повышения надежности элемен­ тов и систем. Вплоть до последнего времени системы электроавтома­ тики и радиоэлектроники строились таким образом, что выход из строя одного элемента вел к отказу всей системы. По мере усложне­ ния схем стало ощущаться несовершенство такого способа их пост­ роения. Поэтому все чаще находит применение резервирование — путь повышения надежности за счет рационального применения избыточных элементов и систем.

Несмотря на малую надежность отдельных клеток животных и растений, живые организмы успешно существуют в довольно труд­ ных условиях. Повреждение целых групп клеток далеко не всегда вызывает прекращение жизнедеятельности организма. Существую­ щие при этом закономерности с точки зрения инженера изучены недостаточно и использовать их при конструировании технических систем пока нельзя.

Следует отметить, что последнее время инженеры все чаще пыта­ ются проводить аналогии между живыми организмами и машинами с целью нахождения оптимальных схемных решений. Эти попытки отражают стремление использовать комбинации, которые оказались

68

устойчивыми в.результате естественного отбора в течение миллионов лет. Часто такие комбинации человечество использовало интуитивно. Примером может служить использование каната, созданного по ана­ логии со строением деревьев, лиан и т. п., в противовес цепи, не имеющей аналога в природе. Канат, состоящий из многих параллель­ ных волокон, продолжает выполнять свои функции при повреждении многих из них. -В цепи, состоящей из последовательно соединенных звеньев, достаточно разрушить одно звено, чтобы вся цепь распалась. Этот пример показывает, что изучение и обобщение композиций, ока­ завшихся устойчивыми при естественном отборе, может быть очень полезным для создания надежных устройств. Поэтому попытки инженерного осмысливания биологических связей могут в будущем оказать благотворное влияние на прогресс науки и техники.

Благодаря применению резервирования, можно создать очень надежные системы и элементы. Возможности использования этого пути повышения надежности ограничиваются в основном недоста­ точной теоретической разработкой ряда вопросов резервирования. Кроме того, для авиационных систем ограничивающими факторами иногда являются вес и объем системы, которые увеличиваются при применении избыточных элементов. Однако в связи со все более широким распространением малогабаритных полупроводниковых приборов и сверхминиатюрных деталей появляется реальная воз­ можность широкого применения резервированных систем и в авиа­ ционной аппаратуре. В простейшей своей форме (дублирование систем) резервирование давно уже применяется в различных обла­ стях техники.

Необходимость широкого применения резервирования можно показать следующим образом. Пусть необходимо создать систему из

По статистическим данным известно, что даже у наиболее надежно работающих современных деталей (конденсаторов и сопротивлений), находящихся в благоприятных условиях работы, интенсивность выхода из строя в сотни и тысячи раз выше. Еще большая разница между требуемой и имеющейся надежностью элементов будет в си­ стемах, работающих в жестких режимах (например, оборудование ракет). Требования к надежности элементов все время повышаются из-за продолжающегося роста сложности схем современных систем. Так как снизить интенсивность выхода из строя элементов в тысячи раз, путем применения конструктивных и производственных меро­ приятий, в короткий срок чрезвычайно трудно, то поневоле придется прибегнуть к резервированию. Ввиду важности вопросов резервиро­ вания этот путь повышения надежности более подробно будет рас­ смотрен в гл. III.

69

К конструктивным методам повышения надежности проектируе­ мых систем относятся следующие мероприятия:

1.Создание надежных элементов.

2.Создание благоприятного режима работы элементов.

3.Правильный подбор параметров элементов.

4.Принятие мер по облегчению ремонта.

5.Унификация элементов и систем.

Надежность элемента определяется в первую очередь принци­ пом его устройства. Обычно оказываются надежными те элементы, которые не имеют перемещающихся деталей, накаливаемых нитей и тонких обмоток. Поэтому большие надежды обычно возлагаются на дальнейший прогресс полупроводниковых триодов. В настоящее время возможности применения этих элементов в авиационных устройствах ограничиваются нестабильностью их характеристик при повышенных температурах. Вновь создаваемые элементы автома­ тики и электроники обычно не сразу завоевывают признание. Также постепенно создается технология массового изготовления новых эле­ ментов. И лишь после того, как выявлены все свойства новых при­ боров, опробована работа серийных образцов в тяжелых условиях, эти приборы могут найти применение в военной аппаратуре.

Надежность элемента зависит также от его конструкции, спо­ соба изготовления и условий применения. Желательно, но не всегда возможно, чтобы элемент специально конструировался для авиаци­ онных устройств с их тяжелыми ударно-вибрационными и тепловыми режимами работы.

Элементы должны применяться только в режимах, оговоренных для них техническими условиями. Как уже упоминалось, при облег­ чении электрических тепловых н вибрационных режимов работы элементов интенсивность выхода из строя значительно уменьшается (иногда в десятки раз). Поэтому конструктор должен стремиться максимально облегчить условия работы элементов. Рекомендуется,

вчастности, осуществлять следующие мероприятия:

1)Применять детали с большими запасами по электрическим параметрам. Мощность, рассеиваемая на сопротивлениях, и напря­ жение на конденсаторах не должны превышать 50fl/o номинальных значений. Желательно применять эти и все другие элементы в еще более облегченных режимах (5—10% от номинала).

2)Для питания накала ламп применять стабилизированное напряжение, что исключает возможность чрезмерного повышения температуры катода.

3)Выбирать минимально допустимые питающие напряжения, что облегчит режим работы элементов схемы. Большие перспективы

вэтом отношении открывают применение полупроводниковых при­ боров.

4)Применяя рассмотренные в § 2.3 способы, нужно максималь­ но облегчить тепловой режим элементов.

5)Особое внимание при конструировании авиационной аппара­ туры следует обращать на защиту от ударов и вибраций. Правиль-

70