Файл: Волков Е.Б. Основы теории надежности ракетных двигателей.pdf

-228

Р а з д е л 3

МЕТОДЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ И ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ^ДВИГАТЕЛЕЙ

Глава VI

АВАРИЙНЫЕ СОСТОЯНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ

ИМЕТОДЫ ИХ КОНТРОЛЯ

6.1. ХАРАКТЕРИСТИКИ АВАРИЙНЫХ СОСТОЯНИЙ

6.1. 1. Состояния двигателя

Ракетные двигатели являются сложными динамическими си­ стемами, состоящими из большого количества взаимосвязанных агрегатов и элементов, в которых происходят неоднородные про­ цессы. Параметры рабочего процесса в двигателях непрерывно

в широком диапазоне температур, в вакууме, в условиях неве­ сомости, под воздействием агрессивных сред и вибраций с боль­ шой амплитудой и широким спектром частот и др.

Все это привело к тому, что на конструкцию двигателя воз­ действуют большие статические и динамические нагрузки и эле­ менты двигателя эксплуатируются на пределе работоспособно­ сти. Так как двигатели выполняют ответственные функции, то отказ в их работе приводит к большим экономическим, техниче­ ским и моральным потерям. Например, отказ элемента двига­ теля стоимостью в 5 дол. в США вызвал неудачу в запуске спутника стоимостью 8-10® дол. [9]. Поэтому чрезвычайно важно уметь определять состояние двигателя и принимать своевремен­ ные меры по недопущению отказа или по локализации его дей­ ствия.

Совокупность внутренних свойств двигателя, определяемых взаимосвязью процессов, происходящих в агрегатах в некото­

230

рый момент времени т, называется с о с т о я н и е м . В общем случае двигатель может находиться в одном из трех состояний: исправном, аварийном н отказа.

Исправное состояние двигателя характеризуется совокупно­ стью свойств, определяющих его пригодность к эксплуатации, т. е. когда он удовлетворяет всем требованиям, установленным на основные и второстепенные параметры.

Состояние отказа — это состояние двигателя, когда он ие удовлетворяет требованиям, установленным на его основные и второстепенные параметры, или он

в состояние отказа. Последовательность перехода двигателя из одного состояния в другое показана на рис. 6. 1, где у — параметры рабочего процесса;

И — период исправного состояния; АС — период.аварийного состояния; А — состояние отказа (аварии);

уПр— предельные значения параметров рабочего процесса, при которых наступает отказ.

В некоторый момент времени То из-за каких-то причин кон­ структивного, технологического или эксплуатационного харак­ тера возникла первичная неисправность (неисправность маги­ стралей, дефект конструкции и др.), в результате чего начали изменяться параметры рабочего процесса. Если не принять спе­ циальных мер, то параметры достигнут своих предельных зна­ чений г/пр, определяемых условиями работоспособности, и дви­ гатель перейдет в состояние отказа. Отказ может проявляться в различных видах. Основные из них следующие: разрушение агрегатов, самопроизвольное выключение, выход параметров рабочего процесса за допустимые пределы, разрушение самого двигателя.

Аварийные состояния можно классифицировать по следую­ щим признакам: время экспозиции, коэффициент охвата, вид пер­ вичной неисправности или отказа.

231

роль при выборе мероприятий, обеспечивающих предупреждение отказа или его локализацию.

Для контроля состояний двигателя может применяться спе­ циальная система, которая с помощью датчиков получает ин­ формацию об изменении параметров рабочего процесса и в слу­ чае приближения их значений к предельным осуществляет с помощью автоматики перевод двигателя на безопасный режим работы или выключает его до момента наступления отказа. Оче­ видно, процесс контроля и реализации решения является инер­ ционным и для осуществления его с помощью некоторой систе­ мы необходимо время тс.

Соотношение между тс и т0 определяет эффективность кон­ троля аварийных состояний. В зависимости от соотношения ве­ личин тс и та все аварийные состояния можно разделить на две группы: контролируемые и неконтролируемые и соответственна отказы — на прогнозируемые и непрогнозируемые.

Если Тс<тэ, то аварийное состояние является контролируе­ мым. В этом случае специальной системой можно установить факт наступления аварийного состояния и предсказать отказ. Если Тс>та, то аварийное состояние неконтролируемое, а отказ не прогнозируется. В данном случае двигатель находится также в аварийном состоянии, но первичная неисправность переходит

вотказ за очень малое время, и техническая система с конеч­ ным временем быстродействия не успевает зафиксировать изме­ нение параметров. В этом случае нет оснований применять спе­ циальные системы предотвращения отказов.

Рассмотренные две группы аварийных состояний и соответ­ ствующие нм отказы подобны принятой классификации отказов

втеории надежности: постепенные и внезапные.

Коэффициент охвата аварийных состояний

Для практических целей создания систем контроля состоя­ ний двигателя необходимо знать соотношение между контроли­ руемыми и неконтролируемыми аварийными состояниями, что характеризуется к о э ф ф и ц и е н т о м о х в а т а аварийных со­ стояний.

Пусть Р,- —вероятность того, что /-ое аварийное состояние кон­ тролируется системой,тогда

Вероятность того, что все аварийные состояния контролиру­ ются в предположении их статистической независимости опреде­ лится так:

232