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

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 11.04.2024

Просмотров: 266

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Зависимость (7.46) приближенно аппроксимируется квадратич­ ной параболой [54] вида

<7л.э = Я1<!+

^ э+ с ,

(7.47)

v

п

 

где

 

 

[(— 1) « — + ( 4 - 1) Л-|.]

 

п+, «_ — число положительных и отрицательных

коэффициентов

корреляции;

 

 

 

 

 

 

 

а

А + В +

2 С

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В табл. 7. 3 представлены

значения постоянных А, В и С в

зависимости от

программы

работы логического

устройства

Л У { * } и знаков

коэффициентов

корреляции

qu.uj-

При со­

ставлении таблицы предполагалось,

что

 

 

Программа

логического

устройства ЛУ /(/Jт 1

12|

Ш

Г2|

И/

СОСО i 1

131

121

|3i

И/

 

<7i= <7лО/ ^2

 

•I <7i<^ Чг 9з-

 

 

 

 

 

 

Таблица 7. 5

 

Знак ц„ «2

А

В

С

 

 

 

 

 

 

®И|Из

 

 

 

 

 

±

 

 

0

<7i

0

 

±

 

 

<7l —?2

<72

<7i <72

 

 

Л ю 6 ы е

 

0

<7i

<71<72<7з

 

_1

±

±

0

<72

<71<72<7з +<71<7з 0 —<7г)+

<72

</1

+ 9102(1—<?з)+

±

т

 

<7i

<72

+ 42?з(1—?i)

 

±

±

±

0

<7з

<7i (1—<7г) (1—<7з )+<72 (1 —

<7п-<7з

<7з

—0i) (1—

(1 —

±

Т

<72+<7з

<73

—?i) (1—<72>

Таблица позволяет определить вероятность ложных команд системы контроля в зависимости от программы работы логиче­ ского устройства.

Из анализа данных таблицы следует, что минимальное зна­ чение <7Л э получается в том случае, когда логическое устрой­

ство работает по программе

(ш.+ 1) /2.

312


При слабой корреляции между параметрами

0) веро­

ятность ложных сигналов системы можно определить по зави­ симости

т

?лэ = ^ <7.пь /=1

7.5. НАСТРОЙКА ДАТЧИКОВ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ

Для получения с наименьшими потерями информации о со­ стоянии объекта необходимо соответствующим образом произ­ вести настройку датчиков системы контроля.

Взависимости от задач, выполняемых системой контроля,, требования к настройке могут быть разные, в то же время су­ ществует общее требование для всех систем •— достоверность контроля. Во всех случаях система контроля должна быть на­ строена так, чтобы вероятности ложных сигналов и необнару­ женных отказов были минимальными.

Вкачестве примера рассмотрим настройку датчиков конт­ роля для систем аварийной защиты.

Пусть система аварийной защиты применяется для прогно­

зирования аварийных состояний двигателей и выключает их до момента проявления отказа или аварии.

Система аварийной защиты может применяться в двух слу­ чаях: при стендовой отработке двигателей и в полете.

В том случае когда система аварийной защиты применяет­ ся в стендовых условиях, основным требованием является ми­ нимум вероятности необнаруженных отказов, так как необна­

руженные отказы неизбежно приведут к отказу

двигателя, что,

в свою очередь, может вызвать разрушение его

и стендового

оборудования.

 

Ложные отказы системы аварийной защиты в данном слу­ чае являются неопасными, так как они не вызывают разруше­ ний материальной части и стендового оборудования.

Если система аварийной защиты применяется в полете, то проявление ложных и необнаруженных отказов приводит к не­ выполнению задач. Поэтому здесь основным требованием явля­ ется получение минимальных вероятностей ложных и необна­ руженных отказов.

Настройка датчиков системы аварийной защиты заключает­ ся в определении такого значения контролируемого параметра, при фиксировании которого датчиком системы обеспечивалось бы выключение двигателя, находящегося в аварийном состоя­ нии, с минимальными вероятностями ложных и необнаружен­ ных отказов.

Область контролируемого параметра, в которой настраивает­ ся датчик, показана на рис. 7. 5.

313


В общем случае в зависимости от величины mD можно по­ лучить разные значения qn и qn.

На величину настройки датчиков mD влияют различные фак­ торы, основные пз которых перечислены ниже.

1. Запас работоспособности

Запас работоспособности характеризуют два коэффициента: ■статический коэффициент запаса цс/г = пгу/т,1 и динамический коэффициент запаса Л1Ш1— m-t / т Т(/.Чем больше значения г]ст и

Лдшь тем шире область настройки датчика и возможность обеспе­ чения минимальных значений qn и qц. В пределе, когда тр-т— >-оо при конечных значениях т)ЛШ1, можно так настроить датчики, что система защиты не будет иметь ошибок из-за ложных и необна­ руженных отказов.

Когда

г)ст— >-1, то нельзя обеспечить высокую точность рабо­

ты систем зашиты, п всегда

будут иметь место qn

и qn-

При

Триш— >-0

(для отказов, носящих взрывной характер)

даже

при

т)ст— >-°о

вероятность необнаруженных отказов будет стремить­

ся к единице.

 

 

 

 

2.

Статистические характеристики контролируемого

 

 

 

параметра ау, ст5- и датчика

 

 

При

больших

значениях

среднеквадратичного

отклонения

сту, оу

и od могут

иметь место ошибки контроля, т. е. у л >0,

*7н>0.

3. Инерционность системы

Время срабатывания системы, под которым понимается ин­ тервал времени между моментом фиксирования датчиком пара­ метра и моментом выключения двигателя, определяется инер­ ционностью элементов, входящих в систему аварийной защиты Время срабатывания системы аварийной защиты может быть

определено так:

 

Т- = Т,

 

 

где тд — время

прохождения

сигнала по цепям датчиков;

 

та — время

прохождения

сигнала в усилительно-преобра-

зуюшей аппаратуре системы контроля;

 

т„. о — время

срабатывания

исполнительных органов (отсеч­

ных топливных клапанов в двигателе и др.);

пос­

тп. п — длительность переходных процессов в двигателе

ле момента закрытия отсечных клапанов.

 

Эффективность работы системы аварийной защиты опреде­

ляется соотношением между величинами т0 и ху=ту — тл,

ко­

торые являются случайными.

 

 

314


Система аварийной защиты может обеспечить контроль со­ стояния двигателя и выключить его до аварии при условии,, когда тс< т (/ при прочих равных условиях.

При тс>ту независимо от значений Oj, г|ст и т]д,т система ава­ рийной защиты будет иметь вероятность необнаруженных отка­ зов, близкую к единице.

4. Скорость изменения контролируемого параметра

Определяющее влияние на эффективность контроля такжеоказывает скорость изменения контролируемого параметра у(т). Если у (т)— коо, это равносильно тому, что ху= х.уху— >-0, т. е. при любых значениях crj, г|ст, г)д,ш система аварийной защиты: не обеспечивает выключения двигателя до аварии.

В общем случае системы проектируют так, что они при лю­ бых условиях эксплуатации имеют большой запас работоспо­ собности, т. е. для них г)ст= 1,2-г-З. Следовательно, если систе­ мы не имеют большого разброса контролируемых параметров

и

характеристик несущей способности,

то практически

можна

обеспечить выполнимость условия

 

 

 

/пу — Ззк > mD± Ззд >

ти-)- Ззу,

 

и

ошибки функционирования системы

защиты будут

опреде­

ляться лишь соотношением между тс и ху.

Исходными данными для настройки конкретной системы кон­ троля являются:

статистические характеристики контролируемого парамет­ ра ту, оу, у ( т);

статистические характеристики несущей способности дви­ гателя по параметру у: ту, оу\

точность работы датчика системы контроля оъ;

быстродействие систем контроля тс.

Рассмотрим настройку для стендовых условий и условий по­ лета.

Стендовые условия

Как уже указывалось, для стендовых условий при примене­ нии системы аварийной защиты необходимо обеспечить мини­ мальное значение вероятности необнаруженных отказов; в иде­ альном случае ^н^О.

Условно величина настройки

датчика mD показана нз

рис. 7. 5. Как следует из рис. 7. 5,

для обеспечения минимально­

го значения qN, необходимо следующее условие настройки дат­ чика:

mD = niy —ухс <С.П1У — Ззу —Зз£

(7.48)

315


Условия полет

В случае использования системы аварийной защиты двигате­ лей в полете необходимо обеспечить условие получения мини­

мальных ошибок контроля <7л = <7Л|111т <7н = <7ит'11- Значение настройки датчика для данного случая определяет­

ся зависимостью

niy -|- 33у-|- Ззр <С nip niy Ззу Ззд.

(7. 49

7.6. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ И ОБЪЕКТА

7. 6. 1. Структура и функционирование систем аварийной защиты

Для нормального функционирования большинства современ­ ных объектов требуются системы управления и защиты.

В задачу системы управления входит поддержание парамет­ ров объекта с заданной точностью в установленных пределах.

Если отказы системы управления или объекта вызывают по-

Рис. 7. 9. Схема системы защиты

явление такого неуправляемого процесса, развитие которого мо­ жет привести к возникновению опасных состояний, то этот про­ цесс должен быть прекращен срабатыванием системы контроля работоспособности, называемой с и с т е м о й а в а р и й н о й з а ­ щиты. Следовательно, управляемый объект, система управле­ ния и система защиты функционально связаны между собой.

Пусть в общем случае контролируется несколько параметров объекта yit у2, . .., у п; тогда структурная схема функционирова­ ния системы защиты изображается в виде, представленном на рис. 7. 9.

Все параметры г/,- регистрируются своими датчиками D,-. Сиг­ налы датчиков Xi (/=1, 2 ,..., п) поступают в преобразующее устройство.(ПУ), которое преобразует их в отклонения от задан­ ных величин Zi (i= 1, 2,..., п). Устройство сравнения (УС) ре­ гистрирует отклонения величин z{ и сравнивает их с заданными

316