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

С„ — стоимость испытаний; Ср — стоимость ремонта и восстановления стен­

дового оборудования; Се. „ — стоимость безаварийных испытаний;

Сл.„ — стоимость испытаний, когда произошло ложное выключение двигателя системой аварийной защиты.

Рис. 7. 14. Эффективность приРис. 7. 15. Зависимость Эр= Э(Р;ь у, q„): менеиия САЗ

Без применения системы аварийной зашиты стоимость одно­ го испытания двигателя определяется зависимостью

С= С6.иРд + Са( 1 - Р л).

Вслучае применения системы аварийной защиты соответствен­ но стоимость одного испытания определяется следующим об­ разом:

где

У

Со Сб.и

также принято

С Л .и

Сб.и

336

Рд+ (1-Рд)\'

где

А = а{\ —Рл)(1 -</„).

На рис. 7. 15 показана зависимость Эс = Э(Рд, у, qu), откуда следует, что эффективность применения системы защиты увели­ чивается с уменьшением надежности двигателей и увеличением стоимости оборудования и двигателей. Это значит, что на началь­ ных этапах отработки двигателей, когда вероятность отказов велика, систему аварийной защиты применять рационально.

Глава VIII

РЕЗЕРВИРОВАНИЕ КАК МЕТОД ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ДВИГАТЕЛЕЙ

8. 1. МЕТОДЫ РЕЗЕРВИРОВАНИЯ

8. 1.1. Общие положения

Одним из эффективных способов повышения надежности,

Резервированием называется метод повышения надежности путем включения резервных элементов при разработке систем или в процессе их эксплуатации.

Любой метод резервирования основан на принципе избыточ­ ности. Это означает, что наряду с основными элементами или системами в целом, выполняющими заданную для них функцию, предусматриваются избыточные (резервные) элементы пли си­ стемы, которые не являются функционально необходимыми, а предназначены для замены соответствующих единиц в случае их отказа.

Основным параметром, характеризующим структуру резерви­ рования, является к р а т н о с т ь .

Под кратностью резервирования понимается отношение чис­ ла резервных (избыточных) элементов к числу резервируемых. Если обозначить

п — общее число элементов;

/ — число элементов, необходимых для нормально­ го функционирования;

т = п — / — число резервных элементов,

резервирование, при котором для нормального функционирования резервированного соединения достаточно, чтобы исправным был хотя бы один элемент.

В этом случае кратность резервирования всегда равна числу резервных элементов.

Так, например, если для выполнения функций достаточно иметь один элемент, а в целях повышения надежности применя­ ют 4 одинаковых элемента, тогда кратность резервирования а = = (4— 1)/1 = 3, т. е. кратность резервирования численно равна количеству резервных элементов. При резервировании с д р о б ­ ной к р а т н о с т ь ю нормальная работа резервированного сое­ динения возможна только при условии, что число исправных эле­ ментов не меньше необходимого для нормальной работы.

Так, например, если двигательная установка имеет 10 одина­

88 '

Вобщем случае а является числом дробным. Может случить­ ся так, что при делении величины п — / на / кратность резерви­

рования получится целым числом. Ввиду того, что одно и то же а может получиться при различных значениях п и /, то крат­ ность резервирования следует записывать в виде простой дроби, не производя сокращения.

Например, запись а=6/3, означает резервирование с дроб­ ной кратностью, причем для нормальной работы соединения не­ обходимо иметь не менее 3 исправных элементов, из общего чис­ ла 9, из которых 6 резервных. Если в приведенном примере про­

ние с целой кратностью при числе резервных элементов равно 2 Каждый из рассмотренных видов резервирования можно осу­ ществить либо резервируя всю систему в целом, либо ее отдель­

ные элементы.

338

PIсходя из сказанного, различают два метода резервирования: общее и раздельное (поэлементное).

При о б ще м р е з е р в и роща н и и резервируется вся си­ стема подобными ей системами. Например, для выполнения про­ граммы достаточно иметь двигательную установку, состоящую из I одинаковых двигателей. Для повышения надежности в двига­ тельную установку включают дополнительно т резервных дви­ гателей.

При р а з д е л ь н о м р е з е р в и р о в а н и и резервируются отдельные, как правило, обладающие недостаточной надежно­ стью элементы. В двигателях раздельное резервирование может применяться для обеспечения заданной надежности элементов автоматики (клапанов, пиропатронов, датчиков и реле давления, электроцепей и др.). Очевидно, что раздельное резервирование можно применять только тогда, когда включение резервных эле­ ментов не изменяет режима работы и выходных параметров и не нарушает работоспособности всей системы.

По способу включения резерва как общее, так и раздельное резервирование может быть с постоянно включенным резервом и с замещением.

При п о с т о я н н о в к л ю ч е н н о м р е з е р в е как основные элементы, так и резервные функционируют одновременно, начи­ ная с момента включения системы в работу.

Система с постоянно включенным резервом должна проекти­ роваться таким образом, чтобы отказ элементов не влиял на ее работу. В данном случае все элементы как основные, так и ре­ зервные включены в схему постоянно п функционально взаимо­ связаны. Для обеспечения надежного функционирования таких систем иногда применяются специальные системы контроля ра­ ботоспособности и защиты, которые прогнозируют момент на­ ступления отказа и выключают элементы, находящиеся в ава­

элементы включаются в работу только после отказа основных. В зависимости от состояния резервных элементов резервирова­ ние замещением может быть «холодным» или «горячим». Если до отказа основных элементов резервные элементы находятся в нерабочем состоянии, то резервирование считается «холодным». Если до отказа основных резервные элементы находятся в ра­ бочем состоянии, то резервирование считается «горячим».

Для осуществления данного метода резервирования необхо­ димо иметь специальные переключающие системы, которые в необходимый момент должны включать в работу резервные эле­ менты.

В зависимости от того, в каком соответствии функциональ­ но взаимосвязаны основные и резервные элементы, резервиро­ вание может быть закрепленное и скользящее (плавающее).