Файл: Системы автоматического и директорного управления самолетом..pdf

Глава III

ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТА ПРИ АВТОМАТИЧЕСКОМ И ДИРЕКТОРНОМ УПРАВЛЕНИИ САМОЛЕТОМ В СЛУЧАЕ ОТКАЗА САУ

3.1. НЕОБХОДИМОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ СПЕЦИАЛЬНЫХ МЕР ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТА

Безопасность полета самолета характеризуется выполнением полета без летного происшествия, под которым понимают собы­ тие, влекущее за собой тяжелые последствия.

Безопасность полета обеспечивается комплексом организа­ ционно-эксплуатационных мероприятий и конструктивно-техни­ ческих решений.

К первым относятся: правильная постановка командно­ диспетчерской службы, строгое выполнение инструкций по технике пилотирования, организация учебно-тренировочной ра­ боты с экипажами самолетов, профилактический осмотр их физиологического состояния перед полетоми т. д.

Ко вторым относятся: создание самолета с определенным запасом прочности, применение избыточного количества энерге­ тических установок, пилотажно-навигационных систем и т. д Однако в данной книге вопрос обеспечения безопасности полета ограничен только рассмотрением влияния на безопасность по­ лета нарушений нормального функционирования САУ в предпо­ ложении абсолютной надежности как самого самолета, так и его оборудования, за исключением САУ. В дальнейшем для кратко­ сти будем применять термин «безопасность полета», понимая под ним безопасность только в этом узком смысле слова.

При исследовании вопросов безопасности полета самолета при автоматическом и директорном его пилотировании следует иметь в виду, что наличие на борту самолета САУ ни в коей мере не исключает летчика из контура управления. Он постоянно осуществляет оперативное управление САУ и контроль за пра­ вильностью ее работы. Очень важен тот факт, что летчик при

91

отказе САУ путем своевременного вмешательства в процесс управления может обеспечить безопасность полета.

Рис. 3.1. Обобщенная структура систерЛл «самолет — САУ — лет­ чик»: П — переключатель

Следовательно, при рассмотрении вопросов безопасности по­ лета всегда имеем дело со сложной системой «самолет — САУ — летчик», обобщенная структура которой приведена на рис. 3.1.

Общие соображения. Основные понятия и определения

В общем случае безопасность полета можно определить как свойство системы «самолет — САУ— летчик» осуществлять по­ лет без летного происшествия при всех реальных условиях нор­ мальной эксплуатации самолета, САУ и работы экипажа.

Однако при проектировании, испытаниях и сравнении раз­ личных САУ нецелесообразно пользоваться понятием летного

Аварийным положением самолета будем называть такое со­ четание параметров его движения, при котором хотя бы один из них превысил свое предельно-допустимое эксплуатационное значение.

Аварийное положение не эквивалентно летному происшест­ вию и связано с ним вероятностной зависимостью. Для безопас­ ности полета система «самолет — САУ — летчик» должна функ­ ционировать так, чтобы при всех реальных условиях эксплуата­ ции самолета, САУ и работы экипажа параметры движения самолета не превышали свои предельно-допустимые эксплуата­

92

ционные значения. При анализе работы системы целесообразно все параметры движения самолета, определяющиеся эксплуата­ ционно-пилотажными характеристиками самолета и особенно­ стями выполняемого самолетом этапа полета, разбить на две группы: к первой группе следует отнести параметры, предельно­ допустимые значения которых обусловлены аэродинамическими и прочностными характеристиками самолета, а ко второй — па­ раметры, предельно-допустимые значения которых опреде­ ляются специфическими требованиями к выполнению заданных маневров, в частности, допустимыми точностными характеристи­ ками выполнения маневра.

Очевидно, независимо от специфических требований к выпол­ нению определенных режимов полета параметры первой группы ограничиваются всегда, поскольку они определяют саму возмож­ ность полёта самолета или целостность его конструкции. Однакс это обстоятельство ни в коей мере не уменьшает важности пара­ метров второй группы.

В рассматриваемой постановке задачи о безопасности полета превышение параметрами движения самолета своих предельно­ допустимых значений является следствием отказов САУ. В тео­ рии надежности (см. [12]) под отказом изделия понимается со­ бытие, после наступления которого основные параметры изде­ лия выходят за пределы допусков, оговоренных техническими условиями.

Отказы САУ, как и отказы любого изделия, подразделяются на постепенные и внезапные [12]. Постепенные отказы САУ устраняются в процессе ее эксплуатации (соблюдение инструк­ ций по эксплуатации, регулярный технический осмотр и контроль САУ перед полетом, регулярное проведение регламентных работ и т. д.) и потому при количественной оценке безопасности по­ лета во внимание могут не приниматься. Внезапные же отказы САУ являются непредсказуемыми, случайными событиями.

В теории надежности за основную количественную характе­ ристику надежности системы или элемента, независимо от струк­ туры, принимается вероятность их безотказной работы в тече­ ние заданного времени t в определенных условиях эксплуатации, т. е. вероятность того, что время Т безотказной работы элемента или системы будет больше заданного t:

Второй основной характеристикой является вероятность от­ каза элемента (системы) в течение заданного времени в опре­ деленных условиях:

Понятия «вероятность безотказной работы» и «вероятность отказа» всегда относятся к какому-либо определенному периоду

93

времени работы элемента (системы) и связаны между собой за­ висимостью вида

Из выражения (3.2) очевидно, что вероятность отказа яв­ ляется интегральной функцией распределения F (t) времени ра­ боты до момента отказа элемента (САУ). Производная от интег­ ральной функции распределения есть плотность распределения f(t) времени работы Г элемента (САУ) до момента отказа:

(3-4)

at at

Воспользовавшись формулой (3.3), получим

(3-5)

at

В теории надежности величину /(/) называют частотой отка­ зов элемента (системы). Величина f(t)dt характеризует вероят­ ность отказа элемента (системы), взятого наугад из множества идентичных элементов за интервал времени \t, i + di), при этом неизвестно, исправен этот элемент в момент времени t (т. е. к на­ чалу интервала) или отказал.

мени безотказной работы существуют однозначные зависимости вида

о

Условная вероятность отказа элемента (системы) в интер­ вале времени (/, t + dt), найденная в предположении, что он без­ отказна проработал время (0, t), выражается как

В отличие от величины f(t)dt величина г характеризует вероят­ ность отказа за интервал времени (t, t + dt) элемента (системы) из множества идентичных элементов, оставшихся работоспособ­ ными к моменту времени t.

При использовании интенсивности отказов в каждый данный момент времени рассматриваются лишь работоспособные эле­ менты, а отказавшие исключаются из рассмотрения.

94

Для того чтобы отказ элемента (системы) имел место в ин­ тервале времени (t, t + dt), элемент (система) должен исправно проработать отрезок времени (0, t). Поэтому вероятность dQ(t) отказа элемента за время (t, t + dt) согласно правилу умноже­ ния вероятностей будет

Полученное выражение показывает, что для вычисления веро­ ятности безотказной работы системы (элемента) за время (0, t) нужно измерить площадь 5 под кривой k(t), численно равную

t

\{t)dt,

о

и затем найти по таблице показательной функции величину

P{t) = e~s.

На основании (3.4), (3.10) и (3.11) получим, что

Еще одной употребительной характеристикой надежности является среднее время исправной работы Гер, представляющее собой математическое ожидание времени безотказной работы. Связь этой характеристики с вероятностью безотказной работы выражается формулой

95

ненциального закона надежности.

Экспоненциальный закон надежности справедлив для случая так называемого простейшего потока отказов элементов системы, когда элементы системы работают одновременно, их отказы

основное соединение элементов, т. е. такое соединение, при ко­ тором отказ любого одного элемента ведет к отказу всего соеди­ нения, хотя схемно элементы соединения могут быть связаны как последовательно, так и параллельно. При расчете надежности основного соединения элементов предполагается, что поток вне­ запных отказов такого соединения является простейшим. Следо­ вательно, если предположить, что отказы отдельных элементов

Тогда расчет надежности при основном соединении элементов сведется к вычислению суммарной интенсивности отказа соеди­ нения Ас через интенсивности отказов отдельных его элемен­ тов А ; :

Интенсивность отказа элементов зависит от их типа, режима работы, окружающей среды и ряда других факторов. Все данные об этих факторах, о способах их учета и величинах интенсивно­ стей отказа опубликованы в специальных литературных источ­ никах [12].

96