Файл: Системы автоматического и директорного управления самолетом..pdf

В резервированной системе интенсивность отказа не является величиной постоянной, а представляет собой функцию времени. Однако интенсивность отказа отдельных частей резервированной системы, в которых имеются основные соединения элементов, является величиной постоянной. В связи с этим наиболее удоб­ ной характеристикой резервированной системы является вероят­ ность ее безотказной работы или вероятность отказа. Эти харак­ теристики достаточно просто вычисляются через интенсивности отказов, составляющих систему элементов.

Итак, за количественный критерий безопасности полета при­ мем уровень безопасности полета — Рг,ег), представляющий собой вероятность того, что при нормальных условиях эксплуатации САУ и работы экипажа не будет иметь место аварийное поло­ жение самолета, вызванное отказом САУ. Вероятность противо­ положного события назовем уровнем риска управления Qoe.i самолетом посредством САУ. Уровни безопасности полета и ри­ ска управления связаны между собой соотношением

Из рис. 3. 1 легко видеть, что любой полет самолета может быть успешно завершен в аэропорте назначения или на запас­ ном аэродроме с помощью САУ или летчиком с помощью средств, исключающих САУ. В соответствии с теоремой о веро­ ятности суммы несовместных событий уровень безопасности полета определится следующим выражением:

где /* ау и р — вероятность того, что в течение полета не

имело место аварийное положение и полет завершился с по­ мощью САУ или с помощью средств, исключающих САУ, соот­ ветственно. Если через рс обозначить вероятность отсутствия /-го отказа САУ на /-м режиме полета, то в соответствии с из­ вестной теоремой о вероятности произведения независимых со­ бытий будем иметь

<п (Л

Далее предположим, что в САУ имеется только один /-й режим работы, на котором возможен только один j-й отказ САУ. Тогда завершению полета с помощью средств, исключающих САУ, бу­ дет соответствовать последовательность следующих событий: отказ САУ, предотвращение летчиком аварийного положения и переход на ручное управление полетом по дополнительным средствам информации, отсутствие ошибок при управлении с по­

мощью дополнительных средств информации. В этом случае вероятность Я£ез1.;. определится следующим выражением:

^без ij = Qс ЧР" U Р« U Рл Ч'

где <7с ij = 1—Pc гу — вероятность /-го отказа САУ на г-м режиме полета;

Pnij — вероятность предотвращения летчиком ава­ рийного положения при условии возникнове­ ния /-го отказа САУ на г-м режиме полета;

Ри ц — вероятность того, что в распоряжении лет­ чика имеется дополнительная информация, с помощью которой возможно продолжение полета на у'-м режиме полета при г-м отказе САУ;

рл ij — вероятность отсутствия ошибок при управле­ нии с помощью дополнительных средств ин­ формации при условии предотвращения ава­ рийного положения вследствие у'-го отказа САУ на г-м режиме полета.

При рассмотрении всей совокупности возможных отказов и режимов работы САУ нетрудно перейти от выражения (3.24) к соотношению

<3- 25>

(О (У)

Тогда с учетом (3.23) — (3.25) и (3.22) будем иметь

Таким образом, между безопасностью полета и надежностью САУ имеет место причинная связь, которая иллюстрируется фор­ мулами (3.26) и (3.27), выражающими количественные крите­ рии безопасности через характеристики надежности САУ. В связи е этим легко видеть, что понятие «безопасность» полета является более широким, чем надежность, оно включает в себя не только возможность отказа САУ, но также целый ряд других факторов: возможность предотвращения летчиком аварийного положения, определяемую как быстротой реакции самого летчика, так и ка­ чеством и своевременностью информации об отказе САУ, дополнительную информацию для управления полетом по другим, исключающим САУ средствам, определяемую как надеж­ ностью работы средств дополнительной информации, так и по­ годными условиями, возможность ошибок летчика при управле-

98

н'ии с помощью дополнительных средств информации, определяе­ мую, в частности, квалификацией летчика. И только в частном случае, если при любом отказе САУ неизбежно аварийное поло­

лета становится эквивалентным понятию надежности САУ.

Классификация отказов САУ

Опасным на данном режиме полета назовем такой отказ САУ, возникновение которого влечет за собой аварийное поло­ жение самолета несмотря на вмешательство летчика в процесс управления.

Отказ САУ будем считать потенциально опасным, если лет­ чик своим вмешательством предотвращает аварийное положе­ ние, которое неизбежно наступило бы без его вмешательства.

Отказ САУ, возникновение которого не влечет за собой ава­ рийного положения и, следовательно, не требует вмешательства летчика в процесс управления, назовем неопасным. При рассмот­ рении вопросов безопасности будем принимать во внимание только опасные и потенциально опасные отказы САУ.

Вопрос о том, является ли данный отказ опасным или пет, определяется конкретными требованиями к режиму полета, и по­ этому один и тот же отказ САУ может быть опасным на одном режиме полета и потенциально опасным — на другом. В каче­ стве критерия для классификации отказов используем величину реакции системы «самолет — САУ — летчик» на отказ САУ.

Под реакцией системы «самолет—САУ—летчик» на отказ САУ или сокращенно — под реакцией системы на отказ будем понимать вызванный отказом САУ процесс отклонения парамет­ ров движения самолета от их исходных значений, т. е. от тех, которые имели бы место при отсутствии отказа. Реакция системы на отказ по обобщенному параметру Х{ изображена на рис. 3.2.

Величину реакции системы на отказ по конкретному пара­ метру движения самолета будем оценивать величиной отклоне­ ния этого параметра от его исходного значения (х, р.с.0 на рис. 3. 2).

Характерными временными моментами реакции являются:

—t0 — момент возникновения отказа;

—tn — момент проявления, или обнаружения отказа;

—tB— момент отключения отказавшей САУ и включения летчика в процесс управления полетом.

В реальном полете зафиксировать момент возникновения отказа САУ чрезвычайно трудно, поэтому гораздо большее зна­ чение имеет момент проявления, или обнаружения отказа tn.

Указанные характерные моменты делят время реакции си­ стемы на отказ на ряд периодов (рис. 3. 2):

—скрытый период длительностью

—период проявления отказа длительностью

=tв tп;

—период ликвидации последствий отказа, наступающий после момента tB и продолжающийся до вывода самолета в безо­ пасный режим полета.

Рис. 3. 2. Реакция самолета на отказ и ее периоды

Скрытый период отказа может быть довольно длительным по времени, так как отказ принципиально может возникнуть в той части САУ, которая в данный момент времени в работе не уча­ ствует. Более того, отказы некоторых элементов САУ могут про­ являться только в результате воздействия на систему «самолет— САУ» определенного внешнего возмущения. Вследствие этого указанный отказ САУ будет обнаружен значительно позже.

Период проявления отказа характеризует запаздывание целе­ направленного вмешательства летчика в процесс управления по­ летом и обусловлен необходимостью обработки большого объема информации для принятия соответствующего решения.

В период ликвидации последствий отказа в момент отключе­ ния отказавшей САУ — tB— в общем случае параметры движе­ ния самолета могут иметь некоторые конечные скорости изме­ нения, приводящие к увеличению значений этих параметров по сравнению со значениями, имевшими место в момент tB. Этот период может продолжаться вплоть до окончания полета, и от­ каз САУ так и не будет ликвидирован, если у летчика при смене режима не окажется источников дополнительной информации.

100

Из рис. 3. 2 следует, что отказ САУ опасен на данном режиме полета, если хотя бы для одного из параметров движения само­ лета Xi имеется момент времени t, при котором алгебраическая сумма исходного значения xiHCX и значения реакции системы на отказ — X i V.c . o ( t ) превышают предельно-допустимую величину х,-доп для данных условий полета. В противном случае имеет ме­ сто потенциально опасный отказ.

Таким образом, если

Выражения (3.28) и (3.29) являются необходимым и доста­ точным условием для классификации отказов САУ с точки зре­ ния их опасности.

Реакция системы на отказ САУ существенно зависит от мо­

стоты рассуждений изменение исходных значений параметра движения самолета х, совпадает с осью абсцисс, пунктирными линиями условно изображены значения приращений параметра x it по достижении которых летчик судит о нарушении нормаль­ ного режима полета и обнаруживает отказ САУ. Предположим, что после вмешательства в процесс управления летчик исполь­ зует все возможности для ликвидации последствий отказа САУ.

Очевидно, имеется некоторый предельно поздний момент вклю­ чения летчика в управление самолетом, при котором параметр х,

впроцессе ликвидации последствий отказа достигает, но еще не превосходит своего предельно-допустимого значения (кривая 2 на рис. 3.3). Время от момента проявления отказа САУ до пре­ дельно-позднего момента вмешательства летчика в управление самолетом назовем располагаемым временем включения летчика

вконтур управления самолетом и обозначим его через tpac. Рас­ полагаемое время tpac соответствует максимально-допустимому

периоду проявления отказа ( / Пр ) т а х -

Естественно, чем меньше величина tpac, тем меньше у лет­ чика возможностей предотвратить аварийное положение. Для того чтобы в этой ситуации включиться в процесс управления, летчику необходимо время, равное /Пер (см. гл. I). Нетрудно ви­ деть, что по соотношению интервалов времени ^пер и ^рас можно определить, опасен отказ или нет. Действительно, если

101