Анализ схемной надежности (метода)



Составители: В.А. Кочуров, Г.А. Новиков

УДК 629.7.017.1 – 192

Анализ схемной надёжности систем методом структурных схем: Метод. указания / Самар. гос. аэрокосм. ун-т. сост. В.А. Кочуров, Г.А. Новиков. Самара, 2009. С.

Изложены сущность метода структурных схем, основные расчётные соотношения, приведён пример расчёта схемной надёжности системы. Указания предназначены для выполнения расчётной работы по курсу «Надёжность и техническая диагностика» и могут быть использованы при дипломном проектировании студентами специальностей 160901, 160903 и специализации.






Печатается по решению редакционно-издательского совета Самарского государственного аэрокосмического университета имени академика С.П. Королёва.


Рецензент: Панин Е.А.





СОДЕРЖАНИЕ
Цель и порядок выполнения работы..4
Теоретические основы метода....4
Изучение структуры и основных функций системы6
Структурный анализ надёжности системы.6
Уравнение надёжности системы..10
Вероятность безотказной работы при последовательном и параллельном соединении элементов.10
Интенсивность отказов системы с последовательным и параллельном соединении элементов.12
Вероятность безотказной работы системы с ненагруженным резервом.13
Вероятность безотказной работы системы мостовой схемы15
Вероятность безотказной работы системы при появлении нескольких отказов одновременно..16
Примеры проведения анализа схемной надёжности..17
ЦЕЛЬ И ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
Цель работы – ознакомление с одним из простейших методов анализа надёжности систем, методом структурных схем, и получение практических навыков по его применению.
Для выполнения расчётной работы необходимо:
1. Изучить теоретические основы метода структурных систем; 2. Изучить структуру и основные функции заданной системы; 3. Произвести структурный анализ надёжности системы и построить структурную схему (диаграмму) безотказной работы. 4. Разделить структурную схему на блоки и составить уравнения для расчёта надёжности каждого блока, а затем и всей системы. 5. Произвести расчёт вероятности безотказной работы системы, среднего времени безотказной работы или наработки на отказ. 6. Оценить соответствие фактического уровня надёжности нормативным требованиям.




2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДА
Метод структурных схем предназначен для анализа безотказности относительно простых систем и принадлежит к формально - математическим методам анализа схемной надёжности.
Метод не учитывает физическую природу отказов в системе. Предполагается, что каждый элемент функциональной системы имеет лишь два технических состояния работоспособен и неработоспособен, а также известны вероятности безотказной работы или параметры потока отказов (интенсивности отказов) отдельных элементов.
Сущность метода состоит в том, что система или изделие представляется в виде расчётной схемы, состоящей из отдельных выполняющих определённые функции элементов. Элементы в результате последовательного или параллельного соединения образуют звенья структурной схемы.

Принципы разбивки сложной системы на элементы:
1. Каждый элемент должен выполнять определённые функции и формировать выходной параметр при условии правильного поступления входного параметра или сигнала. Например, насос должен подавать жидкость с определённым давлением при условии бесперебойной её подачи на вход насоса. Фильтр должен очистить жидкость от механических примесей при условии её непрерывного поступления на вход фильтра.
2. Все элементы системы должны быть взаимосвязаны при выполнении каждым элементом заданной функции.
3. Каждый элемент должен иметь заданные количественные показатели надёжности.

Метод структурных схем базируется на следующих допущениях:

- летательный аппарат рассматривается как многоэлементная система, обладающая конечным числом элементов, определённой структурой и схемой межэлементных функциональных связей. В качестве элементов рассматриваются функциональные системы и агрегаты летательного аппарата и двигателей;
- каждая система, в свою очередь, рассматривается состоящей из отдельных элементов;
- для каждого элемента и системы в целом допускается лишь два технических состояния полная работоспособность или полный отказ. Всякая возможность частичного функционирования элементов и всей системы исключается;
- отказы элементов системы независимы т.е. отказ одного элемента не вызывает отказ другого;
- все элементы системы считаются одноотказными т.е. вероятность возникновения двух и более отказов близка к нулю;
- система и её элементы перед каждым рабочим циклом (например полётом) имеют одно и тоже стабильное состояние т.е. их свойства полностью восстанавливаются при техническом обслуживании;
- вероятность отказа элемента зависит только от длительности рабочего цикла и не зависит от предварительной наработки;
- последовательность отказа элементов не влияет на работоспособность системы;
- показатели безотказности известны по опыту эксплуатации или испытаний;
- надёжность системы оценивается вероятностью безотказной работы 13 QUOTE 1415 за время 13 QUOTE 1415 рабочего цикла.

3. ИЗУЧЕНИЕ СТРУКТУРЫ И ОСНОВНЫХ ФУНКЦИЙ СИСТЕМЫ




При изучении структуры системы необходимо оценить:
1. Каково назначение системы и какие технические задачи она решает?
2. Из каких элементов состоит система и как эти элементы связаны межу собой?
3. Каково назначение каждого элемента?
4. Какие отказы возможны в каждом элементе системы?
Следовательно, изучение структуры системы сводится к внимательному изучению схемы системы, принципа её работы и роли каждого элемента. Особое внимание следует обратить на то, как отказ какого-либо элемента повлияет на работу системы в целом, то есть на выполнение её функций. Несмотря на кажущуюся простоту этот этап определяет успешное выполнение всей работы.




4. СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ НАДЁЖНОСТИ СИСТЕМЫ




Структурный анализ надёжности состоит в выявлении влияния отказов элементов на работоспособность всей системы. Он основывается на логическом инженерном анализе принципов работы системы с учётом функционального назначения элементов и их взаимодействия. Следовательно, в основе структурного анализа лежит инженерное представление о работе систем и поиск ответов на вопросы как будет работать система, если отказал i-ый элемент.
Результатом анализа является ответ на вопрос «Какие отказы элементов или их комбинации приводят к отказу системы»
На основе структурного анализа надёжности системы строится структурная схема надёжности или диаграмма безотказной работы.
Структурная схема – графическое изображение взаимосвязи событий, заключающихся в безотказной работе системы в целом и отдельных её элементов.
Проведение структурного анализа проведём на упрощённых примерах.
Пример 1: Произвести структурный анализ и построить диаграмму безотказной работы для силовой установки самолёта, состоящей из двух двигателей, с точки зрения надёжности выполнения запланированного полёта.
Система состоит из двух параллельно работающих двигателей №1 и №2. Отказ любого из двух двигателей не позволяет продолжать запланированный полёт т.е. приводит к отказу силовой установки. И наоборот, силовая установка работоспособна с точки зрения продолжения запланированного полёта лишь при работоспособности обоих двигателей.
Обозначим через А1 и А2 события безотказной работы двигателей, а через С – событие безотказной работы силовой установки. Условие безотказной работы запишется в виде С = А1* А2 или в виде диаграммы безотказной работы (рис.1).

Рис.1 Диаграмма безотказной работы силовой установки
Диаграмма читается следующим образом.



Пример 2: Произвести структурный анализ и построить диаграмму безотказной работы системы из двух последовательно соединённых фильтров при отказе – «засорение».
Система состоит из двух фильтров Ф1 и Ф2, работающих последовательно. Засорение любого из фильтров приводит к тому, что жидкость не будет проходить через фильтры т.е. отказ (засорение) любого из элементов приводит к отказу системы. Условие нормального функционирования системы (событие С) запишется в виде:
С = АФ1*АФ2
Структурная схема изображена на рис.2


Рис.2 Структурная схема системы из двух последовательно соединённых фильтров при отказе – «засорение»
Таким образом, система состоящая из элементов, соединённых функционально так, что отказ любого из них вызывает отказ системы, отображается структурной схемой с последовательным соединением элементов.
Следует обратить внимание на тот факт, что система с физически параллельно работающими двигателями отображается в виде структурной схемы с последовательным соединением событий их безотказной работы (пример 1). Система с физически последовательно соединёнными фильтрами при отказе «засорение сетки» отображается в виде структурной схемы также с последовательным соединением событий безотказности.
Для одной и той же схемы системы вид структурной схемы может быть различным в зависимости от задач, которые должна решать система и вида отказов элементов. Поясним это на примерах.
Пример 3: Провести структурный анализ надёжности и построить диаграмму безотказной работы систем (пример 1) при условии возможности кратковременного полёта и посадки при одном работающем двигателе.
В случае отказа одного из двух двигателей экипаж прекращает выполнения полёта, но имеет возможность совершить вынужденную посадку на аэродром вылета или запасной аэродром. В этом случае при отказе одного из двигателей, силовая установка остаётся работоспособной, а условием отказа силовой установки является одновременный отказ обоих двигателей. Структурная схема надёжности в этом случае показана на рис.3.


Рис.3 Структурная схема надёжности

Схема читается следующим образом


Пример 4: Провести структурный анализ надёжности и построить диаграмму безотказной работы системы, состоящей из последовательно соединённых фильтров при наличии отказа «разрыв сетки».
Система состоит из двух фильтров Ф1 и Ф2, работающих последовательно. Разрыв сетки одного из фильтров не приводит к отказу системы, так как фильтрацию будет осуществлять другой фильтр. Отказ системы произойдёт при разрыве сетки одновременно обоих фильтров. Структурная схема показана на рис.4.

Рис.4 Структурная схема системы из двух последовательно соединённых фильтров при отказе «разрыв сетки»

Схема читается следующим образом

Таким образом система, состоящая из элементов, связанных функционально так, что отказ любого из них не вызывает отказа системы, отображается структурной схемой с параллельным соединением событий безотказной работы элементов.
В общем случае структурная схема реальной системы может содержать участки как с параллельным, так и с последовательным соединением элементов. Например, имеется гидросистема, состоящая из бака и двух параллельно работающих гидронасосов Н1 и Н2 известно, что при отказе одного гидронасоса система сохраняет работоспособность. Структурная схема надёжности системы изображена на рис.5.

Рис.5 Структурная схема гидросистемы
5. УРАВНЕНИЕ НАДЁЖНОСТИ СИСТЕМЫ




Уравнение надёжности системы – аналитическое выражение вероятности безотказной работы системы через показатели безотказности ёё структурных элементов.
Для составления уравнений структурная схема разбивается на отдельные блоки, состоящие только из последовательно или параллельно соединённых элементов.
Ниже приводятся формулы для расчёта вероятности безотказной работы для различных комбинаций соединений элементов.




5.1 Вероятность безотказной работы при последовательном и параллельном соединении элементов


Последовательное соединение


Пусть имеем систему состоящую из n последовательно соединённых элементов, вероятности безотказной работы Рi которых известны (рис.1).

Рис. 6 Структурная схема с последовательным соединением элементов
Обозначим через Аi событие безотказной работы i-го элемента. Система будет работать безотказно (событие А), если все элементы безотказны, то есть произойдут все события Аi, 13 QUOTE 1415 так как события независимы, то 13 QUOTE 1415 , где
Р(А) = Рпосл – вероятность безотказной работы системы с последовательным соединением элементов;
Р(Аi) – вероятность безотказной работы i-го элемента.
Рпосл = 13 QUOTE 1415 (1) Qпосл = 1 - 13 QUOTE 1415 (2)



Параллельное соединение


Система с параллельным соединением К элементов, вероятности безотказной работы Рi которых известны. Схема изображена на рис.7.

Рис.7 Структурная схема с параллельным соединением элементов
Обозначим через 13 QUOTE 1415 событие отказа i-го элемента. Система откажет (событие 13 QUOTE 1415 ), если откажут все элементы т.е. произойдут все события 13 QUOTE 1415,
13 QUOTE 1415, Р(13 QUOTE 1415, где
Р(13 QUOTE 1415пар – вероятность отказа системы;
Р(13 QUOTE 1415I – вероятность отказа i-го элемента.
Или Qпар = 13 QUOTE 1415i = 13 QUOTE 1415i) (3) Pпар = 1 - 13 QUOTE 1415i (4)


5.2 Интенсивность отказов системы при последовательном и параллельном соединении элементов.

В практике эксплуатации и испытаний изделий в качестве показателей безотказности невосстанавливаемых изделий используется интенсивность отказов 13 EMBED Equation.DSMT4 1415, а для восстанавливаемых изделий – параметр потока отказов 13 EMBED Equation.DSMT4 1415.
Если рассчитывать эти показатели в пределах ресурса и по всему парку изделий, находящихся в эксплуатации, то можно считать 13 EMBED Equation.DSMT4 1415=13 EMBED Equation.DSMT4 1415. Хотя физические причины отказов различны и наработка до отказов подчиняется разным законам, в период нормальной эксплуатации интенсивность и параметр потока отказов практически не зависят от времени. Если оценивать надежность систем на малом промежутке времени, например времени полета, это можно считать, что 13 EMBED Equation.DSMT4 1415. Это равносильно принятию экспоненциального закона распределения 13 EMBED Equation.DSMT4 1415

Последовательное соединение

13 EMBED Equation.DSMT4 1415 (5)
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 (6)
Среднее время отказной работы системы 13 EMBED Equation.DSMT4 1415

Параллельное соединение

13 EMBED Equation.DSMT4 1415 (7)
Интенсивность отказов системы
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 (8)
Если величина 13 EMBED Equation.3 1415 t 13 EMBED Equation.3 14151, то можно использовать приближенные формулы, полученные разложением 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 в ряд Тэйлора
Qi 13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 14151-13 EMBED Equation.3 1415t
Подставив в (6) вместо 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 13 EMBED Equation.DSMT4 1415, получим :
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 (9)
где 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 - интенсивность отказов системы при параллельном соединении элементов.


5.3 Вероятность безотказной работы системы с ненагруженным резервом


Резервирование, при котором резервные элементы включаются только при отказе основных, называется резервированием с ненагруженным резервом. В системе (рис 8) для резервирования основного элемента предусмотрено n резервных элементов. Такую группу можно рассматривать как единую систему, состоящую из n+1 элемента. Она будет работать безотказно при n отказах и только при n+1 отказах произойдет отказ всей системы.

Рис.8.Система с ненагруженным резервом
О.Э.-основной элемент; НР1-первый резервный элемент; НРn - n-й резервный элемент.
Если интенсивность отказов 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 всех элементов одинаковы, а переключающее устройства абсолютно надежны, то вероятность того, что в системе произойдет не более n отказов, т.е. вероятность безотказной работы:
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 (10)
Где k - допустимое число отказов
n-число элементов в системе, включая и резервные
Например, вероятность того, что не произойдет ни одного отказа (n=0) равна 13 EMBED Equation.DSMT4 1415. Вероятность появления не более одного отказа равна 13 EMBED Equation.DSMT4 1415, не более двух 13 EMBED Equation.DSMT4 1415. Средняя наработка системы на отказ 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 равна:
13 EMBED Equation.DSMT4 1415
Если переключающее устройство имеет вероятность отказа 13 EMBED Equation.DSMT4 1415, то вероятность безотказной работы системы, состоящей из 4х элементов равна:
13 EMBED Equation.DSMT4 1415
Если интенсивность оказов 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 основного элемента и 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 ненагруженного элемента неодинаковы, то
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 (11)
Средняя наработка на отказ такой системы
13 EMBED Equation.DSMT4 1415

Для случая, когда переключающее устройства не абсолютно надежны
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 (12)


5.4 Вероятность безотказной работы системы мостовой схемы

Рис.9.Система мостовой схемы.

Эта система работает безотказно, если работает любая из ветвей 1-2; 3-4, или диагонали 1-5-4, 3-5-2. Событие А- безотказная работа системы, разделяется на 2а события: работу системы при работоспособном элементе 5 А5А и работу системы при отказе элемента 5 13 EMBED Equation.DSMT4 1415.
13 EMBED Equation.DSMT4 1415
Применив теоремы о вероятности суммы несовместных событий и вероятности произведения зависимых событий, получим:
13 EMBED Equation.DSMT4 1415
Условная вероятность 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 события А при условии, что 5 элемент работоспособен, равна вероятности безотказной работы системы на (рис 10)

Рис.10 - Эквивалентная система
13 EMBED Equation.DSMT4 1415
где 13 EMBED Equation.DSMT4 1415- вероятность безотказной работы i-го элемента

Условная вероятность 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 события А при условии отказа элемента 5 равна вероятности безотказной работы системы на (рис 11).

Рис.11.Эквивалентная схема.
13 EMBED Equation.DSMT4 1415
Вероятность безотказной работы системы мостовой схемы равна:
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 (13)


5.5.Вероятность безотказной работы системы при появлении нескольких отказов одновременно


Для нахождения этой вероятности используется биноминальный закон:
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 (14), где
n- число одинаковых элементов, входящих в систему;
m- число отказавших элементов;
Рn,m- вероятность того что из n элементов отражает m;
13 EMBED Equation.DSMT4 1415- число сочетаний из n по m;
q- вероятность отказа элемента.

Пример 5: Силовая установка самолета состоит из 3х двигателей. Вероятность отказа одного двигателя q=0,1 (условно). Самолет может совершать полет на двух двигателях. Требуется найти вероятность того, что полет будет происходить на двух двигателях.
Обозначим через Аi событие безотказной работы iго двигателя, через 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 событие отказа iго двигателя, а через А событие отказа одного двигателя из трех.
Событие А может произойти при следующих комбинациях.
13 EMBED Equation.DSMT4 1415
Применяя теоремы вероятность произведения и суммы независимых событий, найдем вероятность Р(А):
13 EMBED Equation.DSMT4 1415
Вероятность того, что полет будет происходить на двух двигателях равна
1-0,243=0,757

Этот же результат получим , подставив в формулу (14)
13 EMBED Equation.DSMT4 1415

Пример 6: Имеется 8 параллельно работающих гидроцилиндров. Вероятность отказа одного цилиндра q=0,1 (условно). Известно, что система сохраняет работоспособность при отказе четырех цилиндров. Требуется найти вероятность безотказной работы системы.

Подставив в формулу (14)
13 EMBED Equation.DSMT4 1415
Вероятность безотказной работы системы равна 1-0,0046=0,9954


5.6.Вероятность безотказной работы, интенсивность отказов и среднее время безотказной работы системы


Вероятности безотказной работы 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 или интенсивности отказов 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 отдельных блоков, входящих в структурную схему, находятся по формулам (1..14) подстановкой в них соответствующих числовых значений.
Вероятность безотказной работы системы 13 EMBED Equation.DSMT4 1415находится по формуле:
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 , где
m- число блоков, входящих в схему
Pj- вероятность безотказной работы jго блока.

Интенсивность отказов
·е находится по формулам :
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 или 13 EMBED Equation.DSMT4 1415
Среднее время безотказной работы : 13 EMBED Equation.DSMT4 1415


6.Оценка соответствия фактического уровня надежности нормативным документам


Оценка осуществляется путем сопоставления фактических показателей безотказности с нормативными значениями.
Безотказность должна обеспечиваться в течении полета или заданной наработки. В формуляре на изделие чаще всего приводится средняя наработка на отказ или среднее время безотказной работы. Нормативное значение интенсивности отказов системы зависит от того к каким последствиям приводит отказ системы, задается нормами летной годности и обеспечивается конструктором при проектировании и создании системы. Так как сведения о нормативных значениях показателей безотказности не всегда доступны, то при решении задач за нормативное значение наработки будем принимать время 13 EMBED Equation.3 1415, указанное в задании.
Если рассчитанное время 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 , то система надежна.

Примеры проведения анализа схемной надежности систем

Методику проведения анализа рассмотрим на конкретных примерах.

Пример 7: Требуется провести анализ схемной надежности системы (рис. 12) при наработке 13 EMBED Equation.3 1415 Интенсивности отказов элементов примем одинаковыми и равными 13 EMBED Equation.3 1415

Рис.12.Система подачи и воспламенения пускового топлива.

Электромагнитный клапан
2,3- пусковой воспламенитель
4- агрегат зажигания

1.Основные функции и структура системы

Система предназначена для подачи и воспламенения пускового топлива. Состоит из электромагнитного клапана, двух пусковых воспламенителей и агрегата зажигания. Пусковой воспламенитель состоит из пусковой топливной форсунки и свечи. Агрегат зажигания двухканальный, один канал подает высокое напряжение на свечу первого воспламенителя, а другой – на свечу второго воспламенителя.
Система работает следующим образом. При подаче напряжения на клапан 1 он открывается и пусковое топливо под постоянным давлением подается к пусковым форсункам, распыляется в камеру сгорания и воспламеняется искровым разрядом на свече. Образовавшиеся два факела пламени воспламеняют рабочее топливо.
Для элементов системы характерны следующие отказы: неоткрытие электромагнитного клапана, засорение форсунок, отсутствие искрового разряда на свече, отсутствие высокого напряжения на выходе агрегата зажигания.

2.Структурный анализ надежности системы

Не открытие электромагнитного клапана приведет к тому, что топливо не будет подаваться к пусковым воспламенителям, то есть вся система откажет. Следовательно звено, изображающее событие безотказной работы клапана, включается последовательно с другими звеньями (элементами) структурной схемы. Отказ форсунки, свечи и одного канала агрегата зажигания приводит к отказу одного из воспламенителей поэтому звенья, изображающие события безотказной работы этих элементов между собой в структурной схеме соединяются последовательно. Однако, отказа системы не произойдет, так как второй воспламенитель обеспечит создание факела пламени. Следовательно, события безотказности пусковых воспламенителей в структурной схеме включается параллельно. Структурная схема надежности представлена на рис.13


Рис.13.Структурная схема надежности системы.


3.Уравнения надежности системы и расчет показателей безотказности

Для составления уравнения структурную схему разбиваем на блоки (рис.13). Блоки 1 и 2 одинаковы и представляют собой три последовательно соединенных элемента. Для нахождения интенсивности отказа блока 13 EMBED Equation.3 1415 воспользуемся формулой (6) 13 EMBED Equation.DSMT4 1415. Блок 3 представляет два параллельно соединенных элемента с интенсивностями отказа 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 и 13 EMBED Equation.DSMT4 1415. Для нахождения 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 воспользуемся формулой 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 (9)
Эквивалентная система представляет собой последовательно соединенный электромагнитный клапан и блок 3.
13 EMBED Equation.DSMT4 1415
Вероятность безотказной работы системы 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 определяется по формуле: 13 EMBED Equation.DSMT4 1415(5)
Среднее время безотказной работы системы:
13 EMBED Equation.DSMT4 1415
Если предположить, что один воспламенитель не может поджечь рабочее топливо, то система откажет, то есть запуска двигателя не произойдет. В этом случае структурная схема имеет вид (рис.14)


Рис.14.Структурная схема системы

13 EMBED Equation.DSMT4 1415


4.1.Оценка соответствия фактического уровня надежности нормативным требованиям


Оценка производится путем сопоставления рассчитанного значения 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 с нормативным значением 13 EMBED Equation.DSMT4 1415.
Так как 13 EMBED Equation.DSMT4 1415, то система надежна.
Пример 8: Требуется провести анализ схемной надежности системы (рис.15) при наработке 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 и 13 EMBED Equation.DSMT4 1415. Интенсивности отказов элементов условно примем одинаковыми и равными 13 EMBED Equation.DSMT4 1415.

Рис.15.Система перекачки топлива
Б 1,Б 2-топливные баки; К- соединительный кран; Н 1,Н 2- электронасосы; ОК 1,ОК 2-обратные клапаны; ЭК- электрокраны; ПК- поплавковый клапан; БЗ- расходный бак.
Система предназначена для перекачки топлива из баков Б 1 и Б 2 в расходный бак Б 3. Состав системы показан на рис.15. Перекачка топлива производится насосами Н 1 и Н 2 через обратные клапаны ОК 1 и ОК 2. Они исключают перекачку топлива из одного бака в другой при отказе одного из насосов. Поплавковый клапан автоматически поддерживает определенный уровень топлива в Б 3. При заедании ПК в закрытом положении летчик включает ЭК и вручную поддерживает определенный уровень топлива ориентируясь на показания топливомера.
Агрегаты системы могут иметь следующие отказы: негерметичность баков, не качает насос, заедание ОК, ЭК и ПК в закрытом положении.


4.2.Структурный анализ надежности системы


Структурный анализ проведем для двух случаев: полет в течении 1 часа и полет в течении 2 часов.
Полет в течении 1 часа.
При отказе, например Б 1,Н 1,ОК 1, произойдет отказ этой цепочки. Поэтому в структурной схеме события безотказности этих элементов между собой соединяются последовательно. Так как запаса топлива в Б 1 или Б 2 вместе с запасом его в Б 3 достаточно для совершения полета продолжительностью 1 час, то при отказе Б 1,Н 1,ОК 1 отказа системы не произойдет. Цепочка Б 2, Н 2, ОК 2 включается в структурной схеме параллельно первой.
Если соединительный кран К будет не герметичен то топливо может вытечь через поврежденный бак в атмосферу, то есть произойдет отказ системы. Поэтому событие безотказной работы крана в структурной схеме должно быть включено последовательно с первым блоком.
При заедании ПК в закрытом положении топливо не будет поступать в Б 3. Но отказа системы не произойдет, потому что летчик включит ЭК. Топливо будет поступать в Б 3 через него, поэтому в структурной схеме события безотказной работы ПК и ЭК между собой включены параллельно, а с другими звеньями – последовательно. Но ЭК включается в работу только при отказе ПК, поэтому он является ненагруженным резервом (НР).Негерметичность БЗ вызывает отказ всей системы. Событие безотказности БЗ в структурную схему включается последовательно .Структурная схема имеет вид (рис.16)


Рис.16.Структурная схема надежности при полете 1 час.

Полет в течении 2 часов.
При негерметичности Б 1 или Б 2 топлива не хватит на полет продолжительностью 2 часа, поэтому в структурной схеме баки ( события безотказности) включаются последовательно.
При отказе Н 1 или ОК 1 топливо не будет перекачиваться из баков, поэтому Н 1 и ОК 1 в структурной схеме включены последовательно между собой. Однако, отказа системы перекачки не произойдет, так как при открытом кране К насос Н 2 будет перекачивать топливо из Б 1 в Б 2.В структурной схеме события безотказной работы Н 2, ОК 2 и К включаются между собой последовательно, а вся цепочка параллельно цепочке Н 1, ОК 1, структурная схема имеет вид (рис.17)

Рис.17.Структурная схема надежности при полете 2 часа.


4.3.Уравнения надежности и расчет показателей безотказности

Полет 1 час.
Схема (рис.16) разбивается на четыре блока. Блоки 1 и 2 одинаковы и представляют три последовательных элемента.
13 EMBED Equation.DSMT4 1415
Блок 3 представляет собой 2 параллельно соединенных элемента (события) с интенсивностями 13 EMBED Equation.DSMT4 1415
13 EMBED Equation.DSMT4 1415
Блок 4 представляет собой два параллельно соединенных элемента, один из которых является основным элементом (ОЭ), а второй – ненагруженным резервом (НР). Вероятность безотказной работы блока 4 рассчитываются по формуле (10).
13 EMBED Equation.DSMT4 1415
Эквивалентная система состоит из 4-х элементов с 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 .
13 EMBED Equation.DSMT4 1415

Полет 2 часа.

Система (рис.17) разбивается на пять блоков:
Блок 1 – два последовательно соединенных элемента
13 EMBED Equation.DSMT4 1415
Блок 2 – три последовательно соединенных элемента
13 EMBED Equation.DSMT4 1415
Блок 3 – два параллельно соединенных элемента с 13 EMBED Equation.DSMT4 1415
13 EMBED Equation.DSMT4 1415

Блок 4 – система с не нагруженным резервом
13 EMBED Equation.DSMT4 1415
Эквивалентная система – пять последовательно соединенных события с 13 EMBED Equation.DSMT4 1415.
13 EMBED Equation.DSMT4 1415


4. Оценка соответствия фактического уровня надежности нормативным требованиям

Так как при полете 1 и 2 часа 13 EMBED Equation.DSMT4 1415, то безотказность системы перекачки топлива соответствует нормативным требованиям.


СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Косточкин В.В. Надежность авиационных двигателей и силовых установок : учебник для студентов вузов авиационных специальностей – 2е изд. перераб. И доп. – М.: Машиностоение, 1988. – 272 с. : ил.
2. Акимов В.М. Основы надежности газотурбинных двигателей: уч. для студентов машиностроительных специальностей вузов. – М.: Машиностроение, 1981.-207с.
3. Жуков К.А., Милов Е.А., Епишев Н.И. Эксплуатационная надежность авиационной техники: учебное пособие Куйб. авиац. ин-т. Сост. К.А.Жуков, Е.А. Милов, Н.И.Епишев./Куйбышев,1987.-109с.
4. Метод структурных схем и оценка безотказности системы: Метод. Указания/ Куйб. авиац. ин-т. Сост. М.И.Вальчик.Куйбышев,1985.-23с.

Учебное издание







АНАЛИЗ СХЕМНОЙ НАДЁЖНОСТИ СИСТЕМ
МЕТОДОМ СТРУКТУРНЫХ СХЕМ




МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ







Составитель: Герман Арсеньевич Новиков
Компьютерная обработка:
Доля Максим Викторович
Душкин Николай Алексеевич










Государственное образовательное учреждение высшего
Профессионального образования
«Самарский государственный аэрокосмический университет
имени академика С.П. Королёва»
443086, г.Самара, Московское шоссе 34








13 PAGE \* MERGEFORMAT 14415




Рисунок 1Рисунок 3Рисунок 4Рисунок 6Рисунок 7Рисунок 9Рисунок 10Root EntryEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeРис 8Рисунок 0Рис 8.pngEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation Nativeрис 9Рисунок 1рис 9.pngEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation Native Equation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation Nativeрис 12Рисунок 4рис 12.pngрис 13Рисунок 5рис 13.pngEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeРис 17Рисунок 10Рис 17.pngEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation Native

Приложенные файлы

  • doc 334523
    Размер файла: 622 kB Загрузок: 2

Добавить комментарий