CC BY
56
УДК 629.7/621.01
К. Н. Марков, В. Ю. Афанасьев Научный руководитель - О. Г. Бойко Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
АНАЛИЗ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ ОБЩЕГО РЕЗЕРВИРОВАНИЯ С РАЗЛИЧНЫМ КОЛИЧЕСТВОМ РЕЗЕРВИРУЮЩИХ ПОДСИСТЕМ
Рассмотрен расчет надежности системы общего резервирования с различным количеством подсистем по новому методологическому подходу без использования теоремы умножения вероятностей
Разработка методов оценки надежности функциональных систем, которые учитывают изменение структуры по мере развития отказов, обеспечивают возможность расчета времени до отказа первого и последующих агрегатов в системе с определенной вероятностью, и учитывают в расчетах надежности фактор восстановления - является актуальной.
Традиционный расчет надежности функциональных систем самолетов ГА, при проектировании выполняется с использованием метода логических схем и табличного. Эти методы изложены в Авиационном стандарте ОСТ «Надежность изделий авиационной техники. Методы количественного анализа безотказности функциональных систем при проектировании самолетов и вертолетов». В перечисленных методах, при формировании модели безотказности для системы, используется теорема умножения вероятностей.
Целью данной работы является выполнение расчета надежности системы общего резервирования с различным количеством подсистем по новому методологическому подходу без использования теоремы умножения вероятностей, и анализ полученных результатов.
Новый Методологический подход основан на статистической информации, получаемой при стационарных процессах эксплуатации [1-3]. Суммарный параметр потока отказов системы ю определится как сумма параметров потоков отказов отдельных агрегатов составляющих систему. Именно этот суммарный параметр потока отказов является фактом, позволяющим определить время первого отказа агрегата в системе с заданной вероятностью. На этой основе строится алгоритм расчета. При этом, заранее неизвестно какой именно агрегат откажет первым, и какое место он занимает в функциональной и структурной схемах системы. Связано это с двумя обстоятельствами:
- при стационарном потоке отказов, агрегаты в системе имеют различную наработку вследствие их регулярных замен по отказам и по выработке ресурсов в произвольные моменты времени.
- момент времени оценки надежности системы относительно сложившегося стационарного потока отказов также произволен. При этом, первым в системе может отказать как более, так и менее надежный агрегат.
В работе выполнен расчет надежности системы общего резервирования с различным числом подсистем без учета восстановления. На рис. 1 приведена расчетная схема системы, состоящей из шести параллельно включенных подсистем, каждая из которых содержит по 10 агрегатов с ю = 1 • 10-4.
Расчеты показывают, что с вероятностью равной 1 отказы в системах с различным числом т произойдут при значениях времен приведенных в таблице (рис. 2).
Далее выполнен расчет надежности системы с учетом восстановления согласно [3].
Задача решалась поэтапно с использованием графа состояний и переходов, изображенного на рис. 3, и стационарной части решения относительно вероятности нахождения в исправном состоянии р (/) вида (1)
рг(г) = а+ + а'2 е (а12+а21>. (1)
а12 + а21 а12 + а21
1 2 3 10
1 2 3 10
1 2 3 10
1 2 3 10
1 2 3 ------ 10
] 2 3 10
Рис. 1. Расчетная схема системы, т = 1^6, п = 10
Время восстановления в системе принималось Т„.0 = 1 ч, тогда интенсивность восстановления а21 = 1/Т„0 =1, а интенсивность отказов а12 =ю .
В расчете использовались значения времен из таблицы, определенные в расчетах системы без учета восстановления, при значениях вероятностей отказов агрегатов равных единице.
На первом этапе определялась конечная вероятность исправного состояния системы при реализации в ней первого отказа, Поскольку восстановление первого отказавшего агрегата в авиационной системе происходит только после окончания полета, т. е. не мгновенно, то существует вероятность появления и большего числа отказов за время Т„.0. Поэтому на втором и последующих этапах определялась вероятность нахождения системы в исправном состоянии при реализации в ее структуре отказов второго, третьего и т. д. агрегатов, произошедших до восстановления первого.
На последнем этапе определялась вероятность реализации одновременно шести отказов в системе т. е. переход в неработоспособное состояние.
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
Расчетные значения времен отказов в подсистемах
Времена отказов подсистем в невосстанавли-ваемых системах, ч Количество подсистем общего резервирования в системе
т = 1 т = 2 т = 3 т = 4 т = 5 т = 6
1 000 500 333,3 250 200 166,6
'2 - 1 000 500 333,3 250 200
'3 - - 1 000 500 333,3 250
4 - - - 1 000 500 333,3
'5 - - - - 1 000 500
'б - - - - - 1 000
Вероятности отказа за 1 час налета в восстанавливаемых системах 10-6 1,6-10-11 1,4 -10-15 3,3 -10-19 1,9 -10-22 2,5 -10-25
Рис. 2. Зависимость вероятности отказа от времени для системы общего резервирования без учета восстановления при т = 1^6, п = 10, ю = 1 • 10-4
Рис. 3. Простейший граф состояний и переходов для восстанавливаемой системы: 1 - исправное состояние, 2 - состояние функционального отказа
а
12
а
21
В результате находились вероятности отказа восстанавливаемых систем с различным числом подсистем за 1 час полета (см. таблицу).
Анализ результатов показывает, что в невосста-навливаемых системах с увеличением времени работы, вероятность их отказа увеличивается вместе с увеличением числа отказавших агрегатов (рис. 2). У восстанавливаемых систем, напротив, вследствие восстановления, большему числу отказавших агрегатов с увеличением времени соответствуют существенно меньшие значения вероятностей их отказов.
Библиографические ссылки
1. Бойко О. Г. Надежность функциональных систем самолетов гражданской авиации: монография // Изб. тр. Российской школы по проблемам науки и технологий. РАН. М., 2009. 119 с.
2. Бойко О. Г., Шаймарданов Л. Г. Новый подход в оценке надежности функциональных систем самолетов гражданской авиации //Актуальные проблемы авиационных и аэрокосмических систем : междунар. рос.-америк. науч. журнал. Казань—Дайтона Бич. 2012. Вып. 2(35). Т. 17. С. 21-27.
3. Бойко О. Г., Шаймарданов Л. Г. Фурманова Е. А. Метод расчета надежности восстанавливаемых систем с общим резервированием // Проблемы разработки, изготовления и эксплуатации ракетно-космической и авиационной техники : материалы VII Всерос. науч. конф., посвящ. памяти гл. констр. ПО
«Полет» А. С. Клинышкова. Омск : Изд-во ОмГТУ, 2012. С. 223-227.
© Марков К. Н., Афанасьев В. Ю., 2013
УДК 62-112.5
К. В. Немов Научный руководитель - Е. А. Нартов Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
РАСЧЕТ КРАНА ДЛЯ СНЯТИЯ-УСТАНОВКИ РЕДУКТОРА ВР-14 (ВР-8) И ДВИГАТЕЛЕЙ ТВ3-117 И ТВ2-117 НА ВЕРТОЛЕТЕ МИ-8Т (АМТ, МТВ)
Данная работа посвящена расчету крана для снятия-установки редуктора ВР-14 (ВР-8) и двигателей ТВ3-117 и ТВ2-117 на вертолете Ми-8Т(АМТ,МТВ), призванного упростить и минимизировать затраты при выполнении данных процессов.
Ми-8 - советский/российский многоцелевой вертолёт, разработанный ОКБ М. Л. Миля в начале 1960-х годов. Является самым массовым двухдвигательным вертолётом в мире, а также входит в список самых массовых вертолётов в истории авиации. Широко используется для выполнения множества гражданских и военных задач.
Как и любой механизм, узлы и агрегаты вертолета нуждаются в обслуживании и контроле. Для этих целей, а в частности, для снятия и установки двигателей и редуктора, в данной ВКР производился расчет крана, призванного упростить и минимизировать затраты при выполнении данных процессов.
Описание крана. Кран состоит из передвижной платформы, рабочей площадки и электролебедки.
Передвижная платформа сварной конструкции собрана из стальных уголков (ГОСТ 8509-57) и стальных швеллеров (ГОСТ 8240-56).
В нижней части конструкции, в месте соединения стоек с раскосами вварены втулки для установки жестких винтовых упоров и вилок колес.
Рабочая площадка выполнена в виде четырехугольной рамы и имеет настил. Для обеспечения безопасности площадка имеет ограждения. Для подъема на рабочую площадку используется лестница.
В верхней части конструкции, выполненной в виде рамы из стальных швеллеров, крепиться электролебедка, для управления которой имеется отдельный пульт. Питание на электролебедку подается от аккумулятора, закрепленного на рабочей площадке.
Для безопасности проведения работ на рабочей площадке установлены ограждения высотой один метр. Ограждения выполнены из равнополочного стального уголка №5 (ГОСТ 8509-57).
Для подъема на рабочую площадку используется лестница, выполненная из равнополочного уголка № 5 (ГОСТ 8509-57).
В нижних частях вертикальных опор, служащих опорами рабочей площадке и, соответственно, всему крану, в местах соединения с подкосом прикреплены шарнирно полуоси колес. Ходовая часть крана состоит из четырех нетормозных пневматических авиаци-
онных колес размером 600*155. Конструкция колес аналогична колесам тележке 24-9112-0 для перевозки тяжелых узлов и агрегатов.
Также в нижней части вертикальной опоры, в месте соединения с подкосом, установлена регулируемая винтовая опора. Конструкция винтовой регулируемой опоры аналогична конструкции опоры гидроподъемника 24-9102-900 м (грузоподъемность гидроподъемника 24-9102-900 м = 11 000 кг). Винтовая регулируемая опора позволяет снять нагрузку с колес крана и повысить устойчивость при проведении работ.
Вертикальные опоры рабочей площадки усилены дополнительными подкосами.
При расчетах используем механические свойства выбранной стали Ст3. Коэффициент запаса прочности принимаем равным 3, учитывая погрешности при расчете и производстве и руководствуясь тем фактом, что на высоте будут работать люди, а так же тем, что конструкция строится на долгий срок службы.
Расчеты производились по каждому отдельному элементу крана. В результате были проведены следующие расчеты:
- расчет на прочность при чистом изгибе швеллеров. Подбор номера швеллера по таблице сортамента прокатной стали (ГОСТ 8240-56).
- расчет вертикальных опор на устойчивость. Подбор номера равнополочного уголка по таблице сортамента прокатной стали (ГОСТ 8509-57).
- расчет толщины настила для рабочей площадки.
Для проверки всей конструкции использовалась
цифровая модель крана с четырьмя опорами, созданная в программном комплексе ЗоШ'^гкз (ЗтикйопхргеББ).
Данный кран полностью удовлетворяет поставленным требованиям, его гораздо проще обслуживать, чем автомобильный, используемый в настоящее время и себестоимость его гораздо дешевле. Если его воплотить в жизни, он существенно облегчит обслуживание вертолета Ми-8Т(АМТ, МТВ).
© Немов К. В., 2013
