Тема 2. КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НАДЕЖНОСТИ АВИАЦИОННЫХ ПРИБОРОВ.

Стр 1 из 8Следующая ⇒

Nbsp; Московский Колледж Управления и Новых Технологий 2011 Основы надёжности авиационных приборов Лекции и практика Штыков В.П. Москва Оглавление Тема 1. ВВЕДЕНИЕ. ПРОБЛЕМЫ И ПОНЯТИЯ НАДЕЖНОСТИ. 3 Тема 2. КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НАДЕЖНОСТИ АВИАЦИОННЫХ ПРИБОРОВ. 6 Тема 3. КАЧЕСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НАДЕЖНОСТИ АВИАЦИОННЫХ ПРИБОРОВ. 9 Тема 4. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА НАДЕЖНОСТЬ АВИАЦИОННЫХ ПРИБОРОВ. 12 Тема 5. НАДЕЖНОСТЬ ТИПОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И МЕТОДЫ ЕЕ ПОВЫШЕНИЯ. 15 Тема 6. РЕЗЕРВИРОВАНИЕ. 21 Тема 7. ВОЗДЕЙСТВИЕ РАЗЛИЧНЫХ НАГРУЗОК НА БОРТОВЫЕ ПРИБОРЫ и ИСПЫТАНИЯ НА НАДЕЖНОСТЬ……………………………………………………………………………………………………………………………………….30 Тема 8. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ И ХРАНЕНИЕ АВИАЦИОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ. 34

Тема 1. ВВЕДЕНИЕ. ПРОБЛЕМЫ И ПОНЯТИЯ НАДЕЖНОСТИ.

Проблема надежности является одной из важнейших проблем современного машиностроения и приборостроения. Недостаточная надежность машин, автоматических устройств, приборов и комплексов приводит к увеличению не только эксплуатационных расходов (внеплановое техническое обслуживание и ремонт) и экономическим потерям, но применительно к ЛА очень часто оборачивается трагическими последствиями.

1.1. Главные причины, породившие проблему надежности: 1). Непрерывное усложнение машин, агрегатов, автоматических устройств и систем, приборов, радиотехнических устройств и т.д. 2). Усложнение условий эксплуатации. Развитие скоростной авиации, ракетостроения, освоение космического приборостроения, кораблестроения. Современная аппаратура должна работать в жестких условиях: при больших перепадах температур, давлениях, чрезмерных вибрациях, ударных нагрузках и т.д. 3). Количественный рост оборудования ЛА, и, как причина этого, увеличение производства запчастей, ремонтной оснастки и средств контроля.

1.2. Основные понятия надежности.

Надежность – это свойство изделия выполнять заданные разработчиком функции в определенных условиях эксплуатации (УЭ) в течение определенного времени (ОВ) при сохранении эксплуатационных характеристик в допустимых пределах.

Отказ – это событие, при котором изделие частично или полностью теряет свою работоспособность.

По ряду признаков отказы делят следующим образом:

Классификационные признаки отказов	Виды отказов
1. По характеру процесса возникновения	Внезапные Постепенные
2. По признакам проявления	Явные Неявные
3. По взаимосвязи между собой	Независимые Зависимые
4. По степени влияния на работоспособность	Полные Частичные
5. По времени существования или продолжительности действия	Устойчивые Временные Периодические
6. По объему и характеру восстановления	Рассогласованность Повреждения Аварии

Краткая характеристика видов отказов:

Внезапные отказы – возникают в результате резкого скачкообразного изменения основных параметров под воздействием случайных факторов, связанных с внутренними дефектами элементов, нарушением рабочих режимов или другими неблагоприятными факторами.

Постепенные отказы – связаны с плавным изменением параметров в результате изнашивания, старения и т.д.

Явные отказы – обнаруживаются при включении изделия или его внешнем осмотре.

Неявные отказы – требуют специальных измерений, лабораторного анализа или исследований.

Полный отказ – полное нарушение работоспособности.

Частичный отказ – вызывает ухудшение функционирования.

Устойчивые отказы – устраняются только во время ремонта и замены отказавшего элемента.

Временные отказы – могут самопроизвольно исчезать без вмешательства обслуживающего персонала или после устранения вызвавшего их вторичного фактора.

*Рассогласования работы (связанные с настройкой), повреждения и аварии – отличаются друг от друга характером и объемом ремонта.

Сбои – происходят в результате воздействия помех (магнитное поле, электромагнитные наводки силового оборудования, излучения и т.п.).

Таким образом, теория надежности изучает причины возникновения отказов изделия и способы борьбы с ними.

1.3. Основные термины и определения надежности устанавливает ГОСТ 13377-75 (они являются обязательными для применения в науке, технике и учебном процессе):

Безотказность – свойство изделия сохранять работоспособность в течение заданного времени и при определенных условиях.

Долговечность – свойство изделия сохранять работоспособность до достижения им предельного состояния при установленном порядке технического обслуживания и ремонта.

/Отказ/ – событие, заключающееся в нарушении работоспособности изделия.

/Внезапный отказ/ – отказ, возникший в результате скачкообразного изменения одного или нескольких параметров изделия.

Вероятность отказа – вероятность того, что в течение заданного интервала времени работы в определенных условиях эксплуатации возникнет хотя бы один отказ устройства.

Интенсивность отказов – условная вероятность отказа изделия в некоторый момент времени при условии, что до этого момента отказа не было.

/Постепенный отказ/ – отказ, возникший в результате постепенного изменения одного или нескольких параметров изделия.

Наработка – продолжительность или объем работы изделия в определенных условиях.

Ресурс работы – наработка изделия в часах от момента начала эксплуатации до его отказа.

Срок службы – календарная продолжительность эксплуатации изделия от начала (ввода в эксплуатацию) до наступления предельного состояния.

Предельное состояние – состояние, при котором должна быть прекращена эксплуатация из-за нарушения требований безопасности.

1.4. Вопросы теории надежности.

В теории надежности можно выделить следующие основные темы: 1). Математический аппарат теории надежности основывается главным образом на теоретико-вероятностных методах, поскольку сам процесс возникновения отказов в изделии по своей физической природе носит вероятностный характер. Вистории спорта был случай, когда игрок в крикет проиграл жребий 14 раз подряд, что при шансах 50 на 50 составляет 0,5¹⁴ , т.е. это меньше, чем 1 к 16000. Поэтому с целью оценки и анализа случайных событий необходимо знать основные положения теории вероятности: - положение о случайных событиях, - понятие о случайных величинах, - законы распределения случайных величин, - действия над случайными величинами.

2). Количественные и качественные характеристики надежности также основаны на статистических методах с использованием основных критериев теории вероятности и результатов испытаний изделия на надежность. Устанавливаются закономерности возникновения сбоев и отказов, разрабатываются методики расчета надежности работы изделия. Испытания на надежность проводятся на испытательных стендах в лабораторных, заводских или реальных условиях. 3). Методика обоснования требований надежности, зависящая от технических требований заказчика, а также от уже имеющихся наработок по данному виду изделий с анализом статистических данных, характеризующих его надежную работу. 4). Методы повышения надежности изделий с уже имеющимся практическим опытом решения данного вопроса. Т.е. прогнозируются преждевременные выходы из строя и отказы машин, их составных частей и аппаратуры, а также изыскиваются способы повышения надежности при конструировании, производстве и эксплуатации; 5). Факторы, влияющие на надежность или причины появления отказов, систематизация которых влияет на решение проблемы надежности. 6). Методы инженерного расчета схем аппаратуры с учетом требований по надежностипри ее проектировании или доработках, на основании которых выбирается оптимальный вариант схем приборов и устройств (в настоящее время возлагается на различные виды САПР). 7). Организационно-технические мероприятия по обеспечению надежности, проводимые на всех стадиях проектирования, производства и эксплуатации оборудования.

Совокупность перечисленных вопросов и составляет предмет (дисциплину) теории надежности. А проблема надежности связана как с экономическими вопросами, так и с вопросами безопасности и жизнедеятельности, поэтому является актуальной проблемой современности.

Тема 2. КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НАДЕЖНОСТИ АВИАЦИОННЫХ ПРИБОРОВ.

2.1. Вероятность безотказной работы Р( t_i) (ВБР) элемента в интервале времени от 0 до t_i , т.е. с момента времени t=0, по статистическим данным (по результатам испытаний) определяется отношением:

где - число безотказно работающих элементов к моменту времени t_i ; - общее число наблюдаемых элементов; – число отказавших элементов к моменту времени t_i .

Точность определения ВБР зависит от количества наблюдаемых элементов (образцов): чем их больше, тем точнее вероятность их безотказной работы.

Кроме вероятностного статистического определения Р( t) существует его математическое определение с экспоненциальным законом распределения по времени:

где е – основание натурального логарифма (≈2,72), λ – интенсивность отказа изделия (1/ч), - заданное время работы (ч).

Наилучшим показателем надежности будет .

Пример: Определить вероятность безотказной работы радиоэлемента за 100 часов работы при следующей интенсивности отказов изделия (1/ч):

2.2. Вероятность отказа Q( t_i) изделия в интервале времени от 0 до t_i , т.е. с момента времени t=0. Отказ и безотказная работа являются событиями несовместимыми и противоположными, поэтому для них справедливо соотношение:

И с экспоненциальным законом распределения по времени:

Наилучшим показателем надежности будет .

2.3. Интенсивность отказов элементов λ ( t ) является критерием, наиболее полно характеризующим надежность невосстанавливаемых изделий, т.к. означает степень надежности изделия в каждый рассматриваемый момент времени его работы. Под интенсивностью отказов понимают число отказов в единицу времени, отнесенное к числу радиоэлементов, оставшихся исправными к началу следующего промежутка времени (при этом отказавшие радиоэлементы не меняются).

λ ( t ) выводится из опытных данных и рассчитывается по формуле:

где - число отказавших элементов одного типа за время , - начальное число этих элементов, - общее число отказавших элементов к началу следующего рассматриваемого промежутка времени (при рассмотрении одного участка ).

Если по рассчитанным таким образом частным значениям интенсивностей отказов для каждого промежутка времени построить график, то получим зависимость λ ( t ) интенсивности отказов от времени:

λ, 1/ч

❶ ❷ ❸

t , ч

t_o t₁ t₂ t₃

На данной кривой можно выделить три характерных участка:

❶ - участок приработки – характеризуется относительно большим значением интенсивности отказов из-за наличия дефектов, не обнаруженных контролем при выпуске изделия. Время, соответствующее участку приработки обычно находится в пределах 100…200 часов.

❷ - участок нормальной эксплуатации – характеризуется практически постоянным значением λ (для приборов он составляет 100…200 тысяч часов).

❸ - участок старения – характеризуется возрастанием интенсивности отказов в результате износа (для приборов – в результате электрического старения).

В настоящее время в соответствии с требованиями ГОСТ все комплектующие радиоэлементы авиационной техники проходят: - тренировку в форсированных режимах, - 100% входной контроль, - дополнительную электро- и термотренировку длительностью 50…100 часов в составе изделия.

Нормальная эксплуатация приборов проводится только на участке ❷ и для расчетов надежности используется интенсивность отказов λ только с этого участка.

В качестве примера приведем значение λ для некоторых элементов авиационных приборов при нормальной эксплуатации:

Наименование элемента
Диоды	1,0…5,0
Транзисторы	1,5…5,0
Резисторы	0,5…1,5
Конденсаторы	1,5…2,5
Трансформаторы	0,5…5,0

Интенсивность отказов является основным критерием надежности элементов, определяемая путем обработки результатов испытаний, а также из данных опыта эксплуатации.

Примеры расчетов интенсивности отказов:

Пример 1. На испытание при номинальной нагрузке поставлено N=1000 резисторов. Через 500 часов работы отказало 3 резистора. Определить величину .

Пример 2. На испытание при номинальной нагрузке поставлено N=1000 конденсаторов. Через каждые часов работы фиксировались отказы, сведенные в таблицу.

Интервал времени , час	Число отказавших элементов	Число отказавших элементов к началу данного промежутка	для каждого участка, 1/ч
0…500	15	0
500…1000	8	15
1000…1500	7	23
1500…2000	7	30
2000…2500	6	37
2500…3000	6	43