CC BY
180
УДК 621.396.6, 621.8.019.8 Лушпа И.Л., Монахов М.А.
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики», Московский институт электроники и математики, Москва, Россия
ИССЛЕДОВАНИЕ НАДЕЖНОСТИ МЕХАНИЧЕСКИХ КОМПОНЕНТОВ АНТЕННО-ФИДЕРНОГО УСТРОЙСТВА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ БЕСПИЛОТНЫМ ЛЕТАТЕЛЬНЫМ АППАРАТОМ
Введение
Данное научное исследование (№ 14-05-0038) выполнено при поддержке Программы «Научный фонд НИУ ВШЭ» в 2014 г. Одним из главных показателей надежности радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) является ее безотказность. При этом стоит отметить, что помимо электрорадиоизделий, весомый вклад в безотказность РЭА вносят механические элементы [1]. Основной характеристикой безотказности механических элементов является интенсивность отказов.
Оценка надежности РЭА выполняется на ранних стадиях проектирования для осуществления поддержки на этапе конструирования (разработки опытного образца). Выполнение расчета надежности обеспечивает уточнение требований к надежности на начальных стадиях конструирования, и характеризует вероятность отказов РЭА за время его эксплуатации [2, 3].
Как результат, осуществление расчета надежности позволяет внести усовершенствования в разработку РЭА, предотвращая дорогостоящее исправление уже существующей конструкции и сократить само время разработки.
Однако принятые в настоящее время методики расчета надежности РЭА выполняются с допущением, что если обеспечена стойкость конструкции к воздействию внешних нагрузок, то она «абсолютно надежная» [4].
В плане оценки надежности механических элементов (МЭ) больший интерес представляют модели, приведенные в американском стандарте NSWC-11 [5], разработанного специалистами Кардерокской дивизии ВМФ США. В стандарте NSWC-11 [5] приведена методика, дающая оценку показателей безотказности и ремонтопригодности механического оборудования.
Математическая модель интенсивности отказов МЭ имеет следующий вид [3]:
n
5=лр,ьП сі (1)
І =1
где: ХрЬ - базовая интенсивность отказов типа (группы), рассчитанная по результатам испытаний
на безотказность, долговечность, ресурс; Ci - коэффициенты, учитывающие изменения эксплуатационной интенсивности отказов в зависимости от различных факторов; n - число учитываемых факторов.
Следует отметить, что данный стандарт постоянно переиздается, и математические модели усовершенствуются.
Рассмотрим пример использования методики стандарта NSWC-11 [5] для оценки интенсивностей отказов МЭ антенно-фидерного устройства системе управления беспилотным летательным аппаратом (БЛА), эскиз конструкции которого представлен на рис. 1.
42,25
. 8Р0.364.049ТУ
Рис.1 - Эскиз конструкции антенно-фидерного устройства
Для определения нагрузок и нахождения слабых мест конструкции антенно-фидерного устройства в программе SolidWorks была построена 3Б-модель и проведен анализ на внешние воздействия, в результате которого расчетные значения нагрузок на элементы конструкции оказались меньше предельнодопустимых.
Однако использование в конструкции устройства прокладок для герметизации и резьбовых соединений, в соответствии с методиками стандарта NSWC-11 [5], вызывают необходимость исследования интенсивности отказов. Перечь таких элементов, используемых в конструкции антенно-фидерного устройства, приведен в таблице 1.
Таблица 1. Перечень элементов
Обозначение Наименование
Прокладка Duraver-E-104-ML Prepeg 1080 05 AT 01 (0,063), 100+2 X 100+2
Винт Винт М2.5-6gx4.21.11 ОСТ92-0728-72
Винт Винт B.M1,6-6H-6gx10.32.133 ГОСТ 17475-80
Математическая модель интенсивностей отказов, приведенная в стандарте NSWC-11 [5] для прокладок, имеет вид:
ДSE = ДSE,B * CP * C0 * C_DL * -CH * CP * CV * CT- * CN ( 2 )
где:
- базовая интенсивность отказов; Cp - поправочный коэффициент, учитывающий давление
жидкости на базовую интенсивность отказа; Cq- поправочный коэффициент, учитывающий эффект от допустимой утечки на базовую интенсивность отказа; C - поправочный коэффициент, учитывающий эф-
фект от размера заглушки на базовую интенсивность отказа; Сн - поправочный коэффициент, учитывающий эффект от контактного напряжения и стойкости изоляции на базовую интенсивность отказа; Ср -поправочный коэффициент, учитывающий эффект от шероховатости гнезда заглушки на базовую интенсивность отказа; Cv - поправочный коэффициент, учитывающий влияния вязкости жидкости на базовую ин-
тенсивность отказа; C - поправочный коэффициент, учитывающий влияние температуры на базовую ин
тенсивность тенсивность отказа; отказа; CN - поправочный коэффициент, учитывающий влияние загрязнений на базовую ин-
Математическая модель интенсивностей отказов, приведенная в стандарте NSWC-11 [5] для резьбовых соединений, имеет вид:
Др = Др в * Csz * cl * ct * ci * ck (3)
где: Др в - базовая интенсивность отказов; CSz - поправочный коэффициент, учитывающий влияние отклонения размера от размеров тестового образца S-N; Cl - поправочный коэффициент, учитывающий
влияние различных нагрузок; CT - поправочный коэффициент повышенной температуры; Ci - поправочный
коэффициент, учитывающий влияние нагрузки от циклических ударов; CK - поправочный коэффициент нагрузки для резьбы соединителя;
Как видно из (2) и (3), модель резьбовых соединений проще, чем модель прокладок, что даёт менее точный результат оценки интенсивности отказов.
Расчетные значения интенсивность отказов прокладки и резьбовых соединений приведены в табл. 2. Таблица 2. Результаты расчета интенсивности отказов
Наименование Интенсивность отказов, ч 1
Прокладка 3.072 -10~7
Винт 1 4.364 -10~7
Винт 2 2.241 *10~7
Заключение
На основе проведенного исследования можно сделать следующие выводы:
- анализ интенсивности отказов МЭ на начальных этапах позволяет решить проблемы на более поздних этапах проектирования РЭА.
- результаты проведенного расчета позволяют сделать вывод о том, что при большом числе механических элементов они могут существенно увеличивать суммарную интенсивность отказов РЭА.
- расчет интенсивностей отказов механических элементов позволяет дать более полную картину в оценке надежности РЭА.
Таким образом очевидно, что при оценки показателей надежности РЭА необходимо учитывать не только электрорадиоизделия, но и механические элементы, поэтому современные программные средства расчетов надежности должны иметь соответствующие модули [6, 7].
ЛИТЕРАТУРА
1. Маркин, А.В. Методы оценки надёжности элементов механики и электромеханики электронных средств на ранних этапах проектирования. / А.В. Маркин, С.Н. Полесский, В.В. Жаднов. // Надёжность. - 2010. - № 2. - с. 63-70.
2. Жаднов, В.В. Управление качеством при проектировании теплонагруженных радиоэлектронных средств: учебное пособие. / В.В. Жаднов, А.В. Сарафанов - М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2012. - 464 с. - Сер. «Библиотека инженера».
3. Жаднов, В.В. Автоматизация проектных исследований надёжности радиоэлектронной аппаратуры: научное издание. / В.В. Жаднов, Ю.Н. Кофанов, Н.В. Малютин. - М.: Радио и связь, 2003. - 156 с.
4. Абрамешин, А.Е. Информационная технология обеспечения надёжности электронных средств наземно-космических систем: научное издание. / А.Е. Абрамешин, В.В. Жаднов, С.Н. Полесский; отв. ред. В.В. Жаднов. - Екатеринбург: Форт Диалог-Исеть, 2012. - 565 с.
5. NSWC-11. Handbook of reliability prediction procedures for mechanical equipment.
6. Жаднов В.В. Методы и средства оценки показателей надежности механических и электромеханических приборов и систем. / В.В. Жаднов. // Датчики и системы. - 2013. - № 4. - с. 15-20.
7. Zhadnov, V. Methods and means of the estimation of indicators of reliability of mechanical
and electromechanical elements of devices and systems. / V. Zhadnov. // Reliability: Theory &
Applications. - 2011. - Vol. 2, No 4. - р. 94-102.
