Исследование влияния ВВФ на надёжность вертолётной системы связи Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Жаднов В.В., Гаршин А.А. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВВФ НА НАДЁЖНОСТЬ ВЕРТОЛЁТНОЙ СИСТЕМЫ СВЯЗИ

Авионика современных вертолетов включает в себя ряд радиоэлектронных систем, таких как системы навигации, пилотирования, наведения и управления вооружением, связи и др. Современная тенденция развития бортовой вертолетной радиоэлектронной аппаратуры (ВРЭА) характеризуется увеличением числа выполняемых ей функций при одновременном ужесточении требований по надёжности, что ведет к усложнению схем и конструкций.

Большое количество навигационной, связной, контрольной и др. видов ВРЭА, высокие скорости и особенности эксплуатации вертолётов обуславливают повышенные требования к конструкции и компоновке электронных модулей и блоков. Поэтому, основными требованиями, предъявляемыми при проектировании ВРЭА, являются требования по снижению массогабаритных характеристик и энергопотребления, по обеспечению работоспособности в условиях повышенного уровня вибраций, ударов и т.д., что, в конечном итоге, и определяет повышенные требования по надёжности.

Анализ причин отказов ВРЭА показывает, что значительное влияние на её эксплуатационную надежность оказывают внешние воздействующие факторы (ВВФ). Так, например, при увеличении температуры окружающей среды с 60 до 80 0С средняя наработки может снизиться более чем в 2 раза. Однако кроме температуры на ВРЭА действуют и другие факторы, перечень которых, согласно ГОСТ РВ 20.39.304 [1],

приведён в табл. 1.

Таблица 1. Перечень внешних воздействующих факторов

№ Воздействия Наименование фактора

1 Климатические повышенное давление воздуха или газа атмосферное пониженное давление изменение атмосферного давления пониженная температура среды повышенная температура среды повышенная влажность воздуха атмосферные конденсированные осадки пониженная влажность воздуха соляной туман солнечное излучение

2 Механические случайная широкополосная вибрация акустический шум линейное ускорение сейсмический удар механический удар одиночного действия механический удар многократного действия

3 Бактериологические плесневые грибы

4 Другие Статическая пыль динамическая пыль агрессивные среды (озон, аммиак, двуокись азота, сернистый газ, сероводород)

Кроме того, и уровни ВВФ могут существенно различаться в зависимости от места установки аппаратуры на вертолёте. На рис 1. показано условное деление вертолёта на зоны по уровням ВВФ по ГОСТ РВ 20.39.304 [1].

3-1.7 3.1.6

Рис. 2. Деление вертолёта на зоны по уровням ВВФ

Рассмотрим особенности расчёта показателей надежности ВРЭА на примере системы связи «БРИЗ», устанавливаемой на вертолеты, выпускаемые ОАО «Камов». Система состоит из бортового и наземного комплектов. Аппаратура бортового комплекта устанавливается в зонах 3.1.1 и 3.1.2 (см. рис. 2). В состав бортового комплекта аппаратуры входят два блока (приемо-передающий антенно-электронный блок АЭБ-Б и блок цифрового приема передачи ЦПП-Б).

В соответствии с классификацией ОСТ 4Г 0.012.242 [2] данный расчёт представляет собой «Расчёт

показателей надёжности РЭА по структурным схемам». Исходя из того, что критерием отказа системы связи является отказ любого её блока, то структурная схема надёжности (ССН) представляет собой «последовательную РЭА из п элементов» по классификации ОСТ 4Г 0.012.242 [2]. ССН системы связи

«БРИЗ», соответствующая заданному критерию отказа приведена на рис. 3.

Рис. 3. Схема расчета надёжности системы связи «БРИЗ»

Исходными данными для расчёта надёжности системы связи «БРИЗ» являются характеристики надёжности её составных частей (блоков). В соответствии с классификацией ОСТ 4Г 0.012.242 [2] эти характеристики определяются по методике «Расчёт показателей безотказности электронного модуля первого уровня». В соответствии с этой методикой, интенсивность отказов электрорадиоизделий (ЭРИ) для соответствующих условий эксплуатации определяются по методике Справочника «Надёжность ЭРИ» [3].

Рассмотрим этот расчёт на примере модуля ЕМБ-ШТ, который входит в состав блока ЦПП-Б (см. рис. 3).

Для непосредственного проведения расчётов применялась система АСОНИКА-К-СЧ программного комплекса АСОНИКА-К [4] . На рис. 4 приведены результаты расчёта модуля РМБ-ШТ.

Рис. 4. Система АСОНИКА-К-СЧ: Результаты расчёта модуля ЕМБ-ШТ (группа эксплуатации 3.1.1)

Как видно из рисунка 4, эксплуатационная интенсивность отказов модуля составляет 4 , 7 8 64 •Ю-5 [ч-1] .

Для оценки степени влияния ВВФ был проведен повторный расчёт модуля ЕМБ-ШТ, но для группы эксплуатации 1.1 по классификации ГОСТ РВ 20.39.304 [1], т.к. значение Кэ в этом случае равно 1

(см [3]) для всех классов ЭРИ. (Напомним, что коэффициент эксплуатации (Кэ) учитывает степень жесткости условий эксплуатации и показывает, во сколько раз интенсивность отказов ЭРИ в РЭА конкретного класса выше при всех прочих равных условиях, чем в наземной стационарной РЭА (группа 1.1).

На рис. 5 приведены результаты расчёта модуля ЕМБ-ШТ для группы эксплуатации 1.1.

Рис. 5. Система АСОНИКА-К-СЧ: Результаты расчёта модуля РБМ-ШТ (группа эксплуатации 1.1)

Как видно из рис. 5, эксплуатационная интенсивность отказов модуля в этом случае составляет

2, 5663 • 10-6 [ч-1].

Исходя из определения Кэ, найдем его значения для модуля РБМ-ТЫТ с целом:

К = (4 , 7864 • 10- 5 / 2,5663^ 10-6) = 18,65.

(1)

Таким образом, влияние ВВФ приводит к снижению средней наработки более чем в 18,5 раз.

Однако, Кэ представляет собой интегральную оценку степени влияния ВВФ на эксплуатационную надёжность модуля РБМ-ШТ, поэтому для дифференцированной оценки влияния ВВФ воспользуемся методикой, приведённой в [5].

Согласно этой методике необходимо определить уровни ВВФ в месте установки ЭРИ. Расчёты уровней климатических и механических воздействий были проведены с помощью подсистемы АСОНИКА-ТМ системы АСОНИКА [4]. Для остальных видов воздействий ЭРИ уровни были принятыми постоянными и равными значениям, приведённым в для ГОСТ РВ 20.39.304 [1] для группы 3.1.1. На рис. 6, в качестве примера,

приведены результаты расчета при воздействии акустического шума в подсистеме АСОНИКА-ТМ [4], а на рис. 7 - фрагмент выходного файла.

Рис. 6. АСОНИКА-ТМ: Результат расчета модуля РБМ-ШТ (при воздействии акустического шума)

КАРТА МЕХАНИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЭРИ (при акустическом шуме)

1 1 N 1 п/п 1 ] ОБОЗНАЧЕНИЕ ЭРИ С Т О р о Н А У С К ЧАСТОТА, [гц] О Р Е Н И Е МАКСИМАЛЬНОЕ РАСЧЕТНОЕ, сд] ЭРИ МАКСИМАЛЬНОЕ ДОПУСТИМОЕ ПО Т У, [д] КОЭФ-ЕНТ МЕХАНИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ ЭРИ, [оти=д.] 1 ПЕРЕГРУЗКА| ЭРИ, [д.] 1

1 1 2 3 4 5 б 7 8 1

1 1 С176 1 2 5 0.00 25 40.00 0. 625 1

2 С177 1 2 5 0.00 15 40.00 0. 375

3 С182 1 2 5 0.00 25 40.00 0. 625

7 С198 1 5970.00 2 40.00 0. 050

8 С199 1 5970.00 2 40.00 0. 050

26 С1 1 1720.00 16 40.00 0. 400

27 С2 1 5970.00 3 40.00 0. 075

28 С252 1 2 5 0.00 24 40.00 0. 600

29 С26 1 1720.00 18 40.00 0. 450

30 СЗ 1 1720.00 13 40.00 0. 325

35 С118 1 2 5 0.00 36 40.00 0. 900

1 36 С119 1 2 5 0.00 37 40.00 0. 925 1

Рис. 7. Фрагмент выходного файла подсистемы АСОНИКА-ТМ

Кроме того, для расчетов по методике [5] также необходимо знать распределение отказов аппаратуры, как по видам воздействий, так и по каждому из факторов. Распределение отказов по видам воздействий приведено на рис. 8.

Рис 8. Распределение отказов бортовых комплектов вертолетных систем связи по видам воздействий

при эксплуатации

В табл. 2, в качестве примера, приведено распределение отказов бортовых комплектов вертолетных систем связи по механическим факторам.

Таблица 2. Распределение отказов вертолетной аппаратуры связи по механическим факторам

Наименование фактора % отказов

случайная широкополосная вибрация 41

акустический шум 17

линейное ускорение 9

сейсмический удар 3

механический удар одиночного действия 8

механический удар многократного действия 22

Для непосредственного проведения расчётов по методике ента эксплуатации» [6] системы АСОНИКА-К-СЧ (см. рис. 9).

5] применялся модуль «Расчет коэффици-

Рис 9. Система АСОНИКА-К-СЧ: Модуль «Расчет коэффициента эксплуатации»

Полученная в результате расчета эксплуатационная интенсивность отказов модуля РБИ-1ЫТ в этом случае составила 4, 2374^ 10-6 [ч-1].

Исходя из определения Кэ найдем его значения для модуля РИБ-ШТ при дифференцированной оценки влияния ВВФ:

К = (4, 7864 • 10-5/ 4, 2374 ^ 10-6) = 11,29 (2)

Сравнение значений Кэ (см. (1) и (2)) показывает, что при дифференцированном учёте влияния ВВФ по методике [5], значение средней наработки в данном примере более чем в 1,6 раз выше, чем при использовании методик [2] и [3] .

Кроме того, модуль позволяет оценить степень влияния ВВФ на общий уровень наработки не только по видам воздействий, но по каждому фактору. На рис. 10, в качестве примера, приведено распределение составляющих Кэ модуля РИБ-ШТ по факторам климатического воздействия.

50

42

37

7

5

5

4

10

CE

<D

S

>

CL

Рис. 10. Распределение составляющих K по факторам климатического воздействия

В заключении следует отметить, что использование модуля «Расчет коэффициента эксплуатации» позволяет проводить расчёты аппаратуры, содержащей ЭРИ не только отечественного, но и иностранного производства, несмотря на то, что ни классификация аппаратуры, ни численные значения ВВФ в [3] и зарубежных справочниках (см., например, [7]) не совпадают, т.к. в этом случае значение K(пе) определяется не по вектору ВВФ, действующему на аппаратуру, а по вектору ВВФ, действующему непосредственно на ЭРИ.

Использование дифференцированной оценки влияния ВВФ в расчётах эксплуатационной интенсивности отказов ЭРИ в итоге даёт значительно меньшую погрешность, чем в случае, когда используется общепринятое допущение о том, что в аппаратуре данной группы для всех ЭРИ одного типономинала K ~ const (значения рабочих значений ВВФ в месте установки ЭК принимаются равными значениям ВВФ в месте установки аппаратуры).

Кроме того, расширение возможностей в части детального анализа влияния каждого ВВФ на надёжность как ЭРИ, так и аппаратуры в целом, позволяющих научно обосновать необходимость проведения тех или иных мероприятий, направленных на обеспечение (повышение) надёжности, несомненно, является одним из перспективных направлений дальнейшего совершенствования информационных технологий надёжностно-ориентированного проектирования аппаратуры.

1. ГОСТ РВ 20.39.304-98. КСОТТ. Аппаратура, приборы, устройства и оборудование военного назначения. Требования стойкости к внешним воздействующим факторам.

2. ОСТ 4Г 0.012.242-84. Аппаратура радиоэлектронная. Методика расчёта показателей надёжности.

3. Надежность ЭРИ: Справочник. / 22 ЦНИИИ МО РФ. - М.: МО РФ, 2006. - 641 с.

4. Шалумов, А.С. Автоматизированная система АСОНИКА для проектирования высоконадёжных радиоэлектронных средств на принципах CALS-технологий: Том 1. / А.С. Шалумов, Ю.Н. Кофанов, В.В. Жад-нов и др. // Под ред. Ю.Н. Кофанова, Н.В. Малютина, А.С. Шалумова. - М.: Энергоатомиздат, 2007. -

538 с.

5. Жаднов, В.В. Дифференцированная оценка влияния ВВФ при проектных исследованиях надёжности электронных компонентов. / В.В. Жаднов, А.А. Гаршин, И.В. Жаднов. - Электронные компоненты, № 3,

2010.

6. Жаднов, В.В. Методы и средства дифференцированной оценки влияния ВВФ при проектных исследованиях надежности электронных средств. / В.В. Жаднов, А.А. Гаршин. - Качество. Инновации. Образование, № 4, 2010. - с. 41-55.

7. MIL-HDBK-211F. Reliability prediction of electronic equipment.

ЛИТЕРАТУРА