CC BY
63
3) Движение крена без изменения курса (ф=0).
4) Боковое движение без скольжения (р = 0). Расчеты показывают, что коэффициент -П23П14/П13 отрицателен, поэтому такое движение неустойчиво не только по отношению к углу рысканья ф, но и по отношению к углу крена у. При этом движении самолет имеет тенденцию перейти в штопор.
Самолет в боковом движении можно рассматривать как динамическую систему, входными координатами которой являются отклонения руля поворота 5п и элеронов 5Э, а выходными координатами — углы скольжения р, крена у и угловая скорость рысканья <Юу.
Р=Щр (р)5э+Шр (р)5п ; О ,y=Пlw(p)5э+П2w(p)5п; (9)
у=П1у(р)5э+Шу (р)5п, где П1р (р), Шр(р), ... - передаточные функции самолёта, полностью определяемые коэффициентами П±к
Динамические свойства самолёта оцениваются передаточной матрицей вида Щр Шр
niw П1У
П2у
(10)
Движение самолета в зависимости от его характеристик и режима полета может быть как устойчивым, так и неустойчивым. Для суждения об устойчивости бокового движения самолета следует рассмотреть характеристическое уравнение системы, которое можно получить, если приравнять нулю определитель матрицы коэффициентов дифференциальных уравнений:
Р4+С1Р3+С2Р2+С3Р+С4=0. (11)
Устойчивость самолета по отношению к парамет-
(11) . Для оценки устойчивости движения без нахождения корней уравнения можно воспользоваться критериями устойчивости, например критерием Гурвица-Раусса.
Приведем в качестве примера характеристическое уравнение с численными коэффициентами для бокового движения реактивного самолета.
Характеристическое уравнение с численными коэффициентами для бокового движения самолета:
р4 + 4р3+4,0 8р2 + 10,7 2р-1,4 4 = 0. (12)
Заметим, что для рассматриваемого режима полета последний член уравнения (12) является отрицательным, что указывает на неустойчивость самолета.
Следовательно, характеристическое уравнение бокового движения имеет два вещественных и два комплексных сопряженных корня.
Движение самолета, соответствующее большому отрицательному корню, называется движением крена. Оно быстро затухает и не оказывает большого влияния на боковое движение самолета.
Движение, соответствующее малому вещественному корню, который в рассматриваемых примерах положителен, называется спиральным движением. При положительном малом корне движение самолета апериодически неустойчиво и самолет имеет тенденцию перейти в спираль.
Движение самолета, соответствующее паре комплексных корней, является колебательным. При этом движении самолет совершает рысканья по курсу с кренами вправо и влево. Движение этого типа иногда называют «голландским шагом». Период колебаний для разных самолетов и на разных режимах может составить от 2 до 10 сек.
рам у, ß, а'
определяется корнями уравнения
а
y
УДК 618.1
Лапшин Э.В., Коршунов Д.В., Васильев А.С.
ФГБОУ ВО «Пензенский Государственный университет», Пенза, Россия
НАДЁЖНОСТЬ СЛОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Рассматриваются вопросы обеспечения надёжности сложных человеко-машинных систем при их проектировании. Эффект резервирования достижим при использовании развитых встроенных средств автоматического контроля работоспособности сложной системы и технического обслуживания. Анализ надёжности сложных систем может потребовать применения многоуровневых моделей работоспособности и развитых методов расчета надёжностных показателей. Количество программных продуктов для расчетов надёжности и методов, реализованных в них, подтверждает применимость их при выполнения проектной оценки надёжности сложных технических систем.
Исследование сложных технических систем, т.е. совокупность функционально связанных устройств, которые выполняют решение сложных задач. Она состоит из многих составных частей. Например, летательный аппарат. Это сложная человеко-машинная система.
Человеко-машинная система должна характеризоваться безотказностью, долговечностью и ремонтопригодностью.
В основе успешного применения моделей технического обслуживания человеко-машинных систем на практике лежит объективная и оперативная информация об их надёжности, эксплуатационной технологичности и ремонтопригодности. Часть системы, которая восстанавливается в процессе эксплуатации только путём замены, будем называть элементом системы.
Эксплуатация - это совокупность взаимосвязанных по месту, времени и содержанию работ, обеспечивающих эксплуатацию объекта. Эксплуатация объекта помимо работ по техническому обслуживанию предусматривает учёт различных режимов работы, перестройку структуры системы при возникновении нарушений, организацию ремонта, модернизацию и продление ресурса объекта (системы).
Коэффициент оперативной готовности р (к, Ь) это вероятность застать элемент или систему в
исправном состоянии в произвольный момент времени Ь и проработать безотказно с момента времени Ь заданное оперативное время к.
Стационарное значение коэффициента оперативной готовности
р (х)=11шр (к, Ь). от
Совершенствуя программы эксплуатации человеко-машинных систем сталкиваемся с разработкой алгоритмов обработки статистической информации, которая накапливается средствами контроля. Полученная информация от средств контроля должна быть правильно осмысленна, обработана и давать оптимальные рекомендации инженерному персоналу по проведению аварийных или упреждающих необходимых регулировок.
Широкое применение нашли встроенные в систему элементы автоматизированного контроля, позволяющие оценить исправность оборудования. В случае отказа уведомлять работающий персонал.
Существующие устройства контроля и диагностики выполняют работы при аварийных или профилактических регулировках, ремонте и различных доработках.
В отдельных случаях автоматизированные системы контроля выдают инструкции по замене съёмных блоков в полёте или на стоянке (ангаре). Желательно чтобы системы автоконтроля были универсальными и могли с точностью до сменного элемента или блока определять место неисправности и по результатам контроля выдавать необходимые рекомендации по обслуживанию с сокращением до минимума затрат, прогнозируя возможные неисправности.
Необходимо возложить на автоматизированные системы контроля управление всем процессом работы человеко-машинными системами, прогнозируя безотказность работы всей системы до какого-то времени Ь, и, при необходимости, заменять сменные элементы или, изменяя алгоритм работы человеко-машинных систем, исключить неисправный элемент (блок), вводя резервные элементы или блоки.
Для большего доверия к автоматизированным системам контроля необходимо создавать автоматизированные системы контроля с надёжностью её работы на порядок выше, чем контролируемые системы. Система автоматизированного контроля необходимо строить с трёхкратным резервированием. Она должна сама себя контролировать и восстанавливать свою работоспособность.
Но увлекаться автоконтролем и самоконтролем также опасно, т.к. это приводит к излишкам оборудования и большим тратам времени. Нужно разрабатывать новые алгоритмы управления, которые бы позволяли восстанавливать человеко-машинные системы используя имеющиеся в резерве элементы системы. Например, перебои в том или ином блоке сложной системы могут быть устранены встроенным автоконтролем регулировкой его технических характеристик. Операции измерения контролируемых характеристик могут быть заменены операциями сравнения их с допустимыми значениями, которые выполняются схемами сравнения. А в периоды профилактики проводить более детальный контроль с помощью автономных средств контроля. Входной контроль комплектующих изделий и технологический прогон этих изделий позволяют выявить значительную часть дефектных изделий, т.е. повысить общую надёжность.
А повышение ответственности каждого участвующего в изготовлении сложных систем даёт значительный эффект (каждый исполнитель расписывается в маршрутной карте, что он гарантирует отличное исполнение своей операции и соблюдает все технологические требования).
Принятие решений осуществляется в условиях неопределенности (наличие многочисленных факторов, требующих учёта), что требует участия различных специалистов. Это проблема, для решения которой нужны специальные методы, способы, изящные решения. Важно, чтобы заказчик и разработчик при обсуждении проекта пришли к взаимному пониманию важности и полезности предстоящей работы. При этом разработчик рассмотрит как проблемы функционирования человеко-машинной системы, так и проблемы конструкции системы с точки зрения её наилучшего функционирования.
Элементы, образующие человеко-машинную систему, должны иметь высокую и, по возможности, одинаковую надёжность.
Однако на элементы конструкции сложных систем различное воздействие окружающей среды и технология изготовления различная. Поэтому в эксплуатации появляются «узкие места» - отдельные элементы отказывают более часто и важно заменить такой элемент до отказа. Подобные элементы «разрушаются» при отказе и не восстанавливаются. Принято их называть стареющими.
Функция интенсивности отказов невосстанавли-ваемых элементов
где f(t) = F' (t): F (t) - функция распределения времени безотказной работы элемента. Статическая функция X(t> определяется следующим образом. Пусть имеются данные по отказам N однотипных элементов и пусть nk - число отказов на k-м интервале [(k - 1) h, kh] длины h. Стареющие элементы обладают монотонно возрастающей функцией Л (t>, то есть Л'(t> >0.
Отказ элемента системы происходит мгновенно, а сам факт отказа становится известен оператору или фиксируется встроенным автоматическим контролем. Известно время замены отказавшего элемента системы или её блока и время замены исправным. По коэффициенту оперативной готовности p (x, t) выбирают оптимальное значение заданного ресурса стареющего элемента сложной системы.
Анализ отказов в эргатических системах при технической подготовке и в полёте позволяет определить наиболее вероятные причины:
- неисправности агрегатов и узлов [1];
- неисправности блоков сбора, преобразования, формирования команд управление;
- нарушение инструкции по контролю технического состояния и правил эксплуатации экипажем.
Основной причиной ошибок является отсутствие полной информации о состоянии систем и агрегатов эргатических систем, дефицит времени для принятия решений, недостаточная эффективность инструкций выполнения операций контроля и управления при пилотировании.
Появление преждевременных отказов при эксплуатации эргатических систем возможно определяется недостаточным объёмом испытаний, которые проводятся до приёмосдаточных испытаний и в их процессе. [1].
Известны [2] программные продукты для расчётов надёжности, реализующие тот или иной расчетный метод (АРБИТР, Risk Spectrum (Швеция), УНИВЕРСАЛ, АСОНИКА-К), и универсальные, реализующие совокупность методов
(RELEX (США), ISOGRAPH (Англия), RAMCommander (Израиль). Преимущество универсальных программных продуктов, кроме собственно их универсальности, является то обстоятельство, что анализ многоэлементных систем для его упрощения зачастую требует декомпозиции системы на подсистемы. Раздельный анализ их надёжности может требовать использования различных расчетных методов, как, впрочем, и при последующем агрегировании подсистем в систему для получения оценок надёжности системы в целом.
Для надёжностного анализа систем с применением многоуровневых моделей наиболее применимы расчетные методы на основе марковских процессов, или вероятностное моделирование. Спектр вычисляемых показателей значительно шире представленного в нормативной документации. Это дает возможность не только подтверждения заданных требований по надёжности, но и, что очень важно, расширить информационную поддержку процесса надёжностного проектирования.
Основными характеристиками контроля являются: полнота контроля и глубина контроля. Но где эта граница?
Полагаю, что для повышения надёжности необходимо широкое использование компьютерного моделирования. Оно даёт более широкий спектр фантазии.
Развитие методов и средств компьютерного моделирования всегда происходило в упрощении диалога человека с вычислительной системой, сближения языка программирования задачи к инженерному языку. Виртуальные решающие элементы представляют собой фрагменты программ выполнения соответствующих математических операций, которые написаны на языке высокого уровня с использованием методов автоматизации программирования. Трудоёмкость и время разработки модели и проведения вычислительных экспериментов в таких средах сокращаются в десятки раз по сравнению с традиционным способом. Относительная дешевизна графических сред визуального моделирования и простота их эксплуатации делают компьютерное моделирование доступным для каждого инженера и технолога.
При исследовании зависимости равных управлений от технических параметров человеко-машинной системы были рассмотрены линеаризованные уравнения продольного движения жёсткого самолёта в спокойной атмосфере в окрестности установившегося прямолинейного горизонтального полёта, пренебрегая изменением плотности воздуха при изменении высоты.
Предполагается, что тяга и отклонение руля высоты (стабилизатора) являются заданными управляющими воздействиями. Параметры исходного движения самолёта определяются из условий балансировки сил и моментов. Тогда установление зависимости областей равных оценок от технических параметров (коэффициентов уравнений движения) можно осуществить на основе декомпозиции продольного движения на фугоидное и короткоперио-дическое составляющие и определить коэффициент
затухания и собственную частоту короткопериоди-ческой составляющей с учётом влияния фугоидной составляющей.
Исходя из вышеизложенного вытекает алгоритм сертификации системы с точки зрения формирования у оператора требуемого управления, т.е. класс управления определяется по соответствующим значениям функционалов Ку и Фо и расположению их в области равных оценок.
Пилотирование можно разделить на управление «в большом» и управление «в малом». Для такого управления имеет силу линейные модели и деление движения объекта на продольное и боковое. Поэтому динамические пилотажные характеристики рассматриваются раздельно для продольного и бокового движений. Более того, главную роль в оценки устойчивости и управляемости самолёта играет короткопериодическое движение. Ввиду этого
основные оценки динамических пилотажных характеристик строятся на линейных моделях коротко-периодических продольного и бокового движений.
Переходный процесс короткопериодической составляющей продольного движения «в малом» полностью определяется расположением на комплексной плоскости характеристического уравнения. Следовательно, и управляемость самолёта на основе короткопериодической составляющей будет определятся расположением корней, что и положено в основу при разработке критериев управляемости. Вот и критерий оценки надёжности сложной системы.
В процессе эксплуатации сложного объекта накладывается большое число ограничений. Эти ограничения связаны компоновкой, механической прочностью и состоянием объекта управления, и средой эксплуатации. Область безопасной эксплуатации на различных этапах и режимах задаётся разработчиком конкретной системы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Макаров Н.Н. Системы обеспечения безопасности функционирования бортового эргатического комплекса: теория, проектирование, применение / под ред. Доктора техн. Наук В.М. Солдаткина. М: Машиностроение / Машиностроение - Полёт, 2009, 760 с.
2. Викторова В.С., Степанянц А.С. Модели и методы расчета надёжности технических систем. Изд. 2, испр. М.: Издательская группа URSS, ООО «ЛЕНАНД», 2016. - 256 с.
УДК 621.914.1 Акимов Д.А.
ЗАО «Пензенский завод точных приборов», Пенза, Россия
СОЗДАНИЕ БЛАГОПРИЯТНЫХ УСЛОВИЙ ОБРАБОТКИ ПРИ ФРЕЗЕРОВАНИИ КОНЦЕВЫМИ ФРЕЗАМИ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ
Проведен анализ факторов определяющих условия формирования режимов функционирования режущего инструмента при фрезеровании концевыми фрезами корпусных деталей. Проанализирован уровень исследований в данном направлении. Предложен механизм управления факторным пространством исходя из формирования благоприятных условий взаимодействия режущего инструмента и обрабатываемой заготовки
Ключевые слова:
ТЕХНОЛОГИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ, КОНЦЕВАЯ ФРЕЗА, МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ
Введение
Использование режущего инструмента на эффективных режимах эксплуатации является важнейшей производственной задачей. Это позволяет обеспечить высокую стойкость, обеспечение высоких качественных характеристик обрабатываемых поверхностей и повышение производительности обработки. Для реализации данной задачи необходимо использовать корректные математические модели, описывающие условия функционирования режущего инструмента в заданных условиях и средства автоматизации по обработке объема информационного потока статистических данных о процессе работы. Концевые фрезы-это наиболее востребованный инструмент, используемый на фрезерных станках при изготовлении корпусных деталей приборостроения. Рассмотрим проблемы с которыми сталкивается инженер при использовании концевых фрез для реализации технологии выборки объема материала на корпусных деталях [1,2].
1.Анализ проблем возникающих перед инженером при проектировании фрезерных операций с использованием концевых фрез.
Проектирование операционного использования концевого фрезерного инструмента при изготовлении корпусных изделий в приборостроении и машиностроении связано с решением ряда узких проблем [3,4]:
отжатия фрезы, вызывающие искривление стенки обрабатываемой заготовки;
появление вибраций в процессе обработки, которые чаще всег приводят к повышенному износу режущего инструмента и формированию на обработанной поверхности шероховатого слоя с низкими показателями качества;
неравномерность формирования сил резания в разных точках траектории, которые вызывают неравномерные деформационные колебания инструмента в разных зонах обработки и резкие скачки по нагрузки на инструмент, приводящие к умень-шнию его стойкости;
неоптимальность траекторий формообразования и режимов формообразования по критерию максимальной производительности;
низкая стойкость кромок инструмента вслед-ствии некорректно выбранных формы микро, макро, мезогеометрии и материалов инструмента и покрытий;
Для решения приведенных выше проблем, рассмотрим методики, которые можно использующиеся в промышленности.
2. Пути решения проблем, возникающих при проектировании фрезерных операций с использованием концевых фрез.
При обработке боковой поверхностью фрезы отжатия инструмента при обработке диаметром а (рис.1,а), носят нелинейный характер распределения по глубине фрезерования и длине фрезы Ь, вызванной характером эпюр распределения деформаций 1'" в направлении отжатий (рис. 1,6) . [5]
а) б)
Рисунок 1 - Отжатия концевой фрезы в процессе фрезерования боковой частью инструмента а) отображение боковых отжатий инструмента; б)Распределение эпюры боковых отжатий
Уменьшение проблемы возможно за счет:
- смещения траектории, если наклон оси не превышает поля допусков на угол и размеры при фрезеровании плоскости, это наиболее часто используемый способ, который реализуется в практической практике металлообработки;
- наклон оси инструмента при реализации пя-тикоординатной обработки и смещения траектории, исследований и практических рекомендаций по данному направлению недостаточно, вследствие малой
