CC BY
22<Тешетневс^ие чтения. 2016
УДК 629.78
О РЕЗУЛЬТАТАХ ПРОВЕДЕНИЯ АНАЛИЗА НАДЕЖНОСТИ МЕХАНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ РАСКРЫТИЯ ПАНЕЛЕЙ СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ МКА НТ-100
И. А. Горн1, Н. Ю. Иванцов1, В. В. Скрябин1, Ю. П. Похабов2
1 Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
2ОАО «НПО ПМ МКБ» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 55а E-mail: [email protected], [email protected]
Рассматриваются результаты анализа надежности механических устройств раскрытия панелей солнечных батарей (замков зачековки, шарнирных узлов и подкосов) малого космического аппарата НТ-100 с применением методов конструкторско-технологического анализа надежности. Показана эффективность проведения такого анализа при создании малых космических аппаратов для коммерческой реализации в сжатые сроки.
Ключевые слова: надежность, конструкторско-технологически анализ надежности, малые космические аппараты.
THE RESULTS OF THE RELIABILITY ANALYSIS OF SOLAR PANELFOLDING DEVICES FOR SMALL SPACECRAFT NT-100
I. А. Gorn1, N. Y. Ivantsov1, V. V. Skryabin1, Y. P. Pokhabov2
1Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation 2JSC "NPO PM Small Design Bureau" 55а, Lenin Street, Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: [email protected], [email protected]
This paper reviews the results of reliability analysis of mechanical folding devises (such as holding locks, articulated joints and struts) of solar panels for NT-100 small spacecraft using the methods of design and technology reliability analysis. This work shows the efficiency of such analysis during the development of small spacecrafts for commercial purposes in short time.
Keywords: reliability, design and technology reliability analysis, small spacecrafts
Увеличение энергопотребления малых космических аппаратов (МКА) приводит к необходимости размещать фотоэлектрические преобразователи солнечных батарей (СБ) на раскрывающихся панелях. На активном участке полёта такие панели компактно уложены и закреплены вдоль корпуса МКА, а после отделения от шасси ракеты должны быть с гарантией раскрыты в рабочее положение.
Механические устройства раскрытия (МУР) панелей СБ включают замки зачековки, шарнирные узлы и самораскрывающиеся подкосы. Замки зачековки удерживают панели от раскрытия в стартовом положении и защищают их от разрушения при полётных нагрузках, а также осуществляют освобождение панелей для раскрытия по команде из бортового комплекса управления. Шарнирные узлы обеспечивают поворот панелей на заданный угол раскрытия за счет энергии пружин. Подкосы повышают жесткость панелей и обеспечивают безлюфтовость шарниров в рабочем положении.
Нераскрытие панелей СБ способно привести к частичной или полной потере функций МКА еще до начала его работы, а потому требует повышенного
внимания к вопросам обеспечения надежности МУР на всех этапах жизненного цикла. Особое внимание требуется уделять надежности на этапе разработки проектной и рабочей конструкторской документации (КД), поскольку ошибки конструирования могут привести к существенному удорожанию МКА на стадиях производства и эксплуатации.
Поскольку разработка и создание МКА осуществляется на коммерческой основе, то естественный дефицит денежных средств требует проведения оптимизации объемов наземной экспериментальной отработки. В этих условиях резко возрастает роль качества проведения анализов и расчетно-экспериментальных работ, включая виртуальные эксперименты с симуля-крами для прогнозирования поведения реальных конструкций в заданных условиях.
Для анализа МУР панелей СБ МКА НТ-100 был использован метод конструкторско-технологического обеспечения (КТАН) [1-3]. Сами анализы проводились студентами СибГАУ на основании меморандума, подписантами которого выступили СибГАУ, АО «ИСС», ОАО «НПО ПМ МКБ» и ООО «НПЦ «МКА».
Малые космические аппараты: производство, эксплуатация и управление
КТАН позволяет производить параметризацию (оцифровку) конструкции, т. е. преобразовывать графические изображения и требования чертежей в вектор-столбец параметров, характеризующих работоспособное состояние МУР. Для оцифровки используются: функциональный анализ, анализ худшего случая и метод парирования причин отказов, в результате применения которых выявляются свойства критичных элементов (КЭ) конструкций МУР, способные исключить возникновение причин отказов в заданных условиях и режимах эксплуатации. Выявленные свойства количественно определяются показателями и параметрами, определяющими работоспособность КЭ. Их число для любой конструкции всегда конечно, и для МУР НТ-100 оно оказалось равным 15. Таким образом, надежность МУР оценивалась по 15 параметрам и показателям, включающим прочность, функционирование, тепловые эффекты, конструктивные факторы [4-5].
Полученный вектор-столбец параметров фактически является списком параметров чек-листа, подлежащих расчетно-экспериментальному обоснованию и служащих основой формирования требований КД, выполнение которых обеспечивает безусловное исполнение функций МУР. Обоснование параметров и показателей производится путем проведения тех или иных расчетов, подтверждающих заданную стабильность изменения их значений.
Требования в КД устанавливаются так, чтобы значения параметров и показателей в заданных условиях и режимах эксплуатации находились в требуемом диапазоне.
Результаты анализа надежности МУР МКА НТ-100 выявили недостаточный объем проведенных расчетов на динамику, прочность, надежность и размерные цепи, что с учетом коммерческого осуществления проекта является недопустимым.
КТАН показал, что без проведения процедуры оцифровки конструирование МУР приводит к необоснованному числу конструкторских ошибок, вызванных ускоренным выполнением конструкторских работ (фактически нарушением требований ГОСТ 2.103), игнорированием правил конструирования, «замыленностью» взгляда конструктора и проч. В числе грубых нарушений правил конструирования МУР были выявлены: отсутствие разделительных сред между сжатыми деталями из титанового сплава, подлежащих разъединению в вакууме, отсутствие толкателей для начального страгивания поворотных конструкций, невыполнение требований по запасам движущих моментов приводов и т. д.
В результате проведения КТАН выявлено, что заданные требования по безотказности МУР на уровне 0,9995 не выполнены. Для выполнения заданного требования надёжности были даны конкретные рекомендации конструкторам по проведению дополнительных расчетов и экспериментов для подтверждения параметров работоспособности конструкции, установлению требования в КД к надежности, устранению
ошибок, выявленных в результате анализа, и разработке технологической документации.
Выполнение рекомендаций позволит не только выполнить заданное требование к надежности МУР, но и устранить недостатки и ошибки конструирования еще до начала производственной стадии создания МКА, что согласно правилу десятикратных затрат позволит существенно сэкономить денежные средства на исправление конструкторских недоработок, сократив при этом непроизводительные временные издержки.
Библиографические ссылки
1. Похабов Ю. П. Обеспечение надежности крупногабаритных трансформируемых механических систем // Решетневские чтения : материалы XVIII Меж-дунар. науч. конф. (11-14 ноября 2014, г. Красноярск) : в 3 ч. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; Сиб. гос. аэро-космич. ун-т. Красноярск, 2014. Ч. 1. С. 95-97.
2. Похабов Ю. П., Ушаков И. А. О безаварийности функционирования уникальных высокоответственных систем // Методы менеджмента качества. 2014. № 11. С. 50-56.
3. Похабов Ю. П. О методе конструкторско-технологического анализа надежности // Решетнев-ские чтения : материалы XIX Междунар. науч. конф. (10-14 ноября 2015, г. Красноярск) : в 2 ч. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2015. Ч. 1. С. 126-128.
4. Похабов Ю. П. О философическом аспекте надежности на примерах уникальных высокоответственных систем // Надежность. 2015. № 3. С. 16-27.
5. Похабов Ю. П., Ушаков И. А. О безаварийности функционирования уникальных высокоответственных систем // Методы менеджмента качества. 2014. № 11. С. 50-56.
References
1. Pokhabov Y. P. [Reliable large transformable mechanical systems] // Materialy XVIII Mezhdunar. nauch. konf. "Reshetnevskie chteniya" [Materials XVIII Intern. Scientific. Conf "Reshetnev reading"]. Krasnoyarsk, 2014. Vol. 1. P. 95-97. (In Russ.)
2. Pokhabov Y. P., Ushakov I. A. [About reliability of unique mission-critical system] // Methody menedzhmenta kachestva. 2014. № 11. P. 50-56. (In Russ.)
3. Pokhabov Y. P. [The method of design-technological analysis of reliability] // Materialy XIX Mezhdunar. nauch. konf. "Reshetnevskie chteniya" [Materials XVIII Intern. Scientific. Conf "Reshetnev reading"]. Krasnoyarsk, 2015. Vol. 1. P. 126-128. (In Russ.)
4. Pokhabov Y. P. About the philosophical aspect of reliability exemplified by unique mission-critical systems. Dependability. 2015. № 3. P. 16-27.
5. Pokhabov Y. P., Ushakov I. A. [About reliability of unique mission-critical system] // Methody menedzhmenta kachestva. 2014. № 11. P. 50-56. (In Russ.)
© Горн И. А., Иванцов Н. Ю., Скрябин В. В., Похабов Ю. П., 2016
