О методе конструкторско-технологического анализа надежности

Решетнеескцие чтения. 2015

Нестационарный тепловой анализ орбитального нагрева выполнен со следующими основными допущениями:

- исследуемая система незамкнута;

- элементы конструкции взаимодействуют между собой за счет кондуктивного и лучистого теплообмена;

- использована диффузная модель для излучения;

- сетеполотно и звенья спиц смоделированы плоскими оболочечными элементами с эффективными тепловыми и оптическими характеристиками, рассчитанными с применением метода, предложенного авторами;

- лучи, проходящие сквозь полупрозрачные элементы, не меняют своего направления;

- не учитывался вклад высокочастотного излучения.

С использованием массива рассчитанных температурных полей проведен анализ температурных деформаций штанги и рефлектора в сборке и по отдельности.

Трансляция температур между оболочечными и балочными (соответственно тепловыми и структурными) моделями сетчатых структур осуществлена при помощи численного алгоритма, специально разработанного для данного типа задач.

Механический анализ проведен с упрощениями:

- материал звеньев спиц, штанги и сетеполотна считается изотропным;

- сетеполотно смоделировано оболочечными элементами без изгибной жесткости;

- шнуры и элементы сетей представлены одномерными элементами с нулевой жесткостью на сжатие.

По результатам определения температурных деформаций рефлектора проведен почасовой анализ характеристик отражающей поверхности и параболоидов наилучших приближений для данной позиции на орбите.

© Пономарев В. С., Герасимов А. В., 2015

УДК 629.78

О МЕТОДЕ КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО АНАЛИЗА НАДЕЖНОСТИ

Ю. П. Похабов

СКТБ «Наука» КНЦ СО РАН Российская Федерация, 660049, г. Красноярск, просп. Мира, 53. Е-шаП: pokhabov_yury@mail.ru

Рассматриваются вопросы применения в анализах надежности крупногабаритных трансформируемых конструкций космических аппаратов метода конструкторско-технологического анализа надежности. Обсуждаются преимущества применения конструкторско-технологического анализа надежности.

Ключевые слова: надежность, конструкторско-технологический анализ надежности, расчет, крупногабаритные трансформируемые конструкции, критичные элементы.

THE METHOD OF DESIGN-TECHNOLOGICAL ANALYSIS OF RELIABILITY

Yu. P. Pokhabov

SDTB "Nauka" KSC SB RAS 53, Mira Av., Krasnoyarsk, 660049, Russian Federation. E-mail: pokhabov_yury@mail.ru

The paper discusses the application of method for design-technological analysis of reliability while analysing reliability of large transformable design spacecraft. The research illustrates the advantages of reliability design-technological analysis.

Keywords: reliability, design-technological analysis of reliability, calculation, large transformable design, critical elements.

Общепринятые практические методы анализов по обеспечению надежности крупногабаритных трансформируемых конструкций (КТК) космических аппаратов (КА) учитывают соблюдение условий прочности в стартовом положении на участке полета в составе ракеты-носителя, а также выполнение условий

функционирования по целевому назначению, включая срабатывание, освобождение, раскрытие частей КТК и их фиксацию в рабочую конфигурацию [1].

Стандартные процедуры анализов по обеспечению надежности КТК предусматривают проведение функционального анализа (ФА), анализа (оценки) надеж-

Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов

ности функционирования (АНФ), анализа худшего случая (АХС) и анализа видов, последствий и критичности отказов (АВПКО) [2].

При проведении вышеуказанных анализов используются результаты расчетов, выполняемых согласно методикам, сложившимся в инженерной практике создания КТК:

- расчетов на прочность элементов конструкций КТК в стартовой конфигурации КА от действия квазистатических перегрузок, низкочастотной синусоидальной и случайной вибрации на активном участке полета ракеты-носителя;

- кинематических расчетов, включающих определение траекторий движения и зон раскрытия, угловых и линейных скоростей, ускорений звеньев механизма при раскрытии КТК в рабочую конфигурацию, а также времени раскрытия конструкций в целом;

- расчетов динамических нагрузок на элементы конструкции в момент фиксации звеньев КТК в рабочую конфигурацию;

- расчетов на прочность элементов конструкции при раскрытии КТК в рабочее положение от динамических нагрузок, возникающих в момент фиксации раскрывающихся конструкций в рабочую конфигурацию;

- кинетостатических расчетов для определения действующих активных сил и моментов в механизмах, а также сил сопротивления, препятствующих относительному перемещению звеньев;

- расчетов коэффициентов запаса движущих моментов (движущих сил) относительно моментов сил сопротивления (резистивных сил) при срабатывании и раскрытии КТК;

- расчетов безотказности функциональных узлов КТК по достигнутым коэффициентам запаса движущих моментов (сил) для худшего случая.

Каждый из указанных видов анализов и расчетов производится в логической взаимосвязи - результаты одних из них служат исходными данными для других.

Недостатками применяемых методов анализов является то, что возможные изъяны фактического конструктивного и технологического исполнения самих объектов во внимание не принимаются, как не учитываются в расчетах и несоответствия принятых в расчетной схеме допущений с фактическим конструкторским и технологическим исполнением объектов [3].

Разрешить указанные недостатки позволяет метод конструкторско-технологического анализа надежности (КТАН), который основан на следующих базовых принципах:

1. Надежность как свойство отношений материальных объектов в виде взаимоположений, взаимосвязей и взаимодействий является суммарным результатом проявления свойств критичных элементов (КЭ), обеспечивающих работоспособность объектов во времени.

2. Свойства КЭ, обеспечивающие работоспособность объектов, всегда могут быть обнаружены методами системного анализа, выражены через систему

показателей и параметров, и количественно определены соответствующими значениями.

3. Любые виды расчетов, сопровождающие проектные и конструкторские работы, служат для обоснования требований конструкторской документации

(КД).

4. Установленные в КД требования должны быть в обязательном порядке выполнены при изготовлении деталей и сборочных единиц, сборке, монтаже и испытаниях изделий и проконтролированы службой технического контроля на производстве.

5. Одновременное исполнение условий по обоснованию, установлению, выполнению и контролю выполнения конструкторско-технологических требований служит залогом обеспечения заданной надежности.

Проведение КТАН осуществляется последовательно:

- проводится предельно четкая квалификация возможных отказов;

- составляется максимально полное представление об условиях возникновения отказов как среды, где они возникают, существуют и развиваются;

- выявляются конкретные причины, способные непосредственно порождать отказы КЭ;

- устанавливаются свойства КЭ, обеспечивающие заданную работоспособность объекта, например, методом отрицательных суждений, в количестве достаточном, чтобы полностью характеризовать любое состояние объекта из условия недопустимости возникновения отказов;

- свойства, обеспечивающие работоспособность объекта, выражаются через соответствующие показатели или параметры, необходимые для однозначной характеризации его работоспособности и удобные для учета рассматриваемых свойств;

- обосновываются критерии установления предельных значений показателей и параметров, при которых обеспечивается работоспособность объекта;

- устанавливаются предельных значения показателей или параметров;

- устанавливаются требования в КД, обеспечивающие однозначное исполнение заданных значений показателей и параметров.

Последующие процедуры КТАН направлены на то, чтобы указанные требования КД без искажений и интерпретаций нашли отражение в технологической и эксплуатационной документации, были в точности выполнены и надлежащим образом проконтролированы техническими службами контроля.

Опыт практического применения КТАН показал полную совместимость КТАН с применяемыми методами анализа надежности, такими как ФА, АХС, АВПКО и АНФ.

Также в результате проведенных анализов выявлено, что КТАН как метод верификации требований надежности обладает рядом возможностей и преимуществ по сравнению с известными видами анализов:

1. КТАН является дополнительным видом анализа, который не подменяет существующие анализы надежности КТК, но обобщает и подытоживает их.

Решетнееские чтения. 2015

2. Применение КТАН позволяет повысить достоверность расчетов, проводимых в обеспечение надежности за счет процедур по установлению соответствия принятых при анализах и расчетах допущений с фактическим конструкторским и технологическим исполнением объектов.

3. КТАН может рассматриваться как средство планирования на системной основе проведения тех видов расчетов, которые необходимы для обеспечения заданной надежности.

4. Использование КТАН позволяет сократить финансовые затраты на изготовление КТК из-за проектных ошибок.

5. КТАН позволяет прогнозировать и превентивно предотвращать условия возникновения возможных причин отказов на ранних стадиях разработки.

6. КТАН позволяет алгоритмизировать (формализовать) процесс конструирования и тем самым снижать трудоемкость проведения конструкторских работ.

7. КТАН может служить средством обучения молодых специалистов рациональным методам конструирования с заданными свойствами надежности.

8. КТАН позволяет выявлять конструкторские и технологические факторы ненадежности анализируемых объектов, которые невозможно обнаружить никакими другими видами анализов.

9. Применение КТАН позволяет обеспечивать заданную безотказность за счет принятия конструктор-ско-технологических решений на системной основе.

10. КТАН является эффективным средством верификации надежности, поскольку при анализах объясняются не только требования надежности к конструкциям, но и причины их появления.

Библиографические ссылки

1. Надежность механических частей конструкции летательных аппаратов / А. А. Кузнецов, А. А. Золотев, В. А. Комягин, М. И. Титов. М. : Машиностроение, 1979. 144 с.

2. Механические устройства космических аппаратов. Конструктивные решения и динамические характеристики / А. К. Шатров, Л. П. Назарова, А. В. Ма-шуков ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2006. 84 с.

3. Конструкторско-технологическое обеспечение безотказности трансформирования механических устройств одноразового срабатывания космических аппаратов : дис. ... канд. техн. наук : 05.07.02 / Ю. П. Похабов. Красноярск, 2013. 173 с.

References

1. Nadezhost' mekhanicheskikh chasteii konstruktsii letatel'nykh apparatov [Reliability of mechanical parts of the aircraft structure]. Moscow, 1979. 144 p.

2. Mekhanicheskie ustroiistva kosmicheskikh apparatov. Konstruktivnye resheniya i dinamicheskie kharakteristiki [Mechanical devices spacecraft. Constructive solutions and dynamic characteristics]. Krasnoyarsk, 2006. 84 p.

3. Pokhabov Yu.P. Konstruktorsko-tekhnologicheskoe obespechenie bezhotkazhnosti transformirovaniya mekhanicheskikh ustroiistv odnorazhovogo srabatyvaniea kosmicheskikh apparatov [Design and Technology support reliability transformation of mechanical devices disposable operation of spacecraft]. Krasnoyarsk, 2013. 173 p.

© Похабов Ю. П., 2015

УДК 681.3:536.24.08

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЛЩИНЫ ПЛЕНКИ КОНДЕНСАТА В НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ТЕПЛОВЫХ ТРУБАХ

А. В. Серяков, А. А. Павлов, А. В. Орлов

ОАО «Специальное конструкторское технологическое бюро по релейной технике» Российская Федерация, 173000, г. Великий Новгород, ул. Нехинская, 55 E-mail: seryakovav@yandex.ru

Представлены результаты экспериментальных исследований толщины пленки жидкого конденсата в коротких низкотемпературных тепловых трубах в зависимости от тепловой нагрузки на испаритель. Результаты получены с помощью метода регистрации изменений электрической емкости АС емкостного датчика при изменении толщины слоя жидкого конденсата на его поверхности.

Ключевые слова: низкотемпературные тепловые трубы, емкостные датчики конденсации, толщина пленки конденсата.