Повышение надежности и безопасности беспилотного летательного аппарата вертолетного типа с электрическим приводом несущего винта

методами: аналитическим, социологическим, инструментальным исследований; визуальный контроль.

Оценка качества процесса предоставления услуг одна из самых ответственных и сложных проблем. Многие из характеристик качества услуг не имеют количественной меры, с помощью которой их можно было бы выразить. Услуги характеризуются неосязаемостью предложения и потребления, сложностью их стандартизации и несохраняемостью, тем более в транспортной железнодорожной сфере.

Применительно к услуге составлен перечень показателей качества услуг, используя в основном простые критерии независимо от вида услуг:

- доступность: услугу легко получить в удобном месте, в удобное время, без излишнего ожидания ее предоставления;

- коммуникабельность: услуга выполнена на языке клиента и является точной;

- компетентность: персонал обладает требуемыми навыками и знаниями;

- обходительность: персонал приветлив, уважителен и заботлив;

- доверительность: на компанию и ее служащих можно положиться, т. к. они действительно стремятся удовлетворить любые запросы клиентов;

- надежность: услуги предоставляются аккуратно и на стабильном уровне;

- отзывчивость: служащие отзывчивы и творчески подходят к решению проблем и удовлетворению запросов клиентов;

- безопасность: предоставляемые услуги не несут с собой никакой опасности или риска и не дают повода для каких-либо сомнений;

- осязаемость: осязаемые компоненты услуги верно отражают ее качество;

- понимание (знание клиента): служащие стараются как можно лучше понять нужды клиента и каждому из них уделяют внимание.

Для оценки уровня качества рассчитывают показатели качества, отражающие результаты сравнения свойств продукции или услуг, а также их маркетинговых характеристик.

Качество процесса предоставления услуг имеет для потребителей столь же важное значение, что и качество услуг. Правильное определение методов, инструментов оценки на различных стадиях жизненного цикла делает возможным определять слабые и сильные стороны процесса, получить достоверную и надежную информацию, которая позволила бы контролировать и корректировать процесс предоставления услуг и улучшать результаты, т. е. управлять качеством.

ЛИТЕРАТУРА

1. Перевертов В.П, Андрончев И.К, Абулкасимов М.М Классификация отказов гибкого модуля обработки материалов давлением.// Надежность и качество. Труды международного симпозиума. Том 2 - Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2 016.-С.143-147.

2. Перевертов В.П. Метрология. Стандартизация. Сертификация : конспект лекций. - 2-изд., пере-раб. и доп. - Самара : СамГУПС, 2014. - 176 с.

3. Перевертов В.П. Материаловедение : конспект лекций. - Самара : СамГУПС, 2016. - 136 с.

4. Перевертов В.П. Труд руководителя на железнодорожном транспорте: конспект лекций. - Самара: СамГУПС, 2016. - 145 с.

5.Андрончев И.К.,Перевертов В.П Некоторые аспекты повышения качества подготовки специалистов на современном этапе //Надежность и качество. Труды международного симпозиума. Том 1 - Пенза: Изд-во Пенз.гос.ун-та, 2016.- С. 94-96.

УДК 620.833.4

Иванов Д.А., Коробейников И.С., Альжев А.В.

Акционерное общество «Конструкторское бюро промышленной автоматики», Саратов, Россия

ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ И БЕЗОПАСНОСТИ БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА ВЕРТОЛЕТНОГО ТИПА

С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ПРИВОДОМ НЕСУЩЕГО ВИНТА

Предложены варианты повышения надежности и безопасности беспилотных летательных аппаратов вертолетного типа за счет аварийной цепи, которая обеспечивает питание электропривода несущего винта от аккумуляторной батареи, а также вариант с системой подзарядки АКБ от электромеханического привода в режиме авторотации. Сформированы совокупности критериев для оценки вариантов повышения надежности и безопасности БПЛАВТ. Также решена задача многокритериального ранжирования приведенных вариантов повышения надежности и безопасности. Из полученных результатов следует, что наиболее оптимальным является вариант гибридной системы питания привода с аварийной цепью питания от АКБ и системой подзарядки АКБ от авторотации несущего винта

Ключевые слова:

надежность летательного аппарата, беспилотный летательный аппарат, гибридная система, многокритериальное ранжирование, критерии оценки повышения надежности

Введение. Беспилотные летательные аппараты (БПЛА) в настоящее время находят широкое применение в отраслях промышленности, военной авиации и др. Основными причинами такого распространения является компактность БПЛА и удаленность человека (например, работа в опасных для жизни человека условиях). Особую нишу среди БПЛА занимают беспилотные летательные аппараты вертолетного типа (БПЛАВТ) по причине более широкого диапазона операций, которые они могут выполнить. Наибольшее влияние на надежность и безопасность работы БПЛАВТ оказывает несущий винт и механизм, приводящий его в движение [1].

В данном случае рассмотрим гибридную схему устройства приведения в движение несущего винта БПЛАВТ.

Движение несущего винта осуществляет привод, состоящий из двух соосно расположенных электродвигателей, вращение которых направленно в противоположные стороны, и блока управления. Каждый электродвигатель передает вращение на соответствующий несущий винт. Питание подобной системы осуществляется от генератора, установленного на двигателе внутреннего сгорания (ДВС). Так же на БПЛАВТ дополнительно устанавливается аккумуляторная батарея (АКБ), которая в обычном режиме

полета аккумулирует избыточную электроэнергию, полученную в результате работы генератора, установленного на ДВС (см. рис. 1, а) и обеспечивает электроэнергией все системы БПЛАВТ. Однако в случае выхода из строя ДВС при нахождении БПЛАВТ на высоте цепь питания привода несущего винта обесточивается и, соответственно, вращение винтов останавливается. В результате бесконтрольного падения высока вероятность критического повреждения дорогостоящего оборудования, установленного на БПЛАВТ.

Варианты повышения надежности и безопасности БПЛАВТ. Одним из вариантов решения вышеуказанной задачи состоит в том, чтобы дополнительно подключить к цепи питания привода АКБ (см. рис. 1, б) для поддержки работы привода несущего винта на достаточное время для выполнения посадки БПЛАВТ. При выходе из строя ДВС АКБ подает электроэнергию на привод и поддерживает его работу максимально возможное количество времени для экстренного снижения высоты и минимизации повреждений БПЛАВТ. Из вышесказанного следует, что для решения поставленной задачи необходимо осуществить следующее:

установить датчик обратной связи (ОС) для отслеживания блоком управления привода работы ДВС;

компенсировать разницу напряжении питания на приводе и АКБ;

установить «ключ» для включения цепи питания от АКБ только в аварийном режиме.

Введение в систему датчика ОС позволит отследить отключение ДВС и включить аварийную цепь питания от АКБ.

о. а

Ь о а. ш ДВС

ш

б)

Рисунок 1 - Структурная схема а) изначальной цепи питания привода несущего винта б) предлагаемого варианта аварийной цепи питания

Электроэнергия АКБ представляет собой постоянный ток низкого напряжения (27 В), в свою очередь, питание электродвигателей привода производится от переменного тока с высоким значением напряжения (~500 В) . Следовательно, появляется необходимость введения инвертора для конвертирования постоянного тока в переменный, а также повышения напряжения до необходимого уровня.

Необходимость введения «ключа» обуславливается тем, что предлагаемая схема цепи питания обособлена от основной цепи питания (ДВС-гене-ратор-привод) и в обычном режиме работы ДВС предлагаемая цепь должна быть закрыта.

Рисунок 2 - Структурная схема варианта с использованием режима авторотации несущего винта

Другим вариантом повышения надежности и безопасности работы БПЛАВТ является использование режима авторотации несущего винта (также известного, как самовращение несущего винта) для генерации электроэнергии и ее аккумуляции на АКБ во время снижения высоты. В данном случае оба

Критерии оценки повышения надежности и безопасности БПЛАВТ

двигателя привода будут работать в режиме электрогенератора, а БУ выступать в качестве выпрямителя. Следовательно, представляется возможность использовать полученную электроэнергию для АКБ и зарядки системы

управления несущего винта (с целью более безопасного снижения высоты и выполнения несложных необходимых маневров), а также возможность повторного электрического запуска ДВС.

Структурная схема в данном случае будет иметь вид, как показано на рис. 2.

Существует несколько путей решения каждой из вышеперечисленных подзадач. Целью дальнейшего исследования является многокритериальный анализ вариантов предлагаемой схемы и выбор оптимального варианта для реализации.

Формирование совокупности критериев для оценки вариантов повышения надежности и безопасности БПЛАВТ. Рассматриваются варианты повышения надежности и безопасности БПЛАВТ, приведенные в п. 1 настоящей статьи:

Б2 - Гибридная система питания привода в изначальном виде;

Б2 - Гибридная система питания привода с аварийной цепью питания от АКБ;

Бз - Гибридная система питания привода с аварийной цепью питания от АКБ и системой подзарядки АКБ от авторотации несущего винта.

На основании анализа информации о вышеперечисленных вариантах формируем следующие основные группы критериев, по которым будет определен наиболее оптимальный для реализации вариант (табл. 1) . Для этого необходимо построить множество эффективных вариантов и расположить варианты в порядке убывания приоритета по совокупности критериев [2-8]. Другими словами, необходимо построить кортеж Парето.

Таблица 1

Векторные компоненты Наименование скалярного критерия Обозначение Ранг

Безопасность экстренной посадки при выходе из строя ДВС К1 Скорость снижения К„ 1

Продолжительность работы винтов К-,2 1

Масса БПЛАВТ Км 4

Надежность системы К2 Количество дополнительных компонентов системы 3

Возможность повторного запуска ДВС К22 2

Стоимость К3 Стоимость реализации Я» 3

Стоимость эксплуатации К32 3

Постановка задачи гипервекторного ранжирования вариантов повышения надежности и безопасности БПЛАВТ. Введём необходимые в дальнейшем обозначения [9-11]:

5 = |5И ,а = 1, П - множество вариантов повышения надежности и безопасности БПЛАВТ (систем);

С 5 - множество допустимых вариантов повышения надежности и безопасности БПЛАВТ, для которых, в зависимости от специфики системы, должны выполняться некоторые дисциплинирующие условия: неравенства, равенства, логические условия и т. п.;

KSi (SJ

Труды Международного симпозиума «Надежность и качество», 2017, том 1

к (SD

1-й скалярный критерии ]-и векторной компоненты, которая входит в многовекторную компоненту с номером е,(е = 1,Е, / = 1,г

-- min K (Sa

Sa^SD

S0

P .

e, (e = 1,E, j = 1,rs, i = 1,rej) .

ЗдесьE - число многовекторных компонент; Г -число векторных компонент в многовекторной ком-

поненте с номеромe ; r .

число скалярных кри-

териев в ]-и векторной компоненте, которая, в свою очередь, входит в многовекторную компоненту

с номер°м е ; Ке/ {$а) = \Ке/1 (5а),г = 1 Ге/1 ,

Ке (Ба) = {Ке/ (Ба),/ = ТГГе} , К(Ба) = К (Ба),е = 1Е}

- соответственно множество скалярных, векторных и многовекторных компонент, характеризующих вариант средств моделирования е S}

Решение задачи многокритериального ранжирования вариантов повышения надежности и безопасности. Значения критериев для различных типов средств моделирования приведены в табл. 2. Необходимо построить упорядоченное множество эффективных вариантов средств моделирования (кортеж Парето).

Относительные значения критериев Таблица 2

D

aeß ,i = 1 rej

} '

Ae={aej, j = 1,re} ,

A = {ae ,e = 1, E}

фициентов важности скалярных

- соответственно множество коэф-

екторных и мно-

говекторных e rej

Ъ a* = 1. Ъ

j=1 i=1

' 0 oO

компонент,

причем

I ae= 1 ,

Критерии Системы Предпочтительное значение критерия

S 1 S 2 S з

Кгг 1,0 0,5 0,5 min

К-12 0 0,7 1,0 max

1,0 1,1 1,1 min

К21 0 0,5 1,0 min

К22 0 1,0 1,0 max

1,0 1,2 1,3 min

К32 1,0 1,1 1,1 min

,= 1, j = 1,re, e = 1,E ;

P =

fa SU- sU

упорядоченное множество

эффективных систем (кортеж Парето), P С Sj

D

эле-

менты кортежа ранжированы в соответствии с решающими правилами так, что выполняется условие

. .11 . .11 . .11 . .11 1

где «?-» - знак отно-

Sk,

к,

к'

шения доминирования, kt е{1,2,...и} . Длина кортежа

равна n ; Допустим,

известны

множества решаю-

А,4, А/,5,К/ (Ба) , (а = 1,п; е = 1,Е; / = 1,те) ,

щие правила. Требуется найти кортеж Парето Р , для элементов которого справедливо

В результате сравнения выбранных систем (Б1) по критериям с учетом рангов, получаем следующее выражение:

52 < 53

Другими словами, система 53 является наиболее оптимальным вариантом повышения надежности и безопасности.

Заключение. 1. Для решения задачи повышения надежности и безопасности БПЛАВТ наиболее целесообразным является применение гибридной системы питания привода с аварийной цепью питания от АКБ и системой подзарядки АКБ от авторотации несущего винта.

2. Сформирована система критериев, позволяющая всесторонне оценить варианты улучшения надежности и безопасности БПЛАВТ. Совокупность критериев характеризуется тремя векторными компонентами и семью скалярными критериями.

ЛИТЕРАТУРА

1. Попов, А.Н. Пилотажные комплексы и навигационные системы вертолетов / А.Н. Попов, Д.П. Тете-рин, И.С. Коробейников и др. - М.: Инновационное машиностроение, 2017. 368 с.

2. Сафронов, В. В. Основы системного анализа: методы многовекторной оптимизации и многовекторного ранжирования. - Саратов: Научная книга, 2009. 329 с.

3. Тетерин, Д.П. Выбор эффективных вариантов средств моделирования элементов бортовых систем управления летательных аппаратов методами гипервекторного ранжирования / И.А. Батраева, А.Н. Попов, Д.П. Тетерин и др. // Надежность и качество: Труды Междунар. симпозиума // Под ред. Н.К. Юркова. -Пенза: Инф.-изд.ц. Пенз. ГУ, 2015. Т. 1. С. 150-154.

4. Тетерин, Д.П. Многовекторное и гипервекторное ранжирование автоматизированных систем контроля / Л.Г. Быстров, Г.С. Говоренко, В.В. Сафронов, Д.П. Тетерин // Надежность и качество: Труды Междунар. симпозиума // Под ред. Н.К. Юркова. - Пенза: Инф.-изд.ц. Пенз. ГУ, 2003. С. 292-294.

5. Тетерин, Д.П. Генерирование возможных вариантов рулевых приводов для автономных подводных аппаратов / С.В. Алилуев, В.А. Поршнев, В.В. Сафронов, Д.П. Тетерин // Надежность и качество: Труды Междунар. симпозиума // Под ред. Н.К. Юркова. - Пенза: Инф.-изд.ц. Пенз. ГУ, 2014. Т. 2. С. 193196.

6. Тетерин, Д.П. Выбор наилучшего варианта системы подготовки и пуска летательных аппаратов на основе метода гипервекторного ранжирования / В.В. Сафронов, А.А. Северов, Д.П. Тетерин // Вестник воздушно-космической обороны, № 2 (6), 2015. С. 99-104.

7. Тетерин, Д.П. Методика выбора эффективных вариантов систем десантирования на планеты солнечной системы / В.А. Поршнев, В.В. Сафронов, Д.П. Тетерин и др. // Вестник ФГУП «НПО им. С.А. Лавочкина», № 3, 2014. С. 116-124.

8. Сафронов, В. В. Гипервекторный перевод сложной системы в число лидеров / В.В. Сафронов // Информационные технологии. 2005. № 12. С. 20-25.

9. Тетерин, Д.П. Гипервекторное ранжирование вариантов систем подготовки и пуска летательных аппаратов / В.В. Сафронов, А.А. Северов, Д.П. Тетерин // Аналитические проблемы защиты и безопасности: Труды XVI Всероссийской научно-практической конференции РАРАН (3 - 6 апреля 2013 г.). Том 4. - М.: Изд-ние РАРАН, 2013. С. 344 - 353

10. Алилуев, С.В. Процедура выбора рулевого привода органов управления автономного подводного аппарата / С.В. Алилуев, А.Л. Балашов, В.А. Поршнев, Д.П. Тетерин // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2016. № 1 (2). Т. 18. С. 140-144.

11. Сафронов, В. В. Ранжирование сложных высоконадежных систем на этапах их жизненного цикла / / В.В. Сафронов, Д.П. Тетерин // Информационные технологии в проектировании и производстве, № 3, 2004 г., С. 82-88.

e=1