книги / Расчет и подтверждение параметрической надежности РДТТ. Статистический анализ результатов испытаний

Аасимметрия распределения;

Еэксцесс распределения;

/число степеней свободы выборочного распределения;

Fi.p квантиль распределения Фишера при уровне доверительной вероятности (7-р);

руровень значимости;

tj_p квантиль распределения Стьюдента при уровне доверительной вероятности (7-р );

пчисло наблюдений;

аматематическое ожидание случайной величины;

а2 генеральная дисперсия случайной величины;

D(A), D(E) дисперсии асимметрии и эксцесса выборочного

распределения;

F(x) интегральная функция нормального распределения;

рсводный коэффициент корреляции;

Рк(х) полиномы Чебышева;

т число опытных точек при определении параметров нелинейных зависимостей;

система координат, используемая при построении симплекса;

Рдавление в камере сгорания РДТТ;

относительный расход продуктов сгорания;

G, Go,, Gi, Gj - приход продуктов сгорания от воспламенителя, и частей комбинированного заряда;

у расчетное значение термодинамической характеристики продуктов сгорания твердого топлива;

отказы, которые определяются как события, заключающиеся в нарушении работоспособности. Отказы классифицируют по источнику возникновения

[ 1 1]:

- конструктивные отказы вызываются несовершенством методик расчета, недостаточной информацией о работоспособности элементов конструкции или совокупности элементов. Например, при проектировании заряда, использующего эффект эрозионного горения топлива, на его конструкции скажется недостаточная точность прогноза скорости горения топлива при высоких скоростях газового потока, что увеличит разбросы внутрибаллистических характеристик и может уменьшить надежность двигателя;

технологические отказы вызываются недостаточным совершенством технологического процесса изготовления. Например, при одновременном нахождении, близком к предельным значениям, параметров технологического процесса и характеристик сырья, можно получить отклонение по скорости горения топлива, что приведет к отказу двигателя;

эксплуатационные отказы вызываются несоответствием условий эксплуатации установленным нормам. Например, проектирование двигателя ведется для вполне определенных температурных режимов, а при эксплуатации температура среды может отличаться от стандартных, в результате надежность двигателя меняется.

Доля конструкционных отказов обычно составляет 30%, технологических -30%, эксплуатационных - 40%.

Отказы могут классифицироваться по степени влияния на выполнение задачи, при этом под отказом понимается выход ракеты из строя, а под неисправностью - снижение параметрической надежности изделия. Например, сверхнормативный разгар сопла не приведет к отказу

двигателя, но вызовет падение давления в камере сгорания, уменьшение единичного импульса и дальности полета ракеты.

Кроме этого, отказы подразделяют по характеру их проявления. Они могут быть внезапные, например выброс давления при работе двигателя, и

постепенные, например постепенный эрозионный унос теплозащитных покрытий, который ведет к отказу двигателя из-за прогара корпуса. Надо

иметь в виду, что постепенные отказы, несмотря на длительный характер действия вызывающих их факторов, проявляются всегда внезапно.

Основные характеристики надежности безотказность,

долговечность, сохраняемость, ремонтопригодность [11].

Безотказность - это свойство двигателя сохранять работоспособность

в течение рабочего ресурса. Показателем является вероятность безотказной работы, т.е. вероятность того, что в течение рабочего ресурса отказ не возникнет.

Долговечность - это свойство двигателя сохранять работоспособность с учетом регламентных ремонтов до момента наступления износа. Показателем является средний срок службы - это математическое ожидание времени наступления предельного состояния и появления износовых отказов.

Сохраняемость - это свойство двигателя сохранять работоспособность при хранении, транспортировке и нахождении в составе летательного аппарата. Показателем является гамма-процентный срок сохраняемости, т.е. срок хранения, после которого двигатель с вероятностью у будет сохранять работоспособное состояние.

Ремонтопригодность - свойство двигателя, заключающееся в приспособленности к обнаружению причин отказов и их устранению. Показателем является вероятность восстановления двигателя в заданное время.

увероятное значение термодинамической характеристики

продуктов сгорания;

v число отброшенных факторов в уравнении регрессии;

ВВЕДЕНИЕ

Параметрическая надежность ракетных двигателей на твердом топливе (РДТТ) является одной из важнейших характеристик качества двигательной установки. Любая двигательная установка при эксплуатации может либо разрушиться (нарушение механической надежности), либо ее характеристики могут выйти за допустимые пределы, что приводит к отклонениям параметров ракеты От расчетных значений и невыполнению поставленной задачи (нарушение параметрической надежности).

В теории надежности исследуются причины нарушения работоспособности двигателя и заряда твердого топлива, изучаются закономерности возникновения отказов изделий с широким использованием вероятностных математических моделей работы РДТТ. Под надежностью понимается свойство ракетного двигателя находиться в работоспособном состоянии в течение установленного срока службы при определенных условиях его эксплуатации, технического обслуживания и ремонта [5,11].

Выводы теории надежности используются на всех этапах жизненного цикла изделия.

1. ХАРАКТЕРИСТИКИ НАДЕЖНОСТИ РДТТ

Любое изделие при эксплуатации должно выполнять свои основные функции, т.е. сохранять целостность конструкции и обеспечивать выполнение своих характеристик. Под параметрической надежностью двигателя понимается сохранение основных внутрибаллистических характеристик: давления в камере сгорания, тяги, времени работы и импульса силы двигателя. Срок службы определяет календарную продолжительность эксплуатации. При работе двигателя возникают

Кроме единичных существуют комплексные показатели. Один из них

—коэффициент готовности - вероятность того, что изделие окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени.

Обеспечение надежности двигателей летательных аппаратов является многоплановой задачей. Это объясняется тем, что двигательная установка состоит из большого количества элементов, как простых, так и сложных, работающих в особо тяжелых условиях. Все двигатели очень сильно отличаются по конструкции друг от друга, что затрудняет заимствование результатов испытаний одних изделий для оценки надежности других. Двигатель является невосстанавливаемой системой, как правило, однократного применения, что сильно усложняет поиск причин отказов. Используются двигатели в очень дорогих системах, их отказ ведет к большим потерям, поэтому требования к надежности достаточно высокие. Отработка и испытания двигателей требуют значительных материальных затрат, поэтому для оценки надежности очень трудно получить представительную выборку, т.е! достаточное количество испытаний при определенных условиях.

Конструкция двигательной установки должна иметь минимальную массу при высокой надежности. Эти требования противоречивы, что ведет к необходимости повышения информативности огневых стендовых испытаний и создания сложных методик расчета, учитывающих максимальное количество действующих факторов [5]. Решение всех этих вопросов тесно связано с экономикой, поэтому повышение надежности двигателя оправдано только до тех пор, пока нарастание затрат на отработку компенсируется ожидаемой экономией от отсутствия отказов изделия [13].

На всех этапах жизненного цикла изделия задачи, решаемые теорией надежности, различны: