Confirmation of the reliability of single spacecraft. Kolobov A.J., Korchagin E.N., Zhigunova N.F.

This article is considered the reliability'sconfirmation methodology of single spacecrafts during the stage of land experimental working.

В условиях действующих финансовых ограничений возникают проблемы с набором статистики для подтверждения надежности при наземной экспериментальной отработке космической техники. Особенно остро встают эти проблемы при отработке единичных космических аппаратов (ЕКА).

Оценку надежности при наземной экспериментальной отработки (НЭО) ЕКА в ФГУП «НПО им. С.А. Лавочкина» производят с использованием расчетного и расчетно-экспериментального методов.

Составные части КА можно условно разделить на следующие типы:

· радиоэлектронные приборы и устройства.

· устройства электромеханического или механического типа, имеющие подвижные соединения.

· устройства механического типа, не имеющие подвижных частей (элементы конструкции вида рам, корпусов, балок, шпангоутов, установочных узлов, элементов крепления и т.п.);

· устройства одноразового действия (например, пиротехнические).

Перечисленные устройства отличаются по своему составу, физическим принципам и условиям функционирования, принципам обеспечения и подтверждения их надежности.

Оценка надежности радиоэлектронных приборов. Подтверждение безотказности электронных изделий из-за невозможности получить достоверные статистические оценки для малых и единичных выборок производится расчетным методом с использованием моделей Справочника электрорадиоизделий (2006 г.) разработки 22 ЦНИИ МО, учитывающих тип ЭРИ, качество их изготовления и условия применения. Качественно требования безотказности подтверждаются при НЭО проведением ресурсных испытаний и технологического прогона в объеме не менее 400 час.

Оценка надежности устройств механического и электромеханического типов. К таким устройствам относятся элементы системы отделения, узлы раскрытия, агрегаты двигательной установки. Их оценка надежности производится расчетно-экспериментальным методом. Точечное значение вероятности безотказной работы (ВБР) определяется расчетным методом, а нижняя граница ВБР подтверждается экспериментальным путем с доверительной вероятностью по формуле:

,

где N – количество успешных испытаний; Р_Н – нижняя граница ВБР.

Оценка надежности конструкции. Оценка надежности элементов конструкции производится расчетно-экспериментальным методом. Уровень безотказности конструктивных элементов определяется напряженно-деформированным состоянием, определяемым величиной эксплуатационных нагрузок, и коэффициентом запаса (прочности, устойчивости и т.д. в зависимости от критерия отказа рассматриваемого элемента). В качестве критерия принимается недостижение максимальным напряжением, возникающем в конструкции, предела прочности (или пределов текучести, усталости или устойчивости).

Для оценки надежности устройств механического типа применяется принцип «нагрузка-прочность», при котором сравниваются расчетные эксплуатационные нагрузки с разрушающими нагрузками, рассматриваемыми как случайные функции. Принимается допущение, что пересечения реализаций нагрузки N(t) и несущей способности R(t) являются редкими случайными событиями, а распределение реализаций в каждом сечении t = t_j –нормальным.

При этом вероятность непересечения реализаций нагрузки N(t) и несущей способности R(t) определяются по формуле:

где Ф(х) –функция нормального распределения; m_Ri, m_Ni - математические ожидания (МО) R(t) и N(t); _Ri , _Ni - среднеквадратические отклонения (СКО) R(t) и N(t).

Традиционно принимают, что предельные отклонения расчетной и эксплуатационной нагрузок от математического ожидания равны трем СКО.

При прочностных расчетах и при контроле прочностных характеристик конструкции под эксплуатационной нагрузкой понимают максимальное значение эксплуатационной нагрузки, под расчетной нагрузкой – минимальное значение предельной (предела текучести, предела прочности, предела устойчивости, предела усталости и др.) нагрузки.

Используя коэффициенты вариации нагрузок R, N () и коэффициент запаса прочности получаем выражение для ВБР наиболее нагруженного элемента конструкции:

Экспериментальным подтверждением безотказности конструктивных элементов являются успешные прочностные испытания (ударные, вибродинамические и статические).

Представленная методика прошла апробацию с положительными результатами в ходе НЭО КА «Электро-Л» и КА «Спектр-Р».