Введение к работе
Актуальность темы исследования. Механические устройства
одноразового срабатывания являются составной частью раскрывающихся
конструкций, безотказность трансформирования которых непосредственно
влияет на готовность космических аппаратов выполнять свои функции. К
раскрывающимся конструкциям относятся трансформируемые
крупногабаритные космические рефлекторы, раскрываемые солнечные батареи, устройства разворота параболических антенн, поворотные штанга приборов, системы отделения космических аппаратов и пр.
Отечественная и зарубежная статистика отказов показывает, что заданный уровень безотказности трансформирования механических устройств одноразового срабатывания современных космических аппаратов в ряде случаев остается не достигнутым. Вопросы безотказности трансформирования механических устройств одноразового срабатывания наиболее актуальны для автоматических космических аппаратов. В этом случае участие человека в устранении отказов невозможно, соответственно, заданный уровень безотказности достигается исключительно качеством проектирования, конструирования и производства механических устройств.
В настоящее время залогом гарантии безотказности механических устройств одноразового срабатывания считается успешность проведения наземной экспериментальной отработки. Однако тенденции по увеличению габаритных размеров современных раскрывающихся конструкций в рабочей конфигурации, в сочетании с выполнением их целевых задач по трансформированию в резко отличных от Земли условиях космического пространства, делают технически невозможным проведение всесторонней отработки надежности механических устройств при испытаниях в наземных условиях. В связи с этим, актуальной задачей является разработка научно-методических основ обеспечения безотказности трансформирования раскрывающихся конструкций, реализующих системный подход к прогнозированию и предотвращению условий возникновения возможных причин отказов на ранних стадиях их разработки с учетом заданного уровня безотказности.
Цель диссертационной работы заключается в достижении заданного уровня безотказности трансформирования механических устройств одноразового срабатывания космических. аппаратов на основе разработки и реализации научно-методического подхода к принятию обоснованных конструкторско-технологических решений, обеспечивающих безусловное выполнение требуемых функций.
Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих основных задач:
1 Анализ причин и условий возникновения отказов механических устройств одноразового срабатывания в связи с недостатками существующих методов и концепций анализа и обеспечения надежности.
2 Анализ предпосылок обеспечения безотказности механических устройств одноразового срабатывания, основанный на установлении концептуальных
взаимосвязей терминологии надежности, факторов внешней среды и режимов эксплуатации, и вьфажении взаимодействия объекта и внешней среды через необходимые и достаточные показатели и значения параметров, характеризующие требуемые свойства и характеристики объекта.
-
Разработка методики анализа, оценки и обеспечения безотказности трансформирования механических устройств одноразового срабатывания, регламентирующей логическое обоснование и установление требований к исполнению критичных элементов, основанных на безусловном выполнении ими требуемых функций, включая алгоритмические и организационные аспекты.
-
Обоснование и разработка конструкторско-технологических решений механических устройств одноразового срабатывания исходя из безусловного выполнения критичными элементами требуемых функций.
Научная новизна и положения, выносимые на защиту:
1 Методика обеспечения безотказности трансформирования механических
устройств одноразового срабатывания космических аппаратов, базирующаяся на
идентификации критичных элементов, обосновании, установлении и
выполнении конструкторско-технологических требований к их исполнению,
направленных на безусловное осуществление ими требуемых функций,
позволяющая принимать рациональные конструкторские и технологические
решения и обеспечить заданный уровень безотказности.
2 Алгоритм обеспечения безотказности механических устройств
одноразового срабатывания космических аппаратов на базе разработанных
конструкторско-технологических методов, позволяющий предотвращать отказы
на ранних стадиях проектирования, конструирования и производства.
3 Методика анализа й оценки безотказности механических устройств
одноразового срабатывания космических аппаратов с учетом использования
методов конструкторско-технологического обеспечения надежности,
позволяющая производить оценку вероятностных показателей надежности для
изделий, изготавливаемых малыми сериями или в единичных экземплярах.
Теоретическая и практическая значимость работы состоит в том, что результаты ее использоваїшя позволяют обеспечить заданный уровень безотказности трансформирования механических устройств одноразового срабатывания на основе системного исследования условий их функционирования путем «опережающего» прогнозирования, основанного на анализе условий предупреждения возможных отказов. Это позволяет снизить вероятность конструкторских и технологических ошибок на ранних стадиях проектирования, конструирования и разработки технологий производства механических устройств одноразового срабатывания, оценить уровень их безотказности исходя из принятых конструкторско-технологических решений, и принять меры к достижению заданного уровня надежности.
Методология и методы исследования. Исследование выполнено в рамках методологии системного подхода к механическим устройствам одноразового срабатывания с использованием методов машиноведения, системного проектирования и конструирования, теории надежности, теории вероятностей и статистики, аналитических и численных методов механики деформируемого твердого тела.
Достоверность полученных результатов обеспечена применением статистических данных по отказам космических аппаратов, применением апробированных методов теории машин и механизмов, теории надежности, механики деформируемого твердого тела, системного проектирования и конструирования, и подтверждена практическим применением конструкторско-технологических решений, основанных на разработанных методах обеспечения безотказности, при проектировании космических аппаратов.
Личный вклад автора заключается в постановке и реализации цели и задач исследования, сборе и анализе статистики отказов механических устройств одноразового срабатывания космических аппаратов, разработке проекта методических указаний по проведению анализов и оценки безотказности трансформирования механических устройств одноразового срабатывания с применением разработанных методов конструкторско-технологического обеспечения, разработке и внедрении конструкторско-технологических решений по обеспечению безотказности механических устройств одноразового срабатывания, анализе и обобщении полученных результатов.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на следующих конференциях:
-IV Всероссийская конференция «Безопасность и живучесть технических систем» (Красноярск, 2012);
-IV Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием «Перспективы развития технологий переработки вторичных ресурсов в Кузбассе. Экологические, экономические и социальные аспекты» (Новокузнецк, 2012);
-XVI Международная научная конференция «Решетневские чтения» (Железногорск, 2012).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликованы 25 печатных работ, из них 4 - в журналах из перечня периодических изданий, рекомендованных ВАК для публикации материалов диссертаций, и 16 патентов Российской Федерации на изобретения.
Внедрение результатов осуществлено при проектировании и разработке механических устройств одноразового срабатывания космических аппаратов в ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнева» в виде изобретений на конструкторско-технологические решения механических устройств одноразового срабатывания.
С 1996 по 2010 годы в ОАО «Информационные спутниковые системы» было зарегистрировано 93 акта внедрения на 14 изобретений.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и двух приложений.
Общий объем диссертационной работы составляет 173 страницы, включает 37 рисунков, 10 таблиц и 135 использованных источников.
