Повышение надежности путем резервирования
Для повышения надежности авиационного оборудования используются методы структурного, временного, информационного, функционального и нагрузочного резервирования.
Структурное резервирование предполагает использование избыточных элементов в структуре системы для повышения ее надежности. Такими избыточными элементами могут быть дополнительные устройства, блоки, агрегаты, функциональные или другие элементы, включаемые в процессе работы автоматически или вручную, взамен отказавших, для поддержания системы в работоспособном состоянии. В отличие от временных работ операции по замене отказавшей части оборудования резервной не должны прерывать нормального функционирования всей системы.
Временное резервирование предусматривает использование избыточного рабочего времени. Источниками резерва времени при этом могут быть увеличенное по сравнению с минимально необходимым для решения поставленных задач оперативное рабочее время, запас производительности объекта, накопление выходной информации объекта в запоминающих или записывающих устройствах. Резервное время позволяет в ряде случаев обнаружить и устранить отказ в аппаратуре без нарушения нормального функционирования всей системы.
Информационное резервирование направлено на повышение надежности объекта путем использования избыточной информации. Например, в пилотажно-навигационных комплексах при решении ряда задач, в бортовую вычислительную машину подается информация одновременно от радиотехнических, инерциальных систем, барометрических высотомеров и т. д. Избыточность информации позволяет повысить также ее достоверность.
Функциональное резервированиерассчитано на повышение надежности объекта выполнять некоторые дополнительные функцииза счет возможности его элементов. Например, применение такого навигационного средства, как приводная радиостанция, совместно с авиационным радиокомпасом. Кроме решения задач навигации, можно использовать их в качестве линии связи для передачи информации на борт самолета в определенных ситуациях.
Нагрузочное резервирование используется для повышения надежности объекта за счет способности воспринимать дополнительные нагрузки. В качестве источника избыточности в этом виде резервирования служит запас мощности и электрической прочности.
Совместное применение двух или нескольких видов резервирования в одном объекте называется комплексным (смешанным) резервированием.
Повышение надежности методом структурного резервирования достигается включением в оборудование резервных элементов, которые выполняют функции основных элементов в случаеих отказа. Следовательно, повышение надежности методом резервирования основано на введении в оборудование дополнительных элементов. Надежность резервированного оборудования может быть значительно выше надежности входящих в него элементов, что является важнейшим преимуществом резервированных систем. Однако следует иметь в виду, что применение резервирования обычно приводит к усложнению системы, увеличению ее веса и габаритов.
Различают общееи раздельное (поэлементное) резервированиеавиационного оборудования. Общим называетсятакой методрезервирования, при которомрезервируется вся системав целом (рис. 5.2).
Приобщем резервировании, в случае отказаосновнойсистемы, ее функциивыполняетаналогичная ей резервная система.
Рис. 5.2. Схема общего резервирования
Раздельное (поэлементное) резервирование заключается в резервировании отдельных участков системы (рис. 5.3). При раздельном резервировании резервируемыми участками могут быть как отдельные блоки и узлы аппаратуры, так иэлементы.
Рис. 5.3. Схема резервирования отдельных участков
В некоторых типах оборудованияобщие и раздельные виды резервирования могут применяться в совокупности: резервироваться как вся система, так и ее элементы. Такое резервирование называют смешанным (рис. 5.4).
Рис. 5.4. Схема смешанного резервирования
В основу дальнейшей классификации резервируемых систем положен способ включения резерва. По способу включения резерва различают резервирование постоянное и замещением.
При постоянном резервировании резервные элементы работают в одинаковом режиме с основными. Резервированные системы данного типа проектируются таким образом, чтобы выход из строя основных элементовне приводил к существенному изменению режима работы резервных элементов.
Преимуществом постоянного метода резервирования является его простота и отсутствиедаже кратковременных перерывов вработе при возникновении отказов.Однако постоянное включение резервных элементовимеет ряд существенных недостатков, основным из них является повышенный расходресурса резервных элементов. Другой недостаток обусловлентем, что при возникновенииотказанарушается режим работырезервных элементов. Поэтому постоянное резервированиевозможно только в том случае, еслипо условиям работыдопускается параллельная работанесколькихэлементов. Рассмотрим, например, резервирование электропитания параллельным включением нескольких аккумуляторных батарей. При отказе одной из них остальные работают по-прежнему, хотя и с повышенной нагрузкой, а при коротком замыкании в одной батарее предохранитель ее отключает.
При резервировании замещением резервные элементы включаются для выполнения рабочих функций приотказе основныхэлементов системы. Замещениеосновных элементов резервными обычно осуществляетсяпри помощи переключателей и реализуется либо вручную, либо автоматически. Соответственно этому различают способы ручного и автоматического резервирования замещением (рис. 5.5).
Рис. 5.5. Классификация резервированных систем
Резервирование замещением обладает рядом преимуществ по сравнению с постоянным способом резервирования. При резервировании замещением обычно не требуется регулировка параметров резервных элементов при отказеосновных; нахождение резервных элементов в ненагруженном состоянии сохраняет ресурс и уменьшает расход электроэнергии на их питание. Преимуществом резервирования методом замещения является такжевозможность применения одного резервного элемента для резервирования нескольких однотипных элементов, что позволяет достигнуть требуемого уровня надежности при незначительном усложнении оборудования.
Недостатком резервирования замещением является необходимость применения дополнительных устройств: переключателей, системы контроля и отыскания неисправностей, что может снизить эффективность применения этого способа резервирования.
Поэтому замещение применяется при резервировании относительно крупных функциональных узлов и блоков авиационного оборудования.
В зависимости от условий работы резервных элементов до их включения, при возникновении отказа различают три режима работы резервных элементов: нагруженный, облегченный и ненагруженный.
В нагруженном режиме резервные элементы работают, как и основные, с самого начала работы системы. Ресурс их расходуетсянаравне с ресурсом основных элементов.
Облегченный режим характерен тем, что до отказа основных элементов резервные работают при меньших нагрузках. Ресурс резервных элементов (до их включения вместо отказавших) расходуется незначительно, а в условиях рабочего режима резервные элементы включаются только при отказе основных.
Ненагруженный резерв характерен тем, что условия работы резервных элементов настолько облегчены по сравнению с условиями работы основных, что можно пренебречь расходом ресурса резервных элементов до момента включения их вместо отказавших.
