Выводы

4. Перечень принятых сокращений

Заключение

Список литературы

• 
• Введение

Современные изделия ракетно-космической техники (РКТ) являются сложными и дорогостоящими техническими системами. Эффективность их использования во многом характеризуется качеством, которое формируется в процессе проектирования и конструирования, реализуется на этапе производства и поддерживается на этапе эксплуатации. Оценка достигнутого уровня качества осуществляется с помощью наземных испытаний, которые на всех стадиях жизненного цикла изделий РКТ, можно рассматривать, как своеобразную обратную связь в системе управления качеством изготовления.

Возможность достижения оптимального соотношения между затратами и получаемым качеством изделий РКТ во многом определяется маневренностью производственных систем, их степенью гибкости и адаптации к изменяющимся условиям.

Не секрет, что внедрение автоматизации на производстве модно, удобно и экономит огромные суммы денег. Например, в случае запуска производственного процесса после останова на предприятии, не оснащенном системами автоматизации, возникает ситуация, при которой оборудование простаивает несколько часов, так как нужно произвести вручную запуск множества автоматов, механизмов, ничего не пропустить и сделать это как можно быстрее, что очень трудно организовать без привлечения большого количества людей. Автоматика же быстро и эффективно справляется с этой задачей.

Так же быстро автоматика производит процесс аварийной остановки, если возникает отклонение от технологического процесса, такое как поломка механизмов, пожар, и т.д. В то время как вручную на это тратиться драгоценное время, происходит брак продукции (пару раз «спасенная» таким образом продукция может полностью окупить стоимость системы), выход из строя (в том числе без возможности ремонта) дорогостоящей аппаратуры.

Реагирующие нужным образом на критические ситуации анти-аварийные установки могут, как входить в состав автоматики, так и устанавливаться на предприятии отдельно.

Автоматика экономит трудовой ресурс: она значительно сокращает число людей, занятых рутинной однообразной работой, в которой легко допустить ошибку, заменяя их одним или несколькими операторами, следящими сразу за всем процессом производства. Освободившихся рабочих можно привлекать к более сложной и творческой работе, что способствует расширению производства.

Ведущийся в системе автоматизации лог (хронология работы, записанная в специальный файл) позволяет в любой момент времени отследить работу оператора, проверить соответствие норме технологии идущего процесса, вовремя заметить начинающиеся отклонения в работе.

Главный аргумент при внедрении систем автоматизации.

Автоматику имеет смысл внедрять, если у вас есть четкие цели, которых вы хотите достичь с ее помощью, например:

- коренное изменение технологии (новые технологии);

- кардинальное повышение качества продукции, точности процессов;

- глобальное снижение аварийности производства и т.д.;

Особенности и трудности внедрения автоматизации техпроцессов на производстве.

Но, кроме преимуществ, у систем автоматизации, как и у любых других сложных систем, существуют свои особенности, трудности при реализации и сопровождении.

Имеет смысл устанавливать системы автоматизации только по достижению определенного объема производства, причем для каждого предприятия этот объем нужно определять индивидуально. Не учесть этот момент означает впустую потратить деньги, которые могли бы быть вложены в увеличение этих самых объемов.

Установка систем автоматизации -- дорогой проект, нужно заранее просчитать его экономическую выгодность и выявить целесообразность.

Для каждого проекта по автоматизации производства на предприятии требуются объемные и недешевые проектно-изыскательские работы, учитывающие особенности конкретного предприятия (выбор алгоритмов, средств автоматизации, приведение технологии в соответствие автоматизации -- это совместная работа с технологом предприятия). Кроме того, такие работы и последующие согласования, уточнения занимают от трех до шести месяцев.

Внедрение систем автоматизации -- это не одномоментная работа. Оно включает в себя несколько этапов:

1. Пуско-наладочные работы;

2. Запуск;

3. Обучение персонала (и аттестация по окончанию);

4. Сопровождение;

· Гарантийное: ремонт оборудования, устранение неисправностей при работе системы.

· Модернизация автоматики. В связи с постоянным изменением технологий, так как прогресс не стоит на месте, меняются и технологические процессы, и оборудование. Работать на устаревшем (в том числе морально) оборудовании становится невыгодно, так как это значительно снижает доходы предприятия, и, если не проводить постоянную модернизацию оборудования (и, как следствие, систем автоматизации) в «фоновом» режиме, лет через десять потребуется глобальное обновление всей системы производства.

Для проведения модернизации необходимо наличие высокооплачиваемого специалиста на предприятии, к чему можно прийти тремя путями:

Путь первый - подписание договора о модернизации с фирмой, установившей на предприятии систему автоматизации. Это самый дорогой способ, особенно в случае удаленности филиала этой фирмы (плюс к расходам на саму модернизацию -- оплата командировочных).

Путь второй - привлечение к постоянной работе на предприятии необходимых обученных специалистов (которых всегда очень не хватает).

Путь третий - подписание договора с фирмой об обучении сотрудников предприятия (самый экономически выгодный способ), удобнее всего иметь на предприятии свой штат (отдел) по автоматизации.

Для получения результата, обусловленное этим требованием, а, следовательно, и снижение капиталовложений в развитие РКТ приводит к необходимости создания технологических и информационных основ обеспечения качества РКТ.

Оно возможно с использованием новых концептуальных подходов к формированию данных о материальных и информационных потоках производства в интегрированной информационной среде исследований, проектирования, испытаний и эксплуатации.

Объектом исследования квалификационной работы является автоматизированные комплексы управления технологическими процессами испытаний, каких - либо изделий, в том числе и изделий ракетно-космической техники. пневмоиспытание имитатор ракетный космический

Предметом исследования - математическая модель блока имитаторов, являющего составной частью автоматизированного комплекса испытаний.

Целью данной работы является снижение стоимости создания автоматизированного комплекса пневмоиспытаний разгонного блока (РБ) за счет исключения экспериментальных образцов составных частей, в частности блока имитаторов (БИ), путем разработки математической модели БИ.

Для достижения поставленной цели в квалификационной работе, необходимо решить следующие основные задачи:

1. Обзор основных направлений по автоматизированным комплексам пневмоиспытаний изделий ракетно-космической техники.

2. На основе основных направлений по автоматизированному комплексу пневмоиспытаний разработать математическую модель блока имитаторов, который предназначен для обеспечения испытаний, аппаратуры и программно - математического обеспечения (ПМО) АРМ КПА ПИ.

3. Провести математическое моделирование блока имитаторов на системном уровне, с целью исследования тепловых режимов. Провести анализ результатов математического моделирования.

В первой части диссертации представлен обзор основных направлений по автоматизированным комплексам пневмоиспытаний изделий ракетно-космической техники.

Во второй части представлены назначение, функции и технические требования блока имитаторов, разработана математическая модель блока имитаторов.

Третья часть включает в себя исследование тепловых режимов при помощи тепловой модели, анализ результатов математического моделирования.

Часть 1. Обзор основных направлений по автоматизированным комплексам пневмоиспытаний изделий ракетно - космической техники. Постановка задачи исследования

1.1 Разгонный блок

Одним из важнейших составной частью системы средств выведения ракеты-носителя (РН) являются разгонные блоки (РБ), называемые также межорбитальными буксирами. Разгонные блоки обеспечивают перемещение выводимых полезных грузов с орбиты на орбиту, или направление их на отлетные и межпланетные траектории.

Для этого РБ должны иметь возможность выполнять один или несколько маневров, связанных с изменением скорости полета, для чего в каждом случае предполагается включение маршевого двигателя. Между этими включениями следуют продолжительные (до нескольких часов) участки пассивного полета по переходным орбитам или траекториям.

Таким образом, любой РБ должен иметь маршевый двигатель многократного включения, а также дополнительную реактивную систему или двигательную установку, обеспечивающую ориентацию и стабилизацию движения разгонного блока с космической аппаратуры (КА), и создание условий для запуска маршевого двигателя. При этом управление работой его двигателей может осуществляться как от системы управления КА, так и от автономной системы управления самого РБ. В последнем случае, он должен иметь специальный приборный отсек для ее размещения.

Существует, семейство разгонных блоков Д -- семейство разгонных блоков (верхних ступеней), происходящих от разгонного Блока «Д» (рисунок 1) -- пятой ступени космического ракетного комплекса Н1-Л3, предназначенного для полёта на Луну советских космонавтов. Используют в качестве топлива пару жидкий кислород -- керосин, при этом допускается заправка синтином без переделки конструкции.

Рис. 1. Блок «Д»

Но требования, предъявлявшиеся к блоку «Д» в составе лунного комплекса, не вполне соответствовали тому, что было нужно для АМС и спутников связи. В результате была предпринята модификация, направленная на повышение грузоподъёмности и снижения стоимости блока Д. Модифицированный разгонный блок, названный ДМ(11С86) (Рисунок 2 а, б), имел время активного существования всего 9 часов, и количество запусков двигателя было ограничено тремя. Это позволило избавиться от теплоизоляции на баке кислорода, и части блоков системы обеспечения запуска СОЗ.

В связи с различными требованиями, предъявляемыми разнообразными полезными нагрузками, были разработаны и другие модификации -- ДМ-2(11С861), ДМ-03(11С861-03). Для работы в составе комплекса Зенит-3SL была разработана модификация ДМ-SL. Кроме керосина, блок ДМ может использовать в качестве горючего синтетический углеводород синтин, что увеличивает удельный импульс его двигателя с 358 до 361 единицы.

В программе «Морской старт» используется блок ДМ-SL (а в программе «Наземный старт» используется ДМ-SLБ).

Разгонный блок «ДМ» (11С86).

Разгонный блок "ДМ" предназначен для применения на РН "Протон-К", "Протон-М" и "Зенит-3"и может быть предложен на ракету космического назначения (РКН) «Ангара А5». При выведении КА на геостационарную орбиту РН может работать по двух - или трехимпульсной схеме. При этом в зависимости от заданной долготы стояния спутника на геостационарной орбите меняется время нахождения блока на промежуточных орбитах и соответственно общее время полета, которое может составлять от 7 до 21 часа. Во время полета разгонный блок может функционировать или полностью в автономном режиме, или управляться по радиоканалам с Земли.

Блок «ДМ» разработан и производится научно-производственным объединением (НПО) "Энергия». Эксплуатируется с РН «Протон» с 1974 года, а его прототип -- блок »Д» - с 1967 года.

Блок «ДМ» существует в двух модификациях: с аппаратурой командно-измерительного комплекса, размещаемой в приборном отсеке, и без нее, когда для решения задач управления и измерения используется аппаратура космического аппарата.

а б

Рис.2. а - конструктивно-компоновочная схема разгонного блока «ДМ»;

б - блок «ДМ» в МИКе космодрома на испытаниях

Блок «ДМ» состоит из:

* маршевого двигателя;

* двух двигательных установок стабилизации и ориентации;

* сферического бака окислителя;

* тороидального бака горючего;

* приборного отсека;

* аппаратуры командно-измерительного комплекса;

* отделяемых в полете нижнего и среднего переходников.

Модернизация разгонного блока ДМ-03 и ДМ-SL.

Целью модернизации разгонного блока ДМ-03 (11С861-03) является:

повышение его энергетических характеристик для выведения перспективных космических аппаратов (КА) на высокие орбиты.

Использование в РБ 11С861-03 решений, внедряемых на разгонном блоке типа ДМ-SL, позволит:

существенно сократить объём наземной экспериментальной обработки элементов конструкции блока;

увеличить серийность производства различных составных частей РБ с соответствующим удешевлением их производства;

повысить надёжность разгонных блоков за счёт опережающей лётной отработки их элементов в составе разгонного блока ДМ-SL и последующего совершенства на основе результатов параллельной эксплуатации РБ данного класса.

РБ 11С861-03 - современная модификация разгонных блоков типа ДМ, предназначенная для использования совместно с ракетами-носителями среднего и тяжёлого классов.

Цель новой модификации - это увеличение массы полезного груза, доставляемого на геостационарную и геопереходную орбиты. А также расширение функциональных возможностей по реализации программы полёта.

РБ 11С861-03 создан на основе технического и производственного заделов и опыта работ по РБ типа ДМ. Особенностью данной модификации является максимальная преемственность с другими модификациями РБ типа ДМ по конструкции, агрегатам, бортовым системам, что в сочетании с увеличенным запасом топлива и использованием современной, обеспечивающей повышенную точность.

Система управления позволяет решать широкий спектр задач Федеральной космической программы России при сохранении достигнутого уровня надёжности, подтверждённой статистикой более чем в 300 успешных пусков.

При модернизации РБ 11С861-03 должны быть реализованы следующие мероприятия:

* снижение конечной массы блока до 2350 кг;

* применение раздвижного соплового насадка на маршевом двигателе (МД) типа 11Д58М с целью увеличения удельного импульса до 357 единиц;

* замена герметичного приборного контейнера и фермы его крепления на ферму приборную с целью снижения массы конструкции на 150 кг.

После реализации всех перечисленных мероприятий по совершенствованию РБ масса полезного груза, выводимого на геостационарную орбиту (ГСО) с использованием РН «Протон-М», должна составлять величину не менее 3400 кг.

На рисунке 3 и 4 представлена модернизация РБ ДМ-SL и ДМ-03 (11С861-03).

Рис. 3. Этапы модернизации разгонного блока ДМ-SL

Примечание. СУ РБ -- система управления разгонного блока;

БЦВМ -- бортовая цифровая вычислительная машина;

РН -- ракета-носитель;

МД -- маршевый двигатель;

СБИ -- система бортовых измерений;

АФУ КРС -- антенно-фидерное устройство космической радиосвязи.

Рис. 4. Этапы модернизации разгонного блока ДМ-03 (11С861-03)

При наземных испытаниях Разгонного блока (РБ) используется контрольно-проверочная аппаратура пневмоиспытаний (КПА ПИ).

Контрольно-проверочная аппаратура пневмоиспытаний КН 11С861-03-242.5000-0 предназначена для проведения пневмоиспытаний пневмогидравлических систем разгонных блоков ДМ-03 (11С861-03) и ДМ-SL на контрольно-испытательной станции (КИС) завода экспериментального машиностроения (ЗЭМ).

1.2 Назначение контрольно-проверочная аппаратура пневмоиспытаний

Контрольно-проверочная аппаратура пневмоиспытаний (КПА ПИ, представлена на рисунке 5), предназначена для проведения пневмоиспытаний пневмогидравлических систем разгонных блоков 11С861-03 и ДМ-SL.

Задачи КПА ПИ при пневмоиспытаниях:

- управление электропневмоклапанами (ЭПК),

- контроль состояния контактов сигнализаторов давления (СД),

- измерение значений выходных сигналов датчиков давления (ДД).

Для проведения защитных операций КПА ПИ должна осуществлять:

- проверку цепей ЭПК и СД на разъединенность, между собой и корпусом изделия (сопротивление ? 1 Мом);

- проверку цепей ЭПК и СД на целостность (значения сопротивлений соответствуют заданным пределам);

- проверку тракта управления обтеканием обмоток ЭПК малыми токами при штатном включении аппаратуры.

Аппаратура, предназначена для эксплуатации в помещении при температуре от минус 5 до +40^оС и относительной влажности воздуха до 80%.

Она, рассчитана на непрерывную работу в течение 10 часов, с последующим отключением не менее чем на 2 часа.

Рис. 5. Контрольно-проверочная аппаратура

1.2.1 Состав контрольно - проверочной аппаратуры пневмоиспытаний

КПА ПИ состоит из:

- автоматизированного рабочего места (АРМ);

- наземной кабельной сети (НКС);

- блока имитаторов (БИ);

- технологических кабелей и заглушек;

- запасных инструментов и приборов (ЗИП).

Состав АРМ КПА ПИ соответствует АЛГВ.422451.001 и в него входят:

- источник бесперебойного питания;

- сетевой фильтр;

- ПЭВМ оператора КПА ПИ в составе системного блока, монитора и принтера;

- устройство удаления пользовательской консоли;

- монитор руководителя ПИ;

- стойка АРМ КПА ПИ (рисунок 6);

- ЗИП АРМ КПА ПИ.

Рис. 6. Стойка АРМ КПА ПИ

АРМ КПА ПИ, предназначено для работы в составе КПА ПИ при проведении пневмоиспытаний РБ типа ДМ - SL и 11С861-03 на КИС ЗЭМ и на техническом комплексе разгонного блока (ТК РБ).

Оборудование АРМ КПА ПИ должно выполнять:

1) самопроверку перед началом работ (с использованием БИ);

2) проверку цепей ЭПК и СД на целостность, разъединенность цепей электро-пневмоавтоматики объекта испытаний (ЭПА), между собой и с корпусом объекта испытания (таблица 1, 2).

3) контроль состояния электроэлементов объекта испытаний (ЭПК, СД, ДД). Управление его элементами (ЭПК) в ручном, автоматическом и смешанном режимах по заданным алгоритмам в процессе пневмоиспытаний;

4) измерение (в режиме ПИ) суммарного тока, протекающего через цепи управления ЭПК;

5) управление режимами работы АРМ КПА ПИ;

6) отображение на мнемосхеме рабочего места оператора (РМО) - КПА и РМО-ПИ текущего состояния ЭПК, ДД (заявленных в алгоритме ПИ) и контактов СД (в режимах - по каждому из трех каналов / «два из трех») в процессе ПИ;

7) формирование и регистрацию протоколов испытаний, а также их отображение и вывод на печать по запросу оператора КПА;

При совместной работе контроллера и ПЭВМ переход из режима связи при отладке в режим связи при штатной работе (защитных операций, пневмоиспытаний) и обратно, должен осуществляться в интерфейсе «оператор-ПЭВМ» (без дополнительной коммутации).

Общее количество элементов электропневмоавтоматики (ЭПА) ПГС РБ типа ДМ - SL проверяемых КПА: Блок имитаторов (БИ) выполняет функции объекта испытаний при проверках КПА ПИ.

Он содержит имитаторы: ЭПК; СД; ДД:

- ЭПК - 26 шт. (+ резерв - 14 шт.);

- СД - 19 шт. (+ резерв - 21 шт.);

- ДД - 9 шт. (+ резерв - 3 шт.); таблица 3.

Канал связи АРМ КПА ПИ, предназначен для обмена информацией и командами управления между ПЭВМ рабочего места оператора контрольно - проверочной аппаратуры (РМО-КПА) и контроллер (ЭК) стойки АРМ КПА ПИ.

А канал связи РМО-КПА с РМО-ПИ, предназначен только для обеспечения отображения состояния элементов ЭПА и значений параметров ДД бортового средства контроля параметров (БСКП мнемосхем, протоколов испытаний) на монитор ПЭВМ РМО-ПИ рабочего места руководителя ПИ.

Стойка АРМ КПА ПИ, предназначена для:

- автоматизированной перекоммутации испытуемых бортовых цепей в режимы - «Защитные операции» / «Штатная работа» (ПИ);

- формирования при циклограмме ПИ, управляющих воздействий на элементы ПГС объекта испытания («вывод») в соответствии с заданными алгоритмами;

- контроля и измерения, в соответствии с заданными алгоритмами, дискретных и аналоговых электрических величин с объекта испытания («ввод») и последующей передачи в РМО-КПА измерительной информации;

- формирования калиброванных электрических величин, используемых при измерениях в процессе проведения защитных операций (ЗО) и ПИ;

- обеспечения самопроверки КПА ПИ при взаимодействии устройств «ввода-вывода» контроллера стойки с имитаторами ЭПА (БИ) объекта испытания (проверяется ПМО;

АРМ КПА ПИ должно обеспечивать переход ЭПК ПГС, испытуемого блока в исходное (закрытое) состояние при аварийном (не штатном) отключении электропитания КПА ПИ и при достижении аварийных показаний, задействованных в алгоритме ПИ ДД.

Все проверки при защитных операциях (проверка разъединенность), должны осуществляться током величиной не более 50 мА, в том числе и при коротком замыкании (КЗ) в контролируемых цепях.

При проверке цепей ЭПА на разъединенность, между собой и с корпусом объекта испытания, измеренное сопротивление, должно осуществляться в диапазоне не менее 0,05…2 мОм.

Нормой разъединенность, считается сопротивление величиной не менее 1 мОм при t окружающей среды в диапазоне +18…30С и относительной влажности 45…80%.

При проверке цепей ЭПК и СД на целостность, измеренное сопротивление, должно осуществляться в диапазоне 1 - 80 Ом.

Погрешность измерения электрических параметров, не должна превышать 5% в диапазоне от 4 до 80 Ом от измеряемой величины и 5% от измеряемого диапазона при измерениях величин от 0 до 4 Ом, от 0,05 до 2 мОм.

Данная аппаратура, должна обеспечить одновременное непрерывное нахождение под током до 7 ЭПК объекта испытания (суммарное потребление тока по цепям управления не более 10А до 1 часа).

Также она, должна регистрировать последовательность срабатывания СД и выдачу команд на включение/ выключение ЭПК с дискретностью не более 50 мс, при условии изменения состояния ЭПА (включения/ выключения ЭПК, срабатывания СД). Вместе с этим необходимо регистрировать с частотой не менее 1 Гц изменение суммарного тока ЭПК на величину более 0,1 А.

Максимальные задержки в выдаче управляющего воздействия на ЭПК не должны превышать:

- по срабатыванию СД 0,05 сек;

- по команде оператора - 0,8 сек.

Такая аппаратура, должна опрашивать датчики бортовых средств контроля параметров (БСКП) с частотой не менее 0,5 Гц и регистрировать их показания в физических величинах в специальном протоколе с частотой - 1 раз в 30 секунд.

В процессе ПИ, должно осуществляться непрерывное подтверждение на мониторе работоспособности ПЭВМ и на мнемосхеме ПЭВМ, должна отображаться последовательность изменения состояния ЭПК и СД объекта испытания с частотой 1 Гц.

Значения выходных напряжений БП1, должны контролироваться вольтметрами, встроенными в стойку, а также периодически измеряться контроллером с регистрацией в протоколе и отображением на мониторе измеренных значений (с комментариями - «норма» / «не норма»).

Аппаратура АРМ КПА, должна запитываться переменным однофазным током с напряжением (220 22) В и частотой (50 1) Гц. Подключение к сети источника бесперебойного питания АРМ, должно осуществляться в щите электропитания пультовой посредством разъемного соединителя, через автомат защиты 10А I ном. И потребляемая мощность АРМ КПА ПИ - 2.2 кВт.

Допустимое время непрерывной работы АРМ КПА ПИ, должно составлять 10 часов, с последующим отключением не менее чем на 2 часа. Гарантийный срок эксплуатации не менее 3 лет с момента ввода в эксплуатацию.

Оборудование АРМ КПА ПИ, должно быть работоспособным при следующих условиях эксплуатации:

1) при атмосферном давлении от 680 до 800 мм. рт. ст.;

2) при температуре окружающей среды +18…30°С и относительной влажности воздуха 20…80 %.

3) аппаратура АРМ КПА ПИ должна быть устойчива к воздействию биологических факторов (грызунов, насекомых и бактерий).

Нормативное значение вероятности безотказной работы, оборудования АРМ КПА ПИ за время испытания одного изделия, составляют не менее 0,96, а время ремонта АРМ КПА ПИ не менее 5 ч.

При этом средний срок эксплуатации АРМ КПА ПИ, должен быть не менее 12 лет с момента передачи Заказчику, и с заменой комплектующих, имеющих средний срок эксплуатации менее 12 лет. Ресурс АРМ КПА ПИ, должен составлять не менее 10000 часов.

РМО АРМ, должно обеспечивать удобство работы оператора КПА и руководителя ПИ в положении сидя (таких как отсутствие бликов на экране ПЭВМ, удобное размещение коммутаторов и показывающих приборов стойки).

Оборудование АРМ КПА, должно храниться в складских помещениях в присвоенной ей таре, при температуре окружающего воздуха от плюс 8 до 25°С с суточными колебаниями температуры не более 10⁰С и относительной влажности до 80% при 20°С.

Допускаются колебания по температуре хранения в складских и производственных помещениях до 35°С или по относительной влажности до 98% (при температуре до 20°С), суммарно в течение одного года ( 6 часов в сутки и, суммарно, 1 месяца в году) за все время хранения (без конденсации влаги).

Для поддержания работоспособного состояния, необходимо проводить регламентные проверки, не реже одного раза в год.

Также с целью экспериментального подтверждения надежности, должна проводиться отработка АРМ КПА ПИ на стенде КПА ПИ.

Характеристика объектов контроля и управления это сигнализатор давления (СД), датчик давления (ДД) и электропневмоклапан (ЭПК).

Блок имитаторов выполняет функции объекта испытаний при проверках контрольно-проверочная аппаратура пневмоиспытаний, и он содержит имитаторы: ЭПК; СД; ДД.

Таблица 1

Электрические клапаны

Примечание - под управлением АРМ может находиться до 40 различных ЭПК (включая резерв)

* - в кабельной сети двигателя, в цепях питания ЭК установлен блок искрогашения.

Таблица 2

Сигнализаторы давления

Примечание - под контролем АРМ может находиться до 40 различных СД (включая резерв).

Таблица 3

Датчики давления

Примечание - под контролем АРМ может находиться до 12 (3 - ИКД, 9- ДД-КМ) ДД (включая резерв).

Контрольно-проверочная аппаратура пневмоиспытаний, является дорогим изделием в обслуживании и эксплуатации, что не очень выгодно предприятию. Для этого нам необходимо снизить стоимость КПА ПИ, за счет исключения экспериментальных образцов составных частей, в частности БИ, и создания математической модели БИ. Поэтому необходимо провести тепловое моделирование тепловых режимов блока имитатора.

Таким образом, на основании проведенного анализа проблемы исследования представляется целесообразным определить в диссертации следующие задачи:

1) разработка математической модели блока имитаторов контрольно-проверочной аппаратуры пневмоиспытаний разгонного блока ДМ.

2) проведение теплового моделирования блока имитаторов.

Часть 2. Автоматизированный комплекс КПА ПИ. Требования к блоку имитаторов. Разработка математической модели

2.1 Назначение и описание блока имитаторов. Структурная схема АРМ КПА ПИ

Блок имитаторов бортовой электроавтоматики КПА ПИ, изготовления Заводом Экспериментального Машиностроения "Ракетно-космической корпорации "Энергия" (ЗЭМ РКК «Энергия»), предназначен для обеспечения испытаний аппаратуры и программно - математического обеспечения (ПМО) АРМ КПА ПИ. И при приемо-сдаточных испытаниях (ПСИ) на заводе-изготовителе, при подготовке КПА ПИ к работе с объектом (автономные испытания) по месту эксплуатации (КИС ЗЭМ, ТК РБ, ТК РКН).

Блок имитаторов (БИ) является пассивным прибором в части ЭПК и СД, активным - в части ДД, и состоит из независимых схем имитаторов бортовых элементов электропневмоавтоматики (ЭПА) РБ типа 11С861-03 и РБ ДМ-SL (ЭПК, СД, датчиков давления БСКП).

Конструктивно БИ, представляет собой корпусной прибор размером 6U (482,6х265,8х265,8), блок имитаторов представлен на рисунке 7, устанавливаемый в стойку АРМ КПА ПИ. Схемы имитаторов, обеспечивающие электрические характеристики бортовых ЭПА, размещены на платах внутри прибора. Тепловыделения БИ - 150Вт в течение 1 часа с последующим перерывом не менее 1 часа.

На лицевой панели БИ размещены: светодиоды для сигнализации подачи напряжения на ЭПК, тумблеры для имитации состояния СД (замкнут-разомкнут), переключатели (или тумблеры) с шильдиками положений имитации относительного сопротивления ДД в процентах. Поле лицевой панели БИ разделено на три области: для ЭПК, СД и ДД.

Рис. 7. Блок имитаторов.

На задней стенке прибора размещены 10 электросоединителей типа вилка ОНЦ-БС-1-50/27-В1-1-В бРО.364.030 ТУ для связи БИ с БР АРМ КПА ПИ и два электросоединителя типа вилка ОНЦ-БС-1-50/27-В1-1-В бРО.364.030 ТУ для подключения к ПК стойки ДД, зажим малогабаритный ЗМЗ гаО.483.000 ТУ для подключения к контуру заземления.

Подключение БИ к БР и ПК стойки АРМ КПА ПИ, осуществляется с помощью кабелей из технологических комплектов (каждый - за своим РБ) состава КПА ПИ.

На рисунке 8, показана структурная схема АРМ КПА ПИ.

Рис.8. Структурная схема АРМ КПА ПИ.

Он должен, соответствовать требованиям настоящих технических условий, комплекта конструкторской документации согласно КН11С861-03-041.5100-0 и ОСТ 92-5100-2002.

Конструкция аппаратуры, должна обеспечивать надежную работу и сохранение работоспособности аппаратуры в целом, ее составных частей и комплектующих изделий при ВВФ условий эксплуатации, указанных в настоящем стандарте, а также в ТЗ и ТУ на аппаратуру.

Ее конструкция, должна быть технологичной. Номенклатура показателей технологичности должна соответствовать ГОСТ14.201. Состав электрических элементов и электрические связи между ними, должны соответствовать КН11С861-03-242.5100-0ЭЗ и ОСТ 92-5100-2002. Аппаратура, должна иметь элемент металлизации согласно ГОСТ 19005-81. Элементы металлизации, должны обеспечивать необходимый электрический контакт без дополнительной зачистки.

Нормы переходного сопротивления контакта, между двумя металлизируемыми деталями, указывают в технических требованиях (ТТ) сборочных чертежей на аппаратуру.

Значения электрического сопротивления имитаторов ЭПК в БИ, должно составлять:

- для ВПП1, ВПП2, ВПЧ1, ВПЧ2, ВПЧ3, ВЗБ, ВСО, ВЗО, ВДЧ, ВОД, 1,2,3,4,5,6 от 40,0 до 46,0 Ом;

- для ВНБ11, ВНБ12, ВНБ13, ВНБ14, ВНО11, ВНО13, ВНГ13, ВДГ11, ВГГ11, ВПГ11, ВПО11, ВУД11, ВДО11, ВПТ11, ВРП12, ВНО1, ВНО2, 7,8,9,10 от 23,0 до 28,0 Ом.

А значения электрического сопротивления имитаторов ДД:

- для ДПБ1, ДПБ2, ДБГ, ДБО, ДЗО1, ДЗО2, 1,2,3 -(3500±50) Ом;

- для ДГЧ1, ДГЧ2, ДГЧ3 -(3000±40) Ом.

Для отработки ПМО КПА ПИ в БИ вводится имитация двух значений электрического сопротивления каждого ДД - значение « >» и значение «<». Для датчиков ДЛБ1, ДЛБ2, ДБГ, ДБО, ДЗО1, ДЗО2, 1, 2, 3 значение « >» должно составлять -(1500±20)Ом, значение «<» должно находится в пределах -(1000±15)Ом. Для датчиков ДГЧ1, ДГЧ2, ДГЧ3 значение « >» должно быть -(260±3)Ом, значение «<»-(120±1,5)Ом.

Электрическое сопротивление изоляции токоведущих цепей, электрически не связанных с корпусом БИ, относительно корпуса и между любыми электрически разъединенными цепями, должно соответствовать требованиям ОСТ 92-5100-2002.

Значения электрического сопротивления изоляции электрических цепей, не связанных с корпусом аппаратуры, относительно корпуса и между любыми электрически разъединенными цепями (в зависимости от максимального значения рабочего напряжения и климатических условий), должно составлять не менее значений, приведенных в таблице 4, и указаны в ТЗ и ТУ на аппаратуру. Допускается не указывать конкретные значения, а ссылаться на требования настоящего стандарта.

Таблица 4

Нормы электрического сопротивления изоляции

Изоляция токоведущих цепей, относительно корпуса и между электрически разъединенными цепями БИ, согласно требованиям ОСТ 92-5100-2002 должна выдерживать испытательное напряжение 200В.

В техническом задании (ТЗ) и технических условиях (ТУ) на аппаратуру указывают, что электрическая изоляция цепей, должна быть электрически прочной, при определенном испытательном напряжении (в зависимости от максимального значения рабочего напряжения).

Таблица 5

Испытательные напряжения при проверках электрической прочности изоляции

Требование по электрической прочности изоляции цепей, с максимальным значением рабочего напряжения до100В (таблица 5), содержащих полупроводниковые приборы, микросхемы и низковольтные конденсаторы, предъявляют только на этапе сборки аппаратуры до установки электрорадиоизделия (ЭРИ).

Иные значения норм, электрического сопротивления и испытательного напряжения, при проверке электрической прочности изоляции, могут быть установлены в ТЗ и (или) ТУ на аппаратуру, по согласованию с представителем заказчика.

2.2 Общие сведения

Соблюдение технических требований к аппаратуре, указанных в стандартах и техническом задании (ТЗ) на разработку, должно обеспечиваться уже на стадиях разработки аппаратуры. Для оценки соответствия аппаратуры, определенным техническим требованиям, используют следующие методы:

- аналитический - проверка КД на аппаратуру в части обеспечения требований;

- расчетный, включая, использования системы автоматизированного проектирования (САПР) и математического моделирования;

- экспериментальный - испытания образцов аппаратуры, включая проверки функционирования, измерения и визуальный контроль параметров их характеристик;

- комбинированные методы.

Допускается, составление матрицы подтверждения, соответствия аппаратуры техническим требованиям, при наличии необходимого требования в ТЗ на разработку аппаратуры или системы, в которую она входит.

Для контроля качества изготовленных БИ КН11С861-03-041.5100-0 (после сборки на заводе изготовителе), устанавливаются следующие виды испытаний:

- предъявительские испытания (ПрИ);

- приемо-сдаточные испытания (ПСИ).

По окончании цикла изготовления (включая производственный контроль, проверки и испытания, предусмотренные технологическим процессом), и перед предъявлением на испытания, и приемку представителю заказчика отдела технического контроля (ОТК), проводит ПрИ готовой аппаратуры. ОТК проводит ПрИ, средствами и силами завода-изготовителя.

Для аппаратуры, разрабатываемой и изготавливаемой без контроля представителя заказчика, ПСИ и приемку проводит представитель ОТК.

Выдержавшую ПрИ аппаратуру, предъявляют представителю заказчика, для ПСИ и приемки.

Объем проводимых ПСИ и номенклатура аппаратуры, определяется перечнем обязательного предъявления, разработанным и утвержденным представителем заказчика. Представитель заказчика проводит ПСИ, средствами и силами завода-изготовителя, в присутствии представителя ОТК. Совмещение ПрИ и ПСИ (в целом или по отдельным видам испытаний и проверок), представителями ОТК и заказчика, является прерогативой представителя заказчика. Испытаниям, должны подвергаться, все изготовленные экземпляры готовой аппаратуры, и ее предъявляют поштучно.

На основании извещения о предъявлении, с приложением технологического паспорта, который подтверждает, соответствие аппаратуры требованиям НД и ее готовность к приемке, предъявляется аппаратура представителю ОТК или заказчика.

Блок имитаторов (БИ), проверяется КДИ, в объеме испытания на прочность при имитации транспортирования, согласно ОСТ 92-5100-2002. Испытания проводят, на основании заключения о допуске БИ к этим конструкторско - доводочным испытаниям (КДИ), сделанного после проведения ПрИ и ПСИ.

2.3 Требования, предъявляемые к надежности аппаратуры

Требования, необходимые для надежности аппаратуры, должны соответствовать ГОСТ В21259, ГОСТ27.003 и указываться в техническом задании (ТЗ), технических условиях (ТУ) на аппаратуру.

Они задаются в виде показателей (характеристик) безотказности, долговечности, сохраняемости и ремонтопригодности. Эти показатели могут носить, как качественный, так и количественный характер.

Одновременно с показателями надежности в ТУ на аппаратуру, устанавливают, при необходимости, критерии ее отказов и предельных состояний для различных стадий эксплуатации. А также процесс решения вопроса по состоянию (ремонта, замены, прекращения эксплуатации) аппаратуры.

Основным показателем безотказности аппаратуры, является вероятность безотказной работы. Такая вероятность безотказной работы БИ, составляет не менее 0,96 за время испытаний одного изделия (в пределах 8 смен по 10ч на один цикл эксплуатации).

В качестве других (в том числе дополнительных), показателей безотказности

могут приниматься:

- средняя наработка до отказа (или до сбоя);

- средняя наработка на отказ (или на сбой);

- вероятность отсутствия ложного срабатывания;

- вероятность отсутствия не прохождения команд;

- возможное количество отказов ЭРИ, не приводящих к потере работоспособности аппаратуры, и др.

Такие требования, по вероятности безотказной работы, задают на время, равное назначенному ресурсу или максимально возможной наработке, за один цикл применения аппаратуры в процессе эксплуатации на изделии многократного использования.

Устанавливают равнозначного значения, вероятности безотказной работы:

- среднему значению, если подтверждение требований планируют провести

расчетным методом;

- значению нижней границы при доверительной вероятности (г), не менее 0,8,

если подтверждение требований планируют провести расчетно-экспериментальным методом.

Основными характеристиками долговечности аппаратуры, являются назначенный ресурс, срок службы и кратность применения в составе изделия многократного использования.

Требования, к назначенному ресурсу в единицах времени или в количестве

циклов функционирования, срабатываний, переключений, стыковок и т.п., задают, как максимально допустимую суммарную наработку аппаратуры в период эксплуатации. Установленный ресурс БИ 10000ч (в пределах 1250 циклов эксплуатации).

Требования, к положенному сроку службы (в годах), задают, как максимально допустимую календарную продолжительность эксплуатации аппаратуры. Срок хранения БИ в хранилище или на рабочем месте 10 лет.

Кратности применения, задают, как максимально допустимое количество циклов летной эксплуатации (полетов) бортовой аппаратуры, в составе изделий или отдельных составных частей изделий многократного использования.

Также допускается, устанавливать в ТД на аппаратуру требования, к долговечности отдельно, для различных этапов или условий эксплуатации.

Установленный ресурс, задается так, чтобы остаточный ресурс составлял к началу запуска изделия (для бортовой аппаратуры изделий однократного использования) или очередного применения (для наземной аппаратуры и корабельной аппаратуры, а также бортовой аппаратуры изделий многократного использования), не менее 150 %, максимально возможной наработки при одном применении. Но при этом, максимально возможная наработка бортовой аппаратуры, при наземной эксплуатации (в том числе при меж полетной подготовке изделий многократного использования), не должна превышать 50 % всего назначенного ресурса.

Иные требования, к остаточному ресурсу, указывают по согласованию с представителем заказчика в ТЗ и ТУ на данную аппаратуру.

2.4 Конструкторско-доводочные испытания

Целями конструкторско - доводочных испытаний (КДИ) являются:

на I этапе:

1) проверка соответствия аппаратуры требованиям стандарта и ТУ на аппаратуру;

2) проверка работоспособности в предельных режимах эксплуатационных требований;

3) подтверждение назначенного ресурса;

на II этапе:

1) проверка заданных запасов работоспособности;

2) определение технического ресурса.

По окончании всех испытаний КДИ (I и II этапов) испытательное подразделение предприятия-разработчика выпускает общий отчет, который должен быть оформлен до начала летных (натурных) испытаний или летной эксплуатации изделия.

Отчет должен содержать все результаты испытаний, полную информацию о

выявленных дефектах и замечаниях, выводы о соответствии полученных

результатов целям КДИ, сведения о корректировке КД и ранее выданное заключение по первому этапу КДИ.

2.5 Испытание на вибропрочность

Испытание на вибропрочность при ПрИ и ПСИ бортовой аппаратуры

РН, РКН и КА проводят в диапазоне частот20-2000 Гц методом случайной вибрации или октавным методом. Режимы испытаний должны назначаться с учетом норм для ПрИ ПСИ, указанных в НД или в ТЗ.

При применении октавного метода, допускается устанавливать скорость изменения частоты 1окт/мин во всем диапазоне частот.

Для проведения ПрИ и ПСИ наземной и корабельной аппаратуры, а также при отсутствии ИО для ПрИ и ПСИ бортовой аппаратуры РН, РКН и КА большой массы методом случайной вибрации или октавным методом в ТУ на аппаратуру указывают метод испытания на одной фиксированной частоте (20+5) Гц и с амплитудой виброускорения (19,6±3,9) м?с-2 [(2,0±0,4) g] в течение 30 мин в одном направлении, указанном в КД, а при отсутствии этого указания - в направлении, перпендикулярном плоскости крепления аппаратуры.

После испытания проводят технический осмотр внешнего вида, затем БИ вскрывают и проводят внутренний осмотр, восстанавливают сборку после вскрытия, проводят проверки электрической схемы, электрического сопротивления, прочности изоляции и работоспособности БИ.

2.6 Разработка математической модели блока имитаторов

Для определения снижения стоимости создания автоматизированного комплекса пневмоиспытаний РБ за счет исключения экспериментальных образцов составных частей, в частности БИ, и проведения экспериментальных исследований, разрабатываем тепловую математическую модель блока имитаторов контрольно-проверочной аппаратуры пневмоиспытаний РБ и проводим тепловое моделирование платы блока имитаторов.

Моделирование блока имитаторов и платы БИ проведено в среде АСОНИКА (автоматизированная система обеспечения надежности и качества аппаратуры) с использованием подсистем АСОНИКА-Т и АСОНИКА-ТМ.

Подсистема АСОНИКА-Т предназначена для автоматизации моделирования тепловых процессов микросборок, радиаторов, плат, теплоотводящих оснований, гибридно-интегральных модулей, блоков этажерочной и кассетной конструкции, шкафов, стоек и других нетиповых (произвольных) конструкций.

Подсистема позволяет при проектировании РЭС реализовать следующие проектные задачи:

- определение средних температур блоков, печатных узлов и материалов несущих конструкций, а также воздушных объёмов внутри РЭС;

- внесение изменений в конструкцию РЭС с целью достижения приемлемых тепловых режимов;

- выбор лучшего варианта с точки зрения тепловых режимов работы конструкции из нескольких имеющихся концептуальных вариантов;

- обоснование необходимости и оценка эффективности дополнительной защиты РЭС от тепловых воздействий;

- создание при необходимости эффективной программы испытаний макетов и опытных образцов РЭС на тепловые воздействия (в задачах выбора наиболее информационных испытательных воздействий, выбора датчиков и точек их установки в наиболее теплонагруженных местах и пр.).

Подсистема, дает возможность, провести моделирование стационарных и нестационарных тепловых режимов РЭС, которые работают в воздушной среде, как при нормальном, так и при пониженном давлении, и охлаждаемых естественной или вынужденной конвекциями.

В результате моделирования, определяются средние температуры выделенных изотермических воздушных объемов, а также средние проектирования по методике «сверху - вниз». Так, если при тепловом моделировании радиоэлектронных шкафов определяются средние температуры блоков или модулей, то на следующем шаге осуществляется моделирование этих блоков или модулей. В результате получаются средние температуры печатных узлов. Далее для теплового моделирования печатных узлов уже применяется подсистема

АСОНИКА-ТМ, та подсистема, которая позволяет получить температурное поле каждого печатного узла и каждого радиоэлемента. Путём сравнения полученных значений температур радиоэлементов с предельно допустимыми значениями температур этих элементов определяются выполнение требований по температурным запасам, и таким образом выявляются перегруженные радиоэлементы.

С помощью подсистемы осуществляется моделирование стационарных и нестационарных тепловых режимов конструкций РЭС при различных условиях охлаждения путем формирования системы нелинейных алгебраических уравнений (для стационарного теплового процесса) или системы обыкновенных дифференциальных уравнений (для нестационарного теплового процесса) по заданным геометрическим и теплофизическим параметрам конструкции РЭС. Заданы также установленные в РЭС конструктивные узлы и элементы.