Конструкторско-технологическое обеспечение безотказности трансформирования механических устройств одноразового срабатывания космических аппаратов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.07.02, кандидат наук Похабов, Юрий Павлович

• Похабов, Юрий Павлович
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Похабов, Юрий Павлович

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1 Современное состояние обеспечения безотказности трансформирования механических устройств одноразового срабатывания космических аппаратов

1.1 Составная часть раскрывающихся конструкций космических аппаратов -механические устройства одноразового срабатывания, как объект для решения задач обеспечения надежности

1.2 Методы обеспечения безотказности механических устройств одноразового срабатывания

1.3 Концептуальные основы обеспечения надежности на начальных стадиях разработки механических устройств одноразового срабатывания

1.4 Выводы по первой главе

2 Анализ предпосылок создания методов конструкторско-технологического обеспечения безотказности трансформирования механических устройств одноразового срабатывания

2.1 Особенности применения термина «надежность» для решения задач обеспечения безотказности трансформирования механических устройств одноразового срабатывания

2.2 Характеристика условий и режимов эксплуатации механических устройств одноразового срабатывания

2.3 Характеристика этапов жизненного цикла механических устройств одноразового срабатывания

2.4 Характеристика факторов внешней среды, воздействующих на механические устройства одноразового срабатывания при

эксплуатации

2.5 Характеристика факторов режимов эксплуатации механических устройств одноразового срабатывания

2.6 Параметры, показатели и качественные признаки, характеризующие условия и режимы эксплуатации механических устройств одноразового срабатывания

2.7 Выводы по второй главе

3 Разработка методов конструкторско-технологического обеспечения безотказности трансформирования механических устройств одноразового срабатывания

3.1 Концептуальные предпосылки методического подхода конструкторско-технологического обеспечения безотказности механических устройств одноразового срабатывания и ее количественной оценки

3.2 Метод установления требований, обеспечивающих безотказность трансформирования механических устройств одноразового срабатывания

3.3 Метод проведения организационно-методических и организационно-технических мероприятий по подтверждению реализации конструкторско-технологических требований, обеспечивающих безотказность трансформирования механических устройств одноразового срабатывания

3.4 Разработка алгоритма проведения расчетов на конструкционную прочность для повышения их достоверности

3.5 Укрупненный алгоритм конструкторско-технологического обеспечения безотказности трансформирования механических устройств одноразового срабатывания

3.6 Выводы по третьей главе

4 Примеры практического применения методов конструкторско-технологического обеспечения безотказности трансформирования механических устройств одноразового срабатывания

4.1 Применение конструкторско-технологических методов обеспечения безотказности при определении диапазона изменений показателя запаса момента движущих сил

4.2 Применение конструкторско-технологических методов обеспечения безотказности при разработке держателя солнечных батарей со встроенным толкателем

4.3 Применение конструкторско-технологических методов обеспечения безотказности при закреплении механических устройств одноразового срабатывания в стартовой конфигурации для исключения тепловых ограничений

4.4 Применение конструкторско-технологических методов обеспечения безотказности при закреплении механических устройств одноразового срабатывания в стартовой конфигурации статически неопределимой системой связей, исключающей возникновение монтажных деформаций

4.5 Применение конструкторско-технологических методов обеспечения

безотказности при клеевом соединении деталей из материалов с разными коэффициентами линейного теплового расширения для повышения прочности в условиях знакопеременных температур

4.6 Применение конструкторско-технологических методов обеспечения безотказности при упорядочивании развертывания пакетов панелей солнечных батарей с использованием задержек раскрытия

4.7 Применение конструкторско-технологических методов обеспечения безотказности при блокировке и освобождении элементов раскрывающегося типа быстроразъемным соединением с избыточным резервированием

4.8 Применение конструкторско-технологических методов обеспечения безотказности при закреплении панелей солнечных батарей с минимальным количеством складных частей в стартовой конфигурации

4.9 Применение конструкторско-технологических методов обеспечения безотказности при закреплении панелей солнечных батарей с минимальным количеством раскрываемых средств крепления

4.10 Выводы по четвертой главе

Заключение

Обозначения и сокращения

Список использованных источников

Приложение А. Проект методических указаний «Проведение анализов и оценки безотказности трансформирования механических устройств одноразового срабатывания космических аппаратов применением методов конструкторско-технологического

обеспечения»

Приложение Б. Справка ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнева» о внедрении результатов диссертационной работ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Конструкторско-технологическое обеспечение безотказности трансформирования механических устройств одноразового срабатывания космических аппаратов»

ВВЕДЕНИЕ

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 штанги 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 выражении взаимодействия объекта и внешней среды через необходимые и достаточные показатели и значения параметров, характеризующие требуемые свойства и характеристики объекта.

3 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.

4 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 и 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 использования 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

г

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.

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОТКАЗНОСТИ ТРАНСФОРМИРОВАНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ ОДНОРАЗОВОГО СРАБАТЫВАНИЯ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

1.1 Составная часть раскрывающихся конструкций космических аппаратов -механические устройства одноразового срабатывания, как объект для решения задач обеспечения надежности

Краткая характеристика раскрывающихся конструкций. Современные методы проектирования космических аппаратов (КА) базируются на концепции компактного складывания их бортовых конструкций в стартовую конфигурацию, с последующим однократным автоматическим трансформированием КА в рабочую конфигурацию при помощи раскрывающихся конструкций (РК) (рисунки 1.1-1.3).

Рисунок 1.1 - КА «Амос-5» и «Луч-5А» разработки ОАО «ИСС» им. академика М.Ф. Решетнева» в стартовой конфигурации

Рисунок 1.2 - КА «Амос-5» в рабочей конфигурации

Рисунок 1.3 - КА «Луч-5А» в рабочей конфигурации

Необходимость и целесообразность использования такой концепции проектирования диктуется условиями доставки КА на околоземную орбиту в стесненных габаритах зоны полезного груза (ЗПГ) под головным обтекателем (ГО) ракет-носителей (РН). Использование РК позволяет значительно увеличивать возможности РН по доставке крупногабаритных КА, что наглядно показывает степень трансформации современных КА в виде соотношения линейных размеров в стартовой и в рабочей конфигурации на примере габаритных размеров платформы семейства «Экспресс-2000» (ОАО «ИСС») [1]:

-стартовая конфигурация - цилиндр диаметром 3800 мм и высотой 2168 мм; -рабочая конфигурация по трем ортогональным осям 2825x8840x26800 мм. Приведение РК в рабочую конфигурацию является предельно ответственным этапом подготовки к работе бортовых систем жизнеобеспечения КА, а успешность трансформирования РК - определяющим условием его штатной работы в течение срока активного существования (САС). Исходя из этого, при проектировании, конструировании и производстве КА вопросы обеспечения надежности РК должны решаться с максимальной тщательностью, и прежде всего это относится к безотказности их трансформирования в рабочую конфигурацию.

Обзор существующих типов РК и обоснование выбора объекта исследования. Перечень типов РК включает: трансформируемые крупногабаритные космические рефлекторы, раскрываемые солнечные батареи (СБ), устройства разворота параболических антенн и штанг приборов, устройства раскрытия створок жалюзи и радиаторов системы терморегулирования (СТР), механизмы выдвижения устройств и приборов, устройства отделения КА от РН, и пр. (рисунок 1.4).

Рисунок 1.4 - Примеры РК КА производства ОАО «ИСС» им. академика М.Ф. Решетнева» в

рабочей конфигурации

Каждый из типов РК может быть реализован разнообразными конструктивными исполнениями механизмов, зависящими от творческих способностей конструкторов и технологических возможностей производств. В таблице 1.1 систематизировано многообразие существующих конструктивных вариантов исполнения механизмов РК, исходя из специфики и особенностей их работы.

Таблица 1.1- Систематизация конструктивных вариантов исполнения механизмов РК

По наличию кинематических связей с КА в рабочей конфигурации По траектории перемещения относительно КА По принципам действия и типам исполнительных механизмов

Отделяемые Линейные Расталкиваемые

Раскрываемые Линейные Проволочные механизмы раскрытия

Трубчатые штанги

Телескопические штанги

Катушечные мачты

Поворотные Одноосевые шарниры

Жесткие рычажные механизмы

Гибкие рычажные механизмы

Поворотные звенья с синхронизацией углового вращения

Объемно-расширяемые Надувные

Указанная систематизация является условной, поскольку в каждом конкретном случае осуществления функции развертывания РК в рабочую конфигурацию невозможно предопределить эвристический алгоритм их реализации и однозначно отдать предпочтение по применению тех или иных механизмов. В то же время, конечная цель применения РК - однократное автоматическое перемещение относительно корпуса КА, и общие принципы их раскрытия в рабочую конфигурацию являются одинаковыми для всего многообразия конструкций. Это является основанием, в качестве примера постановки задач и решения вопросов надежности использовать поворотные механизмы РК, имеющие наибольшую практику применения.

Таким образом, концентрируясь на решении частной задачи по обеспечению безотказности трансформирования поворотных конструкций, в настоящей работе разрабатываются общие принципиальные подходы и методы обеспечения безотказности

трансформирования РК, применимые для любых принципов действия и особенностей работы механизмов одноразового срабатывания.

Основные направления исследований и разработок РК. В современной космической отрасли накоплен значительный опыт по проектированию, конструированию и производству РК, который отчасти формализован в серии международных стандартов, описывающих требования к системе менеджмента качества организаций и предприятий ISO 9000. Согласно ГОСТ Р ИСО 9000-2008, проектирование и разработка объектов техники осуществляется для достижения качества, как степени соответствия заданным требованиям совокупности присущих этим объектам характеристик [2].

Для научного обоснования требований и выбора характеристик РК созданы и получили развитие многочисленные методы: аналитического проектирования, системного конструирования, математического моделирования, инженерных расчетов, анализа и обеспечения надежности, экспериментальной отработки, исследования влияния факторов космического пространства (ФКП), осуществления технологий производства и пр.

Основные результаты разработки и применения указанных методов для РК изложены в работах: Авдонина А.С. [3], Баничука Н.В. [4], Гутовского И.Е. [5], Диняевой Н.С. [6], Зимина В.Н. [7], Козлова Д.И. [8], Круглова Г.Е. [9], Кузнецова А.А. [10], Кузнецова Н.П. [11], Медзмариашвили Э.В. [12], Сапего М.К. [13], Саяпина С.Н. [14], Тестоедова Н.А. [15, 16], Усманова Д.Б. [17], Федорчука С.Д. [18], Харлова Б.Н. [19], Шатрова А.К. [20, 21], Conley's P.L. [22], Lake's M.S. [23] и др.

На основе современных научных достижений в России и за рубежом ведутся интенсивные разработки следующих типов развертываемых крупногабаритных космических конструкций: трансформируемых антенн с диаметром до 22 м для спутниковой связи [24, 25, 26], складных зеркал космических орбитальных радиотелескопов диаметром до 30 м для астрофизических исследований космического пространства [12, 14], раскрывающихся панелей СБ площадью свыше 100 м для энергопитания КА [27] и т.д.

Несмотря на обширный список научно-технических трудов по РК, немногочисленные специализированные работы Кузнецова А.А., Шатрова А.К. и Conley's P.L. по надежности рассматриваемых объектов не восполняют нехватку в

f

)

методах ее обеспечения, в полной мере отвечающим тенденциям по укрупнению РК. Вопросы безотказности трансформирования РК наиболее актуальны при эксплуатации автоматических КА, когда участие человека в устранении отказов невозможно. В этом случае безотказность должна быть гарантирована качеством их проектирования, конструирования и производства.

Анализ составных частей и терминология РК. Серьезным препятствием в развитии методов обеспечения надежности РК КА являются проблемы, связанные с недостаточно разработанной терминологией в рассматриваемой предметной области.

Многообразие и разнобой терминов в научно-технической литературе, относящихся к РК, способствует потере сущности и особенностей конструктивного устройства и условий работы механизмов, отождествлению различных по назначению механизмов и конструкций. Это значительно осложняет постановку и решение одной из главных задач создания РК - обеспечение надежности в различном проявлении ее свойств: готовности, безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости.

Исходя из жизненного цикла, структуры и состава КА, термин «раскрывающаяся конструкция» является зонтичным, полностью характеризующим и охватывающим конструктивно, структурно и функционально взаимосвязанную совокупность своих составных частей (СЧ), обеспечивающих:

-складывание и удержание в стартовой конфигурации;

-трансформирование и фиксацию в рабочую конфигурацию;

-выполнение целевых задач по жизнеобеспечению бортовых систем КА в рабочей конфигурации;

-перепозиционирование своего углового положения в рабочей конфигурации.

Такое представление о РК является общим, не зависящим от характера целевых задач: приема-передачи радиосигналов, выработки электроэнергии и энергоснабжения бортовых систем КА, обеспечения терморегулирования приборов и оборудования, разделения частей КА (например, отделения КА от РН) и пр.

Зонтичный характер термина позволяет в полной мере характеризовать возможные стадии функционирования и кинематические состояния РК на протяжении жизненного цикла представленные в таблице 1.2, которые лежат в основе проектно-конструкторских решений современных КА [10, 16, 20, 21, 28].

Таблица 1.2 - Возможные состояния РК в течение жизненного цикла

№ Стадии функционирования РК Кинематические состояния РК

1 Эксплуатация в стартовой конфигурации Статичное состояние, соответствующее закреплению РК в стартовой конфигурации

2 Трансформирование в рабочую конфигурацию Динамичное состояние, соответствующее развертыванию РК из стартовой конфигурации в рабочую

3 Эксплуатация в рабочей конфигурации Статичное состояние, соответствующее закреплению РК в рабочей конфигурации

4 Перепозиционирование углового положения рабочей конфигурации Динамичное состояние, соответствующее угловому перемещению РК в рабочей конфигурации

Использование методов системного проектирования [29]. в частности принципа агрегатности [30], позволяет обеспечить функционирование РК на каждой из стадий (таблица 1.2) с помощью трех СЧ, показанных на рисунке 1.5.

МУ ОС (1 - концевое звено штанги СБ, 2 - шарнир рамы СБ, 3 - рама СБ, 4 - шарниры панели СБ, 5 - панель СБ), СКМ (ФЭП и электрокабели) и МУ МС (поворотное устройство СБ) Рисунок 1.5 — Принципиальная конструктивная схема РК на примере поворотной СБ Каждая из СЧ представляет собой совокупность сборочных единиц и деталей, объединенных общим конструктивным решением, соединенных на предприятии-изготовителе или на месте монтажа сборочными операциями, специально

разработанными и предназначенными, для выполнения определенных функций в составе РК:

1) Механизмы, устройства и конструктивные элементы, осуществляющие складывание и удерживание РК в стартовой конфигурации, а также трансформирование и фиксацию в рабочую конфигурацию.

Для обозначения данной СЧ РК существует практика применения обобщенного термина «механические устройства одноразового срабатывания» (МУ ОС) [20, 21, 31, 32], как совокупности простейших механизмов (шарниров, рычагов, звеньев, фиксаторов и пр.), устройств (пироустройств, люфтовыбирателей, толкателей и пр.) и конструктивных элементов (стержней, рам, плоскостей и пр.), связанных между собой нестационарными геометрическими и кинематическими связями для выполнения заданных функций, обладающих:

-способностью осуществлять механические движения тел, изменяющие их положение в пространстве относительно других тел с течением времени по законам механики из исходного положения в конечное положение;

-автоматичностью и автономностью трансформирования; -точностью позиционирования в рабочей конфигурации. МУ ОС выполняют функциональные задачи на следующих стадиях: -эксплуатация в стартовой конфигурации в качестве силовой части конструкции для обеспечения размещения КА в ЗПГ и защиты РК от разрушений и повреждений при вибрациях и перегрузках, возникающих во время полета РН;

-трансформирование в рабочую конфигурацию в качестве подвижных частей конструкции, предназначенных для перевода РК из стартовой конфигурации в рабочую конфигурацию с целью подготовки бортовых систем КА к штатной работе;

-эксплуатация в рабочей конфигурации в качестве силовой части конструкции КА, обеспечивающей в течение САС неизменную геометрическую форму, заданное позиционирование, требуемую жесткость и прочность, стабильное положение центра масс и др.

2) Конструкции, приборы и оборудование, выполняющие функции жизнеобеспечения бортовых систем КА в рабочей конфигурации.

Эта СЧ не имеет общепринятого обобщающего термина, но исходя из сущности и особенности своего функционального назначения, допустимо применять термин «служебные конструкционные модули» (СКМ).

СКМ выполняет функциональные задачи по жизнеобеспечению КА на стадии эксплуатации в рабочей конфигурации в течение САС, и в зависимости от целевых задач РК включают:

-фотоэлектрические преобразователя (ФЭП), коммутационные электрические кабели, а также средства их монтажа и крепления для раскрывающихся панелей СБ;

-приборы и коммуникационные электрические кабели для поворотных штанг приборов, и т. п.

СКМ относятся к так называемым «навесным конструкциям», которые размещают и закрепляют на МУ ОС, скелетная структура которых служит опорным основанием и обеспечивает облегченные режимы эксплуатации СКМ в пределах жизненного цикла.

Выходные рабочие параметры СКМ определяют потребные конструктивные характеристики МУ ОС (размеры, конфигурацию, сечения конструктивных элементов, конструкционные материалы, конструктивно-компоновочные схемы закрепления в стартовой конфигурации и пр.), так, например, удельная электрическая мощность ФЭП определяет потребную суммарную площадь панелей СБ в рабочей конфигурации.

Конструктивные характеристики СКМ существенным образом влияют на надежность МУ ОС, поскольку выступают для последних в качестве дополнительных факторов нагружения в виде:

-распределенных и сосредоточенных масс (весов), определяя уровень нагруженности конструкций при квазистатике и вибрациях в стартовой конфигурации в статичном кинематическом состоянии;

-инерционно-массовых характеристик, определяя нагруженность конструкции в момент фиксации в рабочую конфигурацию, параметры раскрытия и перепозиционирования при динамичном кинематическом состоянии;

-реактивных моментов сил сопротивления движению в шарнирных узлах (ШУ) от транзитных электрических кабелей, определяя энергоемкость приводов раскрытия при динамичном кинематическом состоянии.

3) Устройства и механизмы, которые в случае необходимости могут использоваться для повышения эффективности параметров работы СКМ в рабочей конфигурации.

Эта СЧ также не имеет общепринятого обобщающего термина, но исходя из сущности и особенности своего функционального назначения, допустимо применять термин «механические устройства многоразового срабатывания» (МУ МС).

МУ МС выполняют функциональные задачи на стадии перепозиционирования углового положения РК в рабочей конфигурации, предназначены для эпизодического или многократного срабатывания в течение САС, и в зависимости от целевых задач РК включает:

-электромеханические приводные устройства створок жалюзи СТР для изменения их углового положения в зависимости от параметров теплового режима работающей бортовой аппаратуры;

-блоки механические системы ориентации СБ для осуществления периодических разворотов плоскости размещения ФЭП под максимальные световые потоки солнечного излучения;

-блоки механические системы наведения антенн для осуществления перенацеливания и позиционирования углового положения антенн и пр.

Представление структуры РК в виде СЧ, выполняющих в течение жизненного цикла различные и разнородные функциональные задачи, дает возможность классифицировать характер возможных отказов исходя из особенностей обеспечения надежности каждой из СЧ.

Анализ общей надежности РК и характеристик возможных отказов СЧ. Поскольку РК в целом относится к неремонтируемым техническим объектам, то их надежность и надежность СЧ выражается свойством безотказности, характеризующим вероятный срок службы до отказа [33]. Чаще всего безотказность выражается через показатель вероятности безотказной работы (ВБР) [34], определение которого требует не только строго сформулированного понятия отказов, но и понимания причин их возникновения.

Разделение на СЧ дает возможность моделирования надежности РК по предельным состояниям при помощи концепции фиктивных узлов [10]. Согласно этой концепции один реальный узел, находящийся одновременно в нескольких предельных состояниях,

заменяется несколькими соединенными определенным образом фиктивными узлами, каждый из которых может находиться лишь в одном предельном состоянии [35]. Соответственно, предельное состояние наступает тогда, когда текущее значение какого-либо параметра достигает своего критического значения, например, предельное состояние узла по прочности определяется превышением нагрузки его несущей способности.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Похабов, Юрий Павлович, 2013 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1 Космические аппараты связи и навигации Научно-производственного объединения прикладной механики на пороге XXI века / А.Г. Козлов [и др.] // Решетневские чтения : Доклады на пленарном заседании III Всерос. научно-практ. конф. (10-12 ноября, 1999, г. Красноярск). - Красноярск: CAA, 1999. - С. 25-44.

2 ГОСТ Р ИСО 9000-2008. Системы менеджмента качества. Основные положения и словарь. - М.: Стандартинформ, 2009.

3 Авдонин A.C. Расчет на прочность космических аппаратов. - М.: Машиностроение, 1979. - 200 с.

4 Механика больших космических конструкций / Н.В. Баничук [и др.]. - М.: Факториал, 1997.-302 с.

5 Гутовский И.Е. Метод решения основных задач проектирования раскрывающихся конструкций космических аппаратов на базе математического моделирования: дис. ... канд. техн. наук. - СПб., 2006. - 156 с.

6 Диняева Н.С. Конструирование механизмов антенн. - М.: МАИ, 2002. - 340 с.

7 Зимин В.Н. Разработка методов анализа динамики и оценки работоспособности раскрывающихся крупногабаритных космических конструкций ферменного типа: автореферат дис. ... доктора технических наук. - М., 2008 . - 32 с.

8 Конструирование автоматических космических аппаратов / Д.И. Козлов [и др.]. -М.: Машиностроение, 1996. - 448 с.

9 Круглов Г.Е. Аналитическое проектирование механических систем. — Самара: СГАУ, 2001,- 132 с.

10 Надежность механических частей конструкции летательных аппаратов / A.A. Кузнецов [и др.]. - М.: Машиностроение, 1979. - 144 с.

11 Кузнецов Н.П., Пушкарев А.Э. Матричные методы в теоретической механике и теории механизмов. - Ижевск: ИжГТУ, 2002. - 24 с.

12 Медзмариашвили Э.В. Трансформируемые конструкции в космосе и на Земле. -Тбилиси: Самшобло. - 447 с.

13 Теория проектирования сложных технических систем космического базирования / М.К. Сапего [и др.]. - СПб., 2012. - 560 с.

14 Саяпин С.Н. Анализ и синтез раскрываемых на орбите прецизионных крупногабаритных механизмов и конструкций космических радиотелескопов лепесткового типа: дис. ... док. техн. наук. - М., 2003. — 457 с.

15 Технология производства космических аппаратов / Н.А. Тестоедов [и др.]. -Красноярск: СибГАУ, 2009. - 352 с.

16 Космические вехи : сборник научных трудов, посвященный 50-летию создания ОАО «ИСС» им. академика М.Ф. Решетнева. - Красноярск: ИП Суховольская Ю.П., 2009. - 704 с.

17 Усманов Д.Б. Моделирование напряженно-деформированного состояния крупногабаритного трансформируемого рефлектора : автореферат дис. ... канд. ф.-мат. наук. - Томск, 2006. - 23 с.

18 Федорчук С.Д. Рациональные конструктивные решения крупногабаритных космических сооружений : автореферат дис. ... канд. техн. наук. - М.: ЦНИИПСК им. Н.П. Мельникова. 1991. - 17 с.

19 Харлов Б.Н. Агрегаты раскрытия формируемых центробежными силами крупногабаритных космических конструкций : дис. ... канд. техн. наук. - Королев, 2009. - 144 с.

20 Механические устройства космических аппаратов. Конструктивные решения и динамические характеристики / А.К. Шатров [и др.]. - Красноярск: СибГАУ, 2006. - 84 с.

21 Основы конструирования механических устройств космических аппаратов. Конструктивные решения, динамические характеристики / А.К. Шатров [и др.]. -Красноярск: СибГАУ, 2009. - 144 с.

22 Space Vehicle Mechanisms - Elements of Successful Design, Edited by Peter L. Conley. John Wiley & Sons, Inc., 1998. - 794 p.

23 Lake, Mark S., and Hachkowski, M. Roman. Mechanism Design Principles for Optical-Precision, Deployable Instruments / Presented at the 41st AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference, AIAA Paper No. 2000-1409, 2000.

24 Thomson M.W. Mechanical vs. inflatable deployable structures for large apertures or still no simple answers // Large Space Apertures Workshop - California Institute of Technology, Pasadena, California, November 10-11, 2008.

25 Пономарев C.B. Трансформируемые рефлекторы антенн космических аппаратов // Вестник Томского государственного университета. - 2011. - № 4. - С. 110-119.

26 Medzmariashvili Е. The basic principles of creation of the large deployable space antenna // Transactions of Technical University of Georgia. - 2009. - № 2. - P. 135-150.

27 Панеш С. Кладовая солнца // Прямые инвестиции. - 2009. - № 6. - С. 48-49.

28 Чеботарев В.Е. Основы проектирования космических аппаратов информационного обеспечения / В.Е. Чеботарев, В.Е. Косенко. - Красноярск, СибГАУ, 2011.-488 с.

29 Хорошев А.Н. Введение в управление проектированием механических систем. — Белгород, 1999.-372 с.

30 Орлов П.И. Основы конструирования : Справочно-методическое пособие. В 2-х кн. Кн. 1 / Под ред. П.Н. Учаева. - Изд. 3-е, испр. - М.: Машиностроение, 1988. - 560 с.

31 Похабов Ю.П. Особенности обеспечения безотказности функционирования механических устройств одноразового срабатывания на космических аппаратах // Вестник СибГАУ. - 2012. - № 2. - С. 96-100.

32 Похабов Ю.П. Подход к формализации требований надежности для механических устройств одноразового срабатывания космических аппаратов // Безопасность и живучесть технических систем: Труды IV Всероссийской конференции. В 2 т. - Красноярск: Ин. физ. им. Л.В. Киренского СО РАН, 2012. - Т. 1. - С. 192-196.

33 Конструирование приборов. В 2-х кн. Кн. 1. / Под ред. В. Краузе. - М.: Машиностроение, 1987. - 384 с.

34 Патраев В.Е. Методы обеспечения и оценки надежности космических аппаратов с длительным сроком активного существования. - Красноярск: СибГАУ, 2010. - 136 с.

35 ГОСТ 27.002-89. Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения. -М.: Изд. стандартов, 1989.

36 Проников A.C. Параметрическая надежность машин. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. - 560 с.

37 Герцбах И.Б., Кордонский Х.Б. Модели отказов / Под ред. Б.В. Гнеденко. - М.: Советское радио, 1966. - 166 с.

38 Н. Hecht & M. Hecht. Reliability prediction for spacecraft, Report prepared for Rome Air Development Center, no. RADC-TR-85-229, Dec. 1985.- 156 p.

39 Роскосмос объяснил ЧП с «Прогрессом»: антенна не открылась из-за клея в механизме [Электронный ресурс] // NEWru.com : сайт. - Режим доступа: http://newsru.com/russia/14may2013/progress.html (02.07.2013).

40 J.H. Saleh & J.-F. Caster. Reliability and Multi-State Failures: A Statistical Approach, First Edition. John Wiley & Sons, 2011. - 206 p.

41 Надежность и эффективность в технике. Том 1: Методология. Организация. Терминология / Под ред. Рембезы А.И. - М.: Машиностроение, 1986. - 224 с.

42 ГОСТ 27.003-90. Надежность в технике. Состав и общие правила задания требований по надежности. -М.: Изд. стандартов, 1992.

43 МУ 154-24-2007. Методические указания. Система менеджмента качества. Поведение анализов по обеспечению надежности оборудования, систем и космических аппаратов. - Железногорск: Изд. НПО ПМ, 2007. - 35 с.

44 Животкевич И.Н., Смирнов А.П. Надежность технических изделий. — М.: Инстит. испыт. и сертиф. вооруж. и воен. тех-ки, 2004. - 472 с.

45 Чулков H.A. Надежность технических систем и техногенный риск / Н.А.Чулков, А.Н. Деренок. - Томск: Изд-во ТГУ, 2012. - 150 с

46 4У 15.004-91 Практическое руководство по обеспечению надежности при проектировании. - М.: ГПКИ Проектмонтажавтоматика, 1991. - 45 с.

47 Ллойд Д.К., Липов М. Надежность: организация исследования, методы, математический аппарат : Под ред. Н.В. Бусленко. - М.: Советское радио, 1964. - 686 с.

48 Александровская Л.Н., Афанасьев А.П., Лисов A.A. Современные методы обеспечения безотказности сложных технических систем. - М.: Логос, 2001. - 208 с.

49 Безопасность и надежность технических систем / Л.Н. Александровская, И.З. Аронов, В.И. Круглов и др. - М.: Логос, 2008. - 376 с.

50 Bowden M.L. Deployment devices // Space Vehicle Mechanisms - Elements of Successful Design, Edited by Peter L. Conley. John Wiley & Sons, Inc., 1998. - P. 495-542.

51 Машуков A.B., Шатров А.К. Подходы к формированию требований по надежности крупногабаритных рефлекторов при раскрытии на орбите // Решетневские чтения : материалы IX Междунар. науч. конф. (10-12 ноября 2005, г. Красноярск). -Красноярск, 2005. - С. 49-50.

52 Надежность машиностроительной продукции: Практическое руководство по нормированию, подтверждению и обеспечению. — М.: Изд-во Стандартов, 1990. — 328 с.

53 Технологические методы обеспечения надежности деталей машин / И.М. Жарский [и др.]. - Мн.: Выш. шк., 2005. - 299 с.

54 Детали механизмов авиационной и космической техники / Ю.М. Климов [и др.]. - М.: Изд-во МАИ, 1996. - 344 с.

55 Основы проектирования летательных аппаратов (транспортные системы) / В. П. Мишин [и др.] ; Под ред. A.M. Матвеенко, О.М. Алифанова. - 2-е изд., перераб. и доп. -М. : Машиностроение, 2005. - 374 с.

56 Никольский В.В. Системное проектирование транспортных космических аппаратов. - СПб: БГТУ, 2001. - 101 с.

57 Голубев И.С., Самарин A.B. Проектирование конструкций летательных аппаратов. - М.: Машиностроение, 1991. - 511 с.

58 Design Validation, Part 1: Reliability, N. Butterfield, Chapter of Space Vehicle Mechanisms: Elements of Successful Design. Edited by Peter L. Conley. John Wiley & Sons, Inc., 1998.-P. 671-704.

59 ГОСТ 27.310-95. Надежность в технике. Анализ видов, последствий и критичности отказов. Основные положения. -М.: Изд. стандартов, 1995.

60 ГОСТ Р 51814.2-2001. Системы качества в автомобилестроении. Метод анализа видов и последствий потенциальных дефектов. - М.: Изд. стандартов, 2005.

61 Мухортова Е.П. Анализ надежности функционирования механических систем батареи солнечной // Решетневские чтения : материалы XVI Междунар. науч. конф. (7-9 ноября, г. Красноярск) : в 2 ч. - Красноярск, 2012. - Ч. 1. - С. 83-84.

62 Арасланов A.M. Расчет элементов конструкций заданной надежности при случайных воздействиях. -М.: Машиностроение, 1987. - 126 с.

63 Чернявский А.О., Шатов М.М. Методика назначения предельной вероятности отказа // Проблемы машиностроения и надежности машин. - 2013. - № 1. - С. 51-55.

64 Крус Т.А. Проектирование с учетом фактора неопределенности // Аэрокосмическая техника. - 1989. - № 5. - С. 189-192.

65 Диллон Б., Сингх Ч. Инженерные методы обеспечения надежности систем. — М.: Мир, 1984.-318 с.

66 Патраев В.Е., Максимов Ю.В. Методы обеспечения надежности бортовой аппаратуры космических аппаратов длительного функционирования // Известия вузов. Приборостроение. - 2008. - Т. 51.-№ 8. - С. 5-12.

67 Ветошкин А.Г., Марунин В.И. Надежность и безопасность технических систем / Под ред. А.Г. Ветошкина - Пенза: Изд-во ПГУ, 2002. - 129 с.

68 Маслов А.Я., Сюбаров В.З., Дедиков Е.М. Надежность радиоэлектронной аппаратуры. 4.2. - М.: Изд. МО СССР, 1982. - 154 с.

69 Ушаков И.А. Надежность: прошлое, настоящее, будущее. Пленарный доклад на открытии конференции «Математические методы в надежности» (MMR-2000), Бордо, Франция, 2000 // Надежность: Вопросы теории и практики (Reliability: Theory & Applications). - 2006. - № 1. - С. 17-27.

70 Справочник по надежности : Под ред. Б.Р. Левина. Т. 1. - М.: Мир, 1969. - 340 с.

71 Струков A.B. Анализ международных и российских стандартов в области надежности, риска и безопасности [Электронный ресурс] // ОАО «СПИК Севзапмонтажавтоматика»: сайт. - Режим доступа: http://www.szma.com/standarts_analysis.pdf (27.08.2012).

72 Теория надежности в области радиоэлектроники. Общие понятия, отказы, резервирование, параметры, испытания. Терминология / Сборники рекомендуемых терминов КТТ АН СССР. Вып. 60; Отв. ред. В.Я. Сифоров. - М.: Изд. АН СССР, 1962. -49 с.

73 Надежность технических систем и изделий. Основные понятия. Терминология / Сборники рекомендуемых терминов КНТТ АН СССР. Вып. 67; Отв. ред. Б.С. Сотсков. -М.: Изд. Стандартов, 1964. - 7 с.

74 Ефремов Л.В. Практика инженерного анализа надежности судовой техники. -Л.: Судостроение, 1980. - 176 с.

75 Надежность систем энергетики. Терминология / Сборник рекомендуемых терминов КНТТ АН СССР. Вып. 95; Отв. ред. Ю.Н. Руденко. - М.: Наука, 1980. - 44 с.

76 ГОСТ 27.002-83. Надежность в технике. Термины и определения. - М.: Изд. стандартов, 1984.

77 ГОСТ Р 27.002-2009. Надежность в технике. Термины и определения. - М.: Стандартинформ, 2010.

78 Ушаков И.А. Незваный ГОСТ // Методы менеджмента качества. - 2011. - № 5. -С. 22-25.

79 Проников A.C. Надежность машин. - М.: Машиностроение, 1978. - 592 с.

80 Основы теории надежности и диагностика / Н.Я. Яхьяев, A.B. Кораблин. - М.: Академия, 2009. - 256 с.

81 Надежность в машиностроении : Справочник / Под общ. ред. В.В. Шашкина, Г.П. Карзова. - СПб.: Политехника, 1992. - 719 с.

82 Философский словарь : научное издание / Под ред. М.М. Розенталя, П.Ф. Юдина. - 2-е изд. - М.: Политиздат, 1968. - 432 с.

83 Козлов Б.А., Ушаков И. А. Справочник по расчету надежности радиоэлектроники и автоматики. - М.: Советское радио, 1975. - 472 с.

84 Шпер B.JI. Проблемы надежности продукции в отечественной и зарубежной периодике // Методы менеджмента качества. - 2007. - № 12. - С. 44-47.

85 Гнеденко Б.В. О статистических методах и теории надежности / Основные вопросы надежности и долговечности машин. - М.: MATH, 1969. - С. 22-42.

86 Уемов А.И. Вещи, свойства и отношения. М.: Изд-во АН СССР, 1963. - 184 с.

87 Огвоздин В.Ю. В дебрях терминологии // Стандарты и качество. - 2003. - №7. -С. 78-83.

88 ГОСТ 15467-79. Управление качеством продукции. Основные понятия. Термины и определения. - М.: Изд. стандартов, 1991.

89 ГОСТ 19919-74. Контроль автоматизированный технического состояния изделий авиационной техники. Термины и определения. - М.: Изд. стандартов, 1974.

90 Ожегов С.И., Шведова Н.Ю. Толковый словарь русского языка. - М.: Азъ, 1992. -955 с.

91 Современный словарь иностранных слов. - М.: Рус. яз., 1993. - 740 с.

92 Большая Советская Энциклопедия. В 30 Т. / Гл. ред. А.М. Прохоров. Изд. 3-е. -М.: Советская энциклопедия, 1970-1978.

93 Чертов А.Г. Физические величины (терминология, определения, обозначения, размерности, единицы): Справ, пособие. - М: Высш. шк., 1990. - 335 с.

94 Анцупов А.Я., Шипилов А.И. Словарь конфликтолога. 2-е изд. - СПб.: Питер, 2006. - 526 с.

95 ГОСТ 25866-83. Эксплуатация техники. Термины и определения. - М.: Изд. стандартов, 1983.

96 Толковый словарь русского языка: В 4 Т. / Под. ред. проф. Д.Ушакова. - М.: ТЕРРА, 1996.

97 Kiselev A.I., Nedaivoda A.I., Trafton W.S., Laursen E.F. Proton Launch Vehicle Mission Planner's Guide - Issue 1, Revision 4, March 1, 1999. - 379 p.

98 ГОСТ 18311-80. Изделия электротехнические. Термины и определения основных понятий. - М.: Изд. стандартов, 1980.

99 Вентцель Е.С. Исследование операций. Задачи, принципы, методология. - 2-е изд. - М.: Наука, 1988. - 208 с.

100 Нусинов М.Д. Космический вакуум и надежность техники. - М.: Знание, 1986. -64 с.

101 Вагнер В.Ф., Ковальский Б.И., Терентьев В.Ф. Основы триботехники: В 2 ч. Ч 1. Процессы в трибомеханических системах. - Красноярск: КГТУ, 1998. - 212 с.

102 ГОСТ 15150-69. Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов, категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды. - М.: Изд. стандартов, 2000.

103 ГОСТ 3635-78. Подшипники шарнирные. Технические условия. - М.: Изд. стандартов, 1978.

104 Иванов В.В., Марченко Ю.В. Перспективы применения дисульфида молибдена для формирования вибрационных механохимических твердосмазочных покрытий // Вестник ДГТУ. - 2010. - Т. 10. - № 3. - С. 381-385.

105 Селютин Г.Е., Похабов Ю.П., Колмыков В.А. Испытания наноалмазов в составе консистентной смазки на ОАО «Красноярский машиностроительный завод» // Перспективы развития технологий переработки вторичных ресурсов в Кузбассе. Экологические, экономические и социальные аспекты: сб. науч. тр. / НФИ КемГУ. -Новокузнецк, 2012. - С. 170-175.

106 Сагалевич В.М., Савельев В.Ф. Стабильность сварных соединений и конструкций. - М.: Машиностроение, 1986. - 264 с.

107 Устройство для фиксации навесных конструкций спутника: пат. 1818282 СССР. МПК B64G 1/44 / Ю.П. Похабов, А.Ф. Маслов. - № 4892000/23; заявл. 19.12.1990; опубл. 30.05.1993. Бюл. № 20.

108 Способ удержания объектов и устройство для его реализации: пат. 2130880 Рос. Федерации. МПК B64G 1/22, 1/44 / В.В. Лесихин, Ю.П. Похабов, В.И.

Халиманович, A.B. Томчук. -№ 93010565/28; заявл. 01.03.1993; опубл. 27.05.1999. Бюл. № 15.

109 Способ закрепления изделий статически неопределимой системой связей: пат. 2125528 Рос. Федерации. МПК B64G 1/44. / Ю.П. Похабов, В.Н. Наговицин. - № 5067373/28; заявл. 29.09.1992; опубл. 27.01.1999. Бюл. № 3.

110 Болтовое соединение деталей: пат 2131068 Рос. Федерации. МПК F16B 5/02, B64G 1/22 1/44. / Ю.П. Похабов, В.Н. Наговицин. - № 95100399/28; заявл. 11.01.1995; опубл. 27.05.1999. Бюл. № 15.

111 Болтовое соединение деталей: пат. 2251031 Рос. Федерации. МПК F16B 5/02. / Ю.П. Похабов, В.Н. Наговицин. - № 2003112525/11; заявл. 28.04.2003; опубл. 27.04.2005. Бюл. № 12.

112 Панель солнечной батареи: пат. 2190900 Рос. Федерации. МПК Н OIL 31/042. / Ю.П. Похабов, В.И. Кузоро, В.В. Лесихин, А.Г. Шугалей, A.B. Ромашко, A.B. Томчук. -№ 99127954/28; заявл. 31.12.1999; опубл. 10.10.2002. Бюл. № 28.

113 Панель солнечной батареи: пат. 2220477 Рос. Федерации. МПК H01L 31/042. / Ю.Г. Бабич, В.А. Битков, В.И. Кузоро, В.В. Миронович, Ю.П. Похабов, А.И. Финтисов, В.И. Халиманович, Т.Д. Эвенов. - № 2002107006/28; заявл. 18.03.2002; опубл. 27.12.2003. Бюл. №36.

114 Справочник по сопротивлению материалов / Г.С. Писаренко и [др]; Отв. ред. Г.С. Писаренко. - 2-е изд., перераб. и доп. - Киев: Наук, думка, 1988. - 736 с.

115 ГОСТ 24346-80. Вибрация. Термины и определения. - М.: Изд. стандартов,

1980.

116 Дунаев П.Ф., Леликов О.П., Варламова Л.П. Допуски и посадки. Обоснование выбора. - М.: Высш. шк., 1984. - 112 с.

117 Р 50-605-80-93. Система разработки и постановки продукции на производство. Термины и определения. - М.: Изд. стандартов, 1994.

118 Болотин В.В. Применение методов теории вероятностей и теории надежности в расчетах сооружений. — М.: Изд-во лит. по стр-ву, 1971. — 255 с.

119 Держатель: пат. 2046079 Рос. Федерация. МПК В 64G 1/22, 1/44 / Ю.П. Похабов, В.Н. Наговицин, А.Г. Шугалей. - № 92007815/23; заявл. 24.11.1992; опубл. 20.10.1995. Бюл. №29.

120 Лернер Э.Дж. Альтернатива «запуску на авось» // Аэрокосмическая техника. -1987.-№9.-С. 157-160.

121 Способ выбора привода для поворота конструкции в шарнирном узле: пат. 2198387 Рос. Федерации. МПК G OIL 3/00 5/00 / Ю.П. Похабов. - № 2000129330/28; заявл. 23.11.2000; опубл. 10.02.2003. Бюл. № 4.

122 Доронин C.B., Москвичев В.В., Похабов Ю.П., Лепихин A.M., Косолапов Д.В., Сигова Е.М. Экспертиза конструктивных решений и технологии проектирования инновационных изделий машиностроения / C.B. Доронин, В.В. Москвичев, Ю.П. Похабов и др. - Красноярск : Ин. физ. им. Л.В. Киренского СО РАН, 2011. - Препринт № 1.-72 с.

123 Москвичев Е.В., Кротов О.Ю., Доронин C.B., Похабов Ю.П., Шарин Н.П. Особенности численного моделирования для оценки прочности и нагруженности конструкций антенных систем // Вестник СибГАУ. - 2012. - № 6. - С. 149-152.

124 Доронин C.B., Сигова Е.М., Похабов Ю.П., Шарин Н.П., Кротов О.Ю. Новый методический подход к расчету силовых элементов антенных систем // Вестник СибГАУ. - 2012. - № 6. - С. 57-60.

125 Доронин C.B., Похабов Ю.П. Повышение достоверности оценок прочности конструкций технических объектов // Вестник машиностроения. - 2013. - № 6. - С. SS-SS.

126 Похабов Ю.П., Доронин C.B. Требования к экспертизе расчетов на прочность объектов новой техники // Решетневские чтения : материалы XVI Междунар. науч. конф (7-9 ноября, г. Красноярск) : в 2 ч. - Красноярск, 2012. - Ч. 2. - С. 506-507.

127 Похабов Ю.П. Учет факторов надежности при унифицировании шарнирных узлов механических устройств одноразового срабатывания // Решетневские чтения : материалы XVI Междунар. науч. конф. (7-9 ноября, г. Красноярск) : в 2 ч. - Красноярск, 2012.-Ч. 1.-С. 86-87.

128 Способ испытания шарнирных устройств механических систем: пат. 2394218 Рос. Федерации. МПК G01M13/02 / М.М. Мартынов, В.М. Михалкин. - № 2008133120/28; заявл. 11.08.2008; опубл. 10.07.2010.

129 Держатель: пат. 2121947 Рос. Федерация: МПК В 64G 1/22, 1/44 / Ю.П. Похабов, А.Н. Арапочкин, E.H. Храмов, В.В. Лесихин, В.Н. Наговицин. - № 95100367/28; заявл. 11.01.1995; опубл. 20.11.1998. Бюл. № 32.

130 Способ закрепления изделий: пат. 2230945 Рос. Федерации. МПК F16B 1/00. / Ю.П. Похабов, В.В. Гриневич. -№ 2002113143/11; заявл. 18.05.2002; опубл. 20.06.2004. Бюл. № 17.

131 Болтовое соединение деталей из материалов с разными коэффициентами теплового расширения: пат. 2263827 Рос. Федерации. МПК F16B 5/02. / Ю.П. Похабов, В.Н. Наговицин. -№ 2003112578/11; заявл. 28.04.2003; опубл. 20.10.2004. Бюл. №31.

132 Способ соединения деталей: пат. 2179268 Рос. Федерации. МПК F16B 11/00, C09J 5/00. / Ю.П. Похабов, В.Н. Наговицин, A.B. Шушерин, С.Ф. Подшивалов, C.B. Кочетков, И.А. Лузина. - № 99102342/28; заявл. 08.02.1999; опубл. 10.02.2002. Бюл. № 4.

133 Способ развертывания многосекционных конструкций и многосекционная конструкция для его реализации: пат. 2123875 Рос. Федерации. МПК B64G 1/44 / Ю.П. Похабов, В.В. Лесихин. - № 93010565/23; заявл. 01.03.1993; опубл. 27.12.1998. Бюл. № 36.

134 Устройство блокировки и освобождения элементов раскрывающегося типа: пат. 2111155 Рос. Федерации. МПК B64G 1/22 1/44 / Ю.П. Похабов, А.Н. Арапочкин, В.Н. Наговицин.-№ 95100368/11; заявл. 11.01.1995; опубл. 20.05.1998. Бюл. № 14.

135 Летательный аппарат: пат. 2198117 Рос. Федерации. МПК B64G 1/00 1/44 / Ю.П. Похабов, В.Н. Наговицин, В.В. Лесихин, В.В. Попов, E.H. Корчагин, В.Н. Халиманович, В.А. Калинина. - № 99102342/28; заяв. 08.02.1999; опубл. 10.02.2003. Бюл. № 4.

Приложение А МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ (ПРОЕКТ) Система менеджмента качества

ПРОВЕДЕНИЕ АНАЛИЗОВ И ОЦЕНКИ БЕЗОТКАЗНОСТИ ТРАНСФОРМИРОВАНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ ОДНОРАЗОВОГО

СРАБАТЫВАНИЯ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ МЕТОДОВ КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

Введение

Настоящие методические указания разработаны с целью интеграции в комплекс стандартов «Система менеджмента качества» по установлению и реализации требований к процессу проектирования и разработки механических устройств одноразового срабатывания (МУ ОС) космических аппаратов (КА) и их составных частей.

1 Область применения

1.1 Настоящие методические указания устанавливают требования к проведению анализов и оценке безотказности МУ ОС КА с применением методов конструкторско-технологического обеспечения.

1.2 Настоящие методические указания распространяются на МУ ОС КА любого назначения.

1.3 Требования настоящих методических указаний является обязательным для подразделений, отвечающих за обеспечение безотказности трансформирования МУ ОС.

2 Нормативные ссылки

В настоящем документе использованы ссылки на следующие документы по стандартизации:

ГОСТ 2.105-95 ЕСКД. Общие требования к тестовым документам.

ГОСТ 27.310-95 Надежность в технике. Анализ видов, последствий и критичности отказов.

ГОСТ 27.003-90 Надежность в технике. Состав и общие правила задания требований по надежности

ГОСТ Р ИСО 9000-2001 Система менеджмента качества. Основные положения и словарь.

ГОСТ РВ 15.002-2003 Система разработки и постановки продукции на производство... Система менеджмента качества. Общие требования.

3 Термины и определения

В настоящем документе использованы следующие термины с соответствующими определениями:

Безотказность: Вероятность того, что изделие может выполнять требуемую функцию при данных условиях в течение интервала времени.

Верификация: Подтверждение на основе представления объективных свидетельств того, что установленные требования были выполнены [ГОСТ Р ИСО 9000, статья 3.8.4].

Жизненный цикл: совокупность взаимосвязанных процессов последовательного изменения состояния изменения продукции от формирования исходных требований к ней до окончания ее эксплуатации или применения [Р 50-605-80-93, статья 1.4.1];

Критичный элемент: Элемент системы, отказ которого может быть критическим [ГОСТ 27.310, статья 3.7]

Механические устройства одноразового срабатывания: Совокупность простейших механизмов (шарниров, рычагов, звеньев, фиксаторов и пр.), устройств (пироустройств, люфтовыбирателей, толкателей и пр.) и конструктивных элементов (стержней, рам, плоскостей и пр.), связанных между собой нестационарными геометрическими и кинематическими связями для выполнения заданных функций, обладающих:

-способностью осуществлять механические движения тел, изменяющие их положение в пространстве относительно других тел с течением времени по законам механики из исходного положения в конечное положение;

-автоматичностью и автономностью трансформирования;

-точностью позиционирования в рабочей конфигурации.

Надежность: Свойство сохранять во времени в установленных пределах всех показателей и значений параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции, при заданных условиях и режимах эксплуатации.

Структурная схема надежности: По ГОСТ РВ 20.39.303-98.

Трансформация: Преобразование, или изменение вида, формы, существенных свойств чего-либо.

Требование: Потребность или ожидание, которое установлено, обычно предполагается или является обязательным [ГОСТ Р ИСО 9000, статья 3.1.2].

Устройство: Совокупность элементов, представляющая единую конструкцию [ГОСТ 2.701-84, Приложение 1, пункт 2].

Функционирование: Выполнение в объекте процесса (процессов), соответствующего (соответствующих) заданному алгоритму и (или) проявление объектом заданных свойств.

4 Сокращения и обозначения

АЧХ - амплитудно-частотные характеристики;

МУ ОС - механические устройства одноразового срабатывания;

КА - космический аппарат;

НДС - напряженно-деформированное состояние;

ССН - структурная схема надежности;

ШУ - шарнирный узел.

5 Общие положения

5.1 В «Системе менеджмента качества» анализы и оценка обеспечения безотказности МУ ОС и его составных частей относятся к деятельности по верификации проектирования и разработки, предусматриваемой процессом жизненного цикла продукции - «Проектирование и разработка» в соответствие с ГОСТ Р ИСО 9001 и ГОСТРВ 15.002.

5.2 Данные анализы проводятся с целью обеспечения и гарантирования безотказности на всех этапах разработки рабочей документации на МУ ОС.

5.3 Общие требования к выполнению документов по анализам и оценке безотказности МУ ОС в соответствии с ГОСТ 2.105.

5.4 Результаты проведения различных анализов оформляются отдельными документами, либо единым документом, содержащим все анализы.

5.5 По результатам анализа и оценки безотказности составляется заключение.

5.6 Анализ и оценка безотказности трансформирования МУ ОС с применением методов конструкторско-технологического обеспечения проводится в рамках анализа и оценки безотказности для сравнения требуемых значений показателей надежности с достигнутыми согласно пункту 7 на рисунке А. 1.

M

M M

M

5

M

ÎSÀ

Установление свойств надежности по ГОСТ 27.002

Выбор показателей для характеристики надежности по ГОСТ 27.002

Установление требований по надежности согласно ГОСТ 27.003

Установление конструкторско-технологических требований, обеспечивающих надежность

Системное проектирование и конструирование, обеспечивающее выполнение установленных конструкторско-технологических требований в обеспечении надежности

Сквозной анализ документации на предмет отображения конструкторско-технологических требований

Анализ полноты мероприятий согласно вышеизложенному алгоритму

Составление заключения о надежности

• Анализ и оценка безотказности по сравнению требуемых значений

7 показателей надежности с достигнутыми

M

8

M

9

V

Рисунок А. 1 - Укрупненный алгоритм конструкторско-технологического обеспечения

надежности

5.7 Для проведения анализов и оценки безотказности МУ ОС КА с применением методов конструкторско-технологического обеспечения предусматривается четыре группы анализов:

-анализ фактического установления и отображения конструктивно-технологических требований в обеспечение надежности;

-анализ и оценка безотказности по функционированию с применением конструкторско-технологического обеспечения;

-анализ и оценка безотказности по прочности с применением конструкторско-технологического обеспечения;

-суммарная оценка безотказности МУ ОС.

6 Методы конструкторско-технологического обеспечения безотказности

трансформирования МУ ОС

6.1 Метод установления констру кторско-технологических требований в обеспечение безотказности

6.1.1 Метод установления констру кторско-технологических требований в обеспечение надежности применяется при разработке рабочей документации с целью установления и исполнения требований обеспечивающих надежное функционирование элементов, узлов и конструкций МУ ОС.

6.1.2 Алгоритм осуществления установления конструкторско-технологических требований приведен на рисунке А.2.

6.1.3 Моделирование условий его безотказного функционирования производится в виде построения списка логических формул типа «для того, чтобы.../ необходгшо обеспечить...», каждая из которых содержит логическую переменную, описывающую одно из свойств или характеристик критичного элемента. Например, «для того, чтобы осуществить поворот в шарнире, необходимо обеспечить гарантированный радиальный зазор», или «для того, чтобы осуществить поворот в шарнире, необходгшо обеспечить момент движущих сил больше момента сил сопротивления» и т. д.

Каждая логическая переменная, описывающая свойства или характеристики критичного элемента, выражается с помощью определенного параметра, показателя или качественного признака. Например, свойство «гарантированный радиальный зазор» выражает параметр «геометрический размер», характеристику «момент движущих сил больше момента сил сопротивления» выражает показатель «запас момента движущих сил относительно момента сил сопротивления» и т. д.

1\/1

4.2

4.3

4.4

4.5

4.7

4.8

Анализ условий и режимов эксплуатации для выявления факторов, способных вызвать отказы функционирования

Разбиение жизненного цикла на этапы эксплуатации, в пределах которых действуют одинаковые условия и режимы эксплуатации

Декомпозиция механических устройств на группы (механизмы, устройства и конструкции), выполняющие самостоятельные функциональные задачи для обеспечения цели

Выявление видов отказов, определение критических отказов и критичных элементов согласно ГОСТ 27.310 для каждой группы механических устройств

Моделирование условий безотказного функционирования для каждого критического элемента на каждом из этапов эксплуатации при заданных условиях и режимах

Выражение с помощью определенного параметра, показателя или качественного признака каждого условия безотказности

Определение границ диапазона изменений их численных значений, в пределах которых обеспечивается безотказность для каждого параметра и показателя

Установление конструкторско-технологических требований вл документации, обеспечивающих нахождение значений параметров и показателей в заданном диапазоне, и выполнение качественных признаков для каждого критичного элемента

Рисунок А.2 - Алгоритм выполнения метода установления конструкторско-технологических

требований, обеспечивающих надежность

Для каждого параметра и показателя определяются границы диапазона изменений их численных значений, в пределах которых обеспечивается безотказность трансформирования МУ ОС. Например; параметр «геометрический размер» для характеристики радиального зазора в шарнирном узле (ШУ) определяется в границах диапазона минимально и максимально возможных радиальных зазоров с учетом полей

допусков и форм сопряженных деталей; показатель «запас движущих сил относительно момента сил сопротивления» определяется диапазоном, в котором нижнее значение определяется минимально допустимым значением показателя исходя из заданного уровня надежности, а верхняя граница - допустимым уровнем напряжено-деформированного состояния (НДС) для случая фиксации в конечное положение и т. п.

Условие безотказного функционирования рассматриваемого критичного элемента формируется исходя из решения обратной по отношению к обеспечению безотказности задачи: «По какой из причин конструкторского исполнения критичного элемента он окажется неработоспособным?».

6.2 Метод проведения организационно-методических и организационно-технических мероприятий по подтверждению реализации конструкторско-технологических требований

6.2.1 Метод проведения организационно-методических и организационно-технических мероприятий по подтверждению реализации конструкторско-технологических требований проводится с целью сквозного анализа документации на предмет отображения конструкторско-технологических требований согласно пункту 6 блок схемы, представленной на рисунке А.1.

6.2.2 Отражение каждого требования в документации для каждого из критичных элементов проверяется путем сквозной экспертизы нормативно-технической, конструкторской и технологической документации. В результате экспертизы фиксируется содержание установленных конструкторско-технологических требований, обеспечивающих безотказность трансформирования МУ ОС, по формальным признакам в бинарной форме по схеме: «отображено соответствующее требование в соответствующем документе, или нет». Результаты анализа экспертизы формализуются в виде протокола в «бинарной» форме: цифра «1» означает, что требование учтено в документации, «О» - нет.

6.3 Исполнение методов конструкторско-технологического обеспечения безотказности трансформирования МУ ОС контролируется с помощью анализа фактического установления и отображения конструктивно-технологических требований в обеспечение надежности и является обязательной процедурой перед проведением анализов и оценок безотказности трансформирования МУ ОС.

7 Анализы и оценка безотказности МУ ОС по функционированию с применением конструкторско-технологического обеспечения

7.1 Кинематический анализ проводится с целью определения положений звеньев механизма и траекторий их движения, угловых и линейных скоростей и ускорений звеньев механизма, а также времени раскрытия элементов конструкций МУ ОС в целом.

7.2 Кинетостатический анализ проводится для механизмов в состоянии срабатывания быстроразъемных пироустройств с целью фиксации распределения действующих активных сил и моментов в механизме, определения реакций в сопряжениях кинематических пар механизма, а также сил сопротивления, препятствующих относительному перемещению звеньев в кинематических парах.

7.3 Функциональный анализ проводится на основе кинематического анализа. В ходе проведения функционального анализа составляется функциональная схема последовательности срабатывания механизмов МУ ОС на всех режимах работы и производится ее описание с отражением всех имеющихся внешних и внутренних связей. Результат функционального анализа используется для построения структурной схемы надежности (ССН).

7.4 Синтез структурной модели надежности МУ ОС осуществляется на основании функционального анализа с учетом резервирования их составных частей.

Синтез структурной модели МУ ОС начинается со словесного описания, которое затем переводится в графическое описание в виде ССН, соответствующей конструктивной и функциональной схеме МУ ОС, на базе которого осуществляется формализация и построение математической модели надежности.

7.5 Оценка безотказности функционирования МУ ОС проводится на основании предыдущих анализов по формуле:

где £ - функция, определяющая зависимость частных вероятностей отказов со ССН;

Рзп - вероятность того, что значения параметров во времени находятся в установленных пределах при заданных условиях и режимах эксплуатации;

Ррт1 — вероятность того, что расчетные показатели во времени находятся в установленных пределах при заданных условиях и режимах эксплуатации;

(1)

Рвп - вероятность того, что частные вероятностные показатели во времени, от которых зависит безотказность, находятся в установленных пределах при заданных условиях и режимах эксплуатации;

Ркп - вероятность того, что качественные признаки свойств и характеристик объекта обеспечивают его работоспособность.

8 Анализы и оценка безотказности МУ ОС по прочности с применением конструкторско-технологического обеспечения

8.1 Анализ прочности и жесткости конструкций МУ ОС в стартовой конфигурации производится с целью подтверждения несущей способности и работоспособности механизмов, и включает:

-расчет на прочность и расчет перемещений от квазистатических перегрузок, низкочастотной синусоидальной и случайной вибрации;

-расчет амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) собственных колебаний;

-анализ на возможность соударения смежных элементов конструкции.

Допускается проведение расчетов на прочность проводить по случайным или детерминированным величинам, в зависимости от опыта, традиций и предпочтений той или иной инженерной школы, а также доверия к соответствующим методикам проведения расчетов.

8.2 Анализ на применение конструкционных способов повышения надежности проводится в связи с необходимостью минимизации массы конструкции на основе:

-использования рациональных приемов повышения прочности, не требующих увеличения массы (применения выгодных профилей и форм, максимального использования прочности материала, равномерности распределения нагрузки на элементы конструкции);

-использования целесообразных способов повышения жесткости (правильного выбора схемы нагружения, рациональной расстановки опор, придания конструкции жестких форм).

8.3 Динамический анализ поводится на основе кинематического анализа с целью определения нагрузок на элементы конструкции в момент фиксации звеньев конструкций МУ ОС в рабочую конфигурацию.

8.4 Анализ прочности и жесткости конструкций МУ ОС в рабочей конфигурации проводится на основании динамического анализа. При данном виде анализа производится расчет АЧХ собственных колебаний МУ ОС в рабочей конфигурации и расчет прочности от нагрузок в момент фиксации звеньев конструкций МУ ОС в рабочую конфигурацию.

8.5 В случае применения расчетов на прочность по детерминированным величинам, требуемая безотказность обеспечивается применением при расчетах проверенных опытом коэффициентов безопасности и выбором соответствующих запасов прочности.

9 Суммарная оценка безотказности МУ ОС

9.1 Суммарная оценка безотказности МУ ОС проводится на основании предыдущих анализов по формуле:

пМУОС — пр» Яф), (2) где Япр - безотказность по прочности;

Яф - безотказность по функционированию;

(р - функция, зависящая от модели расчета безотказности трансформирования МУ ОС по прочности Япр и по функционированию Яф.

10 Заключение

Расчетное суммарное значение безотказности трансформирования МУ ОС, полученное на основании формулы (2), сверяют с нормативным значением соответствующего требования по надежности и составляют заключение о надежности.