Методы повышения надежности приборов

Под надежностью понимают способность какого-либо элемента или системы выполнять свои функции с заданными эксплуатационными показателями в определенных условиях и в данное время.

Для повышения надежности приборов используют конструктивно-технологи­ческие методы, направленные на улучшение качества проектирования и изготов­ления отдельных элементов
приборов и систем; методы автоматического и полуав­томатического контроля исправности приборов.

Надежность приборов и систем существенно повы­шается при использовании метода функциональной из­быточности, при котором структура прибора выбира­ется таким образом, чтобы выход из строя некоторого количества элементов при­бора, или даже целого при­бора системы не повлек .-;а собой отказа и не дал ощу­тимого снижения качества работы прибора или сис­темы.

Введение функциональ­ной избыточности в приборы и системы, возможно не­сколькими способами, основ­ными из которых являются комплексирование по мультимодальному принципу и резервирование.

Мультимодальный принцип комплексирования основывается на том, что одна и та же физическая величина измеряется несколькими измерите­лями, использующими различные физические принципы измерения, а сигналы из­мерителей обрабатываются таким образом, чтобы получить наиболее достовер­ный результат. Так, например, в курсовых системах для измерения курса само­лета используются магнитные, гироскопические, астрономические, радиотехниче­ские датчики курса и выход из строя одного из них не означает отказ всей системы в целом Резервирование возможно на различных уровнях. Можно резервиро­вать и отдельные простейшие элементы (резисторы, конденсаторы, контакты, токотодводы и т. д.) или отдельные узлы: потенциометры, двигатели, реле, но можно резервировать и целиком отдельные приборы или даже системы

Для использования преимуществ, которые дает резервирование, необходи­мы устройства контроля, которые могли бы своевременно определять неисправ­ный прибор и выдавать соответствующий сигнал, либо осуществлять автомати­ческое отключение неисправного прибора и использование резервного. В таких системах контроля часто используют метод «голосования». Так, например, если имеется три одинаковых устройства, то логично считать, что вероятность отказа одного из них больше, чем вероятность отказа остальных двух. Поэтому можно считать отказавшим тот прибор, в которой выходной сигнал отличается от сигналов двух других приборов на величину, превышающую допуск на точность работы. При этом резервирование должно быть таким, чтобы общее число ре­зервных каналов было нечетным.

По такому принципу устроен блок сравнения гировертикалей (БСГ-2П), используемый на самолетах гражданской авиации (рис. 6.8).

Рис 6.8. упрощенная схема БСГ-2П

В этом блоке контролируется исправная работа трех гировертикалей, при­чем на рисунке показана часть блока, контролирующая работу ЦГВ по крену; по тангажу схема аналогична. При исправной работе гировертикалей сигналы крена, снимаемые с них, не должны отличаться более чем на 4° и в этом случае магнитные усилители У₄, У₂, У₃, осуществляющие соответственно по парное срав­нение сигналов гировертикалей 1—2, 2—3, 1—3, не приводят к переключению парных контактов 1—2, что, в свою очередь, не приводило к срабатыванию реле P₁, Р₂, Р₃. Система не выдает сигнала отказа. Если же одна из ЦГВ будет выда­вать сигнал, отличающийся от сигналов двух других больше чем на 4°, то магнит­ный усилитель заставит переключиться контакты 1—2; так, при неисправной работе ЦВГ-2 работают усилители У₄ и У₂ и своими контактами снимут питание с реле Р₂ и система выдает сигнал «Отказ ЦГВ-Й». При этом реле P₁ и Рз не сработают, так как каждое из реле питается через контакты двух релейных магнитных усилителей.

Сигнал об отказе может быть использован для отключения неисправной ЦГВ и для информирования экипажа об этом.

МАГНИТНЫЕ КОМПАСЫ

Задачи, которые приходится решать экипажам воздуш­ных судов, подразделяются на две группы, тесно связанные между собой: 1) обеспечение стабилизации воздушного судна относи­тельно центра масс — пилотирование; 2) вождение воздушного суд­на по заданной траектории из одной точки пространства в дру­гую — навигация.

Для осуществления воздушной навигации необходимо непре­рывно определять текущее положение воздушного судна в прост­ранстве. Величины, характеризующие пространственное место воз­душного судна и вектор его скорости в данный момент, называют­ся навигационными элементами полета.

Курс воздушного судна — один из навигационных элементов полета. Под курсом воздушного судна в воздушной навигации по­нимают угол между положительным направлением меридиана и продольной осью воздушного судна, отсчитываемый по часовой стрелке.

В зависимости от логической схемы навигации и физико-техни­ческих средств, с помощью которых происходит определение курса, различают:

1. Магнитный курс (МК) — угол между северным направлением земного магнитного меридиана и продольной осью воздушного
судна.

2. Истинный курс (ИК) — угол между направлением географического меридиана и продольной осью воздушного судна.

3. Условный курс — угол между направлением условного меридиана, т. е. любого заданного заранее направления на земной по­верхности, и продольной осью воздушного судна.

МАГНИТНЫЕ КОМПАСЫ

Магнитным компасом называется устройство, с по­мощью которого определяется направление магнитного меридиана. Магнитный компас, по-видимому, можно считать одним из первых навигационных приборов, применявшихся человеком. Имеются сведения, что еще за 2,5 тысячи лет до н. э. китайцам было извест­но свойство свободно подвешенного магнита указывать на Север. В Европе компас стали применять только в XI—XII вв.

В настоящее время магнитные компасы являются не основными навигационными приборами, однако благодаря одному очень важ­ному достоинству — автономности — до сих пор используются в авиации в качестве резервных курсовых приборов.

Современный магнитный компас — это устройство, не требую­щее никакого электрического питания, имеет весьма небольшие размеры, масса не превышает 200 г.

Рассмотрим принцип работы авиационного магнитного компаса. Компас (рис. 7.1) представляет собой пластмассовый сосуд 2 шарообразной формы, внутри которого находятся два постоянных магнита 6 с одинаково направленными полюсами. Магниты кре­пятся к поплавку 5, имеющему картушку (шкала) 3, и опираются на подпятник 7, представляющий собой подшипник. Подшипник крепится к корпусу с помощью пружины. Вертикальный неподвиж­ный индекс 4 служит для отсчета показаний по шкале. Корпус прибора заполняется вязкой прозрачной жидкостью, удельный вес которой подбирается таким образом, чтобы вся подвижная систе­ма компаса обладала небольшой отрицательной плавучестью и оказывала минимальное давление на подшипник, уменьшая мо­мент трения в нем. Кроме того, жидкость выполняет роль демпфи­рующей среды. Устройство 1 предназначено для устранения девиа­ции компаса.

Магнитная система компаса, взаимодействуя с магнитным по­лем Земли, стремится занять направление, параллельное вектору 7 магнитного поля Земли. Поскольку магнитный компас должен определять направление горизонтальной составляющей Н магнит­ного поля Земли и его картушка не должна иметь наклонов, то «южный» конец картушки делают тяжелее. В результате создается момент, компенсирующий в какой-то степени момент, действующий от вертикальной составляющей магнитного поля Земли Z.

За счет сильных демпфирующих свойств показания компаса при рыскании самолета будут устойчивее. В то же время при разворо­тах самолета истинное значение компасного магнитного курса, индицируемое компасом, будет запаздывать по отношению к раз­вороту самолета.

При проектировании магнитного компаса величины
соотношение между вращающим моментом и моментом демпфирования, выбирают таким образом, чтобы время прихода к устано­вившемуся значению было минимальным и система не обладалает большой колебательностью, иначе отсчет показаний компаса будет неудобным.