Akademik

резервирование

резерви́рование: метод повышения надёжности технических устройств путём введения в их состав (структуру) дополнительных элементов (узлов, связей) по сравнению с минимально необходимыми для выполнения заданных функций. Элементы устройства, необходимые и достаточные для обеспечения его работоспособности, называются основными (ОЭ); дополнительные элементы, предназначенные для обеспечения работоспособности устройства при отказе ОЭ, называются резервными (РЭ). Резервирование может быть общим, при котором резерв предусматривается на случай отказа устройства в целом, и раздельным, при котором резервируются отдельные части устройства; нередко применяют смешанное резервирование. В зависимости от сложности устройства и требуемой его надёжности число резервных элементов может быть от одного до трёх; однократное резервирование называется дублированием. От того, в каком состоянии находились РЭ к моменту включения их в работу, различают резерв нагруженный (или горячий), при котором РЭ нагружают так же, как ОЭ, облегчённый, когда РЭ нагружены меньше, чем ОЭ, и ненагруженный, при котором РЭ практически не несут нагрузки. Отключение отказавших ОЭ и подключение РЭ осуществляется вручную или автоматически. Применение резервирования часто ограничивается допустимыми значениями массы, объёма, стоимости или иных параметров резервируемого устройства по условиям эксплуатации или по экономическим соображениям. Поэтому, как правило, резервируют устройства, отказ которых может привести к большим материальным или информационным потерям, аварии, человеческим жертвам.

Резервирование: (от латинского reserve — сберегаю, сохраняю) — метод повышения надёжности объектов авиационной техники введением в их состав дополнительных (избыточных) элементов, узлов, устройств, связей для быстрой замены ими (автоматически или вручную) вышедших из строя аналогичных им элементов основного оборудования; обеспечивает высокий уровень выполнения функций или решения отдельных задач системами управления летательных аппаратов, бортовым оборудованием и т. д. Современные летательные аппараты оснащены сложными автоматизированными системами, а в соответствии с требованиями к надёжности летательных аппаратов и безопасности полёта вероятность полного отказа таких систем не должна превышать 10—8—10—9 за 1 ч полёта. Обеспечить столь малые значения вероятностей отказов систем при существующем уровне надёжности соответствующих элементов (блоков) можно только на основе Р.
Наиболее распространённый вид Р. систем управления и бортового оборудования летательного аппарата — структурное Р.
Структурное резервирование (его часто называют прямым Р.) осуществляется введением избыточных (резервных) элементов (блоков, систем) по сравнению с минимальным их числом, необходимым для выполнения заданных функций в данных условиях работы. Такое Р. может быть раздельным (поэлементным), общим и смешанным. При раздельном Р. резервируются отд. элементы системы, при общем — система в целом (устанавливается несколько комплектов системы). Смешанное Р. — совмещение раздельного и общего Р. Теоретическая надёжность системы при раздельном Р. выше, чем при общем. Однако при практической реализации раздельного Р. для обеспечения работоспособности резервируемой системы при отказах требуется, в частности, применение дополнительно к резервным элементам устройств контроля и переключения, которые существенно усложняют систему и снижают преимущества раздельного Р. Кроме того, при таком Р. между резервируемыми элементами в тракте передачи сигнала образуются т. н. общие цепи (точки). Попадание ложного сигнала в общую цепь или обрыв её может привести к полному отказу резервирующей системы. В связи с этим в авиации предпочтение отдаётся общему Р., которое проще при реализации и позволяет практически полностью избежать образования общих цепей (точек).
В зависимости от способа включения в работу резервных элементов (систем) различают Р. с замещением отказавшего элемента (системы) резервным и с пост, их включением. При Р. с замещением сохраняется неизменность характеристик систем после отказа, так как отказавшая система (элемент) замещается такой же исправной. Однако при этом способе Р. необходима операция переключения. Эта операция должна выполняться быстро и надёжно, в ином случае возможна потеря работоспособности системы. В процессе замещения на выходе системы может появиться возмущение, амплитуда которого зависит от рассогласования между основной и резервной системами, времени запаздывания при переключении и различия в условиях работы основной и резервных систем (основная система подвергается воздействию нагрузки, тогда как на резервные системы она не действует). В полёте устройства переключения практически неконтролируемы, и существует опасность, что в момент замещения устройство переключения может оказаться неисправным.
Надёжность резервируемых систем с постоянно включёнными резервными элементами (системами) меньше зависит от операций переключения. Это в значительной мере определило более широкое применение в авиации этого вида Р. При практической реализации систем с постоянно включёнными резервными элементами (системами) необходимо выполнение ряда условий, к которым относятся: обеспечение приемлемых характеристик резервируемой системы при совместном функционировании элементов (систем), имеющих разброс характеристик в пределах установленных допусков; исключение возможности полного отказа резервируемой системы при отказе любого элемента; сохранение определенного уровня характеристик системы при заданном числе последовательных отказов. Наряду с этим должны также исключаться чрезмерные возмущения на выходе системы в момент отказа какого-либо элемента. Для выполнения этих условий структура резервируемой системы обычно строится на следующих принципах: полное разделение систем от входа до выхода; обеспечение «пересиливания» отказавшей системы исправными с послед, её отключением; исключение чрезмерного рассогласования между выходными сигналами систем; применение автоматических устройств обнаружения и изоляции отказов. На показана схема резервируемой электрической системы дистанционного управления, построенной на основе этих принципов. Она состоит из трёх одинаковых независимых каналов. Каждый канал содержит необходимый состав устройств, обеспечивающих преобразование электрического входного сигнала в механическое перемещение. Исполнительные устройства каждого канала (например, сервоприводы) могут непосредственно управлять отдельной поверхностью управления (например, секцией) или объединяться с помощью механических или гидромеханических связей на общем выходном элементе, которым может быть траверса, силовой шток привода или непосредственно орган управления. Связь выходного элемента каждого канала с траверсой может быть жёсткой или с предварительным усилием (типа пружины или гидромуфты). Применение элементов связей с предварительным усилием даёт возможность весьма просто произвести выбор среднего значения выходного сигнала как наиболее «правильного» (устанавливается своего рода кворум) и осуществить контроль и изоляцию неисправного канала. В этом случае обеспечивается так называемое гидромеханическое кворумирование выходных сигналов. В электрических цепях выбор среднего значения сигнала осуществляется с помощью специальных электронных устройств — кворум-элементов, или селекторов сигналов. Кворумирование строится на использовании межканальных связей, поэтому требуются особые меры для исключения возможности распространения отказа какого-либо канала на другие каналы. В некоторых случаях возникает необходимость применения разнородного Р., когда, например, электрическая система управления резервируется механической системой, и наоборот. Каждой из этих систем присущи свои причины отказов. Благодаря этому исключается возможность отказа всей резервируемой системы при появлении какого-либо одного вида причины отказа.
Одной из существенных характеристик прямого Р. (как общего, так и раздельного) являет кратность Р. — отношение полного числа элементов (блоков, систем) резервируемой системы к минимально необходимому. В авиации кратность Р. обычно 2—4. Чаще всего используется дублирование, особенно в системах, работоспособность которых контролируется экипажем, а в случае возникновения отказа имеется возможность управляемого включения резерва. В отсутствии такого контроля при постоянном включении резервных каналов в двухканальной системе при отказе одного из них средства автоматики обычно не могут определить какой именно канал отказал, и отключается вся система. Поэтому такие системы с кратностью Р., равной, например, трем, сохраняют работоспособность при отказе одного из каналов и отключаются при последующем отказе любого другого ; при четырехкратном Р. система отключается после последовательного отказа любых трех каналов и т. д. Если вероятность q отказа каждого канала известна (например, q = 1 10-3 за 1 ч полёта), то для вероятности Q отказа четырёхканальной системы можно получить приближённо
Q = 4q3 = 4-10-9 за 1 ч полёта.
При Р. отдельных полётных задач помимо прямого применяется функциональное Р. При функциональном резервировании функции какой-либо бортовой системы при полном её отказе перекладываются на другие системы, хотя при этом и происходят некоторые потери эффективности или (и) точности. Например, при решении задач определения высоты и скорости полета используются система воздушных сигналов, радиовысотомер и доплеровский измеритель скорости и угла скоса, а при определении местоположения летательного аппарата —инерциальная система навигации, системы счисления пути по воздушной скорости и курсовому углу, радиотехнические системы ближней, дальней и спутниковой навигации, средства астронавигации. Используются в авиации и другие виды резервирования: по нагрузке, мощности и т. д.
В зависимости от характера отказов система может принимать различные состояния, характеризуемые уровнем изменения её выходных характеристик. Экипажу обычно выдаётся необходимая информация о состоянии системы, на основании которой принимается решение о продолжении полёта на данном режиме, переходе на другой, более благоприятный по условиям безопасности полёта, или о его скорейшем завершении.
Обязательный минимум Р. в зависимости от класса летательного аппарата регламентируется требованиями Международной организации гражданской авиации и национальными Нормами лётной годности.