В. И. КУРЕНКОВ,
В. А. КАПИТОНОВ
МЕТОДЫ РАСЧЕТА
И ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ
РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКИХ
КОМПЛЕКСОВ
2007
САМАРА
Стр.1
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ имени академика С.П. КОРОЛЕВА»
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
В. И. КУРЕНКОВ, В. А. КАПИТОНОВ
МЕТОДЫ РАСЧЕТА И ОБЕСПЕЧЕНИЯ
НАДЕЖНОСТИ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКИХ
КОМПЛЕКСОВ
Утверждено Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного пособия
Издательство СГАУ
2007
С А М А Р А
Стр.2
УДК 629.78 (075)
ББК 39.62
К 93
Инновационная образовательная программа
"Развитие центра компетенции и подготовка
специалистов мирового уровня в области аэрокосмических
и геоинформационных технологий”
Рецензенты: начальник сектора надежности ГНП РКЦ «ЦСКБ -
Прогресс» В. И. Крысенко;
канд. техн. наук, доц. А.С.Кучеров
К 93 МЕТОДЫ РАСЧЕТА И ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКИХ
КОМПЛЕКСОВ: учеб. пособие
/В. И. Куренков, В. А. Капитонов – Самара: Изд-во Самар. гос.
аэрокосм. ун-та, 2007. – 320 с. : ил.
Куренков В. И.
ISBN 978-5-7883-0504-2
Рассматривается место и роль надежности в основных тактикотехнических
характеристиках ракетно-космического комплекса. Излагаются
методы расчета надежности сложных технических систем и их
элементов. Рассматриваются методические вопросы нормирования надежности
ракетно-космических комплексов. Приводятся организационные
и технические аспекты решения проблемы обеспечения надежности
ракетно-космической техники на различных этапах жизненного
цикла изделий.
Учебное пособие предназначено студентам специальностей 160801
«Ракетостроение», 160802 «Космические аппараты и разгонные блоки»
и специальности 230301 «Моделирование и исследование операций
в организационно-технических системах». Оно также может быть
полезно молодым специалистам ракетно-космической отрасли.
Подготовлено на кафедре летательных аппаратов.
УДК 629.78 (075)
ББК 39.62
ISBN 978-5-7883-0504-2
© Куренков В. И., Капитонов В.А., 2007
© Самарский государственный
аэрокосмический университет, 2007
2
П
Р
И
О
Р
И
Ы
Т
Е
Т
Н
Е
Н
А
Ц
И
О
Н
А
Л
Ь
Н
Ы
Е
Ы
П
Т
Р
О
Е
К
Стр.3
1. ИСТОРИЧЕСКИЙ АСПЕКТ НАДЕЖНОСТИ РАКЕТНОКОСМИЧЕСКИХ
КОМПЛЕКСОВ
ПРЕДИСЛОВИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ОГЛАВЛЕНИЕ
1.1. История появления и развития методов количественной оценки
надежности технических систем
1.2. Надежность ракетной техники
1.3. Надежность космической техники
2. НАДЕЖНОСТЬ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ СЛОЖНЫХ
ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
3. ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ
3.1. Основные технические состояния
3.2. Дефекты, повреждения, отказы
3.3. Временные понятия
3.4. Техническое обслуживание и ремонт
3.5. Общетехнические показатели надежности
2.4. Изменение надежности ракетно-космического комплекса в
процессе жизненного цикла
2.1. Структура ракетно-космического комплекса
2.2. Эффективность системы
2.3. Надежность системы
1.4. Краткий обзор современной литературы по надежности
1.5. Объем изучаемых вопросов
7
8
10
10
12
17
19
24
26
27
32
37
4. НЕКОТОРЫЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ МНОЖЕСТВ И ТЕОРИИ
ВЕРОЯТНОСТЕЙ
3.7. Показатели надежности космических комплексов и ракетнокосмических
систем
4.1. Элементы теории множеств
4.2. Мощность и мера множества
4.3. Вероятность случайного события
4.4. Свойства случайных событий
4.5. Независимость и зависимость случайных событий
4.6. Условная вероятность
4.7. Случайные величины
4.10. Непрерывные случайные величины
4.11. Некоторые законы распределения
4.8. Биномиальный закон распределения
4.9. Распределение Пуассона
4.12. Математическое ожидание и дисперсия функции случайных
величин
5. МЕТОДЫ РАСЧЕТА ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ 95
5.1. Надежность как вероятность случайного события
5.1.1. Доверительные границы надежности
4.13. Элементы математической статистики
4.14. Доверительные интервалы
3.6. Термины и определения надежности космических комплексов
и ракетно-космических систем
39
45
45
46
48
49
50
59
63
64
64
67
68
72
74
76
79
83
88
90
93
96
97
3
52
54
59
Стр.4
5.2. Надежность как качество, развернутое во времени
5.2.1. Функция надежности
5.2.2. Средняя наработка до отказа
5.2.3. Интенсивность отказов
5.3. Надежность как вероятностная прочность
5.2.4. Экспоненциальный закон надежности
5.2.5. Планы испытания на надежность
5.3.4. Связь между показателем надежности и коэффициентом
безопасности
5.3.3. Использование метода для оценки надежности отделения
створок головного обтекателя
5.3.2. Вычисление показателя надежности элементов при
нормальных законах распределения нагрузки и прочности
5.4. Надежность как вероятность невыброса случайного процесса
за заданный уровень
5.3.5. Форсированные испытания
5.4.1. Некоторые сведения о случайной функции
6.3. Расчет надежности систем при параллельном соединении
элементов
6.5. Вероятность безотказной работы системы "не менее m из n"
7. ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ДИНАМИКИ
6.4. Смешанное соединение элементов
6.2. Расчет надежности систем при последовательном соединении
элементов
6.1. Метод структурных схем надежности
6. ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В ТЕОРИИ
НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ
5.4.2. Основные понятия теории надежности В. В. Болотина
5.4.3. Выбросы случайного процесса за заданный уровень
5.3.1. Вычисление показателя надежности элемента при
произвольных законах распределения нагрузки и прочности
5.1.2. Доверительные границы надежности для высоконадежных
элементов
100
102
102
105
106
110
114
119
140
142
143
137
140
120
125
129
132
148
148
153
158
7.1. Основные понятия и постановки задач статистической динамики 166
7.2. Классификация систем в задачах статистической динамики
7.3. Методы решения задач статистической динамики
7.4. Метод статистической линеаризации
163
165
166
7.4.3. Использование метода статистической линеаризации в
задачах надежности безударного разделения
7.5. Метод статистических испытаний
7.5.2. Моделирование реализаций случайных величин на ЭВМ 185
7.5.3. Программная реализация моделирования реализаций
случайных величин с нормальным законом распределения
7.5.1. Суть метода статистических испытаний
189
4
7.4.1. Теоретические основы метода статистической линеаризации 173
7.4.2. Использование метода статистической линеаризации в
задачах прочности
176
179
183
183
172
173
173
Стр.5
7.5.4. Моделирование реализаций случайных величин с
произвольными законами распределения
7.5.5. Моделирование дискретных случайных величин
8. ЛОГИКО-ВЕРОЯТНОСТНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
НАДЕЖНОСТИ СТРУКТУРНО-СЛОЖНЫХ СИСТЕМ
8.1. Некоторые сведения из математической логики
8.2. Правила и законы математической логики
8.3. Основные определения функций алгебры логики
8.4. Деревья отказов
7.5.6. Использование метода статистических испытаний
в задачах оценки надежности безударного разделения
191
194
8.5. Методы перехода от логических функций к вероятностным
8.5.1. Метод перехода от логических функций к вероятностным
на основе формулы вероятности суммы совместных событий
203
205
207
210
214
8.5.2. Метод перехода от логических функций к вероятностным
на основе приведения функции алгебры логики к совершенной
дизъюнктивной нормальной форме
9. НАДЕЖНОСТЬ СИСТЕМ С СЕТЕВОЙ СТРУКТУРОЙ
9.1. Представление системы в виде сетевой модели
9.2. Некоторые сведения из теории графов
8.9. Использование структурно-логических схем для анализа
надежности системы разделения
8.8. Применение логико-вероятностных методов для анализа
надежности системы с элементами, соединенными по схеме
ненагруженного резерва
8.6. Метод структурно-логических схем надежности
8.7. Анализ чувствительности элементов системы
214
216
8.5.3. Алгоритм для автоматизированного приведения функции
алгебры логики к совершенной дизъюнктивной нормальной форме 217
8.5.4. Метод статистического моделирования при оценке
вероятности состоянии логических функций
221
224
225
9.2.1. Представление сетевой модели в терминах теории графов 238
9.2.2. Аналитические методы определения вероятности парной
связности узлов графа
9.3. Использование методов оценки надежности систем с сетевой
структурой в задачах безопасности полетов
9.2.3. Метод вычисления вероятности связности узлов графа с
помощью статистического моделирования
10. НОРМИРОВАНИЕ НАДЕЖНОСТИ
10.1. Технико-экономическое обоснование значений показателей
надежности космического комплекса
10.2. Нормирование надежности составных частей ракетнокосмического
комплекса
9.3.3. Оценка вероятности парной связности базы и антибазы графа 255
256
9.3.2. Оценка вероятностных характеристик отдельных работ,
производимых при выходе из аварийной ситуации
9.3.1. Сетевая модель выхода из аварийной ситуации
и постановка задачи
236
236
238
228
233
196
203
243
248
250
250
253
257
262
5
Стр.6
10.2.2. Нормирование надежности ракетно-космической
техники по изделиям-аналогам
10.2.1. Нормирование надежности составных частей ракетнокосмического
комплекса на основе системного подхода
10.2.3. Нормирование надежности бортовых систем летательных
аппаратов на основе системного подхода
11. ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ
НАДЕЖНОСТИ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ
НА РАЗЛИЧНЫХ ЭТАПАХ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА
11.1. Программа обеспечения надежности
11.1.1. Анализ требований по надежности
10.3. Задание требований по надежности проектируемых
летательных аппаратов
11.1.3. Нормирование надежности составных частей летательных
аппаратов
11.1.2. Анализ организационно-технических требований
11.2. Комплексная программа экспериментальной отработки
11.1.4. Анализ видов, последствий и критичности отказов
11.1.5. Обоснование различных видов резервирования
11.1.6. Перечень расчетно-теоретических работ
11.1.7. Перечень экспериментальных работ
11.2.1. Состав комплексной программы экспериментальной
отработки
12. ЛЕТНАЯ ОТРАБОТКА ИЗДЕЛИЙ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ
ТЕХНИКИ
11.3. Программа повышения надежности
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
6
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
12.3. Прогнозирование ожидаемого срока активного существования 331
12.4 Оценка надежности ракетно-космического комплекса по
результатам летных испытаний
12.2. Планирование объема летных испытаний
12.1.3. Организация контроля состояния космического аппарата
в полете
12.1.2. Особенности построения управления космическими
аппаратами в нештатных ситуациях
12.1.1 Цели и задачи летных испытаний
11.2.3. Цели и задачи испытаний, проводимых при наземной
отработке космических аппаратов
11.2.2. Состав и рекомендуемая последовательность проведения
видов испытаний и проверок при автономной отработке
приборов, агрегатов, узлов
10.2.5. Нормирование надежности составных частей бортовых
систем летательных аппаратов
10.2.4. Метод нормирования надежности бортовых систем
летательного аппарата с помощью весовых коэффициентов
262
263
267
268
274
275
280
281
282
282
283
284
291
294
296
296
297
301
302
12.1. Методология организации управления и контроля при летных
испытаниях
308
309
313
327
336
339
340
305
308
308
Стр.7
ПРЕДИСЛОВИЕ
Настоящее учебное пособие предназначено студентам специальностей
160802 «Ракетостроение», 160801 «Космические аппараты
и разгонные блоки» и специальности 230301 «Моделирование и исследование
операций в организационно-технических системах». Оно
может быть использовано при изучении теоретического материала
по дисциплинам «Методы обеспечения надежности летательных аппаратов»
и «Надежность аэрокосмической техники», при выполнении
лабораторных работ, курсовых проектов по дисциплинам вышеназванных
специальностей, а также при дипломном проектировании.
Материал данного пособия может быть использован студентами
специальности 160801 и 160802 при изучении курсов «Проектирование
летательных аппаратов и комплексов» и «Автоматизация проектирования
и конструирования летательных аппаратов».
Учебное
пособие
предназначено
студентам,
впервые
изучающим вопросы надежности изделий ракетно-космической
техники. Может быть полезно молодым специалистам ракетнокосмической
отрасли. В нем учтены современные требования к
методам расчета и обеспечения надежности ракет-носителей и
автоматических косми-ческих аппаратов.
Хочется выразить глубокую признательность коллегам профессору
В. В. Салмину и доценту А. Г. Прохорову за научное и техническое
редактирование рукописи учебного пособия, рецензентам -
начальнику сектора отдела надежности ГНП РКЦ «ЦСКБ-Прогресс»
В. И. Крысенко и доценту А. С. Кучерову за ценные замечания и рекомендации,
которые были учтены при подготовке рукописи к изданию.
7
Стр.8
Учебное издание
Куренков Владимир Иванович
Капитонов Валерий Алексеевич
МЕТОДЫ РАСЧЕТА И ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ
РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ
Учебное пособие
Научный редактор В. В. С а л м и н
Технический редактор А. Г. П р о х о р о в
Редакторская обработка Л. Я. Ч е г о д а е в а а
Корректорская обработка А. В. Я р о с л а в ц е в а
Доверстка А. А. Н е ч и т а й л о
Подписано в печать 24.09.07 г. Формат 60х84 1/16.
Бумага офсетная. Печать офсетная.
Печ. л. 20,0.
Тираж 90 экз. Заказ _______ . ИП - 36 / 2007
Самарский государственный
аэрокосмический университет.
443086 Самара, Московское шоссе, 34.
Изд-во Самарского государственного
аэрокосмического университета.
443086 Самара, Московское шоссе, 34.
Стр.347