Розглянуто математичні моделі надійності апертур ФАР РЛС під час різних законів розподілу часу до відмови модулів надвисоких частот, що враховують наявність раптових і поступових відмов. На основі одержаних формул і рівнянь будуються і аналізуються номограми для визначення ймовірності безвідмовної роботи, інтенсивності відмов і середнього наробітку до відмови типових апертур ФАР для 5 типів законів розподілу часу до відмови: експоненціального, Вейбулла, дифузійного немонотонного, узагальненого показового і суміші двох розподілів - експоненціального і Вейбулла.

Розглянуто математичну модель оптимально профілактичного обслуговування розподілених структур фазованих антенних решіток (ФАР). Визначено та досліджено коефіцієнти технічного використання та математичне очікування питомих експлуатаційних затрат для двох типових структур ФАР. Побудована номограма для визначення оптимальної періодичності профілактичного обслуговування структур ФАР.

Запропоновано математичні моделі безвідмовності і довговічності електрорадіовиробів з використанням суперпозицій експоненціального та розподілу Вейбула, експоненціального та дифузійного немонотонного розподілів, які дозволяють побудувати нові математичні моделі надійності електронної апаратури, що враховують раптові і поступові відмови електрорадіовиробів.

Предложен метод вероятностного анализа безотказности и долговечности апертур фазированных антенных решеток радиолокационных и гидроакустических станций на основе статистической информации об интенсивностях внезапных и постепенных отказов электрорадиоэлементов, полученной из справочников по надежности и технических условий.

У процесі розробки електронних систем на різних етапах розробки показники надійності оцінюються з різним ступенем точності. Уточнений розрахунок надійності на етапі робочого проектування проводиться з урахуванням умов експлуатації, факторів навколишнього середовища та фактичних коефіцієнтів електричного навантаження радіоелементів. "Керівні принципи для розрахунку надійності пристроїв і систем", що діють в даний час на підприємствах, вважають, що всі відмови радіоелементів вважаються катастрофічними (раптовими). Це не враховує процеси зносу елементів і погіршення параметрів, тобто процес поступового виходу з ладу радіоелементів. Отримані оцінки надійності є песимістичними (оцінки показників надійності значно занижені - помилки оцінки варіюються від 30 % до 80 %), що змушує розробників вводити додаткову непотрібну надмірність в структуру проектованої системи. Також значно збільшується необхідна кількість запасних частин для роботи системи. Запропоновано нову універсальну модель відмов виробів електронного обладнання (далі - радіоелементи), яка враховує раптові і поступові відмови. Універсальна модель побудована з використанням композиції експоненціального і дифузійного немонотонного розподілу відмов радіоелементів. Розроблено метод визначення параметрів універсальної моделі відмов, який дозволяє апроксимувати узагальнену криву інтенсивності відмов радіоелементів (узагальнену криву інтенсивності відмов "ванна надійності").Це дозволяє використовувати статистичні дані щодо надійності, які систематизовані в "Довіднику щодо надійності електронних виробів (радіоелементів)". Визначені аналітичні вирази для імовірності безвідмовної роботи, функції розподілу, щільності розподілу і частоти відмов універсальної математичної моделі відмов радіоелементів. Для практичного застосування були розроблені три типи номограм. Запропонований метод визначення параметрів універсальної математичної моделі відмов радіоелементів дозволяє розробникам: розробити математичні моделі надійності електронних систем в процесі проектування з урахуванням раптових і поступових відмов елементів; проводити розрахунки показників надійності, довговічності приладів та кількості запасних частин з високою точністю і надійністю; прибрати зайву надмірність під час проектування радіоелектронних систем; знизити до 30 - 40 відсотків обсягу необхідної кількості запасних частин для технічної експлуатації систем.

Досліджено вплив температури активної зони кристала НВЧ транзисторів приймально-передавальних модулів активних фазованих антенних решіток (АФАР) на показники надійності. Надійність є однією з основних характеристик ефективності РЛС з АФАР, тому пропонована тема дослідження є важливою і актуальною. Проведено аналіз математичних моделей відмов та впливу температури робочої зони кристала на інтенсивності відмов СВЧ транзисторів і мікромодулів. Розглянуто модель Арреніуса для визначення коефіцієнта температурної залежності робочої зони кристала НВЧ транзисторів, виконаних по GaN технології. Представлені моделі раптових і поступових відмов НВЧ транзисторів і мікромодулів. Показані формули для прогнозної оцінки інтенсивностей відмов НВЧ транзисторів і мікромодулів: при раптових відмовах (експоненціальне розподіл); при поступових відмовах (немонотонний дифузний розподіл); при спільному прояві раптових і поступових відмов (композиція експоненціального і дифузійного немонотонного розподілів). На підставі робіт, виконаних раніше автором, розглянуті моделі і представлені формули для розрахунку ймовірності безвідмовної роботи і середнього наробітку до відмови приймально-передавального модуля, антенною підрешітки і АФАР в цілому. Використовуючи зазначені вище математичні моделі, досліджено зміну показників надійності дворівневої АФАР перспективної РЛС при різних значеннях температури робочої зони кристала НВЧ транзисторів передавальних каналів приймально-передавальних модулів. Побудовано графіки зміни середнього наробітку до відмови і ймовірності безвідмовної роботи залежно від температури робочої зони кристала НВЧ транзисторів при різних типах відмов: раптових, поступових і суміші раптових і поступових відмов. Досліджено поведінку середнього наробітку до відмови і ймовірності безвідмовної роботи АФАР від температури робочої зони кристала НВЧ транзисторів. Показано, що при логарифмічній шкалі для середнього наробітку до відмови всі моделі і, відповідно, графіки є лінійними функціями. Отримані результати можуть бути корисні розробникам перспективних РЛС з АФАР при проектуванні систем рідинного охолодження, правильному виборі параметрів НВЧ транзисторів в приймально-передавальних модулях і структури антенної решітки РЛС.

Мета роботи - розробка моделі розрахунку показників надійності АФАР за критерієм допустимого зниження максимальної дальності РЛС. Рівняння дальності радіолокації пов'язують між собою максимальну дальність дії радіолокатора і його параметри: потужність, що випромінюється АФАР, коефіцієнт посилення передавальної антени, коефіцієнт посилення приймальної антени. Під час функціонування АФАР поступово відмовляють його активні елементи: передають і прийомні канали приймально-передавальних модулів підрешіток і АФАР в цілому, а також модулі вторинного електроживлення. Це призводить до зменшення випромінюваної потужності і зниження коефіцієнтів посилення. Кількість відмов передавальних каналів і модулів електроживлення визначається їх інтенсивностями відмов і загальною кількістю каналів і модулів. Використовуючи формулу радіолокації, а також залежності зниження випромінюваної потужності і коефіцієнтів посилення від кількості передавальних і приймальних каналів АФАР, що відмовили, була визначена аналітична залежність зниження максимальної дальності радіолокатора від середнього наробітку до відмови РЛС. У загальному вигляді (за довільним законом розподілу відмов передавальних, приймальних каналів і модулів електроживлення) ця залежність є трансцендентним рівнянням відносно середнього наробітку до відмови АФАР. Під час використання експоненціального розподілу відмов і розкладання експоненти в ряд з двох членів трансцендентне рівняння вдалося перетворити в наближену формулу для визначення середнього наробітку до відмови і інтенсивності відмов АФАР. Представлено ілюстративний приклад розрахунку показників надійності: середній наробіток до відмови і інтенсивності відмов в залежності від допустимого зниження максимальної дальності РЛС. Представлені графіки залежності середнього наробітку до відмови від значень допустимого зниження максимальної дальності і інтенсивностей відмов передавальних каналів і модулів електроживлення. Представлені в статті результати рекомендується використовувати для оцінки надійності АФАР в процесі проектування і експлуатації РЛС.

Індекс рубрикатора НБУВ: З845.47

Рубрики:

Антенні решітки

Шифр НБУВ: Ж23045 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Розглянуто питання визначення показників надійності та технічного обслуговування передавальних активних фазованих антенних решіток (АФАР) багатофункціональних РЛС. Проведено аналіз існуючих моделей надійності та технічного обслуговування АФАР РЛС. Показано, що найбільш цікавими моделями надійності передавальної АФАР є: модель надійності з дворівневої структурною схемою АФАР і модель надійності за критерієм допустимого зниження рівня максимальної дальності РЛС. Серед моделей технічного обслуговування АФАР найцікавішими визначені: модель оптимального профілактичного обслуговування (ПО) АФАР з однорівневою структурою і модель обслуговування АФАР за технічним станом. Використовуючи результати проведеного аналізу, побудовані моделі надійності і оптимального профілактичного обслуговування передавальної АФАР багато функціональної РЛС. Представлені аналітичні вирази показників надійності дворівневої АФАР: середнього напрацювання до відмови і ймовірностей безвідмовної роботи антеною передавальної підрешітки і передавальної АФАР в цілому. Побудовано аналітичні вирази для критеріїв ефективності оптимального ПО (коефіцієнта технічного використання і математичного очікування питомих експлуатаційних витрат) і критеріїв виграшу від оптимізації ПО. В роботі розглянуто ілюстративний приклад розрахунку показників надійності і оптимального ПО дворівневої АФАР, що включає 6400 СВЧ випромінюючих каналів, скомпонованих в 100 підрешіток по 64 каналу кожен. Визначено середній наробіток до відмови і оптимальні періодичності ПО АФАР для трьох варіантів показників надійності випромінюючих каналів. Побудовано та проаналізовано графіки ймовірності безвідмовної роботи, коефіцієнта технічного використання і математичного очікування питомих експлуатаційних витрат АФАР. Отримано значення оптимальної періодичності та виграш від оптимізації. Показано, що результати оптимального ПО доцільно використовувати на початковій стадії експлуатації РЛС з АФАР - на етапі гарантійного обслуговування. На подальших стадіях експлуатації - етапах післягарантійного обслуговування рекомендується використовувати метод обслуговування АФАР за технічним станом. Пропоновані авторами моделі можуть бути корисні інженерам і науковим працівникам, які розробляють РЛС з АФАР, і працівникам експлуатуючих організацій.

Розглянуто математичну модель надійності активних фазованих антенних решіток (АФАР) багатофункціональних РЛС в приймальному режимі за критерієм допустимого погіршення рівня бічних пелюсток. Для визначення рівня бічних пелюсток (квантування фазообертачів) плоскою АФАР при рівномірному амплітудному розподілі використана формула, запропонована проф. Р.С. Хансеном у роботі "Фазовані антенні решітки". З використанням даної формули представлені графіки залежностей логарифма середньоквадратичного значення (с.к.з.) рівня бічних пелюсток, обумовлене випадкової похибкою квантування фази від кількості випромінюючих елементів в АФАР, залежно від логарифма кількості випромінюючих елементів в АФАР. Для побудови моделі надійності АФАР використовується поліноміальна апроксимація рівня бічних пелюсток від відносного рівня кількості відмовили приймально-передавальних каналів. Побудовано дворівневу структурну схему надійності АФАР і трансцендентне рівняння, рішення якого дозволяє визначити середній наробіток до відмови АФАР за критерієм допустимого погіршення рівня бічних пелюсток. Представлені формули для визначення імовірності безвідмовної роботи, щільності розподілу відмов і інтенсивності відмов АФАР в приймальному режимі. Розглянуто ілюстративний приклад розрахунку показників надійності плоскої АФАР в приймальному режимі на 6400 приймально-передавальних каналів. Представлені результати можуть бути використані вченими і інженерами-розробниками при проектуванні багатофункціональних РЛС з АФАР, а також в навчальному процесі.

Проведено дослідження моделей надійності АФАР з однорівневою та дворівневою ССН. Розроблено метод визначення вимог до показників надійності каналів і модулів активної фазованої антенної решітки для забезпечення заданої надійності антенної решітки. Представлені вимоги до середнього наробітку до відмови приймально-передавального СВЧ модуля підрешітки і модуля вторинного електроживлення по відношенню до середнього наробітку до відмови випромінюючого приймально-передавального СВЧ каналу. Розглянуто приклад визначення вимог до середнього наробітку до відмови приймально-передавальної АФАР для експоненціального розподілу і композиції дифузійного немонотонного і експоненціального розподілів (50 % раптових і 50 % поступових відмов). Визначено вимоги щодо надійності при 10% допустимому зниженні максимальної дальності РЛС, що відповідає 20 % допустимих відмов приймально-передавальних каналів.

Робота присвячена розвитку методології підвищення ефективності технічного обслуговування активних фазованих антенних решіток (АФАР) радіолокаційних станцій (РЛС). Розроблено й удосконалено математичні моделі надійності та підвищення ефективності експлуатації АФАР за критеріями технічного використання і економічної ефективності. Удосконалено математичні моделі надійності електровиробів, що описують раптові та поступові відмови. Розроблено та досліджено моделі надійності необслугованих АФАР зі ｋ-рівневою структурною схемою надійності при раптових і поступових відмовах модулів антенних решіток. Облік поступових відмов модулів антенних решіток дозволяє підвищити надійність АФАР від 30 % до 80 %. Розроблено математичні моделі надійності обслуговуваних АФАР. Удосконалено методи визначення потрібної кількісті запасних модулів антенних решіток для забезпечення технічного обслуговування АФАР. Розроблено та досліджено моделі оптимального технічного обслуговування РЛС з АФАР, застосування яких дозволяє знизити від 15 % до 35 % наведених експлуатаційних витрат на етапі гарантійного обслуговування. Визначено стратегії технічного обслуговування і експлуатації АФАР РЛС з наробітку та фактичного стану, розроблено моделі та методи для реалізації цих стратегій на етапі післягарантійного обслуговування.