ВЫБОР УРОВНЕЙ ФАКТОРОВ

ВВЕДЕНИЕ

В последнее время в технике широко внедряется совокупность передовых методов статистической обработки результатов различных экспериментов — теория планирования экспериментов. Планирование эксперимента — это процедура выбора числа и условий проведения опытов, необходимых и до­статочных для решения поставленной задачи с требуемой точностью.

При планировании испытаний существенно стремление к минимизации их числа, к сокращению времени на их проведение и обработку результатов; одновременное варьирование по специальным алгоритмам всеми переменными, определяющими процесс (в случае управляемого эксперимента); использование математического аппарата, формализующего многие действия экспериментатора; выбор четкой стратегии принятия обоснованных решений после каждой серии экспериментов.

Создается также при наличии формализованных решений база для автоматизации циклов планирования и проведения операций контроля и испытаний с помощью ЭВМ.

Исследование начинается обычно с обработки априорной информации по испытаниям натурных объектов, выбора вида модели, разработки специальной рабочей модели, предназначенной для конкретных исследований.

Если исследуется новое явление, то с помощью создаваемой модели «нащупывается» его схема. Такое приближенное отображение процесса фиксируется концептуальными или феноменологическими моделями, которые дают условное пред­ставление о процессе — его скелетную схему.

Важным вопросом является обеспечение научной основы для планирования испытаний и прогнозирования изменений основных параметров, что должно предшествовать всякому внедрению систем в производство.

Данный вид испытаний в иерархической структуре зани­мает ступень наземных автономных испытаний для отдельных бортовых систем.

Применяя методы планирования эксперимента в разработке указанных технологических процессов, возникает возможность формализовать ряд операций подготовки и проведения испытаний и оптимизации технологического цикла.

ВЫБОР УРОВНЕЙ ФАКТОРОВ

На современных ракетах-носителях (PH) в качестве орга­нов управления используются шарнирно закрепленные каме­ры сгорания двигательной установки (ДУ), при повороте ко­торых относительно продольной оси ракеты на некоторый угол возникают силы, управляющие ракетой по углам курса и тангажа.

Поворот камеры осуществляет рулевая машинка (РМ) — исполнительный орган такой системы (рисунок 1). На работоспо­собность всей системы управления ДУ существенное значение оказывает величина шарнирного момента в поворотном узле камеры

M_ш=F*h,

где F — усилие, развиваемое РМ; h — плечо действия РМ.

Рисунок 1 Схема камеры ДУ с шарнирно закрепленным соплом.

1. Камера ДУ. 2. Тяга управления соплом. 3. Сопло. 4. Мембрана.

Анализируя условия функционирования системы, можно отметить, что М или, что практически равносильно, F (в дальнейшем будем оперировать только характеристикой F, поскольку М_ш и F относятся через величину h — постоянный конструктивный параметр рассматриваемого типа ДУ) зави­сит от следующих факторов:

· угла поворота камеры α;

· угловой скорости ω вращения камеры, задаваемой ко­мандными органами системы;

· перепада давления ∆р в отсеке ДУ, где установлена РМ, по отношению к внешней среде, т. е. атмосфере.

Последний фактор связан с конструктивной особенностью данной системы управления. Поскольку камера подвижна, то двигательный отсек должен закрываться не жестким днищем, как обычно, а своеобразной мембраной, достаточно гибкой для обеспечения необходимой подвижности камере ДУ. Вследст­вие своей упругости такая мембрана будет оказывать различ­ное воздействие на РМ в зависимости от величины ∆р на ак­тивном участке траектории.

Указанные факторы являются основными и должны быть включены в ТУ на автономные наземные испы­тания данной системы и в ТЗ па проектирование соответству­ющего стенда.

В процессе выполнения курсовой работы студенты должны также исследовать, какие факторы в процессе эксплуатации данной системы могут воздействовать на нее второстепенно и определить их место в классификации. Для этого удобно рассмотреть процесс работы системы как некоторое физическое явление и составить его концептуальную (фено­менологическую) схему. В основе такой схемы положена структура физических связей, наложенных на испытываемый объект (процесс), их возможные взаимодействия. При этом можно показать их классификационную подчиненность, как внешних факторов.

Существенно здесь также разработать и ис­пользовать в исследовании информационную модель испыта­ний. Информационная модель процесса обычно определяется как совокупность текущей информации о состоянии объекта (испытания, исследования), о воздействиях на него со стороны внешней среды, о положении командных органов, поступающей от специальных средств отображения информации (СОИ), с указанием их структурных связей.

Различаются два уровня концептуальной модели: постоян­ная и оперативная концептуальные модели. Постоянная концептуальная модель концентрирует всю совокупность зна­ний и практического опыта о данном типе явлений (процес­сов), например, о процессе взаимодействия окружающей сре­ды и летательного аппарата в процессе эксплуатации.

При проведении конкретных испытаний концептуальная мо­дель выступает на оперативном уровне, на котором выделя­ются лишь сведения, определяющие данный процесс в ука­занном промежутке времени. Сравнивая определенными мето­дами данную модель с информационной моделью в контрольные отрезки времени, можно выработать набор действий, т. е. некоторый (оптимальный) технологический про­цесс, позволяющий переводить объект в заданное состояние.

Неточное или неполное отражение исследуемого процесса информационной моделью может отрицательно сказаться на содержании оперативной концептуальной модели, привести к выбору ошибочных операций в технологическом процессе.

Допустим, для исследуемой си­стемы основные факторы заданы следующими количествен­ными характеристиками: для угла поворота камеры ДУ от —10° до +10°; для угловой скорости три дискретных значе­ния ω₁= 5 град/с; ω₂= 10 град/с; ω₃ = 20 град/с; для перепада давлений от —2,0 МПа до +2,0 МПа.

Для угловой скорости очевидны 3 дискретных уровня, опре­деляемых схемой привода ДУ — ω₁, ω₂, ω₃. Для угла поворота диапазон изменения фактора удобно разбить на ряд одинако­вых интервалов в количестве, достаточном для определения неизвестной кривой. Допустим, контрольное оборудование стенда позволяет без больших динамических ошибок фиксировать значения функции отклика — усилие на РМ — через каждые 2 градуса поворота камеры. Поскольку вид неизвестен, примем в первом приближении величину интервала для α — 2 градуса; получим 11 уровней в заданном диапазоне α (от +10° до —10°). Так же определим величину интервала для ∆р, равную 0,5 МПа. Получим 9 уров­ней в заданном диапазоне ∆р. Естественно, что после первого испытания определится вид функциональных зависимостей, и необходимо будет уточнить величины интервалов и их ко­личество (для нашего случая уменьшить).