Определение оптимального объема наземной и летной отработки объектов РКТ

Материалы лекций № 1.13. и 1.14.

Определение оптимального объема наземной и летной отработки объектов РКТ

*****

Оптимизация наземной экспериментальной отработки объектов РКТ. Оптимизация процесса испытаний. Определение точек перехода, минимизирующих общее время испытаний при неслучайных значениях параметров динамики эффективности. Оптимальный переход между уровнями испытаний при описании уровней логистическими моделями. Оптимальные точки перехода между уровнями испытаний с учетом случайного характера параметров динамики эффективности. Различия оптимальности переходов по стоимости и по времени. Определение оптимального объема летных испытаний. Оптимизация требований к отработке основных систем. Некоторые методы решения задач оптимального планирования частных программ испытаний. Планирование единичного пуска. Рациональное распределение базовых и текущих затрат.

*****

1.13-14.1. Оптимизация наземной экспериментальной отработки объектов РКТ

При разработке комплексной программы экспериментальной отработки должна быть решена задача оптимизации процесса испытания, т. е. определения оптимального объема и содержания всех испытаний, проводящихся в процессе разработки КА, таким образом, чтобы обеспечивалась заданная эффективность изделия при минимальных затратах средств и времени.

Процесс экспериментальной отработки в наиболее общем виде описывается следующей системой уравнений:

                     (1.13-14.1.)

где С, Т — соответственно суммарные стоимость и время комплексной программы испытаний; N – число этапов отработки; t_i – время i-го этапа; n_i – число испытаний на i-м этапе; W_i - эффективность на i-м этапе;  — параметры, характеризующие изменение эффективности на i-м этапе; с_0i и Δс_i – соответственно базовые и текущие затраты на i-м этапе.

Выбор целевой функции производится в зависимости от класса объекта РКТ. Так, для серийных образцов ракетной техники в качестве целевой функции выбирают стоимость. Задача оптимизации при этом формулируется следующим образом:

                          (1.13-14.2.)

где W_з, Т_з — соответственно заданные значения эффективности и времени на разработку, причем ограничение по времени часто снимается [Волков Л.И., Шишкевич А.М. Надежность летательных аппаратов.- М.: Высшая шк., 1975.- 296 с.; Koelle D.E. Raumffhrtforschung, 15, Heft 5, s. 182-197 (1971); и 16, Heft 1, s. 1-14 (1972)].

Практика проектирования показывает, что при применении оптимальных программ экспериментальной отработки удается сократить затраты на разработку на 10…20% [Чембровский О.Ф., Топчеев Ю.И., Самойлович Г.В, Общие принципы проектирования систем управления.- М.: Машиностроение, 1972.- 416 с.].

При проектировании уникальных космических ЛА стоимость разработки обычно не является жестким ограничением. Так, по материалам работ [Koelle D.E. Raumffhrtforschung, 15, Heft 5, s. 182-197 (1971); и 16, Heft 1, s. 1-14 (1972)], расходы, связанные с выполнением некоторых программ NASA, превысили первоначально намеченные суммы в 10 раз, в то же время сроки разработки выдерживаются достаточно строго и составляют для космических аппаратов 3-4 года, для ракет-носителей – 5-6 лет.

Таким образом, для образцов данного класса более рациональной является следующая постановка задачи оптимизации:

                          (1.13-14.3.)

причем ограничение по стоимости в ряде случаев может не учитываться.

Анализ уравнений (1.10-12.54), (1.10-12.87.) приведенных ранее, показывает, что время, стоимость и эффективность зависят от таких факторов, как

Поэтому решение задачи оптимизации в общей постановке сопряжено с рядом трудностей.

Обычно при решении практических задач планирования опытной отработки РКТ производится декомпозиция общей задачи на ряд частных задач с последующей координацией полученных решений. Такой подход является рациональным и с организационной точки зрения. Действительно, опытная отработка на различных уровнях сборки ведется обычно различными предприятиями. Централизованное планирование всего процесса экспериментальной отработки, начиная с элементов и кончая ЛА в целом, затруднительно. Поэтому целесообразно определение требований, обеспечивающих оптимальные свойства комплексной программы испытаний в целом и являющихся исходными данными для более детального планирования отдельных этапов этой программы. Для получения таких требований удобно использовать метод иерархической оптимизации, основанный на анализе динамики эффективности [Кринецкий Е.И., Александровская Л.Н. Летные испытания систем управления летательными аппаратами.- М.: Машиностроение, 1975.- 193 с.]. Этот метод позволяет при заданных законах динамики эффективности для каждого уровня и общей требуемой эффективности КА определить оптимальные требования к эффективности для каждого уровня испытаний. При этом в качестве моделей динамики эффективности при проведении оптимизации могут быть использованы различные модели, такие, как экспоненциальная, логистическая и др.

Приведенный ранее анализ иерархической структуры испытаний позволяет записать модели динамики эффективности по времени и стоимости на каждом i - м уровне испытаний в виде

                (1.13-14.4.)

              (1.13-14.5.)