Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Курсовая ТВ и МС.doc
Скачиваний:
1
Добавлен:
01.07.2025
Размер:
1 Мб
Скачать
☆

1. Сравнительный анализ вероятностей

катастрофы летательного аппарата.

1.1Постановка задачи задания № 1

Летательный аппарат (ЛА) состоит из

-m двигателей с вероятностей отказа P1, P2,…Pm ;

-n дублирующих систем энергосбережения с вероятностей отказа

P1Э , P2Э ,... PnЭ ;

-N c вероятностей отказа Рс каждая.

Катастрофа наступает, если выходит из строя любая (r+1) и более двигателей, либо если все системы энергоснабжения, либо если хотя бы одна из N вспомогательных подсистем.

В случаи отказа любого r из m двигателей катастрофа наступает с вероятностью РD .

Определить вероятность катастрофы ЛА и сравнить ее с вероятностью катастрофы ЛА без дублирующих систем(один двигатель с вероятностью катастрофы P1 , одна система энергосбережения с вероятностей отказа P1Э и N вспомогательных подсистем с вероятностей отказа Рс каждая ), предполагая, что все упомянутые выше системы и подсистемы ЛА функционируют независимо друг от друга.

В обоих случаях сравнить вероятности катастроф, связанных с отказом

- двигателей;

- систем энергосбережения;

- вспомогательных подсистем.

Дано

m = 5; Р1 =6∙10-4, Р2 =5∙10-4, Р3=7∙10-4, Р4=2∙10 -4, Р5=4∙10 -4

r=4 РD=0.1;

n=4 Р1Э=3∙10-4, Р2Э=4∙10-4, Р3Э=10 -4, Р4Э=6∙10 -4;

N=3∙103 Pc=6∙10-9.

Решение.

Математическая часть

Введем обозначение событий:

- D1, D2, D3, D4 - отказ 1-го, 2-го, 3-го и 4-го двигателей соответственно;

- В1, В2, В3, - отказ 1-й, 2-й, и 3-й системы энергоснабжения соответственно;

  • Сi - отказ i-ой вспомогательной подсистемы, i = 1,2,...,N;

  • Ек - катастрофа;

-Ekd,Eкэ, Eкc - катастрофы, связанные с отказом двигателей, систем энергоснабжения и вспомогательных подсистем соответственно.

А) Рассмотрим случай ЛА с дублирующими системами:

В этом случае:

ЕK=ЕKD+ЕKЭ+EКС . (1.1)

Перейдем к противоположным событиям, будем иметь:

= (1.2)

Из равенства (1.2) в силу соотношения двойственности получим:

ЕK= ∙ ∙ (1.3)

Тогда вероятность катастрофы будет определяться по формуле:

P(EK)=1- P( )=1-P( ∙ ∙ ) (1.4)

Из равенства (1.4) в силу независимости событий ЕKD , ЕKЭ, EКС получим:

P(EK)=1- P ∙ P( )∙ P(EKC)=1-(1-P(EKD))∙(1-P(EKЭ))∙P(EKC)). (1.5)

Рассмотрим структуру событий ЕKD, ЕKЭ, EКС и найдем их вероятности, то есть вероятности катастроф, связанных с отказом

  • двигателей ЕКD

  • систем энергоснабжения ЕKЭ

  • вспомогательных подсистем ЕKC

1) Рассмотрим структуру событий ЕKD и найдем P(EKD)= PKD

Так как событие ЕKD - это событие, состоящее в том, что катастрофа произошла из-за отказа двигателей, а по условию задачи катастрофа, связанная с отказом двигателей наступает, если выходят из строя любых (r+1) и более двигателей из m двигателей, а в случае отказа любого г из m двигателей катастрофа наступает с вероятностью РD . Значит:

ЕKD= ЕKDr+ ЕKD≥ (r+1), где

Так как в нашем случае число двигателей m = 5, r = 4; то r + 1 = 4 + 1 = 5.

Значит:

ЕKD= ЕKD4+ ЕKD≥5 где:

ЕКD4 - событие, состоящее в том, что катастрофа произошла из-за отказа любого r =4 из m=5 двигателей;

ЕKD>5 - событие, состоящее в том, что катастрофа произошла из-за выходы из строя любых (r + 1) = 5 и более двигателей, а в нашем ЕKD>5= ЕKD5 - это событие, состоящее в том, что катастрофа произошла из-за отказа пяти двигателей. Из этого следует, что:

ЕKD≥5 = ЕKD5 = D1∙ D2∙ D3∙ D4∙ D5 (1.6)

В свою очередь катастрофа, связанная с отказом ровно r = 4 двигателей (при работающих остальных), не обязательно влечет за собой катастрофу (ас вероятностью PD ), значит

EKD4=EK∙ ED4

Тогда:

EKD= EKD4+ EKD≥5= EK∙ ED4+ EKD≥5

Так как события EKD4, и EKD≥5 несовместны, то

P(EKD)=P(EKD4+ EKD≥5)= P(EKD4)+ P(EKD≥5)=P(EK∙ ED4)+P(EKD≥5)

а для нашего случая и учитывая (1.6), получим:

P(EKD)=P(EKD4+ EKD≥5)= P(EKD4)+ P(EKD≥5)=P(EK∙ ED4)+P(EKD≥5)= P(EK∙ ED4)+P(EKD5) = P(EK∙ ED4)+ P(D1∙ D2∙ D3∙ D4∙ D5)

С другой стороны, катастрофа, связанная с отказом ровно r=4 двигателей при работающих остальных из пяти имеющихся у ЛА по условию задачи, есть следующее событие:

ED4 = D1∙ D2 ∙ D3∙D4 + D1∙ D2 ∙ D3∙ ∙ D5 + D1∙ D2 ∙ ∙D4∙D5 +

+ D1∙ ∙ D3∙D4∙D5 + ∙ D2 ∙ D3∙D4 ∙ D5 (1.8)

то есть не работают 5-й, 4-й, 3-й, 2-й, 1-й двигатели из пяти, имеющихся у ЛА.

Замечание.

Тот факт, что события EKD4 и EKD≥5 несовместны, можно доказать следующим образом:

EKD4∙ EKD≥5 =< согласно (1.7) >= EK∙ ED4∙ EKD≥5=< согласно (1.6) >= EK∙ ED4∙ ЕKD5 = =< согласно (1.6) и (1.8) = EK(D1∙ D2 ∙ D3∙D4 + D1∙ D2 ∙ D3∙ ∙ D5 + D1∙ D2 ∙ ∙D4∙D5 + D1∙ ∙ D3∙D4∙D5 + ∙ D2 ∙ D3∙D4 ∙ D5) ∙ D1∙ D2∙ D3∙ D4∙ D5 = EK ((D1∙ D2∙ D3∙ ∙D5 D1∙ D2∙ D3∙ D4∙D5)+( D1∙ D2∙ ∙ D4∙D5 ∙ D1∙ D2∙ D3∙ D4∙D5)+( D1∙ ∙ D3∙ D4∙D5 ∙ D1∙ D2∙ D3∙ D4∙D5)+( ∙ D2∙ D3∙ D4∙D5 ∙ D1∙ D2∙ D3∙ D4∙D5)+( D1∙ D2∙ D3∙ D4∙ ∙D1∙ D2∙ D3∙ D4∙ )=

= EK((D1∙ D1)∙( D2 ∙D2)∙( D3∙ D3)∙( D4∙ D4) ∙( D5 ∙ ) + (D1∙ D1)∙( D2∙ D2)∙( D3∙ D3)∙( D4∙ )∙( D5 ∙ D5)+(D1∙ D1)∙( D2∙ D2)∙( D3∙ )∙( D4∙ D4) ∙( D5 ∙ D5) +(D1∙ D1)∙( D2∙ )∙( D3∙ D3)∙( D4∙ D4) ∙( D5 ∙ D5)+( D1∙ )∙( D2∙ D2)∙( D3∙ D3)∙( D4∙ D4) ∙( D5 ∙ D5)

Используя тот факт, что A∙A = A и A∙ =Ø, получим

EKD4∙ EKD≥5 =EK((D1 ∙D2 ∙ D3 ∙D4∙ Ø) + (D1 ∙D2 ∙D3∙ Ø∙ D5 )+ (D1 ∙D2 ∙ Ø ∙ D4∙D5) + (D1 ∙ Ø ∙ D3 ∙D4∙D5) + (Ø ∙D2 ∙D3 ∙D4∙ D5)) = Ø

А как известно, что, если произведение двух событий равно невозможному событию (пустому множеству), то такие события являются несовместными.

По определению условной вероятности имеем:

P(EKD)=P(EK / ED4)∙P(ED4)+P( )

а в силу независимости событий Di , i= , далее имеем:

P(EK / ED4) ∙ P(ED4)+ P( )

Используя (1.7) и несовместимость его (ED4) слагаемых

P(EK / ED4)∙(P(D1∙ D2 ∙ D3∙D4 ) + P(D1∙ D2 ∙ D3∙ ∙ D5 ) + P(D1∙ D2 ∙ ∙D4∙D5)+ P(D1∙ ∙ D3∙D4∙D5) + P( ∙ D2 ∙ D3∙D4 ∙ D5))+ )

В силу всех независимых событий Di , i= и потому, что

P( )=1-P(Di), получим далее:

P(EK / ED4)∙ [(P(D1)∙P(D2)∙P(D3)∙(P(D4) ∙(1-P(D5 ))+ (P(D1)∙P(D2)∙P(D3)∙(1-P(D4)) ∙P(D5 )+P(D1)∙P(D2)∙(1-P(D3) )∙P(D4) ∙P(D5) +P(D1)∙(1-P(D2) )∙P(D3)∙P(D4) ∙P(D5) +(1-P(D1)∙ P(D2)∙ P(D3)∙P(D4) ∙P(D5)]+ )

Так как P(Di)=Pi , i= и P(EK / ED4)=PD , имеем

P(EKD)=PD∙[ P1∙ P2∙ P3 ∙P4∙(1-P5)+P1∙ P2∙ P3 ∙(1- P4)∙P5 + P1∙ P2∙(1- P3)∙ P4∙P5 + P1∙(1- P2)∙ P3∙ P4∙P5 +(1- P1)∙ P2∙ P3∙ P4∙P5]+ P1∙ P2∙ P3 ∙ P4 ∙P5=PD∙[ P1∙ P2∙ P3∙ P4+ P1∙ P2∙ P3∙P5+ P1∙ P2∙ P4∙P5+ P1∙ P3∙ P4∙P5+ P2∙ P3∙ P4∙P5]∙(1-5PD)∙ P1∙ P2∙ P3 ∙ P4∙P5≡PKD;

Если выполняется условие P«PD для всех i= (1.9)

и учитывая, то что значение вероятности случайного события есть величина, меньшая единицы, то

P1∙ P2∙ P3 ∙ P4∙ P5→0

А значит тоже

(1-5PD)∙ P1∙ P2∙ P3 ∙ P4∙ P5→0

И тогда имеем

P(EKD)≡PKD≈PD∙( P1∙ P2∙ P3∙ P4+ P1∙ P2∙ P3∙P5+ P1∙ P2∙ P4∙P5+ P1∙ P3∙ P4∙P5+ P2∙ P3∙ P4∙P5) (1.10)

Подставив значения, данные из условия задания, получим

P(EKD)≡PKD≈PD∙( P1∙ P2∙ P3∙ P4+ P1∙ P2∙ P3∙P5+ P1∙ P2∙ P4∙P5+ P1∙ P3∙ P4∙P5+ P2∙ P3∙ P4∙P5)=

=0.1∙(6∙10-4∙5∙10-4∙7∙10-4∙2∙10-4+6∙10-4∙5∙10-4∙7∙10-4∙4∙10-4+6∙10-4∙5∙10-4∙2∙10-4∙4∙10-4+6∙10-4∙7∙10-4∙2∙10-4∙4∙10-4+5∙10-4∙7∙10-4∙2∙10-4∙4∙10-4)=

=0.1∙10-16∙(420+840+240+336+280)=21.16∙10-16 (1.10)

2) Рассмотрим структуру событий Екэ и найдем P(EКЭ)=PКЭ

EКЭ≡ B1∙ B2∙ B3∙ B4 - катастрофа, связанная с отказом всех трех систем энергоснабжения (п= 4 по условию задачи).

В силу независимости всех событий Bi , i= имеем

P(EКЭ) ≡P(B1∙B2∙B3∙ B4)=P(B1) ∙P(B2) ∙P(B3) ∙P(B4) =P1э∙P2э∙P3э∙P4э (1.12)

Подставив значения, данные из условия задания, получим

P(EКЭ)≡P(B1∙B2∙B3∙ B4)=P(B1) ∙P(B2) ∙P(B3) ∙P(B4)=P1э∙P2э∙P3э∙P4э =

=3∙10-4∙4∙10-4∙10-4∙6∙10-4=120∙10-16 (1.13)

3) Рассмотрим структуру события екс и найдем P(екс) = Pкс.

Событие Екс наступает, если отказывает хотя бы одна из вспомогательной подсистемы, значит

екс≡C1+C2+…+CN=

В силу закона двойственности

екс≡ = ∙ ∙…∙ =

в силу независимости событий , i= получим

P ( ) ≡P( =P( ) ∙ P( )∙…∙ P( )= = 1-P(Ci))

Так как P(Ci)=Pc , i= получим

P ( )= = 1-Pс)=(1-Pc)N

тогда

P(екс)=(1- P ( )=1-(1-Pc)N≡PKC

Если выполняется NPC<<1=>

P ( )=( 1-Pc)N=1-NPC+ PC2-…(-1)N PcN ≈ 1-NPC (1.14)

Подставив значения, данные из условия задания, получим

P(екс) 1-1+NPC=NPC=3∙103∙6∙10-9=18∙10-6 (1.15)