Автореферат (Исследование и разработка автоматизированной информационно-измерительной и управляющей системы огневых испытаний жидкостных ракетных двигателей малой тяги с возможностью диагностики неисправных состояний)

На правах рукописиУДК:681.518.3+621.391.08++ 629.7.036.5–63: 620.1++ 004 + 004.891.3] (043.3)ЧУБАРОВ Олег ЮрьевичИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ И УПРАВЛЯЮЩЕЙСИСТЕМЫ ОГНЕВЫХ ИСПЫТАНИЙ ЖИДКОСТНЫХ РАКЕТНЫХДВИГАТЕЛЕЙ МАЛОЙ ТЯГИ С ВОЗМОЖНОСТЬЮ ДИАГНОСТИКИНЕИСПРАВНЫХ СОСТОЯНИЙСпециальность 05.11.16 – Информационно-измерительныеи управляющие системы (авиационная и ракетно-космическая техника)Авторефератдиссертации на соискание учёной степеникандидата технических наукМосква – 2012Работа выполнена на кафедре «Приборы и измерительно-вычислительныекомплексы» ФГБОУ ВПО «Московский авиационный институт (национальныйисследовательский университет)» (МАИ).Научный руководитель:кандидат технических наук, доцент Князева Валентина ВалентиновнаОфициальные оппоненты:ОболенскийЮрийГеннадьевич,доктортехническихнаук,профессор,начальник отделения автоматических и дистанционных систем управленияИнженерного центра «ОКБ им.

А.И. Микояна»Воробьев Алексей Геннадиевич, кандидат технических наук, доцент кафедры«Ракетные двигатели» ФГБОУ ВПО «Московский авиационный институт(национальный исследовательский университет)» (МАИ)Ведущая организация:ОАО «НПО Энергомаш имени академика В.П. Глушко»Защита диссертации состоится 14 мая 2012 г. в 11 часов 00 минутназаседании«МосковскийдиссертационногоавиационныйСоветаинститутД212.125.11(национальныйвФГБОУВПОисследовательскийуниверситет)» (МАИ) по адресу: 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МАИ.Отзывы на автореферат, заверенные печатью организации, просьбанаправлять по адресу: 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д.

4.Автореферат разослан « ___ » апреля 2012 г.Учёный секретарьдиссертационного совета,канд. техн. наук, доцентЮ.В. ГорбачёвОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работы. В минувшие десятилетия ведущими отечественнымиорганизациями, специализирующимися на создании ракетно-космической техники,создан ряд жидкостных ракетных двигателей малой тяги (ЖРД МТ), используемыхв качестве исполнительных органов реактивной системы управления космическихаппаратов относительно центра масс или в качестве автономных вспомогательныхдвигателей для маневрирования, ускорения или торможения космического аппарата.Создание такого класса двигателей было бы невозможным без новейших достижений науки и техники, которые, в свою очередь, стимулируются высокими требованиями, предъявляемыми к функционированию и ресурсу ЖРД МТ. Важную рольв обеспечении этих требований занимает проведение многочисленных огневыхиспытаний экспериментального ЖРД МТ с помощью автоматизированной информационно-измерительной и управляющей системы (ИИиУС).

ИИиУС представляетсобой совокупность средств измерений, объединённых общим алгоритмом функционирования и предназначенных для автоматического получения информацииот двигателя и подсистем испытательного комплекса, её преобразования длянепосредственного восприятия человеком, использования для управления режимамиработы двигателя, а также для передачи, обработки и представления измерительнойинформации в требуемой форме.Основными направлениями совершенствования ИИиУС в настоящее времяявляются модернизация структуры и разработка новых алгоритмов и методик обработки данных, применение которых непосредственно ведёт к снижению материальных и временных затрат на проведение испытаний двигателя.Самыми дорогостоящими и опасными как на этапе проектирования, так и наэтапе отработки ЖРД МТ, являются огневые испытания.Многочисленные, чрезвычайно затратные, аварийные исходы огневых испытаний, сопровождающиеся разрушением материальной части двигателей и огневыхстендов, диктуют необходимость анализа измеряемых параметров двигателя и стенда, регистрируемых на различных носителях.

Определение причин развитиянештатных ситуаций во всех случаях завершается разработкой и реализацией мероприятий, предотвращающих повторение аварийного исхода, с практически незамедлительным подтверждением их эффективности или ошибочности при очередномпуске. Поэтому крайне важно своевременно вычислить неисправность и место еёвозникновения в системе. Для этого существуют различные методы функциональной диагностики, которые позволяют производить оценку состояния техническихсистем как по результатам натурных испытаний, так и в процессе их функционирования.

Однако, до сих пор нет достаточно эффективных систем, которые позволяютопределять слабо выраженные неисправности в ходе самих испытаний для предотвращения разрушения материальной части двигателя и огневого стенда.Система диагностики неисправных состояний, включённая в состав автоматизированной ИИиУС, может стать эффективной в том случае, если она в мельчайших3особенностях настроена на исследуемый двигатель, его конструктивные, статические и динамические характеристики.Работы в области разработки алгоритмов и методик диагностики неисправныхсостояний ЖРД ведутся как в России, так и за рубежом.

Известны теоретическиеи практические результаты, полученные Гликманом Б.Ф., Коломенцевым А.И.,Лихачёвым В.Я., Мартиросовым Д.С., Rodney A. Martin, Mark A. Schwabacher.Однако, одной из актуальных и нерешённых на сегодняшний день задач остаётсяпредотвращение разрушения материальной части двигателя и огневого стендаза счёт применения автоматизированной ИИиУС с возможностью диагностикинеисправных состояний на непрерывном режиме работы ЖРД МТ. Диагностиканеисправных состояний на непрерывном режиме работы ЖРД МТ очень важна, таккак только она позволяет определять слабо выраженные неисправности при проведении огневых испытаний ЖРД МТ.

Системы, предназначенные для диагностикибыстро развивающихся неисправностей, решить данную задачу не могут.Цель диссертационной работы – предотвращение разрушения материальнойчасти двигателя и огневого стенда при проведении огневых испытаний ЖРД МТза счёт создания автоматизированной ИИиУС с возможностью диагностики слабовыраженных неисправностей на непрерывном режиме работы ЖРД МТ.Объектом исследования в данной работе является автоматизированнаяИИиУС огневых испытаний ЖРД МТ.Предмет исследования – программно-алгоритмическое обеспечение автоматизированной ИИиУС огневых испытаний ЖРД МТ для диагностики возникшихнеисправных состояний.Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решеныследующие научно-технические задачи:− разработана комплексная диагностическая модель описания неисправныхсостояний, возникающих в ходе проведения огневых испытаний ЖРД МТ, на основемодели работы двигателя и моделей учитываемых ИИиУС неисправностей;− разработана структура автоматизированной ИИиУС огневых испытанийЖРД МТ с возможностью аварийного останова двигателя и диагностики неисправных состояний;− разработана структура подсистемы диагностики неисправных состоянийавтоматизированной ИИиУС огневых испытаний ЖРД МТ, которая позволяетраспознавать возникшие неисправности на непрерывном режиме работы ЖРД МТ;− разработано программно-алгоритмическое обеспечение автоматизированной ИИиУС огневых испытаний ЖРД МТ, позволяющее определять слабо выраженные неисправности в ходе самих испытаний для предотвращения разрушенияматериальной части двигателя и огневого стенда;− разработана методика диагностики возникшего неисправного состоянияна базе программно-алгоритмического обеспечения автоматизированной ИИиУСогневых испытаний ЖРД МТ с применением предварительного моделирования возможных неисправностей, позволяющая опознавать неисправные состоянияна непрерывном режиме работы ЖРД МТ;4− полученные результаты подтверждены на основе натурных экспериментов.Методы исследования, применённые в работе, базируются на теории измерений, измерительных преобразователей и информационно-измерительных систем,теории функциональной диагностики, методах математического и имитационногомоделирования сложных систем, методах экспериментальных исследований, методах стендовых и натурных испытаний.Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:− разработана комплексная диагностическая модель работы ЖРД МТ, предназначенная для воспроизведения номинального и неисправного режима работыи позволяющая определять состав диагностических признаков, необходимый длявыявления слабо выраженных неисправностей;− разработана структура автоматизированной ИИиУС огневых испытанийЖРД МТ с возможностью контроля значений измеряемых параметров и подсистемыдиагностики неисправных состояний, которая в отличие от существующих системпозволяет осуществлять опознание слабо выраженных неисправностей на непрерывном режиме работы ЖРД МТ;− разработан алгоритм образования классов на основе комплекснойдиагностической модели и диагностики неисправных состояний, позволяющийвыявить отказы измерителей по результатам проведения огневых испытанийна непрерывном режиме работы ЖРД МТ (в том числе и при слабо выраженныхнеисправностях);− разработана методика диагностики неисправных состояний на непрерывномрежиме работы ЖРД МТ (в том числе и при слабо выраженных неисправностях),реализующая алгоритмы образования классов неисправных состояний и диагностики неисправных состояний для случая отказов измерителей, применимаядля реализации в автоматизированной ИИиУС огневых испытаний ЖРД МТ.Научные результаты, выносимые на защиту:− комплексная диагностическая модель работы ЖРД МТ, предназначеннаядля воспроизведения номинального и неисправного режима работы и позволяющаяопределять состав диагностических признаков;− структура автоматизированной ИИиУС огневых испытаний ЖРД МТс возможностью контроля значений измеряемых параметров и подсистемы диагностики неисправных состояний на основе методов функциональной диагностикинеисправных состояний на непрерывном режиме работы ЖРД МТ для распознанияслабо выраженных неисправностей;− новое алгоритмическое обеспечение, базирующееся на модификации методов функциональной диагностики и вторичных признаков и позволяющее проводитьэффективную диагностику неисправных состояний по результатам проведенияогневых испытаний экспериментального ЖРД МТ;− новая методика диагностики неисправных состояний, позволяющая, в отличие от существующих, выявлять на непрерывном режиме работы экспериментального ЖРД МТ в ходе проведения огневых испытаний слабо выраженные неисправ5ности на основе разработанного алгоритмического обеспечения и тем самымпредотвращать разрушение материальной части двигателя.Практическая значимость полученных в диссертационной работе результатовсостоит в:− создании программного обеспечения, реализующего полученные научныерезультаты и позволяющего проводить диагностику неисправных состоянийна непрерывном режиме работы ЖРД МТ;− использовании автоматизированной ИИиУС огневых испытаний ЖРД МТс возможностью диагностики неисправных состояний на непрерывном режимеработы ЖРД МТ, позволяющей снизить количество огневых испытаний, повыситьих эффективность, а также снизить материальные затраты на разработку и доводкуэкспериментального ЖРД МТ.Внедрение и реализация.