Автореферат (Исследование и разработка автоматизированной информационно-измерительной и управляющей системы огневых испытаний жидкостных ракетных двигателей малой тяги с возможностью диагностики неисправных состояний), страница 2

Основные результаты диссертационной работывнедрены при выполнении научно-исследовательских работ в научной лаборатории«Жидкостные ракетные двигатели малых тяг» факультета №2 «Двигатели летательных аппаратов» МАИ и в учебный процесс кафедры 303 «Приборы и измерительновычислительные комплексы» МАИ, что подтверждается соответствующими актамио внедрении.Достоверность полученных результатов обеспечивается корректным применением математических методов и экспериментальной проверкой полученныхрезультатов на разработанной автоматизированной ИИиУС огневых испытанийЖРД МТ.Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы представлены и обсуждены на VII международном научно-техническом семинаре «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации»(Украина, г. Алушта, 2007 г.), V и VII межрегиональных научно-практическихконференциях студентов и аспирантов «Инновационные технологии в экономике,информатике и медицине» (г. Пенза, 2008, 2010 гг.), Всероссийской конференциимолодых ученых и студентов «Информационные технологии в авиационнойи космической технике-2008» (г.

Москва, 2008 г.), XXXIV и XXXV Международныхмолодежных научных конференциях «Гагаринские Чтения» (г. Москва, 2008,2009 гг.), Всероссийской олимпиаде студентов «Авиация и авиационная техника»(г. Москва, 2010 г.), Научно-практической конференции студентов и молодыхучёных МАИ «Инновации в авиации и космонавтике – 2010» (г.

Москва, 2010 г.).Публикации. Основные результаты диссертационной работы полностью отражены в 6-ти статьях (две из которых – в рецензируемых журналах), 5-ти трудахи тезисах докладов международных, всероссийских и межрегиональных конференций и семинаров, а также зарегистрированы в государственном Реестре программдля ЭВМ.Структура и объём диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка использованных источников и одногоприложения. Общий объём работы составляет 169 страниц, включая 55 рисункови 17 таблиц. Список использованных источников содержит 106 наименований.6СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении даётся общая характеристика работы, обоснована её актуальность,сформулированы основная цель и вытекающие из неё задачи исследования, указаныобъект, предмет и методы исследования, отражены научная новизна и практическая значимость диссертационной работы.

Кратко излагается содержание работыпо главам.Первая глава диссертационной работы посвящена анализу современных автоматизированных ИИиУС огневых испытаний ЖРД МТ и методов диагностикинеисправных состояний. Рассмотрены особенности огневых испытаний ЖРД МТ,выделены основные достоинства и недостатки существующих на сегодняшний деньавтоматизированных ИИиУС огневых испытаний ЖРД МТ, проведён анализ существующих методов функциональной диагностики и возможности их применения.Огневые испытания ракетных двигателей (в том числе и ЖРД МТ) обладаюттремя главными особенностями, связанными как со спецификой процессов, происходящих в этих двигателях, так и с условиями их эксплуатации: кратковременностью, повышенной опасностью и высокой стоимостью.В связи с этим возникают требования высокой информативности испытанийи рационального их планирования, позволяющие получить полные данные о двигателе за кратчайшее время с помощью специализированного программно-аппаратного комплекса огневых испытаний на базе автоматизированной ИИиУС.Существующие на сегодняшний день автоматизированные ИИиУС огневыхиспытаний ЖРД МТ, обладают одним общим недостатком – отсутствием системыдиагностики неисправных состояний, применение которой существенно снижаетматериальные и временные затраты на отработку и исследование экспериментального ЖРД МТ за счёт выявления слабо выраженных неисправностей и предотвращения разрушения материальной части двигателя и огневого стенда.

Системадиагностики неисправных состояний строится на основе методов функциональнойдиагностики.На основе проведённого анализа для распознания возникшей неисправностис использованием автоматизированной ИИиУС в диссертации выбран методc использованием предварительного моделирования неисправностей, основанныйна использовании кодов-признаков. При этом неисправные состояния требуетсяописывать с применением качественных признаков, образующихся кодированиемизмеренных сигналов, а возникшую неисправность относить к одному из возможных классов неисправных состояний. Сформулированы основные требованияк автоматизированной ИИиУС огневых испытаний ЖРД МТ и определены её функциональные характеристики.Во второй главе диссертационной работы поставлена задача создания ИИиУСс подсистемой диагностики неисправных состояний, которая в отличие от существующих систем позволяет осуществлять опознание слабо выраженных неисправностей на непрерывном режиме работы ЖРД МТ, и разработана её структура.Автоматизированная ИИиУС выполняет функции формирования и выдачи7управляющих воздействий, измерения контролируемых параметров, а также общегоуправления процессом проведения испытаний.

В состав разработанной автоматизированной ИИиУС входят подсистемы измерения, управления, контроля испытаний,отображения, видеорегистрации, диагностики неисправных состояний (рис. 1).Рис. 1. Структурная схема автоматизированной ИИиУСогневых испытаний ЖРД МТВ результате аварийного воздействия, которое приводит к физическим неисправностям двигателя, на нём появляются первичные признаки неисправностей.Первичные признаки отражают либо физические изменения характеристик агрегатов,либо изменение внешних факторов. Величина первичной неисправности xk показывает, во сколько или на сколько изменилась характеристика агрегата по отношениюк её номинальному значению.Каждому сочетанию первичных признаков соответствуют определенные значения измеренных сигналов yi( m ) , m = 1,2,..., M на выходе автоматизированной ИИиУСогневых испытаний ЖРД МТ. Данные сигналы используются в качестве исходнойинформации для диагностики состояния двигателя.Особенности сигналов, позволяющие различать неисправности, – это вторичныепризнаки.

Они образуются кодированием измеренных сигналов по некоторомуправилу. Именно эти признаки и используются при решении задачи функциональнойдиагностики. Все возможные неисправные состояния объединяются в конечноечисло классов, и задача диагностики зафиксированного на двигателе неисправногосостояния состоит в отнесении этого состояния к одному из заранее установленныхклассов Di , i = 1,2,..., N .Для описания классов неисправных состояний разработана комплексная диагностическая модель работы ЖРД МТ, которая служит как для воспроизведения работыдвигателя на номинальном режиме, так и для воспроизведения неисправных состояний, возникающих в ходе проведениях огневых испытаний (рис. 2).Сформировано правило и разработан алгоритм образования классов неисправных состояний, основанный на моделировании возможных неисправностейс помощью комплексной модели, а также разработан алгоритм диагностики неисправных состояний, позволяющий выявить отказы измерителей по результатам8проведения огневых испытаний.

На их основе разработана методика диагностикинеисправных состояний на непрерывном режиме работы ЖРД МТ для реализацииеё в подсистеме диагностики неисправных состояний, входящей в состав автоматизированной ИИиУС.Классы неисправных состояний формируются по следующему алгоритму.Исходя из анализа диагностических признаков, выбираются параметры y i(m ) дляописания классов неисправных состояний и определяются пределы их допустимыхm)m)при номинальном режиме работы ЖРД МТ.значений y i(max, y i(minНачальныеусловиядля работымодели- давления в бакахнаддува горючегои окислителя;- гидравлическиехарактеристикимагистралейгорючегои окислителя;- коэффициенты,описывающиегазодинамическиехарактеристики.МодельизменениягидравлическиххарактеристикМодельнарушениягерметичностимагистралиМатематическая модель работы ЖРД МТ- 4 дифференциальных уравнения, описывающих работумагистрали горючего;- 6 дифференциальных уравнений, описывающих работумагистрали окислителя;- дифференциальное уравнение, описывающее работукамеры сгорания.Модельизменения площадикритическогосечения или прогарМодельизменения удельногоимпульса в камересгоранияДиагностическиепризнаки- расход горючегона участках магистрали;- давление перед клапаномгорючего;- давление в заклапаннойполости перед форсункамидвигателя;- расход окислителяна участках магистрали;- давление передрасходной шайбой;- давление перед клапаномокислителя;- давление в заклапаннойполости перед форсункамидвигателя;- давление в камере сгорания.Анализ и выбордиагностическихпризнаковРис.

2. Комплексная диагностическая модель работы ЖРД МТДля каждого класса неисправных состояний Di строятся функции yi( m ) = f ( x k )на основе разработанной комплексной модели. Неисправные состояния класса Diвоспроизводятся с шагом изменения величины первичной неисправностиΔx = x1 − x0 = ...

= x k − x k −1 . На рис. 3 приведён пример зависимостей выбранных параметров y i( m ) от значений величин неисправностей на диапазоне изменения первичногопризнака [ x0 , x7 ] .Для образования конкретного класса неисправных состояний определяются точки пересечения x * графиков функций yi( m ) = f ( x k ) с пределами допустимых значенийm)m). На рис. 4 приведён пример образования класса неисправных состояний.y i(max, y i(minФормирование вторичных признаков pi(,ms ) , s = 1,2,..., ( S − 1) (S – число точек пересечения) на соответствующих диапазонах изменения первичных признаков осуществляется по правилу:pi(,ms )m)⎧1, y i( m ) ( x s ) > y i(max;⎪m)m)= ⎨0, y i(max≥ y i( m ) ( x s ) ≥ y i(min;⎪(m)(m)⎩− 1, y i ( x s ) < y i min ,где yi( m ) ( x s ) – значение сигнала y i(m ) в конкретной точке xs .На основе полученных вторичных признаков pi(,ms ) для каждого класса Diформируется таблица предварительного описания классов.