Диссертация (Совершенствование технологии уточняющих испытаний ракетных двигателей малых тяг), страница 8

упроститьрешение задачи определения коэффициентов.Применение МНК для нелинейных функций практически ничем не отличаетсяот рассмотренной схемы (только коэффициент b0 в исходном уравнении не равеннулю).С ростом степени уравнения регрессии возрастает и степень моментовраспределения параметров, используемых для определения коэффициентоврегрессии.Качество полученного уравнения регрессии оценивают по степени близостимежду результатами наблюдений за параметром и предсказанными по уравнениюрегрессии значениями в заданных точках факторного пространства.

Еслирезультаты близки, то задачу регрессионного анализа можно считать решенной. Впротивном случае следует выбрать другую степень полинома и повторить расчетыпо оценке факторов.Анализируя сущность уравнения регрессии, следует отметить следующиеположения. Рассмотренный подход не обеспечивает независимой оценкикоэффициентов. Уравнение регрессии не является математическим законом,описывающим взаимосвязи факторов и параметра. Это уравнение применяют длярасчета значений параметра в заданном диапазоне изменения факторов.

Оноограниченно пригодно для расчета вне этого диапазона, т.е. его можно применятьдля решения задач интерполяции и в ограниченной степени для экстраполяции.Главнойпричинойнеточностипрогнозаявляетсянестольконеопределенность экстраполяции уравнения регрессии, сколько значительная52вариация параметра за счет неучтенных в модели факторов. Ограничениемвозможности прогнозирования служит условие стабильности неучтенных в моделипараметров и характера влияния учтенных факторов модели. Если резко меняетсявнешняя среда, то составленное уравнение регрессии потеряет свой смысл. Нельзяподставлять в уравнение регрессии такие значения факторов, которые значительноотличаются от представленных в ЭД.

Рекомендуется не выходить за пределы однойтрети размаха вариации фактора [78].Дляколичественнойоценкипараметровмоделиприпроведениисамостоятельных исследований выбран метод регрессионного анализа, т.к. оннаиболее распространен и более удобен при анализе ЭД с использованием методовпланирования экспериментов [39].1.3 Постановка цели и задач исследованийАнализ современного состояния вопроса по методикам проведения,технологиям стендовых испытаний и регрессионным моделям РДМТ позволяетсделать следующие выводы:- существующие методики и технологии проведения испытаний РДМТ, какэкспериментальных изделий, так и штатных образцов РДМТ, разрабатываютсяконструктором для каждого двигателя отдельно и не имеют конкретного алгоритмапостроенияплановэкспериментов,известныеметодыпланированияистатистической обработки экспериментов в этих методиках не адаптированы и неоптимизированы для испытаний РДМТ, что не позволяет сократить количествозапусков при испытаниях и обуславливает повышение стоимости отработкидвигателей.

Особенно эта проблема актуальна для РДМТ на экологическибезопасных КТ, т.к. существующие штатные образцы работают на высококипящих,токсичных КТ (АТ+НДМГ, АТ+ММГ), а отработка новых штатных изделий наэкологически безопасных КТ очень дорогая;-внаучно-техническойлитературеотсутствуютразработанныерегрессионные модели для РДМТ, которые можно использовать для последующегопрогнозирования основных параметров вновь разрабатываемых двигателей, а53также для составления общей математической модели в бортовых или стендовыхсистемах управления, что не позволяет оперативно оценивать основные параметрыРДМТ, что особенно актуально для новых двигателей на экологически безопасныхКТ.В результате проведенного анализа была сформулирована следующая цель изадачи исследований.Целью настоящей научной работы является совершенствование технологииуточняющих испытаний для сокращения объема экспериментальной отработкиРДМТ, работающих на жидких и газообразных КТ.Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:- провести анализ существующих математических методов планированияиспытаний, регрессионного анализа и экспериментальные исследований дляопределения рационального объема параметров и определяющих факторов, наоснове которых может быть установлена работоспособность РДМТ, работающихна жидких и газообразных КТ.- провести анализ способов планирования экспериментов и регрессионногоанализа, для совершенствования технологии уточняющих испытаний РДМТ;- определить вид функциональных зависимостей и коэффициентов регрессиивыбранных параметров, позволяющих установить работоспособность двигателей,испытанных в лаборатории Московского авиационного института (национальногоисследовательскогоуниверситета)(МАИ(НИУ)),сиспользованиемматематических методов планирования экспериментов и регрессионного анализа;- обобщить результаты исследований, с использованием собственных ирезультатов других авторов, для подтверждения возможности использованияразработанной методики стендовых испытаний РДМТ на жидких и газообразныхКТ;- разработать технологию уточняющих испытаний для повышения качестваэкспериментальной отработки РДМТ.542.

Методика проведения исследования2.1 Модернизация пневмогидравлической схемы, системы управления иизмерений экспериментального стендаНа кафедре «Ракетные двигатели» МАИ (НИУ) при участии автора былмодернизирован стенд для огневых испытаний ракетных двигателей малых тяг[10,11,17,20,31,40,62].Модернизация испытательной базы заключалась в следующем:- изменены ПГС, АСУ, АСИ и система безопасности стенда;- смонтированы дополнительные топливные системы для перспективных КТ(керосина, метана, кислорода, ВПВ).В качестве компонентов топлива используются:окислители:- водорода пероксид высококонцентрированный (ВПВ, 96%) с расходом до170 г/с;- кислород (газообразный) с расходом до 45 г/с;горючие:- керосин с расходом до 20 г/с;- метан (газообразный) с расходом до 15 г/с.Особое внимание уделено токсичности и взрывобезопасности компонентов.Запрещено проводить испытания в густонаселенных городах на высокотоксичныхкомпонентах.

Это условие и стало одной из причин выбора данных КТ. Каждый изкомпонентов имеет свои особые условия хранения и применения. Например, ВПВи кислород нельзя подавать в неочищенные специальным образом трубопроводы.Однако, ВПВ не токсичен, стабилен (скорость разложения 1% в год), продукты приполной реакции разложения – газообразный кислород и вода.Огневой стенд имеет вытеснительную систему питания (рисунок 2.1), оснащенприточно-вытяжной вентиляционной системой с возможностью ежеминутнойзамены объема газа в огневом боксе.55Рисунок2.1–Пневмогидравлическаясхемаиспытательногостенда56На схеме (рисунок 2.1) представлены основные системы стенда:1) система подачи воздуха высокого давления (ВВД);2) система подачи газообразного кислорода;3) система подачи перекиси водорода;4) электропневмоклапаны;5) пульт управления;6) рабочий участок;7) система подачи керосина;8) система подачи метана;9) система подачи воды высокого давления и модернизированная системапожаротушения.На схеме (рисунок 2.2) представлена планировка стенда:1) пультовая;2) отдельный бокс подачи ВПВ;3) баллонная станция газообразного кислорода;4) баллонная станция газообразного метана;5) отдельные боксы для хранения горючего и окислителя;6) баллонная станция ВВД;7) баллонная станция газообразного азота;8) шахта шумоглушения;9) огневой бокс.57Рисунок 2.2 – Планировка испытательного стенда58Особенности испытательного стендаОсновными особенностями стенда являются:1.Работасприменениемсилоизмерительногоустройства(СИУИ),измеряющего тягу двигателя с высокой точностью.

СИУИ предназначено длязакрепления на нем испытуемой камеры двигателя с трубопроводами подачи КТ;уравновешивания вектора тяги, создаваемого камерой при огневых стендовыхиспытаниях (ОСИ); передачи осевой составляющей вектора тяги на динамометры,входящие в схему уравновешивания тяги по главной оси СИУИ; прямогоизмерения текущих значений импульсной силы тяги при импульсных циклическихиспытаниях камеры.

Условием установки СИУИ на стенд является соосность осидвигателяиосиустройства.СИУИвсовокупностисизмерительно-вычислительным комплексом обеспечивает прямое определение измеряемой тягикамеры с коррекцией значений измеренных усилий, действующих на СИУИ1500 входе ОСИ камеры.2.Использованиеавтоматизированнойизмерительно-информационнойсистемы управления стендом, сбора и обработки данных.Информационно-измерительная система (ИИС)Стендовая ИИС представляет собой совокупность средств измерений,объединенных общим алгоритмом функционирования и предназначенных дляавтоматического получения информации от двигателя и стендовых систем, еепреобразования для непосредственного восприятия оператором, использованиядля управления режимами работы двигателя, а также для передачи, обработки ипредставления измерительной информации в цифровой или аналоговой форме.ИИС должна обеспечивать высокую точность и повышенную надежностьсредствизмерений,дистанционностьизаданныйалгоритмизмерений,автоматизацию управления аппаратурой, возможность визуального контроляпараметров двигателя и стендовых систем по выбору оператора-испытателя,возможность выборочной обработки информации в темпе испытаний, работусредств измерений и обработку полученной информации в режиме реальноговремени, защиту двигателя при достижении критических значений параметров,59высокую помехозащищенность средств измерений и каналов сбора и передачиинформации.

Структурная схема ИИС, внедренной на кафедре «Ракетныедвигатели» МАИ совместно с отделом автоматизации экспериментов МАИ,огневого стенда для испытаний РДМТ представлена на рисунке 2.3.Рисунок 2.3 – Структурная схема ИИСУсловнореализованныйкомплексможноразделитьнаследующиеподсистемы:1)измерительная,принимающаяпоказаниядатчиковтемпературыповерхности стенки РДМТ, давлений в трубопроводах и КС двигателя, токов инапряжений клапанов, тяги, расходов компонентов;2) сбора данных, позволяющая собирать результаты измерений каканалоговых, так и дискретных величин, поступающих с датчиков;3) управления, осуществляющая испытания в ручном и автоматическомрежимах по заданной циклограмме;604) контроля испытаний в реальном времени, отслеживающая все измеряемыепараметры, отображающая их в удобном для экспериментатора виде (таблиц,графиков);5) формирования отчетов о проведенных испытаниях, печати и архивированияпротоколов экспериментов;6) трансляции испытаний в режиме реального времени.В аппаратно-программном комплексе применяется следующее программноеобеспечение (ПО) (рисунок 2.4):- ExperimentAllyser отвечает за связь с контроллером ИИС, является общимсервером данных и осуществляет передачу управляющих сигналов с ПО наконтроллер;- OscilAllyser используется для проверки преобразованных аналоговыхсигналов и настройки датчиков;- Wonderware SCADA-Intouch осуществляет контроль и частичное управлениеиспытаниями в удобном графическом интерфейсе;- ExperimentManager служит для задания программы испытаний и циклограмми отвечает за общее проведение испытаний.Рисунок 2.4 – Структурная схема программного комплекса61Управление стендом осуществляется в автоматическом режиме через системуфирмы Wonderware SCADA InTouch.