автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Автоматизация бесконтактной диагностики в управляемых технологических процессах испытаний воздушно-реактивных двигателей

од

^ 6 4//Р 'ЗДХАРКТВСЬКШ ПОЛ1ТЕХН1ЧНШ 1НСТИТУТ

На правах рукопису

Кунянський Леонад Аркад1йович

АВТОМАТ®АЦ1Я БЕЗК0НТАКТН01 Д1 АГНОСТИКИ

У КЕРОВАНИХ ТЕХНОДОПЧННХ ПРОЦЕСАХ ЕИПРОБУВАНЬ ПОВ1ТРЯВД-РЕАКТИВНИХ ДВНГУН1В

03.13.07 - Автоматизацхя технолопчних процесхв

Автореферат днсертаци на здобуття вчсного ступеня

I виробництв у промлсловост!

кандидату техШчних наук

Харк1в - 1993

Праця виконана у Харк1вському пол1техн1Чному 1нститут1

- кандидат техн1чних наук, доцент Лсс5ч1к Л. М.

- доктор техн1чних наук, професор СимбирськиЙ Д. Ф.

- кандидат техн!чних наук, .доцент Жиляков 6. Г.

Держание науково-виройниче об'еднання "Метролог1я"

Захист в!дйудеться " 15 " кв1тня 1993 р. о " " годин! на зас1данн1 спец1ал1зовано! ради Д 068.39.02 у Харьк1вському иол1техй1чному 1нститут1. (310002, м. Харк1в, ГСП, бул. Фрунзе, 21).

3 дисертац1ес мокна озйайомитися у <31бл1отец1 Харк1в-ського пол!техн!чного 1нститута

Автореферат розослан " йереэня 1093 р.

Науковий кер1вник

0$1ц1йн1 опоненти

В1дуче п1дприемство

ЭАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ПРАЩ

Актуалыпсть темп. При розробц1 та виробниц,тв1 пов1тряно-реактивних двигунхв С ПРД) вагомуроль вхдхграють науково-дос-л1ди1 й спробш вицробування. 1х метою б вивчення й анал1з $1зико-х1мхчних процес!в у двигун!, складность яких часто не дозволяв провести детально розрахунки, .а також в1длаг0джування 1 доведения готових вироб!в. 0кр1м збору хнформацП, яку не-можливо отримати шляхом розрахунк1в, випробування необх1д1и для перев1рки 1 уточнения розрахованих характеристик I параметров, апробацП ефективност1 зм1н, що вносяться до конструкцп двигу-на, I всебхчного досл1дження впливу зовн1шн1х збурень на дви-гун. Висока варт1сть та енерго)Лстк1сть випробувального вироб-ництва потребувть пошуку нових, б1льш економ1чних : ёфективних ыетод!в випробувань, дозволявчих отримувати найс^льш повну 1нформац1в та оптимально використовувати виробнич1 ресурси.

Серед шлях!в вдосконалення процеса' випробувань сл1д вхдзначити розвинення безконтактних методов вим!рввань 1 автоматизацШ внпробувального виробництва.

Традиц1йнх нбтоди вшлрювання температури 1 концентрац1й ххмхчних компонент робочого сереДовИца як у тракт1 двигуна, так 1 за соплом ПРД в контактними по сутх.. Висок1 температура й диНам1чний тиск у потоЩ призводять до необххдност! охолодження датчикхв, що робить вим1рввальне устаткування гром!здким. Принциповою вадов контактних вим1рввань е те, що вони збурввть досл1джуваний поток I, як правило, не дозволяють одночасно дослхджувати усе поле вивчаемо! величини. Ц1ех вади лозбавлен1 безконтактн! й, зокрема, оптичн1 методи дхагностикй, як! Я досл1джувться у прац1.

Сучасй1 стенди: для проведения комплексних лабораторних випробувань ПРД'оснащуються системами автоматично! реестрацп вим1рввань, здхйснювчими перв1чну обробку масив!в даних, що бим1рввться, та записувчими 1х у довгострокову пам'ять ЕОМ, за допомогою яко! виконуеться й подальша автоматизована обробка результат1в вим!рввань.

Оптичнх вим1рввання ф1зичних полхв у струмен1 продукт1в згорання мавть посередн!й характер. Це притамане й оптичн!й дЗагностицх ПРД, зд1вн»ван1й за допомогов тепловхзора прилада, який рееструе власне випром1нввання струменя у 1нфра-

червоному д!апазон1. Фактично, теплов1эор вим1рсе !нтенсивн!сть випром1нсвання вэдовж прямих, *о проходять через перер1э струменя, Таким чином, результаты вим1ровання пропорции! 1нтегралам в!д коеф1ц1ента випром!нгвання середовнаа по в1длов1дним прямим. В!дтворення ф1эичних пол1в у перер1з1 струмоня по 1нтегральним вим1рюванням власного випром1новання продукт1в згорання в!дноситься у цьому випадку до задач обчислювально! томограф!!. Вир1шення ц!еХ задачи потребуе розробки в1дпов1дних схем збору даних та алгорнтм1в 1х обробки, заснованих на застосуванн1 сучасних ыетод!в й алгоритм1в обчислсвально! математики. Таким чином, для реал!эац!! оптично! д!агностики у процес1 випробувань ПРД за допоногою теплов1зора необх1дно розробити в!дпов!дн! нетоди Я алгоритмы, к,о С обуыовлсс актуальн1сть обрано! теми дисертац11.

Мотор прац! с розробка метод 1 в 1 алгоритм!в авто«аткзова- ■ но* теплов1зорно! д1агностики струмен1в продукт!в згорання ПРД.

Для цього у прац! обгруитовуеться необх1дн!сть виршення ннзсчеподаних задач:

- розробки схеми збору даних, дозволяемо! п1двищити !нформативн1стъ вим!рввань та забезпечитн в1дтворення щукаивх параметр1в струменя;

- розробки ыатематично! нодел! д1агиостнчного експери-иенту;

- розробки алгориты1в в!дтворення коеф1ц1спту Еипрои1-нюваннл по проекц!яы при наявност! неоднор1дного по перер1эу об'скта послабления;

- розробки алгоритиа в1дтворення полей косф!ц1снту поглштння ! температуря по вим1рюванняи власного Вг!проы!н»-ваншш струмен!в продукт!в згорання;

- розробки комплекса програы 1 алгорити1в, дозволясчого провести 1м!тац!йнэ моделсвання д!агносткчлого скспериыонту;

- розробки та впровадяення комплексу програы 1 алгорнтм1в теплоа!зорно! д1агностики на п!дир1емств! авиац1йно! промисло-вост!. .

Засоби досл1дження заснован! на теорП 1нтегральних р!в-нянь 1 перетворень, методах обчислввальноК томограф!1 ! цнфро-во! обробки зображень.

Наукова новизна здобутнх результат^ м1ститься у никчепода-

ному:

- здсчЗуП в1дношення, якх описують спотворення, виникаю-ч1 при в1дтворенн! по проекц!ям коеф!ц1енту випром1нввання середовица э використанням 1нверс11" Трет'яка-Метца при наявност! неоднородного послабления у середовиц1;

- розроблен! алгоритмы в!дтворення коеф1ц1енту випро-м1нввання по проекц!ям у перепущенн1 малого ado слабонеоднор!д-ного послабления;

- розроблен1 ■ алгоритми в1дтворення коефЩ1енту випро- г ьинввання, р,о иожуть бути оастосован1 при оптичних товацшах порядку дек1лькох одиннць та при вим1рованнях, як! зд1йснпвться у шнрокоиу спектральному д!апаэон1;

рэзроблен алгоритм в1дтворення коеф!ц1енту випрои1нсвання у рад1ально-симэтрнчноиу наблизонн!, працездатннй при наявноот1 сильного послабления;

- розроблен алгоритм в1дтворення полей кое$1ц1снт1в поглинення i випром1нвванння, тешератури i в1дноснях концентратй СО 1 СОгпо даниы двоспектральних вим1рввань з виксристанняи дзоркал.

Практична цпшють прац1 полягас у тому, до розрсблен1 у.этоди й алгоритм,! автоматизовано! оптнчио! д1агносткк:1 дозволясть отрииувати у процес1 стендовик шгпробуваль ПРД як1сно нову ini}opMaulo о podoTi двигуна, недоступну при зикористанн1 традиц1Йних иетод!в вкм!рвваиь. В1дтворвван1 поля тэштератури й с1дносио1' концентрацН СО i СО, дозоляпть робпта вксг.озок про помету згорания палева у головн!й та £орсагн1й камерах ПРД. РозрсбяеШ нэтоди Я алгориташ реал!зован1 у еигяяд1 ¡соиллекса прикладных прогрзл, дозволявчого проводит:! 1н1тзц1Янэ тодолввання д1агностичного експерньгенту i зд!Псават:1 обробку. реалыип; егсспоримеитальних датах, 1 сбладнаного резвинуташ засоба.'й! наочного граф1чяого в1добраг.оння с1дтЕорпзаннх пол1в.

Ргалазяд1я р^ультзт!в прац!. Рои pod л он! ыетодн, алгоритма i програШ! впроваджэи1 у Тураевсыео?*у нашинойуд1вному копстру:;тороько:г/ depo "Соиз" МШстерства авиац1йно1 прог.асло-вост! СРСР, да вшсористуються для д1агмостг!КИ струг son i а продукт!в згораплл при проведегй стендовая випробувань ПРД. Еконсм1чкий efcxT в!д впровадкения склав 23267 крб.

Апробац1я результат!в прац!. OchobhI результата дисор-Tau.il докладались 1 обговорввались ка I Всесопзн1й науково-

техн1чн!й конференц!! "Методы диагностики. двофазних и реагирующих потоков" (Алушта, 1988), I Всесоюзна школ!-сем!нар1 по обчислювалыШ ТомографН (Куйбишёв, 1988), IV Всесоюэн!й симпозИ по обчислювальн1й томограф!i (Ташкент, 1989), V Воесоюзн1й симпозИ по обчислюьальн!й томограф! 1 (SBeniгород, 1991), I Всесоюзна кауково-техн!чн!й конференцН "Координирующее управление в технических и природних системах" (п. Малий Маяк Кримсько* обл., 1991).

Публ1ка1Щ. 3MicT дисертац!i в!дображено у дев'яти друкованих працях.

Основн! положения, подан! до захисту.

Томограф!чна схема збору даних з використанням дзеркал i теплов1зору.

Алгоритми в!дтворення коеф!ц1енту випром!нюва1ШЯ середо-вища при наявност1 малого ado слабонеодноршюго послабления.

Алгоритми В1Дтворення Коеф1ц1енту випром!нювання, як1 можуть бути застосоваН1 при оптичних товщинах порядка дек!лькох одиниць та при вшарюваннях, як1 зд!йснсються у широкому спектральному д1апазоН1.

Алгоритм в1дтворення коеф!ц!енту випром!нюванння в рад!ально-с1шетричному наблихен1, працездатний при наявност! сильного послабления.

Алгоритм в1дтворення пол1в коеф1ц!ент1в поглинення i випром1нявання, температури та в1дносних концентрац1й СО i С0г по даним двоспектральних вим1рсвань з використанням даеркал.

Методика 1м1тац1йного моделювання теплов!зорного екс-перимента та чисельного випробування розроблених алгоритм!в оптично! д!агностики.

Обсяг 1 структура npaul. Дисертац1я складаеться з вступу, чотирьох глав, списка литературй з 72 найменувань, 6 додатк!Е, вм!щуе 146 стор1нок основного тексту, рисунк1в.

3MICT ПРАЩ

У вступ! обгрунтовуеться актуальн1сть досл!джувано! проблематики, формулюються мета прац! та вир1шуван! аадачи, опису-ються методи досл!дження, даеться характеристика науково! i практично! значущост! здобутих результат!в, наводяться в!домо-ст1 об апробац!! й практичн1й реал!зац!! основних положень дисертацН.

У перш!й глав! анал!зуються особливост! стендовых випробу-вань ПРД як об'екта автоматизац!!, наводиться огляд методхв автоыатизовано! обробки виШрювань теплового I оптичног'о випром1нювання газовых струмен1в. В!дзяачурться найб1льш сутте-в! проблеш рптично* д!агноотики випром!нюЬчих середовиц, як! не знайшли доетатнього в!дображення у литератур1, х сформульо-ван! задачи дослхдяення.

ДШовими засобаш! гпдвщсння економ1чностх й е^сктивностх випробувань ПРД с розвиток безконтактних методхв вим1рювань та автоматизац!я випробувалыюго виробництвотва. Особливу роль при цьому вШграс застосування систем автоматично!' реестрацП вим1рсваиь, ЭД1ЙСНВЯЧИХ перв!чцу сбробку масив!в внм!рюваних дания !.запис £х у довгострокову пая'ять ЕОМ, за допомогос якох зд1йс1!ссться й подальша автокатизована обробка результат1в £им1рова!!&. Эначоння тако! обробки зпачно зрастас у тих випад-ках,.коли вим1розання мавть посерэдп!й характер, цо притамане й бэз:соптактн!Я оптичнШ д!аг.чосткц! струмен!в продукт!в згорання ПРД. Оз'язоюЛх д1агностованш«! параметрами струменя 1 1нтен-спвнхстп проЯиовиого кр!зь нього в!1пром1нйвання мае 1нтеграль-ннй характер. Стгэ, одн!ео з головкнх проблем автоматизованно! обробки результат!в вингровань в .цьому випадку е в1дтворввання аукомих по.Ч18 по !нтегральшш даним.

Для в1дтворс:шя внутр!йньо!Г структуры об'екта по вим!рю-вання!! пройаюзшзго кр1зь нього випрсм!нювання застосовуються катода обчислсзалыю? томограф! 1. Аналхз литератури, присвяче-ио! томограф!I инэькотемпературнох плазми, полумен!в й газових струы&н!в, показус, цо при Ьикористанн! в1дпов!дних схем збору даинз 1 алгоритм!в обробки вшпрсвань можливе Мдтворення пол1в кобф1ц!ент!в випром!навання 1 псгл;шонна, температури та кон-центрац!й випро^ивйчих компонент у. перер1з! об'екта. При цьому для, пШвдення' 1п$ормативност! д!агност!чного експерименту ви-користувться. комбипован! вим1рювання власного випром!нсвання та випром!нввання просв1чусчого джерела, спектральн1 вим1рю-вання, застосуються системи дзеркал, оптичних волокон I т.п. Схема збору данях, дозволяюча отримувати вимхрювальну !нфор-мац!ю, достатнс для в!дтворення пол!в температури та нэссвих густин СО I С0г у перер!з! струменя продукт1в згорання, буду-сться у прац! з використанням дзеркал на основ! в!домого двох-променевого метода.

Для вир1шення обернено! задачи в1дтворення параметр1в струменя необх!дно виявйти зв'язок м!х' ф!зичними полями у досл!джуван1м перер1з! й вим1рюваною 1нтенсивн1стс випром!-нсвання, 1, таким чином, збудувати математичну модель д1агно-стичного експерименту. При цьому сл1д враховувати як особли-вост1 вим!рювального пристрою Степлов1зору), так 1 складний спектр випром1нювання двох- 1 три- атомних газ1в С СО 1 С0а ) у вибраному д!алазон1.

Анал1з томограф!чних алгоритьив в1дтворення параметр!в об'екта по вим!рюванням власного випром!нювання показус, цо у 1х основ1 лежить, як правило, розрахунок поля коефхц!енту випрсм1нювання по проекЩям - значениям 1нтенсивност1 випроы!-нсвання, вим1рввано1 п!д разними ракурсами. Досл1дкення особ-ливостей переносу випромЛнювання при значениях темлератури та концентрацЮ компонент, характерних для струмен!в продуктхв згорання ПРД, показуе, що внасл1док самопоглинення випромхнс-вання значно ослаблсеться, прйчому коефШент послабления зкинсеться вздовж перер!зу струменя. При цьому зв'язок м1ж вим!рсвано* 1нтенсивн1стю й коефШентом випром1нювання середо-вища описуеться перетворенням Радона з послаблениям у випадку вим1рювань у вузькому спектральному д!апазон1 та узагальненим перетворенням Радона у загальному випадку. С У першому випадку залежн!сть вагово! функцН в1д оптично! довхини описуеться експоненц!альнос функц1ею, у другому - дов1льною 3. Алгоритми обернення ц1х перетворень розвинут1 недостатньо; виняток складае лише перетворення Радона з постШним послаблениям, формула обернення якого знайдена Трет'яком та Метцем, однак для д!агностики струмен1В продукт!в згорання набликенкя постойного послабления застосувати неможливо. Потр1бна, таким чином, роз-робка ефективних чисельних алгоритм1в обернення узагальненого перетворення 1 перетворення Радона з неоднор1дним послаблениям.

Двопроменевий метод збору даних дозволяв в1дтворювати по власному випром1нсванню струменя як коефШент випромИш-вання, так 1 кое$1д1ент поглинеиня, однак його застосування при вим1рБваннях у смугах випром1нюваиня молекулярних газ!в потребуе розробкй спец!ального алгоритма в!дтворення.

Таким чином, для вир1шення задач оптйчно! д!агностики струмен1в продукт1в згорання по ьим!рсванням власного випро-м1нсвання виявилось необх!дним:

- розробки томограф1чно! схеми збору даних з використанням дзеркал 1 тепловхзора, дозволясчо! п1двищити 1нформативнхсть вимхрсвань та забезпечити в1дтворення шуканих параметрГв струменя;

- вибрати адекватну математичну модель, описуючу перенос випром1нпвання у смугах коливально-обертальних переход1в двох-х три- атомних молекул С СО 1 С0г);

- на гпдстав! вибранох модел1 переносу випром1нювання 1 розроблено! схеми збору даних збудувати математичну модель теплов!зорного експерименту;

- розробити алгорипш вхдтворення коефШенту випром1-нпвання по проекциям при наявност1 неоднор!дного по перер!зу поглннення 1 експонетиалыюх ваговоЛ функц11, а також при йаявностх ваговох фунКцП загального вигляду;

- розробити на основх вир1шэння вищеподаних задач алгоритм в1дтсорепня полхв коеф1ц!ент1в поглннення Я випром!нення, температур« та концеитрацШ основних продукт1в згорання по даним теплоВ1зорного эксперименту;

- розробити комплекс програм 1 алгоритм1в, дозволяючих провести повнэ чиселыш моделсвання теплов!зорного експерименту й подэлыео1 обробки даких 1 перев!рити розроблен1 методи на нодельних даних;

- розробити та впровздити комплекс програм 1 алгоритм!в топлов1эорнох дхагностики на п1дпр!емств1 аЕиацШго! прокй!слоеост1.

У друПЙ глав1 зд!йснюеться впб1р математично1 модел1 переносу випром!н»вання у струмен! продукт1в згорання, розроб-ляеться схема збору даних з використанням дзеркал 1 оптичних фильтр1в 1 математична модель д1агностнчного експерименту, эд1йсяссться постановка задач досл1д£ення.

Основнш,;;! хшйчними компонентами струменя продукт!в згорання е двох- 1 три- атомш колекулярн! гази, серед яких СЛ1Д в1дзначитл окис вуглецю СО 1 вуглскислий газ С0а .8казан1 гази а добрими 1нд1каторами процесу згорання; 1х рад1ац1йн1 властивост1 достатньо вивчен1. Метой розроблпваних метод1в теплов1зорно!' д!агностики е в!дтворення полЛв температуря середовища 1 густин вказаних газ1в. С Методи д1агностики, що розвиваються у прац!, можуть бути застосован! 1 до 1нших компонент струменя продукт1в згорання завдяки под!бному механ!зму

випром1нввання молекулярних газ! в ). Розрахувати потр!бн1 поля можливо, в1дтворив поля коеф!ц!ент!в випром!нЬвання i йог-линення СО 1 СО, .

У !нфрачервоному д1апазон! - облает! чутливост1 тепло-в!зору - спектр випром!н1>вання ! поглинення молекулярних Газ!в складаеться з! смуг коливалъно-оберталышх лШй. 1нтегральна

!нтенсивн!сть випром1нювання вздовх прямо! ICs^)у !нтервал1 частот Ду мае вигляд:

- Sa S

les ) = ¡àv /cCu.s) ex|it-/p(s) kCv,TCs),pCs),PCs)) ds'] ds, ClD * Lv s( s

де sCv.s)- коеф1ц1ент випром!н»ваннЯ, p(s) - густима в:шро-

MiHCD4efl компонента, TCs), PCs) - в!дпов!дно температура i тиск

у середовищ!, кС О - масовий спектральний » коеф!ц!ент

поглинення.

Внасл!док дуже складно! залехност! кС О в!д частоти у мехах смуги випром!нввання нав1ть чисельний розрахунок 1нтен-сивност! зг!дно формул! Cl) часто виявляеться нёмохливим. Для наблихенного обчислення С13 у прац! застосовуеться наближення Курт!са-Годсона та модель переносу у смуз! Тьена-Лаудера, Це дозволяе виразити 1нтенсивн!сть виприм!нення через ефектйвн! коеф1ц1енти випром!нСвання 1 йоглинення Hs) i kCs) :

ICs ) % i cCsD WC uCs) ) ds , C2)

Д6 . ■ , л ■ ■

cCs) = BCi> ,TCs)) *Cs) , îtCs) = С P\,s)- , C3)

О I V

- 3

Katies) = t *Cs) ds , s

WCO, C(, Cs - в!дом! функц!я i константа, ВС О - функц!я Планка, v - частота, в!дпов!даюча центру смуги, s - координата, в!драховувана у налрям! розповссдхення вйпром1нпвання. У випадку, коли Еим!рсвання зд!йснюсться у неск!нченн6 вузькому частотному д!апазон!, функц!я WCu) вироджуеться до експонен-ц1ально!, а р!вняння переносу (2) переходить у в!домий закон Бугера.

Для знаходхення пол!в коеф1ц1ент!в випром!нсвання i поглинення випром!н»счо! у даному д1апазон! компонента, окр!м р!в-няння С2) необх!дно ще одно р!вняння. Иого мою а здобути на

• Ю : .''•'.■

основ! в!домого двопроменевого метода, при якому кр1м гласного випром1нюваиня об'екта вим1рссться 1нтенсивн1сть випроМ1нсван-ня, в1дбитого дзеркалом i пройшовшого кр1зь об' ект ще раз. У прац! запропонована схема збору даних з використанням дзеркал, яка дае змогу отримувати дв! проекцИ в1дпов1дно цьому методу.

У випадку дов!льного розпод1лення коеф!ц1ент1в випров1нювання i поглинення сСх.у), йСх.у) 1йтенсивИ1сть Е:шром1нсвання вэдовх прямо!, в1эначувано! параметрами р, р, в1дпов!дно (2) дор1внЕз:

ICp.p) = / с [xCp,p,s),yCp,p,s)] W [uCxC-),yC-),p )] ds , (4)

s

s*

u(x,y,p) = S « txCp,p,s'),yCp,p,s')] ds' ,

s .

x(p,p,s) = s .cos p - p Sin p , yCp,p,s)= s sin p - p cos p . Яквд розпод!яення параметрiв у струмен1 масть рад1альну еймет-■ pi», для 1х Е1дтворенпя достатньо вим1рювати одну проекц1в:

_ - R

Кр) = / ё Сг) Г W (и Ср,г)] + W [и (р.г)] ] r dr , С5Э

IPl ' S гг-р2

R

. uCp.r) = J кСг') r' dr' , игСр,г) = UCp) - иСр.г) , г Уг'г-р2

UCp? = 2 и^р, |р|)

1нтенсивн1сть випром1нсвання, вим1рсвана при наявност1 дзеркала поза струмёнем, вирахасться у цьому випадку наступним чином: _ _ R'

ГоСрЭ = Кр) + m J c(r)[wcucp) + uCp.r)) + WCUCp) + игСр,г))]х

lpl ' x rdr ( c63

/гг-рг

де ш - коеф1ц1ейт в1дбиття дзеркала.

Таким чином,, для виршення задач теплов!эорно1 д!агностики необх1дно розробити наступи! алгоритми:

- алгоритми в!дтворення кое$1ц1енту випром1нювання по про-екц!ям С43 при наявност! неоднор1дного по перер1зу поглинення, працеэдатн! у випздках як експоненц!ально1 вагово!' функид!, так 1 BàroBoï функцН загального вида;

- алгоритми в4дтворэння коефшенту вппром!нгвання по про-

1 L

ешЦяы С S3 при наявност! неоднородного по перер!зу поглинення 1 вагово! функцИ загального вигляду у наближенн! рад!ально* сииетрИ струыеня;

- алгоритм в!дтворення полхв кое$1ц1ент!в поглинення i випроы1нсвання, темлератури i концентрац1Й випром!нссчо1 коыпо-ненти по вии1р!)ванням влаоного й пройшовшего кр1зь струи!нь в!дбитого БИпрои1нсвання С5), (6) .

У трет!й глав1 розроблйються алгоритмы обробки даних оптично! д!агностики. 3 uiec метов досл!джуються спотворення, виникасч! при в1дтворенн1 кое$1ц1снту випром1нсвання струыеня за допоыогою iHBepcii Трет'яка-Метца при наявност! неоднор1дно-го послабления у струнен1. Розроблюються алгоритм« в!дтворення коеф!ц1енту випром1нювання при наявност! неоднор!дного послабления t алгоритма в!дтворення пол1в коеф1ц1енту поглинення, темлератури 1 в1дносно! концентрацИ СО i С0г по даним тепло-в!зорних вим1рсвань у двох спектральних д!апазонах. Эд1йснс-еться випробування розроблених алгоритмхв на основ: обчис-лсвального екслериыента.

Один з можливих п!дход1в до задач: вхдтворення коеф1ц1енту випроы1нювання при наявност1 неоднор1дного послабления полягае у застосуванн1 до проекц!йних даних iHBepcii Радона або Трет'яка-Метца i наступно* корекци виникаючих спотворень. Для випадка малого або слабонеоднор1дного послабления у npaui збу-довагп набликенх методи корекцы на ocnoBi розкладення виразу для спотворенного зображення у ряд по малому параметру i утри-мання лШйних член1в розкладення. Малим параметром при цьому с величина h, характеризуема' неоднор1дность послабления: *(х,у) s *о + Дк(х.у) , Дх(х,у) = h ^(х.у) Розроблен1 алгоритми корекид! i припущення, як! лежать у ix основ! , зведен! у табл. 1. Використуван1 наступиi призначення:

- оператор оберненого перетворення Радона;

R"1 - оператор iHBepcii Трет'яка-Метца;

"о

функц!! GQCx,yi i WoCx,y) описуються виразами ; п

G0Cx,y) % ^ ЛКР.^+1С-р,р+л)]| dp ,

О "pr-X'Sinp+y'COSр

Tad л. 1.

Формули наближеного В1дтворення сСх,у) при наявност! слабонеоднорхдного послабления

Алгоритм Формула вхдтворення Послабления По-хибка Додатков! перепуцення

Алгоритм Фримена-Каца 1ГХ[ Ч1Ср,*0+1С-р,р+я) ) / С 1 - - R ДлС О )1 г о | * = 0, a ' A*CO=h* CO 1 OCh2)

Наближення пер-шого порядку, роэроблен. icp.fO + i- (icp.p) + +°IC-p,(D+ji)J R^COD ] x = h зг 0 2 Д«С 0=h* С О i 0Ch2D

-"- -"- Jt = const ДкСО=Ье CO 1 OCh) -

Алгоритм осеред-нення по углу, роэроблен. R^ICO + ДиС OG CO к 0 0 * = const 0 Д*С 0=h* С 0 1 OCh) Плавне розподменил сС О

Алгоритм корек-Uii по Чену R~:IC 0 / CI - WoC 0) 0 * = const 0 д*со=ь* CO 1 OCh) Плавне розпо-д1лення Д»С О

п

' WoCx,y) .-= ^ / W [ucx.y,^] dp .

о

Знаки осереднення по частой для спрощення запасу выпущенi,

Обчислювальнх експерииенТи, зд!йснен1 у npaui, показурть, цо алгоритми вхдтворення кое$1ц!енту випром1нсвання, заснован! на nepenyiueHHi слабонеоднорхдного поглинення, sdepiraßTb працездатнхсть до оптичних товщин порядку одиниц1. Алгоритма в1дтворення, працездатн! при оптичних товицщах лорядку дек1лькох одинидь i при наявностх дов!льно! вагово! функцИ, будуються у npaui на основ!. вир1шування задачи в!дтворення спотвореного зображення ¿DC О, здобутого у результат! застосування формули iHBepcii Радона до послаблених проекций. При цьому зв'язок ы1к спотвореним та шукошш зобракеннями (полями icoe$iuicHTy Еипроьйнюванпя) описусться 1нтегральним рхвнянням Фредгольма другого роду :

Rtl 1С •) = еЕС •) =.£(•) - D сС •) С7)

У npau,i здобуто вираза для оператора спотворення D у виглядд нескхнченого ряду з множень на в!до!а функц11 коефщ!енту послабления i згорток з вхдомимп функц1Я!«:1. .Це дозволило оцхнити норму оператора D i збудувати наступи: хтерацШп алгоритми в1дтворення£(•) : ' .

с'^'Чх,у) = Р ^Сх,у) + Р D e(JICx,y) ; (8)

c<J+"Cx,yD = Р t %Сх,уЗ + R_1CR - fy ) £ф(х,у) -

- WoCx,y)c<J,(x,y) ] / С1 - VKx.y)) , (93

де Р - оператор множення на характеристичну функц1ю носхя, R -оператор перетворення Радона, Ry. - оператор узагальненого перетворення, опиоуваний в1дношенням (4). У npaui здобуто достатню умову сходимост! алгоритм!в (83, (9) i показано, цо при Ii дотриманн1 алгоритм (9) сходиться швйдше, нхж (8). Запропоновано метод ефективно! чисельно! реал!зацН iTepauiflnnx алгоритмов (8),(9) з використанням БПФ. Обчислювальний . експе-римент показав, що вказан! алгоритми можуть бути аастосованх до оптичних товщин порядку декхпькох одиниць; при dinbia значних оптичних товщинах вони розходяться.

Виршування задачи в1дтворення кое$1ц1енту випроы1нювання по пpoeкцiям при великих оптичних товщинах полегшуеться, якцо струм!нь мае рад1альну симетр!ю. У npaui показано, що в цьому

випадку застосування 1НверсН Абеля до проекдП (5), домноженох на коректуючу функц1ю спец1ального вигляду, дозволяс отримувати споТворене зображення, зв'язане з шукомим зображенням хнтег-льним рхвнянням Вольтерра 2-го роду. Збудовано 1терацШгого алгоритма вирхшення цього р1вняння Й доведена його сходимхсть для дов!льних оптичних товцин у перепущенн1 неперервност1 Другох похшю! коефШенту послабления.

У працх запропоновано також хтерацХйного алгоритма в1дтво-рення пол!в коефщхентхв поглинення 1 випром!нювання по вим!рп-ванням гласного й пройшовшего кр1зь струм!нь в!дбитого випро-мЫювання (33,(6).

Пхсля того, як вказанх коеф1ц!енти вираховаш, поля температура Т I масовох густини випром1нкзючох компоненти р роэрахо-вуються з використанням в!дношень (3). По вим1рюванням у спект-ральних д!апазоНах, в!дпов1даичих смугам випромхнювання СО 1 СОг вхдтворюються, таким чином, поля температури 1 в!дносно1 ко'нцентраци вказаних компонент.

У четвертой глав1 розроблюеться пакет прикладних програм для оптичнох д!агностики х 1м1т'ац1йного моделювання теплов1-зорного експерименту. Розроблеш алгоритми i программ випро-бовуються у режим! 1МХ'таидйного моделювання. Описуеться застосування розроблених алгоритм1в I програм оптичнох д1агностики для обробки вим!рювань, проведених у реальному експериментх.

До складу розробленого пакету прикладних програм для олтично! д1агностики та хмхтац1йного моделювання теплов1зор-ного експерименту включен! программ, дозволяет:

- створювати масиви даних, як1 описують модельн! поля, !м!тувч! реальн1 ф!зичн1 поля, масч1 як детерм1новану, так 1 випадкову природу;

- розраховувата продес переносу випромхнювання вхдповхдно задании модельним полям коефШентхв випром1нювання I поглинення та хмхтувати при цьому шум вшЛрювань;

- вхдтворювати як по модельним даним, так х по даним реальних втпргаань ф1зичн1 поля, на основ! алгоритмхв, запро-Понованих у главх 3;

'- граф!чно в!дображувати в!дтворюванх поля у зручн1й для сприяття форм!; пор!внювати розрахован! у режим! !м!таи!йного моделювання поля э початковими й обчислювати середнеквадра-тичну ! локальну похибку в!дтворення.

Робота пакету орган1эована. наступним чином. Модельн1 поля температури i ыасових густин випрошнссчих компонент синтезу-ються у ре*им1 ÍMiTauiflHoro ыоделсвання програмами FANT0M, FANTOR, FLUCT j SPECTR, а роэрахунок процесу переносу випром1-нгшання у середовит i формування' ыодельних проекцхй здхйсно-еться програмами RDIRECT 1 RM0N0. Видтворення шукомих полхв по реальним i модельнш дании зд1йснветься за допоыогоп програы RTM í RBAND. В!добракення в!дтворених пол1в 1 пор1вняння ix з початковими у рехим! 1м1тац1йного ыодел)эвання здХйснветься з використанням программ FIP.

Перев1рка працездатност! алгоритма вхдтворення i основания достов1рност1 отримуваних результатхв зд!йснввалася за допомогов розробленого пакету програм у рехим! 1ы1тащйного моделсвання наступним чином;

- вибиралися модельн! поля температуря 1 иасових густин СО 1 С0а, 1м1тувч! осереднен1 по часу поля, як! иасть м!сце у реальних струыенях продукт1в эгорання;

- для моделввання наявност1 турбулентннх флуктуац!й синте-зувалися псевдовипадков1 поля задано! íhtshchbhoctí, якi накладувалися на початкове розпод1лення;

- збудован! таким чином модельн! поля використовувалися для розрахунка моделышх проекц1й (при цьому ыоделювался i шум вим1рювань);

- за допомого» розроблених алгоритшв i про граи в!дтво-рювалися поля шукомих ф!зичних параметр!в;

- результата в1дтвсрення пор1внсвалися з початковими ыо-дельними полями i зд!йснввалось оц1нювання точност1 в1дтворення.

Результат» випробування, як! п1дтвердют працездатн1сть програм i ефективн!сть алгоритмов, приведен! у прац1.

Розроблен1 алгоритма i программ були застосован! для об-робки вин1рсва1!ь 1нтеис;тноот1 випрошнювання CTpy«e¡ii& продук-т1в згорання, викоааних з використанням теплов1зора AGEMA-782 у процес! стендових випробувань турбореактивного двнгуна о форсакнов камерой. Результати видтворення пол!в температури i в!дносних концентраций СО 1 С0г приведен! у прац!.

висновки

У дисертац1Ян1Я прац! виконано цикл досл1д*ень по розро<Зц1 методхв та алгоритм! в автоматиэовано£ оптично! д!агностики струмен1в продукт!в эгорання ПРД.

OchobhI науков! ! практичн! результати прац1 полягаоть у нихчеподаному:

1. Эапропонована томограф!чна схема збору даних з внкористанням дэеркал 1 оптичних фильтр1в, дозволявча п1двиш,ити 1нформативн1стъ вим1ровань 1 забеэпечити в1дтвореиня пол!в коеф1Щент1в випром!нпвания, • псглинення 1 в1диосних концентрац1Я СО 1 СО для струмен!в продухт1в эгорання □ роэпод!ленням параметра, близьхим до рад1ально-симетричного.

2. Проаналхзован! особливост1 переносу випромИтвання у вибраному оптичному д!апазон1 у струнен! продухт1в эгорання ПРД, эдШснено виб1р в1дпов1дно! математичноИ модел1 переносу випрон1нсвання 1 розроблена математична кодель прмислового теплов1эорного експернменту.

3. Зд1Яснено постановку задач, виникасчих при тепловизорШй д!агностиц1 струмен1в продукт1в эгорання ПРД.

4. Здобуто вираза, описувчого спотворення, виникасч1 при в1дтворенн! коеф!ц1енту випром1нсвання середовица за допомого!) инверсИ Трет'яка-Метца ado Радона при наявност1 неоднор1дного послабления. Для внпадка застосування 1нверс11 Радона спотворення вираген1 через ряд з перетворень Фурье

5. Розроблен1 алгоритм в1дтворення кое$1ц1енту випро-шшгвання по проекц1ям у перепупенн1 иалого або слабснеодно-р]дного послабления.

6. Розроо'лен1 1терац1йн1 алгоритмн в1дтворення коеф1-ц1ента випроЛнввання, як1 нохуть бути застоссван1 при оптичних тованнах порядка дек1лькох одиниць та при вим1рсванняя у широкому спектральному д1апаэон1.

7. Розроблен1 алгоритма в1дтвор8>шя хоефЩ1енту випро-м1нювання у рад1ально-снкетричноиу наблияенн1 при наявиост1 сильного послабления.

8. Розроблен алгоритм в!дтворення пол1в коеф1ц!снт1в поглинення, темнератури i в1дносних концентрац1й СО 1 С0а по д?мим теплов1зорних вим1рсвань у двох спектральних д1апазонах з використанням дэеркал.

9. Розроблен пакет прикладник програм оптично* дi агностики та íMiTauiflHoro ыоделювання теплов15орного екслерименту.

10. Здхйснено випробування розроблених алгоритм1в i програм оптично! дхагностики у режим! 1м1тац1йного моделювання теп-лов1зорного эксперименту, результата якого . шдтвердили працездатшсть i ефектившсть розроблених алгоритм1в i програм.

11. Зд1йснено обробку даних реального Д1агностичного експерименту з використанням розробленого пакету програм.'

Пакет програм, реал1зуючий розроблен! у дисертац1йн1й прац1 методи й алгоритми оптично* дхагностики струмен1в продуктов згорання ПРД, впроваджено у Тураевському машино-будхв-ному конструкторському бюро "Союз" МШстерства авиацхйно!' промисловост1 СРСР, де вони'. використуються Для теплов1зорно1 диагностики струмен1в продукт1в згорання ПРД п1д. час прповедення стендових випробувань.. Економхчний ефект вад впровадження npaui склав £5267 крб. за рахунок зниження витрат на натурн! випробування.

ПУБЛ1КАЦП ПО TEMI ДИСЕРТАЦП

1. Кунянский Л. А. Итеративное обращение экспоненциального преобразования Радона по малому числу проекций с помощь» онлайновых алгоритмов // Методы диагностики двухфазных и реагирующих потоков / Тези пов. I Всесоюз. Наук.-техн. конф.- XapKÍB, 1988.

- с. 43.

2. Карпов А.А., Кунянский Л.А., Панченко А.Н. Определение параметров камеры сгорания по, излучению факела // Методы диагностики двухфазных и реагирующих потоков / Тези пов. I Всесоюз. наук.-техн. конф. - Харкав, 1988. - с. 47-48.

3. Кунянский Л. А. Модификация сплайновых алгоритмов вычислительной томографии для обращения экспоненциального преобразования Радона по схеме Третьяка-Метца // Вестн. Харьк. политехи. ин-та. Техническая кибернетика и ее прил. Вып. 9. - 1989.

- N 263. - с. 66-69.

4. Кунянский Л. А., Тодорова Н. В. , Гольдрина И. В., -Некрасова Г.М. Методы графического отображения функций двух переменных на персональных компьютерах и мйкро-ЭВМ // Вестн. Харьк. политехи, ин-та. Техническая кибернетика и ее прил. Вып. 10.1990 .- N 277. - с. 81-83.

5. Кунянский Л,А. Некоторые алгоритмы эмиссионной томогра-

фии для случая слабонеоднородного ослабления // IV Всесоюзный симпозиум по вычислительной томографии : Тези пов.- Ташкент, 1989 . - ч.1, с, 24-25.

6. Кунянский Л. А. Итерационные алгоритмы обращения обобщенного преобразования Радона // V Всесоюзный симпозиум по вычислительной томографии : Тези пов,- Москва, 1991 .- с. 258 -259. .

7. Кунянский Л. А. Эффекты слабонеоднородного ослабления в эмиссионной томографии й их коррекция.

Рукопис Деп. в УкрНД1НТ1, Ки1в, 1991,- N 178 - УК. 91.

8. Кунянский Л. А. Панченко А. Н. Обобщенное преобразование Радона в задачах диагностики излучаювдх сред // Координирующее управление в технических и природных системах / Тези пов.

I Всесоьз. наук.-техн. конф. - Харк1в.- 1991.- ч. 2, с. 71.

9. Kunyansky L. A. Generalised and attenuated Radon transforms: restorative approach to the numerical inversion // Inverse Problems, 1992, V. 8, N. 5, pp. 809-819.

Подп. к печ. - г ! 7,- Формат 00X84'.',,. Бумага тип. Пелать офссшая Уел меч т Уч.-нзд. л. / Тира/К • <■ ■ экз. Зак. № Бесплатно.

.Харьковское межиузовское арендное полиграфическое предпрпгпне. 310093, Харьков, ул. Свердлова, 116.