автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.05, диссертация на тему:Диагностирование отказов контрольно-проверочной аппаратуры газотурбинного двигателя на основе построения комбинаторной диагностической модели

На правах рукописи

ЗАБЕЛИН .АНДРЕЙ АНАТОЛЬЕВИЧ

ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ОТКАЗОВ КОНТГОЛЬНО-ПРОВЕРОЧНОЙ

АППАРАТУРЫ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ НА ОСНОВЕ ПОСТРОЕНИЯ КОМБИНАТОРНОЙ ДИАГНОСТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ

Специальность: 05.07.05 - Тепловые, электроракетные

двигатели и энергетические установки

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Казань - 2003

и

Работа выполнена в Казанском Государственном техническом университете

им. А.Н. Туполева

Научный руководитель - Заслуженный деятель науки и техники РФ и РТ

член-корреспондент Академии наук РТ, доктор технических наук, профессор ТУНАКОВ АП.

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор

МИНГАЗОВ Б.Г.

кандидат технических наук, доцент Круглое В.И. Ведущее предприятие: - ОАО КПП «Авиамотор»

Защита состоится /7 2003 года, часов на заседании дис-

сертационного совета при Казанском государственном техническом

университете (К! ТУ) им. А.Н. Туполева по адресу: 420111, г. Казань, ул. Карла Маркса, д. 10.

С диссертацией можно ознакомиться в Казанском государственном техническом университете им. А.Н. Туполева.

Автореферат разослан" ^^Р_2003 г.

I

Ученый секретарь

диссертационного совета А.Г КАРИМОВА

2.РО ? - А

%J<=>

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА.

з

Актуальность. Современный уровень развития авиастроения, увеличение ресурса газотурбинных двигателей (ГТД) и усиление конкуренции среди производителей сделали особенно актуальной проблему повышения эффективности эксплуатации двигателей. Эта проблема может решаться либо за счёт совершенствования конструкции ГТД, либо за счёт совершенствования самой системы эксплуатации.

Одной из наиболее важных проблем при эксплуатации ГТД является ; оценка состояния и диагностирования дефектов и отказов. Этой проблемой зани-

мались многие авторы, в том числе: Абрамчук В.Е., Акимов В.М., Ахметзянов А.М., Белоконь Н.И., Биргер И.А., Боровик В.О., Гельфандбейн Я.А., Горбунов Г.Н., Дубравский Н.Г., Егоров В.И, Епифанов C.B., Кеба Н.В., Клюев В.В., Кляч-кин АД КоровКин Ю.М., Косточкин В.В., Костерин В.А., Куршев Н.В., Литвинов Ю.А., Лозицкий Л.П., Лозовсктй В.Н., Пархоменко П.П., Пилиносян Б.Н., Румянцев C.B., Степаненко В.П., Симбирский В.Ф., Сиротин H.H., Солохин Э.Л., Студеникин В.А., Степаненко В.А., Тимошенко О.И., Таршиш М.С., Тунаков А.П., Хамзин A.C., Шляхтенко С.М., Ямпольский В.И., и многие другие.

В роли средства диагностирования двигателя выступает контрольно-проверочная аппаратура, она не только служит источником информации о состоянии самолета, но и сама является одним из неотъемлемых компонентов самолета. без которого невозможна его эксплуатация. Поэтому проблема повышения эффективности применения самолетов тесно связана с проблемой повышения надежности выполнения своих задач КПА. Решение этой проблемы ведется в нескольких направлениях, основными, из которых являются: предотвращение возникновения отказов; восстановление утраченной работоспособности; обеспечение устойчивости к отказам (толерантности). Первое направление разработано достаточно подробно. Однако реализация двух последних направлений на сегодняшний день не позволяет полностью исключить появление отказов. Поэтому диагностирование контрольно-проверочной аппаратуры играет важную роль в определении технического состояния авиационных двигателей. В существующих ГТД любой отказ, возникший в контрольно-проверочной аппаратуре во время полета, рассматривается как отказ всей системы (КПА-ГТД) и решение рассматривается однозначно - прекращение полета, т.е. работы двигателя. Данная стратегия эксплуатации предопределила существующую концепцию применй^д^мвйёяфовамм*. в результате которой определяется вид технического со^яы^в^ИФТйК^алкЦция места

оэ WQf

/

отказа производится с точностью до КПА-ГТД.

Объект исследования. Объектом исследования является ГТД НК-86. представляющий собой 2-х контурный ,2-х каскадный двигатель со смешением потоков наружного и внутреннего контуров в общем выходном устройстве. Двигатель экономичен и имеет низкий уровень шума. На двигателе предусмотрены системы: запуска, контроля, защиты, сигнализации, противопожарной защиты, противообледенения, диагностики.

Цель исследования. Разработать компьютерную диагностическую модель для оценки возможности продолжения полета за счет определения принадлежности дефекта собственно ГТД или КПА.

Задачи исследования. Рассматривая проблемы диагностирования КПА, можно заключить, что для их решения необходимо:

оценить влияние характеристик безотказности контрольно-проверочной аппаратуры и средств ее диагностирования, а также глубины локализации отказов КПА на эффективность работы ГТД;

разработать диагностическую модель авиационного двигателя для определения глубины алгоритмической локализации отказов КПА без дополнительных средств диагностирования;

разработать методику анализа структуры КПА, алгоритма ее работы и получения диагностической модели;

выработать практические рекомендации по совершенствованию средств и процедур диагностирования КПА, повышающие эффективность ее применения.

Практическая ценность исследования. Определяется тем, что реализация разработанных методик по построении К ДМ КПА и алгоритма идентификации ее состояния создаст основу для принятия обоснованного решения о наиболее эффективном варианте эксплуатации ГТД в полете (действий экипажа). Результаты работы могут быть практически реализованы как в существующих, так и в перспективных двигателях, не только для идентификации состояния КПА, но и для локализации отказов контрольно-регламентной аппаратуры, используемой на базах и ремонтных предприятиях, при регламентных проверках и обслуживании двигателей. При этом в перспективных ГТД, доведенные до уровня машинных программ алгоритмы позволяют включать их в состав математического обеспечения автоматизированной аппаратуры. Результаты, полученные в диссертационной работе, могут быть использованы в других многофункциональных технических системах.

Методика исследования. Для достижения поставленных в работе целей потребовалось проведение теоретических исследований и расчетов. Теоретиче-

ской основой исследования эффективности диагностирования послужила общая теория вероятностей. Методологической основой исследования взаимодействия аппаратуры контроля, диагностирования и двигателя явились основные положения системного подхода. Для решения частных задач, связанных с разработкой моделей и получением аналитических выражений критериев эффективности использовался аппарат теории графов и множеств, теории вероятностей и комбинаторики. бинарной алгебры, теории принятия последовательных решений.

Научная ценность и новизна заключается в том, что разработаны

1. Аналитические выражения показателей эффективности, определяющие оптимальную глубину диагностирования КПА.

2. Иерархическая комбинаторная диагностическая модель (КДМ) ГТД в виде графа и таблицы.

3. Методика синтеза К ДМ, и автоматизированного построения оптимального алгоритма диагностирования КПА.

4. Графовая модель процесса локализации отказа КПА при ее диагностировании.

5. Конкретные предложения по совершенствованию системы диагностирования КПА. реализация которых позволяет повысить ее эффективность и снизить влияние отказов на безопасность проведения полетов.

На защиту выносятся:

1. Аналитические выражения показателей эффективности.

2. Результаты оценки влияния характеристик безотказности и средств ее диагностирования. а также глубины локализации отказов КПА на эффективность эксплуатации ГТД при выполнении полета с учетом особенностей функциональной структуры КПА.

3. Графовая иерархическая комбинаторная диагностическая модель КПА.

4. Модель локализации отказа в КПА при ее диагностирование и аналитические выражения показателей эффективности.

5. Предложения по совершенствованию системы диагностирования КПА, направленные на снижение влияния отказов КПА на результаты полета ЛА.

Реализация результатов исследования. Результаты исследования нашли применение в научно-исследовательских работах № 3-96-564 и № 3-96 563 на предприятии ЦНИИ АГ, в методиках оценки технического состояния двигателей НК-8-2У и НК-86 на КПП ОАО "Авиамотор" и в учебном процессе Казанского ФВАУ, что подтверждается соответствующими актами о внедрении, при создании полезной модели подтвержденной положительным решением № 38267406 от 12.12.02 г.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения и приложения, списка использованной литературы из 99 источников, 5 приложений. Основная часть содержится на 203 страницах машинописного текста, 29 рисунков, 9 таблиц.

Апробация работы. Диссертация и ее отдельные разделы докладывались на следующих семинарах и конференциях:

1. IX Межвузовский научно-технический семинар. Внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика, диагностика, экология. Тунаков А.П. Морозов В.Ф.Забелин A.A. "Методика построения комбинаторной ^ диагностической модели газотурбинного двигателя". - Казань, КФВАУ, 1997.

2. X Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция. Внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика, диагностика, экология. Морозов В.Ф.Забелин A.A. "Разработка диагноситческой модели для поиска дефектов серийных газотурбинных двигателей". - Казань, КФВАУ. 1998.

3. XII Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция. Внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика, диагностика, экология. Забелин А. А "Модель самоконтроля системы диагностирования отказов ГТДЛ - Казань, КФВАУ, 2000.

4. 35-е научные Чтения, посвященные разработке научного наследия и развитию идей Циолковского. Забелин A.A. Модель самоконтроля системы диагностирования отказов аэрокосмических ГТД. Калуга, 2000.

5. XIII Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция. Внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика, диагностика, экология. Забелин A.A. Применение комбинаторной диагностической модели для диагностирования газотурбинных двигателей. Тезисы докладов. -Казань, КФВАУ, 2001. '

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 работ, в том числе 5 научных статей, 5 тезисов докладов и 2 научно-технических отчета по НИР. 1 учебное пособие, 1 полезная модель.

*

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ.

Во введении обосновывается актуальность темы, излагается целевая установка работы и ее краткая характеристика, приведены основные положения диссертации, выносимые на защиту.

Первая глава посвящена анализу средств, способов диагностирования КПА и их влияния на результаты проведение полета. Дан анализ задач, выполняемых КПА ГТД и особенностей ее функционального состава. Проведен анализ штатных средств и способов диагностирования КПА ГТД. Выбраны критерии эффективности эксплуатации ГТД. Оценено влияние диагностирования КПА на результаты полетов. Произведена постановка задач и исследования.

В общем случае система диагностирования авиационного ГТД применяемая по назначению должна производить измерение и анализ всех функциональных параметров, определяющих работоспособность ГТД, выдавать сигналы об изменении величин контролируемых параметров, выдавать экипажу сигналы об аварийном изменении контролируемых параметров, определять место неисправности и ее характер, указывать источник информации по устранению выявленной неисправности, проводить непрерывный допусковый контроль параметров, которые могут привести к аварийным отказам, обеспечить эффективный самоконтроль.

В процессе полета КПА играет двоякую роль: с одной стороны она слу-

1 ^ <

жит источником информации о ЛА с другой - сама является элементом ГТД, необходимым для выполнения полета. Анализ задач, решаемых КПА, позволяет выделить следующие ее функции:

- контроль работоспособности бортовой аппаратуры;

- предполетный контроль правильности функционирования ГТД;

- контроль работы двигателя и его систем в полете.

Кроме того. КПА может участвовать в реализации других функций, (обеспечении функционирования других систем ЛА или ГТД).

Поскольку решение каждой задачи требует выполнения совокупности операций управления и контроля, реализуемых соответствующими техническими средствами, то КПА ГТД должна, в общем случае, иметь в своем составе аппаратуру контроля работоспособности (АКР), аппаратуру контроля функционирования (АКФ) и аппаратуру предполетной подготовки (АПП). Модель розы задач КПА можно представить в виде графа задач (рис. 1). Здесь на первом уровне находятся подмножества функциональных элементов КПА необходимых для выполнения только одной задачи. На втором уровне- подмножества функциональных элементов оказывающих влияние на выполнение комбинаций из двух задач.

Подмножества функциональных элементов, находящиеся на третьем уровне оказывают влияние на выполнение трех задач. Задачи подготовки и полета, контроля работоспособности ГТД, предполетный контроль правильности функционирования ГТД, соответственно. и

К ДМ КПА представлена в виде графа и соответствующей таблицы. Граф позволяет наглядно определить (рис. 3) степень влияния функциональных подмножеств КПА на, решаемые задачи, установит;^ логическую связь между функциональными подмножествами КПА и ГТД, определить оптимальную глубину самоконтроля КПА, представил, структуру ГТД в виде каналов контроля и контролируемых каналов (выделить области,$гшяния и влияющие). Табличная форма представления модели позволяет осуществить связь ее различных уровней. Она удобна для ввода в память ЭВМ, кроме того, каждая программа связана с другими программами через таблицы. Она позволяет разработать методику изменения алгоритма работы КПА.

Оценку эффективности диагностирования необходимо проводить не только по отношению к КПА, а по отношению к основным элементам аппаратуры ГТД в целом.

Рис. 1. Граф задач, выполняемых КПА Под вероятностью выполнения задачи1 ГТД понижаем апостериорную вероятность отсутствия отказа: в аппаратуре1 ГТД неБбходимой и достаточной для осуществления успешного полета ЛА. Применяя формулу Байеса, получим следующее выражение для Р(И/Г)

р.. ,

где р(и)- безусловная вероятность исправного ГТД по результатам кон-

троля;

р(г/и) - условная вероятность получения результата контроля ГТД "годен" при условии, что ГТД исправен;

Р(Г)- вероятность получения результата "годен" в процессе подготовки КПА к полету.

Вероятность подготовить работоспособный ГТД, способный осуществить полет ЛА, по результатам контроля можно получить, основываясь также на Формуле Байеса

р(и/г)=_р(и)р(г/и)

к ' } р(и)р(г/и)+рр)р(г/й)'

где Р(и), р(й) - безусловные вероятности неисправного и исправного состояния ГТД, соответственно;

Р(Г/И), р(г/и)- условные вероятности получения результатов диагностирования "годен" исправном и неисправном ГТД.

Выражения для вышеприведенных вероятностей можно зависать в следующем виде

Р(И)Р(Г/И)=Р0-РКПА-К, р(й)>(г/й)= Р0К-Р^ПА-^-Р^д-РоЖ),

где Рд , Р™ - априорные вероятности отсутствия отказе» в контролируемой и неконтролируемой частях ГТД, соответственно;

Ркпд" априорные вероятности отсутствия отказов в КПА и средствах диагностирования, соответственно.

В результате имеем Р(И/Г)=—1-^—шТ^'

1 . \1-ро 'Ркла/

1 ^ ттт/* шс

Члены, входящие в это выражение, характеризуют лишь влияние полноты диагностирования КПА на эффективность работы ГТД, т.е. являются составной частью методической достоверности контроля. Из выражения следует, что критерий Р(И/Г) в явном виде не содержит показатели эффективности средств диагностирования КПА что затрудняет его использование при оценке эффективности существующей стратегии диагностирования. Однако, в его состав входит Р(Г) -вероятность получения результата "годен" при диагностировании КПА, которая имеет следующий вид

р(г)=р(и).р(г/и)+р(й).р(г/иь ,

= р0 -РкПА -R + 4 -РкПА -(1-РГ -рКПА >R = РоК -РКПА *

Отсюда видно, что применение диагностирования КПА в существующих ГТД ведет к снижению вероятности получения результата "годен" при подготовке JIA к полету и в полете. Таким образом, использование приведенных критериев позволяет оценить эффективность стратегий применения диагностирования КПА. Для каждого ГТД можно составить, в общем случае, список отказов КПА, которые не препятствуют полету ЛА.

Изменение глубины локализации отказа в КПА приводит к изменению в той или иной мере апостериорной вероятности исправности ГТД. т.к. в этом случае остается не проконтролированным параметр или совокупность параметров ГТД. Следовательно существует взаимосвязь между "глубиной" локализации отказов в КПА, ее структурой, выполняемыми КПА функциями и состоянием ГТД. Локализация отказавшего функционального элемента органически связана с определением глубины поиска отказа в функциональной части КПА.

Информация об отказе КПА поступает оператору через пультовую аппаратуру. Оператор определяет поврежденную область и дает соответственно команду либо на продолжение полета, либо на аварийную ситуацию. Задача изменения алгоритма работы КПА решается аппаратным и программным путем.

Для оценки эффективности различных вариантов средств контроля и диагностирования служит вероятность получения результата "годен" в процессе подготовки аппаратуры ГТД к полету и в полете, являющееся составной частью Р(Г). Указанная вероятность тем ниже, чем больше количество выходных параметров ГТД охвачено котролем, чем больше глубина поиска отказа в КПА и чем ниже надежность средств диагностирования КПА.

Увеличение этих характеристик явно противоречит ограничению на Р(И/Г). Следовательно, при некоторой организации средств контроля ГТД и диагностирования КПА можно добиться максимума Р(Г) при соблюдении требований РВз = Р(И/Г) > Р*. Таким образом, задача оптимизации процесса контроля и диагностирования аппаратуры ГТД заключается в Р = тах Р(Г),Р(ШГ) > Р*.

Во второй главе построена графовая модель процесса подготовки и использования ГТД и получены аналитические выражения показателей эффективности. Проведено обоснование построения КДМ. Построены графовая и табличная модель ГТД. Проведено теоретическое обоснование КДМ различных уровней иерархии. Произведена оценка влияния характеристик безотказности КПА и средств ее диагностирования, а также глубины локализации отказов КПА на эф-

фекгивность эксплуатации ГТД с учетом особенностей функциональной структуры КПА. Результаты расчетов оформлены в виде трафиков, по которым сделаны важные практические выводы о влиянии глубины диагностирования на показатели эффективности.

На основе анализа функциональной структуры КПА и особенностей организации ее самоконтроля построена графовая модель процесса диагностирования ГТД (рис.3), отражающая его направленность на достижение конечной цели - продолжение работы двигателя, но по измененному алгоритму функционирования КПА в случае, если отказ принадлежит ей.

Отличительной особенностью полученного графа является его древо-видность. каждая вершина отображает состояние системы (КПА-ГТД ) или событие в этой системе, а дуги - вероятности перехода системы из одного состояния в другое. Такая структура графа позволяет существенно упростить определение вероятностей перехода в конечные состояния. Полученные в общем виде аналитические выражения для определения апостерибрной вероятности отсутствия отказов в ГТД учитывают не только состояния функциональных составляющих КПА, но и систему диагностирования этих частей КПА.

Разработанная иерархическая К ДМ КПА учитывает функциональную структур)' КПА, позволяет оценить влияние функциональных частей КПА на конечный результат процесса диагностирования ГТД й'возможность осуществления процедуры изменения алгоритма функционирования КПА. При построении К ДМ КПА введены понятия элементарная операций (ЭО), элементарная проверка. задачи (ЭП), комбинаторное подмножество элементов (КПЭ). К ДМ может быть представлена в виде графа, таблицы или матрицы. Графовая форма представления К ДМ позволяет:

- наглядно определить степень влияния функциональных подмножеств КПА на решение задачи; •

- установить логическую связь через ЭО (ЭП) между функциональными подмножествами КПА и ГТД;

- определить оптимальную глубину диагностирования КПА;

- представить структуру ГТД в виде каналов контроля и контролируемых каналов (выделить области влияния и влияющие);

-разработать алгоритм формирования фуйсциональНых подмножеств и методику оптимизации системы диагностирования. л

Табличная форма представления модели: ! -<

- осуществляет связь ее различных уровней;' ' '1' ! 11

- удобна для ввода в память ЭВМ, кроме того, каждая программа связана с другими программами через таблицы;

- позволяет разработать методику изменения алгоритма работы КПА; •■ учитывает надежностные характеристики элементов КПА.

К ДМ уровня ЭО позволяет провести анализ качества функциональных элементов подсистем КПА, осуществить принцип изменения алгоритма работы КПА при различных концепциях ее рационального поведения (пригодности, оптимизации, адаптации). К ДМ уровня ЭП позволяет осуществить процесс поиска отказа в КПА, разработать алгоритм процесса подготовки и полета с отказами в КПА, оптимизировать по выбранным критериям процесс выбора очередной проверки при самоконтроле КПА. Разработана методика построения КДМ уровня ЭП.

КДМ уровня задач учитывает функциональный состав КПА и список задач решаемых КПА. Позволяет определить какой функциональной части КПА принадлежит отказ и какую (какие) задачи сможет выполнить КПА с данным отказом. Разработана методика построения КДМ уровня задач соответствующих функций.

Анализ характера поведения функций Р(Г) и Р(И/Г) позволяет сделать вывод о том, что при заданных ограничениях на Р(И/Г) в виде Р(И/Г)>Р* - существует оптимальное соотношение между полнотой и глубиной контроля АЛЛ и АК, при котором Р(Г) максимальна. В зависимости от характера изменения RAk и Rati (при Р0, Ркпа= const точка экстремума функций Р(Г),Р(Й/Г) смещается в область больших или меньших значений Raio

Анализ графических зависимостей P(M/T)=f1(Rak, Rati) Р(Г)=Щ1ак^ап) при РДк= 0,6; Рдп = 0,98; Р0 = 0,6; позволяет сделать следующие выводы (рис.2):

а) скорость изменения вероятности Р(Г) не зависит от глубины контроля части АК КПА. Значительное влияние на Р(Г) оказывает полнота контроля части АПП КПА, причем с уменьшением полноты контроля скорость изменения Р(Г) -увеличивается;

б) изменение глубийы контроля части АК КПА, при наличии большой полноты контроля части АПП КПА, не оказывает существенного влияния на скорость изменения вероятности Р(И/Г).

Однако, при незначительной полноте контроля части АПП. изменение глубины контроля части АК КПА оказывает влияние на скорость изменения Р(И/Г), причем наибольшая скорость изменения Р(И/Г) наблюдается при малой глубине и полноте контроля КПА (высокой безотказности средств контроля частей АК и АПП КПА).

Рис 2. Зависимости Р(Г)=Г(Й.ак, Яапп), Р(И/Г)=Г](11ак, К-алп) при вариантах: для 11апп=0,6; 0,8; 1,0

1. Рдк =0,98, Рапп=0,6, Р0=0,98 3. Рак=0,98, Ра1ш=0,98, Р0=0,6

2. Рак=0,6, Рапп=0,98, Р0=0,98 4. Рак=0,98, Ралп=0,6, Р0=0,6 Наибольшее влияние на скорость изменения Р(И/Г) оказывает полнота

контроля части АПП.

При функционировании ГТД вероятность Р(Г) учитывает большое количество факторов и их сочетания, влияющих на Р(И/Г). Одним из них является Рл, (вероятность ложного забраковывают), которая в нашем случае имеет важное значение. Поэтому, в связи с допущениями, принятыми в модели с определенной степенью точности . можно Р(Г) заменить на Рлз. В этом случае для решения поставленной задачи необходимо минимизировать Рл,

В третьей главе приведена методика синтеза К ДМ КПА, состоящая из двух этапов. Поставлены и решены задачи первого и второго этапов. Разработаны методики построения первичных таблиц состояний.' Построена графовая модель локализации отказа КПА при диагностирований, 'получены аналитические

выражения для расчета показателей эффективности, оптимизирующие процесс диагностирования КПА. Разработана методика автоматизированного построения оптимального алгоритма диагностирования КПА. Поставлена задача по совершенствованию алгоритма диагностирования, разработан метод решения и разработан оптимальный алгоритм диагностирования КПА. Проверена работа алгоритма диагностирования КПА на примере по результатам его реализации, разработаны предложения по совершенствованию системы диагностирования КПА.

Методика синтеза КДМ первого уровня обеспечивает формирование множеств Ь и В , т.е. задание исходных данных для построения табличной КДМ. отвечающих реальным физическим процессам функционирования КПА. Она содержит два этапа:

- построение первичных таблиц КПА;

- синтез первичных таблиц в КДМ КПА первого уровня.

Сформулирована и решена задача первого этапа. Для ее решения могут

использоваться технические описания, схемы и инструкции по эксплуатации, а также известные диагностические модели. Разработанные методики задание списка предписании с помощью таблиц состояний и ФЛС позволяют решить задачу первого этапа.

Сформулирована и решена задача второго этапа. Для ее решения предложен метод синтеза, основанный на реализации метода ветвей и границ и применении оценки связности снизу, идея сокращения и упорядочения перебора заключается в том, что первоначально производится разбиение множества О (0) на классы, определяемые количеством единиц в строках (для Б) и в столбцах (для ©) и минимизация строк действий (столбцов элементов) внутри каждого класса (формирование Ь(В)). Разработан алгоритм решения задач, который доведен до рабочих машинных программ и реализован на ПЭВМ. Работоспособность и результативность алгоритма проверена построением КДМ гипотетической КПА.

Граф процесса локализации отказа КПА при ее диагностировании является деревом решений, вершины отображают функциональный состав: ЭС, КПЭ КОЭ (контролируемой области элементов), гипотезы о состоянии КОЭ, результаты реализации ЭС, ПОЭ(подозреваемая на отказ область элементов)-КОЭ, о состоянии ПОЭ-КОЭ и принимаемые решения, а дуги - вероятности перехода состояний и событий. Такая структура графа позволяет решать задачи, связанные с прогнозированием принятия соответствующих решений по выбираемой очередной ЭС при локализации отказа КПА.

Полученные в общем виде аналитические выражения для соответствую-

щих решений учитывают не только состояния функциональных составляющих: КПА. ДСК, но и ПОЭ, КОЭ, а также процесс изменения ПОЭ. Это позволяет решить задачу определения оптимальной глубины локализации отказов КПА с учетом пересечения ЭС.

Методика автоматизированного построения оптимального алгоритма диагностирования КПА позволяет определить стратегию функционирования ее в ' полете:

а) если отказ принадлежит ГТД то прекратить полет ЛА;

б) реализовать процедуру изменения алгоритма работы ГТД-КПА, если отказ принадлежит АК КПА, причем произвести локализацию с оптимальной глубиной, при диагностировании КПА.

Сформулирована задача построения оптимальной стратегии проведения диагностирования КПА по критерию

7ПИПРл3(1), ПриРвз £Р*

Предложен метод решения, основанный на реализации метода ветвей и границ, идея применения которого состоит в последовательном выборе на каждом шаге процесса реализации ЭС из подмножества ОПП по минимальной Р*л з(0 очередной ЭС, до получения одноэлементного подмножества и (или) принятия соответствующего решения. Разработан оптимальный алгоритм диагностирования КПА. который реализован на ПЭВМ.

Результаты диссертации были использованы в работах по оценке технического состояния и диагностирования контрольно-проверочной аппаратуры газотурбинных двигателей на предприятии КПП ОАО "Авиамотор".

Предприятие КПП ОАО "Авиамотор" специализируется на двигателях НК-8-2У и НК-86. Оно постоянно занимается сбором информации обо всех летных происшествиях, возникших на самолетах с этими двигателями. Был проведен анализ "неисправностей", зафиксированных за последние 10 лет в процессе ( эксплуатации, выявленных штатными средствами диагностирования.

Всего наблюдалось 127 диагностических признаков, по которым был прерван полет. Произведенный на предприятии КПП ОАО "Авиамотор" после> дующий анализ двигателей позволил выявить дефекты, которые послужили причиной "неисправностей".

Эти результаты были подвергнуты дополнительному анализу с помощью разработанной методики. На основе анализа функциональной структуры аппаратуры контроля и особенностей ее организации была построена графовая модель процесса диагностирования газотурбинного двигателя, отражающая его направ-

ленность на достижение конечной цели - продолжение работы двигателя, но по измененному алгоритму функционирования КПА в случае, если отказ принадлежит ей.

Анализ эксплуатационных дефектов и отказов ГТД, по данным представленным КПП ОАО "Авиамотор" за последние 10 лет, позволил определить зависимость вероятности правильного допуска от глубины и полноты контроля, представленные на рис. 4. Исходя из этого алгоритм построения диагностической модели был автоматизирован и важно, что он обладает свойствами самоорганизации, то есть позволяет строить диагностическую модель с требуемой сложностью иерархической структуры и степенью детализации. При этом в качестве исходных данных в него включены возможные значения показателей полноты и глубины контроля, а также критерии, позволяющие оценить возможности использования двигателя при наличии дефектов

Была разработана иерархическая комбинаторная диагностическая модель контрольно-проверочной аппаратуры, учитывающая функциональную структуру КПА и позволяющая оценить влияние функциональных ее частей на конечный результат процесса диагностирования ГТД и возможность осуществления процедуры изменения алгоритма функционирования КПА.

На основе анализа процесса диагностирования с помощью построенного графа и разработанной К ДМ можно сделать вывод о том, что штатные средства диагностирования на ЛА не могут в полном объеме осуществить обнаружение дефектов, принадлежащих средствам контроля. Большинство дефектов, не принадлежащих непосредственно ГТД и не влияющих на качество функционирования последнего, распознаются как отказ двигателя, что приводит к возникновению нештатных (аварийных ситуаций).

С помощью разработанной методики было выявлено 16 дефектов, что составляет 12,6 %, которые принадлежали только КПА. Все эти дефекты были выявлены с применением К ДМ. По результатам работы был сделан вывод о том, что данные дефект^ не влияют на работу ГТД, и вполне можно было бы рекомендовать продолжение полета при возникновении данной ситуации, если бы использовался алгоритм разработанный в данной диссертации.

Таким образом,' применение результатов диссертационной работы на основе использования разработанной К ДМ позволило:

обосновать рациональное принятие решения о возможности дальнейшей эксплуатации диагностируемого ГТД;

снизить эксплуатационные затраты на техническое обслуживание и ремонт ГТД за счет выявления случаев "ложного забракования".

Кроме того, разработанная методика в совокупности с построенным алгоритмом и программой для ЭВМ могут способствовать реализации стратегии эксплуатации ГТД по фактическому техническому состоянию.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Афонский A.B., Забелин A.A., Калистратов В.В., Белов В.Е., Погодицкий О.В. Устройство стабилизации противотанковой управляемой ракеты по крену. Полезная модель. Решение № 38267406 от 12.12.2002 года.

2. Забелин A.A. Модель самоконтроля системы диагностирования отказов аэрокосмических ГТД. 35-е научные Чтения, посвященные разработке научного наследия и развитию идей Циолковского. Секция №2: "Проблемы ракетной и космической техники". - Калуга: 2000. С 9.

3. Забелин A.A. Модель самоконтроля системы диагностирования отказов ГТД. XII Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция. Внутрика-мерные процессы в энергетических установках, струйная акустика, диагностика, экология. Тезисы докладов, - Казань: КФВАУ, 2000.

4. Забелин A.A. Применение комбинаторной диагностической модели для диагностирования газотурбинных двигателей. XIII Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция. Внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика, диагностика, экология. Тезисы докладов. - Казань: КФВАУ, 2001.

5. Забелин A.A. Модель процесса локализации дефекта в технических средствах диагностирования воздушно-реактивных двигателей. - Пенза, ПФАУ, 1998.

6. Забелин A.A. Применение комбинаторной диагностической модели в диагностировании газотурбинных двигателей. - Казань, КФВАУ, 2002.

7. Морозов В.Ф., Забелин A.A., Малютин С.М. Влияние самоконтроля испытательно-пусковой аппаратуры на результаты подготовки аппаратуры системы управления к пуску. - Казань, КФВАУ, 1996.

8. Морозов В.Ф., Забелин A.A. Математическое обоснование комбинаторной диагностической модели испытательно-пусковой аппаратуры уровня элементарных операций. - Казань, КФВАУ, 1996.

9. Морозов В.Ф., Забелин A.A. Влияние самоконтроля средств технического диагностирования на результаты безаварийной работы газотурбинного двигателя.

, - Казань, КФВАУ, 1999.

10. Морозов В.Ф., Забелин A.A. Разработка диагностической модели для поиска дефектов серийных газотурбинных двигателей. X Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция. Внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика, диагностика, экология. Тезисы докладов. - Казань: КФВАУ, 1998.

11. Тунаков А.П., Морозов В.Ф., Забелин A.A. Методика построения комбинаторной диагностической модели газотурбинного двигателя. IX Межвузовский научно-технический семинар. Внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика, диагностика, экология. Тезисы докладов. - Казань: КФВАУ, 1997.

M И'1 {*>

. Иригюк

Л-л

V.

k

/i

-Д к'

П ^

■ Г, /у V и

! M / M и

У Ii

er

.с

> i

N.

X

ч

\

i

/ Г i

/

'У

\ » M и

I \ -i ! i i

( -, о ! \

V:,

/У\ > \

//1 \

Л' к\

i; /,'|\ \ Í : . ■] ! ! Í ! ~ Щ Т Г I

YtÜ !

¿ W ¿i<k4¿<!&Ш Ж Méè У<У>Ш<Цé-

V-, /Л-'-.

<S<52

M

// *

1ICU*U1.«CAK4 п.

* акташг Kl К

Ahjmwi

"""""J WKMfrfcttlsMiJ« mnOtC) а »V4I*»W<<1* MO

'с

• ■ Г 1 { ' ' . * ; í í —! тыиви-•V v.- V - - >~t -Ht m4KÍ,-

т •

I !

я А»пзк> «.к tva*s«

«ушт*яа 1 КГ1А

« » 4 1 • I - t •« t f' T I

о о ■»■.'• ** »7*

—I мранм*шш?

¡(ttttfäHM*

Рис. 3 Комбинаторная граф-модель КГ1А

0,2 0*3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,У шч,,,»»

Рис. 4 Графическая зависимость влияния глубины и

полноты контроля функциональных частей КПА

Редактировал и корректировал автор

Подписано в печать 16.05.03 Формат бумаги 60x84 Vja, Типографская №2. Офсетная печать. Усл. печ. л. 1,5 _Тираж 100 экз. Зак. 167-03. Бесплатно_

Типография КФМВАУ, Казань-25

J

»

Ч

p

; 6 9 0

2.оо> ' ft féyo

i

Введение.

Глава 1.Анализ средств и способов самоконтроля автоматизированной системы контроля и их влияния на эксплуатацию газотурбинного двигателя.

1.1 Существующие системы диагностирования.

1.2. Задачи, выполняемые контрольно-проверочной аппаратурой и особенности ее функционального состава.

1.3. Анализ средств и способов диагностирования контрольно-проверочной аппаратуры газотурбинного двигателя.

1.4. Обоснование вида диагностической модели контрольнопроверочной аппаратуры.

1.5: Выбор и обоснование критериев эффективности контроля систем газотурбинных двигателей.

1.6. Влияние диагностирования автоматизированной системы контроля на результаты подготовки аппаратуры газотурбинного двигателя.'.

1.7. Постановка задачи.:.

Глава 2. Разработка модели автоматизированной системы контроля и процесса подготовки аппаратуры газотурбинного двигателя.

2.1. Объект исследования.

2.2. Модель процесса подготовки газотурбинного двигателя и его систем при подготовке к полету и в полете.

2.2.1. Иерархическая комбинаторная диагностическая модель автоматизированной системы контроля.

2.3. Формализация критерия эффективности процесса подготовки автоматизированной системы контроля.

Глава 3. Методика автоматизированного построения оптимального алгоритма диагностирования и рекомендации по ее реализации.

3.1. Методика синтеза комбинаторной диагностической модели бортовой контрольно-проверочной аппаратуры.

3.1.1. Методика задания списка предписаний с помощью таблиц состояний

3.1.2. Методика задания списка предписаний на основе функцио

Т нально-логических схем.

3.2. Разработка модели процесса локализации отказа контрольно-проверочной аппаратуры при ее диагностировании.

3.3. Методика автоматизированного построения оптимального алгоритма диагностирования контрольно-проверочной аппаратуры.

3.3:1. Содержательное описание метода решения. 3.3.2. Построение оптимального алгоритма диагностирования контрольно-проверочной аппаратуры.

3.4. Проверка эффективности разработанной методики на примере гипотетической контрольно-проверочной аппаратуры.

3.5^ Рекомендации по реализации разработанной методики.

3.6. Возможности применения разработанной методики на двигателе

НК-86.

Актуальность. Современный уровень развития авиастроения, увеличение ресурса газотурбинных двигателей (ГТД) и усиление конкуренции' среди производителей сделали особенно актуальной проблему повышения эффективности эксплуатации двигателей. Эта проблема может решаться либо за счёт совершенствования конструкции ГТД, либо за счёт совершенствования самой системы эксплуатации.

Одной из наиболее важных проблем при эксплуатации ГТД является оценка состояния и диагностирования дефектов и отказов. Этой проблемой занимались многие авторы, в том числе: Абрамчук В.Е., Акимов В.М., Ах-метзянов A.M., Белоконь Н.И., Биргер И.А., Боровик В.О., Гельфандбейн Я.А., Горбунов Г.Н., Дубравский Н.Г., Егоров В.И, Епифанов С.В., Кеба Н.В., Клюев В.В., Клячкин A.JI, Коровкин Ю.М., Косточкин В.В., Костерин В.А.,' Куршев Н.В., Литвинов Ю.А., Лозицкий Л.П., Лозовсктй В.Н., Пархоменко 'П.П., Пилиносян Б.Н., Румянцев С.В., Степаненко В.П., Симбирский В.Ф., Сиротин Н.Н., Солохин Э.Л., Студеникин В.А., Степаненко В.А., Тимошенко О.И., Таршиш М.С., Тунаков А.П., Хамзин А.С., Шляхтенко С.М., Ямполь-ский В.И., и многие другие.

В роли средства диагностирования двигателя выступает КГТА (контрольно-проверочная аппаратура) газотурбинных двигателей, которая обеспечивает получение информации о состоянии бортовых систем. Однако она не только служит источником информации о состоянии самолета, но и сама является одним из неотъемлемых компонентов самолета, без которого невоз-' можна его эксплуатация. Поэтому проблема повышения эффективности применения самолетов тесно связана с проблемой повышения надежности выполнения своих задач КПА. Решение этой проблемы ведется в нескольких направлениях, основными, из которых являются [45]: предотвращение возникновения отказов; восстановление утраченной работоспособности; обеспечение устойчивости к отказам (толерантности). • Первое направление разработано достаточно подробно. Однако реализация двух последних направлений на сегодняшний день не позволяет полностью исключить появление отказов. Поэтому диагностирование контрольно-проверочной аппаратуры играет важную роль в определении технического состояния авиационных двигателей. В существующих ГТД любой отказ, возникший в контрольно-проверочной аппаратуре во время полета, рассматривается как отказ всей системы (КПА-ГТД) и решение рассматривается однозначно — прекращение полета, т.е. работы двигателя. Данная стратегия, эксплуатации предопределила существующую концепцию применения диагностирования, в результате которой определяется вид технического состояния КПА. Локализация места отказа производится с точностью до КПА-ГТД.

Реализация третьего направления ставит перед диагностированием контрольно-проверочной аппаратуры другие цели, поэтому в диссертационной работе ставится задача по реализации второго направления и изысканию способов обеспечения устойчивости КПА к отказам за счет снижения их влияния на безопасность полетов.

Объект исследования. Объектом исследования является ГТД НК-86, представляющий собой 2-х контурный ,2-х каскадный двигатель со смешени-" ем потоков наружного и внутреннего контуров в общем выходном устройстве. На двигателе предусмотрены системы: запуска, контроля, защиты, сигнализации, противообледенения, противопожарной защиты и диагностики. .

Цель исследования. Выявить показатели эффективности контроля ГТД и диагностирования КПА, которые зависели бы не только от технических характеристик, но и его организации, одновременно отражая конечную направленность процесса полета.

Задачи исследования. Рассматривая проблемы диагностирования КПА, можно заключить, что для их решения необходимо: оценить влияние характеристик безотказности контрольно-проверочной аппаратуры и средств ее диагностирования, а также глубины локализации отказов КПА на эффективность работы ГТД; разработать диагностическую модель авиационного двигателя для определения глубины алгоритмической локализации отказов КПА без дополнительных средств диагностирования; разработать методику анализа структуры КПА, алгоритма ее работы и получения диагностической модели; выработать практические рекомендации по совершенствованию средств и процедур диагностирования КПА, повышающие эффективность ее применения.

Методика исследования. Для достижения поставленных в работе целей потребовалось проведение теоретических исследований и расчетов. Теоретической основой исследования эффективности диагностирования послужила общая теория вероятностей. Методологической основой исследования взаимодействия аппаратуры контроля, диагностирования и двигателя явились основные положения системного подхода. Для решения частных задач, связанных с разработкой моделей и получением аналитических выражений критериев эффективности использовался аппарат теории графов и множеств, теории вероятностей и комбинаторики, бинарной алгебры, теории принятия последовательных решений.

Научная ценность и новизна.

1. Получены аналитические выражения показателей эффективности, определяющие оптимальную глубину диагностирования КПА.

2. Разработана иерархическая комбинаторная диагностическая модель. (КДМ) системы КПА-ГТД в виде графа и таблицы.

3. Разработана графовая модель процесса локализации отказа контрольно-проверочной аппаратуры при ее диагностировании.

4. Разработаны конкретные предложения по совершенствованию системы диагностирования КПА, реализация которых позволяет повысить ее эффективность и снизить влияние отказов на безопасность проведения полетов.

Положения, выносимые на защиту.

1. Аналитические выражения показателей эффективности.

2. Результаты оценки влияния характеристик безотказности и средств-ее диагностирования, а также глубины локализации отказов КПА на эффективность эксплуатации ГТД.

3. Графовая и табличная иерархическая комбинаторная диагностическая модель контрольно-проверочной аппаратуры.

4. Методика синтеза КДМ.

5. Графовая модель локализации отказа в КПА при ее диагностирование и аналитические выражения показателей эффективности.

6. Методика автоматизированного построения оптимального алгоритма диагностирования контрольно-проверочной аппаратуры.

7. Предложения по совершенствованию диагностирования КПА, направленные на снижение влияния отказов ее на результаты полета.

Практическая ценность исследования. Определяется тем, что реализация разработанных методик по построении комбинаторной диагностической модели КПА и алгоритма идентификации ее состояния создает основу для принятия обоснованного решения о наиболее эффективном варианте эксплуатации ГТД (действий экипажа). Результаты работы могут быть практически реализованы как в существующих, так и в перспективных самолетах, не только для идентификации состояния контрольно-проверочной аппаратуры, но и для локализации отказов контрольно-регламентной аппаратуры, используемой на базах и ремонтных предприятиях. При этом в перспективных самолетах, доведенные до уровня машинных программ алгоритмы позволяют включать их в состав математического обеспечения автоматизированной аппаратуры. Результаты, полученные в диссертационной работе, могут быть использованы в других многофункциональных технических системах. Программы реализованы на ПЭВМ.

Реализация. Результаты исследования нашли применение при выполнении научно-исследовательских работ № 3-96-564 и № 3-96 563 на предприятии ЦНИИ АГ, в методиках оценки технического состояния двигателей НК-8 2У и НК-86 на КПП ОАО "Авиамотор" и в учебном процессе Казанского ФВАУ, что подтверждается соответствующими актами о применении.

Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения и приложения.

Результаты работы алгоритма локализации отказа в КПА, при условиях задачи примера № 3, позволяют допустить ГТД к продолжению полета JIA с отказом в АК КПА. Отказ обнаружен в первом КПЭ КПА, при этом было реализовано три ЭС.

Результаты решения примера № 4 показывают, что при данных условиях задачи дальнейшая локализация невозможна, т.к. в ОПП отсутствуют ЭС, позволяющие продолжить процесс локализации отказа в КПА.

В примерах 1, 3 определены номера ЭП, которые необходимо исключить из программы функционирования ГТД-КПА.

Анализ результатов решения задач позволяет сделать вывод о работоспособности методики построения оптимального алгоритма диагностировав ния КПА. Причем оптимальная глубина, диагностирования КПА определяется условиями постановки задачи

3.5. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РЕАЛИЗАЦИИ РАЗРАБОТАННОЙ МЕТОДИКИ.

Результаты проведенных исследований эффективности диагностирования КПА ГТД позволяют сделать важные для практики разработки и эксплуатации ЛА выводы.

Существующие стратегии диагностирования КПА в серийных ГТД не позволяют с полной эффективностью реализовать потенциальные возможности использования ее результатов, это обусловлено тем, что любая, возможность использования по прямому назначению ГТД с обнаруженным в КПА отказом не допускается. Однако если исходить из введенного в разделе 1.2 представления контрольно-проверочной аппаратуры как многофункциональной системы в форме КДМ, то становится очевидным, что не любой отказ КПА ведет к невозможности выполнения ею всех предписанных функций (задач).

Для каждой задачи ГТД можно составить, в общем случае, список отказов КПА, которые не препятствуют выполнению ею необходимых полетных операций, а лишь требуют изменения (сокращения) содержания операций контроля КПА-ГТД.

Перспективы развития ЛА, связанные с резким расширением функций и задач, решаемых КПА, требуют соответствующего изменения стратегии диагностирования, основными элементами которой являются: обеспечение соответствия между задачами, которые предстоит решать КПА, и определением возможности реализации соответствующих ей функций при диагностировании; выбор средств и способов диагностирования аппаратуры диагностирования, обеспечивающих непрерывность процесса контроля ГТД-КПА в поле-' те и диагностирования КПА; построение алгоритмов диагностирования КПА, учитывающих ее реальное состояние на момент проверок.

Результаты реализации алгоритма самоконтроля КПА.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных в работе исследований получены следующие результаты:

1. Показано противоречивое влияние самоконтроля КПА ГТД на полет ЛА. С одной стороны, проведение процесса самоконтроля позволяет определять состояние и принять обоснованное решение о возможности выполнения КПА своих задач. С другой стороны, оно связано с риском ложного забрако-вания аппаратуры. Кроме того, отсутствие возможности восстановления работоспособности КПА ГТД в настоящее время в большинстве случаев значительно снижает эффективность самоконтроля.

2. Как показал произведенный анализ критериев эффективности, для оценки эффективности многофункциональной КПА при работе ГТД в полете, целесообразно использовать апостериорную вероятность отсутствия отказов в бортовой аппаратуре, необходимой и достаточной для осуществления успешного полета и вероятность получения результата "годен" в процессе предполетной подготовки.

3. На основе анализа структуры системы контроля и особенностей организации ее самоконтроля построена графовая модель процесса функционирования КПА, на основании которой получены в общем виде аналитические выражения для определения численных значений критериев эффективности. Они учитывают не только состояния функциональных составляющих КПА, но и систему самоконтроля этих частей. Разработан алгоритм расчета показателей эффективности, который доведен до машинной программы и реализован на ПЭВМ.

4. Разработана иерархическая комбинаторная диагностическая модель, которая позволяет оценить влияние функциональных частей КПА на работу ГТД ЛА и возможность осуществления процедуры изменения алгоритма функционирования КПА. При построении КДМ введены понятия: элементарная операция (ЭО), элементарная проверка (ЭП), комбинаторное подмножество элементов. КДМ может быть представлена в виде графа, таблицы или матрицы.

Комбинаторная диагностическая модель уровня задач учитывает функциональный состав КПА и список задач, решаемых ею. Позволяет определить, какой функциональной части аппаратуры принадлежит отказ и какую какие) задачи сможет выполнить ГТД с данным отказом. Разработана методика построения КДМ уровня задач.

Разработанная модель отображает связи между областями (ЭО, ЭП, функции, задачи) управления и функциональной структурой ГТД. В процессе построения КДМ обеспечивает "вложенность" моделей различных уровней.

5. Разработанная методика синтеза комбинаторной диагностической модели уровня элементарных операций обеспечивает формирование мно-' жеств А и В, т.е. задания исходных данных для построения табличной КДМ, отвечающих реальным физическим процессам функционирования КПА. Она содержит два этапа: построения первичных таблиц; синтез первичных таблиц в КДМ КПА уровня элементарных операций. Сформулирована и решена задача первого этапа. Для ее решения могут использоваться технические описания, электрические схемы и инструкции по эксплуатации, а также известные формальные модели технических систем.

Сформулирована и решена задача второго этапа. Для ее решения предложен метод синтеза, основанный на реализации метода ветвей и границ и применении оценки связности снизу. Разработан алгоритм решения, задач, который доведен до рабочих машинных программ и реализован на ПЭВМ. Работоспособность и результативность алгоритма проверена построением КДМ КПА.

6. Разработана модель процесса локализации отказа контрольно-проверочной аппаратуры в виде графа, который является политохомическим деревом решений. Такая структура графа позволяет решать задачи, связанные с прогнозированием принятия соответствующих решений по выбираемой очередной ЭС при локализации отказа КПА.

7. Разработанная методика автоматизированного построения оптимального алгоритма самоконтроля аппаратуры контроля позволяет реализовать гибкую стратегию функционирования ГТД в полете, т.е. осуществить с" учетом функциональной структуры КПА принципы частичного изменения алгоритма ее работы в полете. Реализовать процедуру изменения функционирования КПА с оптимальной глубиной локализации отказа при самоконтроле.

Предложен метод решения, основанный на реализацию метода ветвей и границ, идея применения которого состоит в последовательном выборе и реализации на каждом шаге элементарной самопроверки из подмножества самопроверок по минимальной величине

Разработан алгоритм оптимизации самоконтроля КПА, который доведен до машинной программы и реализован на ЭВМ. При составлении программ использовался язык обработки информационных данных Fox Pro. Эффективность разработанной методики и полученного алгоритма проверялась на примере КДМ гипотетической КПА-ГТД-ССК. решением конкретных задач. Причем, решение производилось как вручную, так и на ПЭВМ. Проведенные расчеты подтверждают результативность и эффективность полученной методики автоматизированного построения оптимального алгоритма са-. моконтроля КПА.

8. Разработаны конкретные предложения по совершенствованию стратегий применения ГТД в случае возникновения отказа в КПА.

9. Разработанная методика была внедрена на предприятии КПП ОАО «Авиамотор» С ее помощью было выявлено 16 дефектов, что составляет 12,6 %, которые принадлежали только КПА. Все эти дефекты были выявлены с применением КДМ. По результатам работы был сделан вывод о том, что данные дефекты не влияют на работу ГТД, и вполне можно было бы рекомендовать продолжение полета при возникновении данной ситуации, если бы использовался алгоритм разработанный в данной диссертации.

Таким образом, применение результатов диссертационной работы на' основе использования разработанной КДМ позволило: обосновать рациональное принятие решения о возможности дальнейшей эксплуатации диагностируемого ГТД; снизить эксплуатационные затраты на техническое обслуживание и ремонт ГТД за счет выявления случаев "ложного забракования".

Для обеспечения возможности практической реализации изменения содержания программы функционирования ГТД по результатам самоконтроля КПА на разработку ГТД необходимо задавать требования, определяющие: необходимую глубину локализации отказов КПА при самоконтроле; форму представления этой информации оператору, модульность по-, строения алгоритмов (программ) самоконтроля КПА и работы ГТД; возможность пошаговой реализации программных модулей и исключения автономных модулей из программы диагностирования КПА.

Для перспективных JIA разработанные программы должны включаться в состав математического обеспечения бортовой ЭВМ.

Для обеспечения непрерывности и эффективности процесса "контроль-ГТД - самоконтроль КПА" необходимо аппаратурную часть системы самоконтроля аппаратуры реализовать в виде встроенных средств оперативного самоконтроля на базе средств и методов, рассмотренных в диссертационной работе.

Соискатель

А.Забелин

1. XII Межвузовский научно-технический семинар. Внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика, диагностика, экология. Тезисы докладов. Казань: КФВАУ, 2000.- 371с.

2. XIII Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция. Внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика,-диагностика, экология. Тезисы докладов. Казань: КФВАУ, 2001.

3. XIV Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция. Внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика, диагностика, экология. Тезисы докладов. — Казань: КФВАУ, 2002.

4. XXXV-e научные Чтения, посвященные разработке научного наследия и развитию идей Циолковского. "Проблемы ракетной и космической техники." Калуга, 2000.

5. А. С. 29324 (СССР). Способ самоконтроля автоматических контрольно-проверочных устройств / Ю.А.Авах, Д.Д.Перский, Н.М.Ткащенко. Опубл. в Б.и., 1980, № 8.

6. А. с. 760103 (СССР). Устройство программного контроля/ М.А.Полушин, Г.В.Плешев. Опубл. в Б.и., 1980, 32.

7. А.с. 732876 (СССР). Устройство для контроля правильности выполнения программ при сбоях / С. Я.Быков, М.С.Кульчицкий, Е.И.Ратгауз. Опубл. в Е.и., 1980, № 17.

8. А.с. 789977 (СССР). Устройство для контроля систем управления / А.А.Мирзабеков, Н.4.Козлова, Е.Р.Герасимов. Опубл. в Б.и., 1980,

9. А.с. 792224 (СССР). Автоматизированная система контроля / В.С Jlyna-кин и др. Опубл. в Б.и., 1980, №48.

10. А.с. 857997 (СССР). Устройство для контроля канала ввода-вывода вычислительной машины / Ю.З.Горелик и др. Опубл. в Б.и., 1981,31.

11. И.А.с. 862144 (СССР). Устройство для контроля и диагностики объекта / Н.Г. Баженов. Опубл. в Б.И., 1981, №.13.

12. Авах А. Универсальные машины автоматического контроля. М.: Энергия 1976.- 144 с.

13. Автоматическая проверка оборудования самолетов и ракет. Сборник статей/Под. ред. В.А.Боднера. М.: ИЛ, 1962.-215 с.

14. Акимов В.М. Основы надежности ГТД. М.: Машиностроение 1981. -207с

15. Артеменко Е.А., Миразбеков А.А. Алгоритмический метод исключения влияния сбоя в автоматической системе контроля и обеспечение высокой эффективности и работы. Труды НИИ AJI, вып.2, 197С.

16. Ахметзянов A.M., Дубравский Н.Г., Тунаков А.П. Диагностика состояния ВРД по термогазодинамическим параметрам. М.: Машиностроение. 1983.

17. Белкин Н.В., Титоренко Г.А., Степанов В.И. АСУ материально-техническим снабжением: учебник М.: 1987

18. Богданов Н.И., Морозов В.Ф., Фандеев В.П. Оптимизация глубины самоконтроля в автоматизированных системах контроля. В сб.: Некоторые вопросы эксплуатации и совершенствования военной техники. - Казань, КВИУ РВ, 1985, с. IU4-106.

19. Бурлаков Е.А. Оптимизация объема контроля системы. Автоматика и Телемеханика, 1977, № 5, С. 181-185.

20. Визирев И.О.- Полностью само проверяемые контрольные схемы с минимальным множеством тестов. АиВТ, 1982, № 1, .С. 43-49.

21. Воробьев О.Ф. Разработка требований к достоверности оценки технического состояния баллистических ракет и обоснование рекомендаций для их учета в ТТЗ на создание Н СЗ. Дис. канд. техн. наук. - в/ч 42261, 1982. - 211 с.

22. Всесоюзное совещание по технической диагностике. Тезисы докл. -Минск: Наука и техника, 1975.-150 с.

23. Всесоюзный семинар "Методы синтеза и планирования развития структур крупномасштабных систем" (1986г.): Тезисы докл. Москва: Наука и техника, 1985.-179 с.

24. Гафуров Д.Н. Соловьев О.А. Диагностика внутрикамерных процессов в энергетических установках. М.: Машиностроение 1991.

25. Гнедов Г.Н. Проектирование систем контроля ракет. -1.: Машиностроение, 1985.-224 с.

26. Горбунов Г.Н., Солохин Э.Л. Испытания авиационных ВРД. Машино--строение, 1967.

27. Горяшко А.П. и др. Системы тестового контроля современных ЭВМ. Обзор основных направлений. Изв. АН СССР. Техн. кибернет., 1983, № 1.

28. ГОСТ 19919-74. Контроль автоматизированный технического состояния изделий авиационной техники. Термины и определения. Переиздат. Февраль, 1975.

29. ГОСТ 20911-75. Техническая диагностика. Основные термины и определения. М.:1978. 14 с

30. ГОСТ 20911-89. Техническая диагностика. Термины и определения. Москва- 1989.

31. ГОСТ 26656-85. Техническая диагностика. Контролепригодность. Общие требования. Москва 1985.

32. Гуревич А.Д., Чуркин н.П. О выборе метода контроля работоспособности бортовых систем. Оборонная техника, 1973, № 9. с. 47-5U. '

33. Забелин А.А. Модель процесса локализации дефекта в технических средствах диагностирования воздушно-реактивных двигателей. — Пенза, ПФАУ, 1998.

34. Калявин В.П., Мозгалевский. Технические средства диагностирования. — Л.: Судостроение, 1984.-208с.

35. Касаткин А.С. Эффективность автоматизированных систем контроля. -М.: Энергия, 1975.- 88 с.

36. Кеба Н.В. Диагностика авиационных ГТД. М.: Транспорт, 1980. — 248 с.

37. Клячкин A.JI. Эксплуатационные характеристики двухконтурных турбореактивных двигателей. — М.: Транспорт, 1973.

38. Кориневский J1.A. Об одном подходе к оценке эффективности ВСК. сб.: Вопросы технической диагностики. Таганрог, 1973. - С. 51-56.

39. Косточкин В.В. Надежность авиационных двигателей и силовых установок. Машиностроение, 1976.-248с.

40. Кулагин И.И. Основы авиационных газотурбинных двигателей. Военное издательство министерства обороны СССР. — М. -1967.- 327 с.

41. Курагин А.С. Основы оценки эффективности диагностирования авиационной техники. М.: Транспорт, 1989.

42. Латышев Я.А. Введение в авиационную и космическую технику: Учебное пособие для технических вузов. М.: Машиностроение, 1979. - 136 с.

43. Литвинов Ю.А., Боровик В.О. Характеристики и эксплуатационные свойства авиационных ТРД. М.: Машиностроение, 1986.

44. Литиков И.П. Синтез систем кольцевого тестирования устройств с памятью. Автоматика и Телемеханика, 1984, № 10, С. 158-165.

45. Луарсабов Т.Л. Кронь П.П. Летные испытания жидкостных ракетных двигателей. М.: Машиностроение, 1977. — 207 с.

46. Максимов Д.Л.Секистов С.М. Двигатели самолетов и вертолетов. Военное издательство министерства обороны СССР. М. -1977.- 327 с.

47. Методика контроля технического состояния двигателя НК-86. 3 редакция. М.: Изд-во МО, 1991.

48. Методы и средства диагностики ГТД. Сборник научных трудов. — Харьков: ХАИ, 1980.-175 с.

49. Миленко Д.М. Сердюк Р.И. Моделирование испытаний ЖРД. М.: Машиностроение, 1990.

50. Мозгалевский А.В., Койда А.Н. Вопросы проектирования систем диагностирования. Л.: Энергоатомиздат, Ленинградское отделение, 1985.-112 с.

51. Морозов В., Фандеев В.П. Модель контрольно-пусковой аппаратуры взадачах контроля, и диагностики. в сб.: Совершенствование конструкции, эксплуатации и ремонта военной техники и вооружения. - Казань, КЗВКИУ РВ, 1987, с. 129.

52. Морозов В.Ф. Методика автоматизированного построения алгоритмов самоконтроля испытательно-пусковой аппаратуры пусковых установок ракетных комплексов сухопутных войск. Дис. канд. техн. наук. -Казань, 1985, - 237 с.

53. Морозов В.Ф., Лысенков А.И. Определение глубины само контроля в автоматизированных системах контроля. В кн.: Методы военно-научных исследований в задачах разработки и испытаний вооружения.: ВАА им. Кали-' нина, 1985.

54. Морозов В.Ф., Фандеев В.П., Павлов П.П. Формирование исходных переменных при синтезе диагностической модели ИПА. В кн.: Некоторые вопросы эксплуатации и совершенствования военной техники и вооружения. -Казань, КВВКИУ РВ, 1992, С. 120-122.

55. Морозов В.Ф., Чесноков Н.П., Анализ существующих методов самокон-. троля и перспектив их развития. В сб.: Совершенствование конструкции, эксплуатации и ремонта военной техники и вооружения. - Казань, КВВКИУ РВ, 1983, С. 167.

56. Морозов ВФ. Забелин А.А. Малютин С.М. Влияние самоконтроля испытательно-пусковой аппаратуры на результаты подготовки аппаратуры системы управления к пуску. Казань, КФВАУ, 1996.

57. Морозов ВФ. Забелин А.А. Математическое обоснование комбинаторной диагностической модели испытательно-пусковой аппаратуры уровня элементарных операций. Казань, КФВАУ, 1996г.

58. Морозов ВФ. Забелин А.А.Влияние самоконтроля средств техничекого диагностирования на результаты безаварийной работы газотурбинного двигателя. Казань, КФВАУ, 1999.

59. Надежность и эффективность в технике: Справочник: Методология. Организация. Терминология/ Под ред. А.И. Рембезы. М.: Машиностроение, 1985.-224 с.

60. Негаев Ю.Н., Федоров P.M. Теория авиационных двигателей. Учебник для ВУЗов. М.:Машиностроение, 1978.

61. Пархоменко П.П., Согомонян Е.О. Основы технической диагностики: (оптимизация агоритмов диагностирования, аппаратурные средства) Под ред. П.П.Пархоменко. М.: Энергия, 1981. - 320 с.

62. Пашковский Г.С.Задачи оптимального обнаружения и поиска отказов в РЭА М. :Радио и связь, 1981.

63. Перспективы развития методов технической эксплуатации авиационной техники. Киев: Книга, 1980 — 196 с.

64. Петренко А.И.,.Семенков О.И. Основы построения системы автоматизированного проектирования. Киев: Высшая школа, 1984.

65. Практическая диагностика авиационных ГТД. /Л.П.Лозицкий, В.П.Степаненко,.В.А.Студеникин и др. -М.: Транспорт, 1985. 102 с.

66. Проектирование внешних средств автоматизированного контроля радиоэлектронного оборудования / Под ред. Н.Н.Пономарева / М.: Радио и связь, 1984.-295 с.

67. Пятая всесоюзная конференция по управлению в механических системах 1956г.): Тезисы докладов КАИ им. А.Н. Туполева. Казань: КАИ, 1985.- 195' с.

68. Руководство по технической эксплуатации НК-86. Книга 1 раздел 72,73

69. Сироткин Н.Н., Коровкин Ю.М. Техническая диагностика авиационных ГТД. М.: -Машиностроение. 1978. - 72 с.

70. Сосулин С.Г. Фишман М.М. Теория последовательных решений и ее применение. М.: Радио и связь, 1985.-272 с.

71. Теория, проектирование и конструкция испытательно-пускового электрооборудования оперативно-тактических ракет/ под ред. Старосельца В.Г. -Л.:ВАА, 1975.

72. Технические средства диагностирования: Справочник /В.В.Клюев, П.П.Пархоменко,1 В.Е.Абрамчук и др.; Под общей редакцией В.В.Клюева. — М.: Машиностроение, 1989. 672 с.

73. Фандеев З.П. Снижение влияния отказов контрольно-пусковой аппаратуры на результаты подготовки РК TP и OTP при передаче ракет на пусковые установки, -Дис. канд. техн. наук. -Казань, 1985, 227 с.

74. Фандеев В.П., Морозов В.Ф. Оценка влияния самоконтроля ИПА на результаты подготовки СУ комплекса к применению. В кн.: Некоторые во-' просы эксплуатации и совершенствования военной техники и вооружения. -Казань, КВВКИУ РВ, 1989, С. 90-92.

75. Фигурнов В.Э. IBM для пользователя. М.:Финансы и статистика, 1996. 86.Чертков З.И. метод определения места неисправности в аппаратуре контроля летательного аппарата. - Оборонная техника, 1982, № 1, С. 24-25.

76. Чесноков Н.П., Морозов В.Ф. Надежность системы пере страиваемой структуры с контролирующим и переключающим устройствами. В кн.: Некоторые вопросы эксплуатации и совершенствования военной техники и вооружения. - Казань, КВВКИУ РЗ, 1984, с. 85-88.

77. Чесноков Н.П., Морозов В.Ф. Расчет вероятности безотказной работы систем контроля с перестраиваемой структурой. В кн.: Некоторые вопросы эксплуатации и совершенствования военной техники. - Казань, КВВКИУ РВ, 1983, С. 117-119.

78. Чумаков Н.М., Серебрянный Е.И. Оценка эффективности сложных технических устройств. М.: Сов. радио, 1980. - 192 с.

79. Шляхтенко С.М. Теория воздушно-реактивных двигателей. — М.: Машиностроение, 1975.-567 с.

80. Ямпольский В.И. Белоконь, Пилиносян Б.Н. Контроль и диагностирование гражданской авиационной техники. М.: Транспорт, 1990. - 182 с.

81. Голланд А.Б. и др. Программный комплекс "ГРАД" для расчета газотурбинных двигателей// ИВУЗ. Авиационная техника 1985.

82. Гроссман И., Магнус В. Группы и их графы. /Перевод с английского/ Под редакцией В.Е. Тараканова. М: Мир, 1971

83. Диагностирование на граф-моделях: на примерах авиационной и автомобильной техники /Я.Я. Осис и др. -М.: Транспорт, 1991, 244с

84. Коллакот Р.А. Диагностирование механического оборудования Пер. с англ. М: Судостроение, 1980. - 296 с.

85. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. Определения, теоремы, формулы/ Пер. с англ. / Под ред. И.А.Арамановича -М.: Наука, 1984.-831 е.

86. Куратовский К., Мостовский А. Теория множеств. /Пер. с англ. М.И. Кратко; под ред. А.Д. Тайманова. — М.: Мир, 1970, 415с.

87. Проектирование и анализ отказоустойчивой вычислительной системы для управления полетом летательного аппарата Дж.У.Уэнсли, Л.Лэмпорт и pp. ТИИЭР, 1978, т.55, № 10, С.156-187.

88. Хопкинс А.Л., Смит Т.Е., Лала С.Х. ГМР высоконадежный, отказоустойчивый мультипроцессор для управления самолетом. - ТЧИЗР, 1978, т.65, № 10, с.142-135.