автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.05, диссертация на тему:Математическое и имитационное моделирование агрегатов авиационных ГТД и технологий их автоматизированных испытаний

На правах рукописи

АБЗАЛОВ Артур Рудольфович

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ АГРЕГАТОВ АВИАЦИОННЫХ ГТД И ТЕХНОЛОГИЙ ИХ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ИСПЫТАНИЙ

Специальность: 05. 07. 05 - тепловые двигатели летательных аппаратов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Казань 1998

Работа выполнена в Казанском государственном техническом университете им. А.Н. Туполева

Научный руководитель -доктор технических наук,

профессор АДГАМОВ Р.И.

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор ДМИТРИЕВ С В. кандидат технических наук СИМКИН ЭЛ.

Ведущее предприятие - ОАО КМПО Зашита состоится /Г tA^jp^tj 1998 г. в

Ж_

часов на

заседании диссертационного совета Д063.43.01 Казанского государственного технического университета им. А.Н.Туполева по адресу: 420111. Казань, ул. К.Маркса, 10, зал заседаний.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан /¿/Я^_ 1998г.

Ученый секретарь диссертационного ху^с^^ А.Г.Каримова совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В современных условиях весьма актуальной является задача обеспечения гибкости промышленного производства, снижения времени и затрат на разработку и выпуск новых изделий при обеспечении гарантированного качества. Весьма важными этапами технологического процесса производства изделий, обеспечивающими соответствие изделия заданным техническим требованиям, являются технологические испытания. Тенденции развития экономики и технической инфраструктуры развитых стран предполагают дальнейшее развитие промышленного производства на основе достижений фундаментальных наук и широкого использования информационных технологий.

Производство сложных технических объектов, каким является авиационный газотурбинный двигатель, его агрегаты, требует особенно тшательной отработки конструкции на стадиях проектирования и доводки, весьма тщательной регулировки параметров в процессе серийного производства. Все это требует постановки физического эксперимента. При сохраняющейся тенденции увеличения стоимости материальных ресурсов, и одновременном снижении стоимости и повышения доступности вычислительной техники весьма актуален, по возможности, перенос экспериментальных работ в область вычислительного эксперимента и повышения эффективности производства на основе исследований математических и имитационных моделей.

Цель работы и задачи исследования. Более широкое применение информационных технологий в промышленном производстве, расширение открытых CAD/CAM, CAE систем под конкретные приложения предполагают:

-разработку методик и алгоритмов построения эффективных математических и имитационных моделей сложных технических объектов (узлов и агрегатов авиационных ГТД);

-создание системы проведения численных модельных экспериментов по анализу конструкций сложных технических систем (агрегатов), в частности для проектирования технологий испытаний и оптимальных алгоритмов отладки изделий в условиях серийного производства;

-разработку методик проведения экспериментов в вышеуказанной системе с целью обеспечения возможности оптимизации конструкций и формирования технологий испытаний агрегатов;

-оптимизация с использованием аппарата математического и имитационного моделирования технологий автоматизированных испытаний узлов и агрегатов.

Методы исследования базируются на аппарате дискретной математики; теории дифференциальных уравнений, соответствующих численных методов; линейной алгебры, теории множеств, математической статистики.

Научная новизна. Предложена интегрированная методика построения и исследования математических и имитационных моделей агрегатов авиационных ГТД на основе применения современной вычислительной техники инструментальных средств и методов программирования. Построение моделей объек-

хов испытаний основывается на их реализации в специальным образом организованном модельном пространстве на основе применения моделирования "методом частиц".

■ Предложена методика формирования оптимальных технологий автоматизированных испытаний агрегатов в условиях серийного производства.

Практическая ценность. Разработанная методика построения и исследования вычислительных моделей сложных технических объектов, использование современных средств и методов программировать! (объектно-ориентированное программирование, визуальное программирование) позволяют расширить открытые CAD/CAM, САЕ системы (в частности Cimatron) под конкретные приложения: проектирование агрегатов, проектирование оптимальных технологий их автоматизированных испытаний. Использование разработанной методики моделирования и исследования агрегатов позволяет снизить объем работ, связанных с постановкой физического эксперимента на стадиях проектирования и доводки изделий. На стадии серийного производства по результатам модельных исследований возможно формирование эффективных технологий испытаний агрегатов, а применение элементов самообучаемости, в некотором роде интеллектуальности АСИ, может способствовать совершенствованию как технологии автоматизированных испытаний, так и выявлять слабые места конструкции испытываемых агрегатов.

Реализация результатов. Результаты исследований внедрены в учебном процессе Kl ТУ.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на Международной научно-технической конференции (Казань 1995г.) Всероссийских научно-технических конференциях (Казань 1994, 1995, 1996, 1997г., Москва 1994г., 1996, 1997г., Уфа 1995, 1996, 1997г, Набержные Челны 1996г.), на республиканских отраслевых конференциях и семинарах ( Казань 1993-1997*г.г., Йошкар-Ола 1996 г.).

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 16-и статьях и тезисахдокладов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, приложений и списка литературы. Она содержит 153 страниц машинописного текста, 49 рисунков, 2 таблиц, 2 приложения и список литературы из 157 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность выбранной темы и осуществляется выделение области исследования.

В первой главе проводится обзор исследований в области математического и имитационного моделирования сложных технических объектов применительно к технологиям автоматизированных испытаний. Рассматриваются основные достижения в области проектирования технологий автоматизированных испытаний, формированию архитектур АСИ.

Большой вклад в решение этих вопросов сделали работы отечественных ученых Р.И.Адгамов, А.М.Ахмедзянов, Н.П.Бусленко, В.Н.Бусленко, С.В.Дмитриев, А.К.Дмитриев, А.М.Кац, ГО.В.Кожевников, Кругов В.И., П.А.Мальцев., Моисеев Д.С., В.С.Мухин, А.П.Тунаков, Г.П.Шибанов и др.

Наиболее широко использовались методы моделирования агрегатов, их функциональных элементов с привлечением теории дифференциальных уравнений с применением упрощающих допущений, линеаризацией моделирующих систем и их исследованием методами операционного исчисления.

На основе анализа литературных источников показана необходимость: -разработок и применения новых методов моделирования сложных технических объектов, позволяющих наиболее эффективно использовать возможности современной вычислительной техники.

-разработки методов исследования на вычислительных моделях и на основе их применения - проектирования технологий испытаний агрегатов авиационных ГТД.

Формируется система математического и имитационного моделирования - компьютерный полигон, позволяющий наиболее эффективно осуществлять создание моделей, модельные исследования как самих агрегатов, так и технологий их автоматизированных испытаний.

Во второй главе разрабатывается методика моделирования агрегатов авиационных ГТД на основе формирования модельного пространства, разрабатываются вычислительные алгоритмы, позволяющие в дальнейшем наиболее эффективно использовать современные инструментальные средства программирования.

Предлагаемый подход к построению математических моделей, реализуемых в виде вычислительных алгоритмов основывается на анализе конструкции, как системы в целом. По конструкции и связям агрегата с внешней, по отношению к нему средой, составляется функциональная блок-схема. Элементами данной блок-схемы являются функционально законченные элемента конструкции. Между элементами блок-схемы проводятся связи, характеризующие "информационный" обмен между соответствующими элементами конструкции, в рассмотрение принимаются все связи, с характеристиками, отражающими реальные физические процессы в системе. Связь является равноправным элементом структурной схемы, способным вносить изменение в передаваемую "информацию" между элементами структуры.

Построение математических моделей должно нацеливаться на удобство их реализации в виде вычислительных алгоритмов, удобных для модельных исследований на ЭВМ. Наиболее удобным инструментом программной реализации математических моделей сложных систем являются объектно-ориентированные алгоритмические языки программирования и соответствующие среды. Поэтому построение математических моделей агрегатов необходимо производить с учетом возможностей реализованных в инструментальных средах программирования.

Рис. 1. Кинематическая схема ППО

1 - пусковая заслонка,

2 - регулирующая заслонка;

3 - осевая турбина;

4 - дифференциальный привод;

5 - синхронный генератор;

6 - центробежный тахометр;

7 - сервопоршень;

8 - конус обратной связи;

9 - двигатель механизма коррекции частоты;

10 - редуктор механизма коррекции частоты;

11 - газотурбинный двигатель.

Построение математической модели, отражающей конструктивное исполните, внутренние и внешние связи объекта произведем на примере агрегата "Привод постоянных оборотов" (ППО). Кинематическая схема ППО представлена на рис. 1. На основе кинематической схемы ППО строим функциональную блок схему рис.2. По каждому элементу данной блок-схемы построим регулярную модель, удобную для представления в виде "объекта" или "класса" в среде объектно-ориентированного программирования. В соответствии со структурой агрегата, представленной на функциональной блок-схеме объединим элементы в единую систему - модель агрегата - вычислительный алгоритм, позволяющий по характеристикам состояния объекта в момент времени (, и имеющим место характеристикам силовых факторов (в тот же момент времени, но для частных случаев предусмотрен интегральный учет влияния силовых факторов за величину дискретности модельного пространства), рассчитать характеристики его состояния в момент- времени

Принципы реализации математических моделей узлов и агрегатов, их функциональных элементов. В основу построения математических моделей положен принцип эволюции системы в модельном пространстве, основанный на следующем положении механики Ньютона: для любого начального состояния механической системы, определяемой вектор-функциями положений и скоростей. определенных соответственно в трехмерном пространстве, изоморфном трехмерному пространству вещественных чисел, существует оператор, позволяющий вычислить все другие характеристики системы (в том числе и ускорения), а также скорости и положения - в любой момент времени (при определенных силах). То есть

\/х(Го), х(/0л Я3 х Я3 X ЯЗЯ'х(и), х(н), X, X, г),

где х- вектор-функция, задающая положение системы; X -вектор-функция, характеризующая скорости элементов системы; К -множество вещественных чисел: /-время.

Реализацию модельного пространства и моделей сложных технических объектов необходимо осуществлять с учетом дискретности времени модельного пространства и последовательного принципа осуществления вычислительных процессов на ЭВМ. Дискретность времени модельного пространства хорошо учитывается при моделировании механических объектов по состояниям. Материальная точка в модельном пространстве для любого момента времени й идентифицируется ее положением в модельном пространстве г, и количеством движения ту, в случае постоянства массы - скоростью V . Состояние материальной точки в момент времени определяется на основе закона сохранения количества движения (закона сохранения импульса). Рассматривая для одной координаты:

1Ь+,

Ух, +1 = Ух, -I--¡ТхЛ

т1

X У

Рис.2. Функциональная блок-схема ППО

- входной параметра (сигнал) на функциональный блок

- выходной параметр функционального блока

Здесь м -масса материальной точки, у.-и, Уа+1 проекции скорости точки на ось ^ в моменты времени 1 и 1+1 соответственно, Рх -проекты силы на ось л действующей на материальную точку в рассматриваемый промежуток времени: (И -величина дискретности модельного времени.

. (у, + 1-у.)ск х. +1» х. + у.ш + ---—.

2

Проблема адекватного моделирования, среди прочих причин, заключается в обоснованном выборе величины временной дискретности модельного пространства (И, обоснованном масштабировании числовых значений параметров моделирования.

Помимо количества движения удобными для описания состояния механических объектов характеристиками являются момент количества движения, кинетическая и потенциальная энергия. Однако преимущественное использование характеристик количество движения, момент количества движения позволили моделирование эволюции агрегата в модельном пространстве свести к последовательному пересчету системы линейных уравнений: моделируемые параметры объектов просчитывались непосредственно и были заданы на множестве "действительных" чисел.

Каждый элемент функциональной блок-схемы представляется в виде функциональной зависимости его состояния в момент времени 1+1, в зависимости от состояния в момент времени 1 и действующих за рассматриваемый промежуток времени силовых факторов. Построение моделей в соответствии с предложенной методикой хорошо учитывает особенности функционирования ЭВМ. особенности численных методов, и при соответствующем масштабировании численных значений моделируемых величин результаты экспериментов главным образом обусловлены преимущественно "физикой" имеющих место процессов, а не вычислительными эффектами. Построение модели с разбивкой конструкции на функциональные блоки и связи позволяет постановкой численных экспериментов с заведомым внесением в модель неисправностей, дефектов формировать матрицы выходных сигналов, по которым возможно осуществлять идентификацию технического состояния объекта испытаний.

Рассматриваемая в данной главе методика была успешно применена для моделирования агрегата ППО (привод постоянных оборотов). Данная методика близка к "моделированию методом частиц", разработанному Оскаром Бунема-ном для моделирования плазмы, в дальнейшем применялась для моделирования процессов физики твердого тела, астрофизики. Преимущества предлагаемой методики моделирования:

-нет необходимости построения и решения систем дифференциальных уравнений (которые обычно составляются с существенными упрощениями, малопригодны для аналитического решения, ввиду чего линеаризуются и теряют адекватность в широкой области исследования); -предлагаемая методика позволяет просто вводить в расчет. факторы, обуславливающие нелинейность моделируемой системы, при трздшш-

онной методике либо игнорируемые, либо приводящие к чрезмерному усложнению моделей; —простота трактовки результатов (результаты выражаются в области действительных чисел в аналогичных величинах, которые могут быть замерены, если эксперимент производить непосредственно на объекте испытаний. При традиционных методиках моделирования, в частности колебательных процессов, решения моделей находятся в области комплексных чисел);

-относительная простота исследования устойчивости моделируемой системы: постановкой серии численных экспериментов (исследование устойчивости решения дифференциальных уравнений относительно просто лишь для линейных систем). -Модели представляют собой совокупность алгебраических вычислительных формул и систем линейных уравнений (для ряда агрегатов), (численные методы в данной области наиболее глубоко разработаны). -Возможность создания банка наиболее широко встречающихся компонентов моделей и простота их настройки под конкретные случаи моделируемых систем. Недостатки:

—Малообозримость модели в аналитическом плане (исследование модели требует постановки серии численных экспериментов); —проведения исследований модели требует наличия вычислительной техники достаточной мощности.

Третья глава диссертации посвящена программной реализации системы модельных исследований. Для реализации возможности моделирования эволюции моделей технических систем во времени было программно реализовано дискретно-временное модельное пространство. Каждый элемент функциональной блок-схемы в соответствии с разработанным вычислительным алгоритмом реализовывался в модельном пространстве в виде класса (термин из области объектно-ориентированного программирования, в частности в среде Delphi). Это позволяет в дальнейшем зарегистрировать данный элемент в виде компонента визуальной среды программирования, что в последующем существенно упростит процесс создания программ моделирующих иные конструкции технических систем. Данные функциональные элементы-классы, в свою очередь являются полями модели конструкции агрегата в целом, также представленным в ввде класса (объекта), реализующегося в дискретновременном модельном пространстве.

Реализация в модельном пространстве функциональных элементов, конструкции агрегата осуществляется в соответствии с идеологией объект-неориентированного программирования, как это схематично представлено на рис.3. Реализация модельного пространства изображена на рис.4. В дальнейшем реализация в виде компонент визуальной среды программирования уни-

Функциональный элемент

class

ПОЛЯ

Характеристики моделируемого элемента идентифицирующие его состояние в текущий момент времени в модельном пространстве, характеризующие динамические свойства, геометрию.

МЕТОДЫ

Методы инициализации полей при начале моделирования, модификации полей ( в частности, характеризующих состояние, при изменении значения модельного времени), считывания значений полей, расчета характеристик элементов (virtual - для обеспечения адаптации алгоритма под конкретное техническое решение), разрушения элемента (освобождение динамической памяти) при отсутствии необходимости дальнейшего использования элемента в вычислительном эксперименте.

СВОЙСТВА.

Свойства позволяют идентифицировать моделируемый элемент в модельном пространстве. Доступ к полям элементов осуществляется с использованием свойств. Применение свойств позволяет унифицировать процесс регистрации параметров состояния элементов по ходу моделирования, в связи с этим в дальнейшем упрощается анализ и интерпретация результатов модельных исследований.

END;

Рис.3.Общая структура программной реализации функциональных элементов агрегата

Рис.4. Схема программной реализации модельного пространства

фишфовашшх элементов аппаратного обеспечения АСИ (датчиков, коммутаторов. измерительных каналов и т.д.) позволит осуществлять отработку также и непосредствегаю системы автоматизированных испытаний.

Выбранный подход к моделированию и программной реализации вы-чисгительных алгоритмов, моделирующих сложные технические объекты весьма способствует концепции переноса эксперимента in области физического пространства в молельное (виртуальное) пространство. Дальнейшая наработка в области анализа конструкций агрегатов, выявления наиболее применимых элементов конструкций, реализация их в виде компонент среды программирования. изыскания путей сборки агрегатов в визуальной среде с минимальной необходимостью написания программы в виде, текста позволят в дальнейшем создать исследовательскую систему, расширяющую возможности открытых CAD/CAM. CAE систем применительно к отработке конструкций агрегатов. технологий их испытаний. АСИ.

В четвертой главе осуществляется исследование вычислительной модели агрегата ППО посредством постановки серил экспериментов. В частности исследовано влияние конструктивных параметров системы автоматического регулирования на протекание переходных процессов (для оценки адекватности моделирования путем сравнения с традиционно используемой методикой моделирования и результатами испытаний реального объекта). После осуществления серии экспериментов, моделирующих функционирование агрегата при различных условиях и анализа адекватности модели осущестлялись исследования. иаправлешше на формирование методики проектирования технологического процесса испытаний агрегатов авиационных ГТД применительно к условиям серийного производства.

Исходя из того, что задачей технологического процесса испытаний агрегатов является во-первых, контроль технического состояния, полученного в результате сборки, во-вторых, вывод агрегата на расчетные характеристики в диапазоне эксплуатационных режимов, и, в-третьих, при невозможности вывода на расчетные характеристики - прогнозирование вероятной причины испытания агрегатов целесообразно производить в две стадии: непосредственно после сборки контроль по предельным параметрам, и по возможности, в диапазоне эксплуатационных режимов на испытательной станции в соответствии с алгоритмом рис.5.

По известным результатам исследований в самом общем виде модель любого объекта может быть представлена упорядоченным множеством

А = (Т,Х, Y,Z,F,L} ,

где Т - множество моментов времени, в которые наблюдается объект: X.Y - множество входных и выходных сигналов соответственно; Z - множество состояний объекта: F - оператор переходов, отражающий механизм изменения состояния объекта под действием внутренних и внешних возмущений: L - оператор выходов, описывающий механизм формирования выходного сигнала как реакции объекта на внутренние и внешние возмущения.

Рис.5. Фрагмент алгоритма АТПИ агрегатов (применительно к условиям серийного производства)

Операторы Р и Ь реализуют отображения

Р:ТхХхг-»г; Ь:Тх Хх г-> У;

В условиях серийного производства при испытании агрегатов идентифицировать техническое состояние объектов испытаний по возможности целесообразно на основе регистрации и анализа "выходных сигналов" при отработке соответствующего алгоритма программой испытаний, представляющей конкретную реализацию отображения Ь. То есть контроль технического состояния сводится к решению задачи наблюдения в теории систем и управления.

Решение задачи адекватной идентификации технического состояния объекта испытаний возможно при соответствующем выборе контрольных точек: измеряемых параметров с привязкой к моментам измерений. Обеспечение полной наблюдаемости (в техническом смысле) объектов испытаний в условиях серийного производства должно быть заложено в конструкт по агрегата еще на стадии разработки и доводки. (Например установка датчиков по регистрации необходимых для идентификации технического состояния параметров). Надлежащий выбор контрольных точек делает отображение Ь обратимым слева , т.е.

и^ТхХх у->г,

по выходному сигналу возможно определить техническое состояние объекта испыташш при отработке надлежащего алгоритма испытаний.

Применительно к испытаниям агрегатов множество всех возможных состояний целесообразно рассматривать как объединение двух подмножеств Z^, Ъг таких, что Ъ\Г\ Ъг = 0, Ъх^Ъг — Ъ, где Ъ\ - множество состояний,

соответствующих исправному агрегату; Ъг - неисправному.

Первоначально алгоритм контроля, реализованный в программе испытаний должен определить посредством вариации входных сигналов и соответствующего контроля выходных, к какому подмножеству Ъ\ или Ъа отнести состояние объекта испытаний.

По ходу отработки программы контроля технического состояния реализация отображения Ь, конкретной реализацией выходного сигнала - вектора У( может состояние 2, объекта испытаний может соотнести либо ко множеству исправных или неисправных состояний. В случае идентификации состояния как неисправного осуществляется модификация алгоритма испытаний. Множество неисправных состояний агрегата возможно предварительно (по результатам исследования на математических моделях, по испытаниям на стадиях разработки и доводки, по анализу статистики серийных испытаний) разбить на

подмножества Ъг\, Ъг - I = 1,П, где п число подмножеств, соответ-

ствующих неисправному состоянию агрегата. Каждое из подмножеств Ъи соответствует наличию конкретной совокупности неисправностей, либо тип неисправности неопределен (в этом случае желательно вести статистику и про-

следить корреляцию неисправности, определенной в результате переборки агрегата, и совокупности условий испытаний и выходных сигналов). Ряд неисправностей агрегата может быть устранен посредством регулирующих воздей- • ствий на конструктивно предусмотренные органы регулирования.

В соответствии с рис.5 на первом этапе проектирования программы испытаний формируется отображение L блок 1. представляющее собой совокупность алгоритмов контроля: по заданным входным сигналам, в определенные моменты времени осуществить регистрацию выходных сигналов. Данное отображение L должно при фиксированных значениях teT, x(t) SX обеспечивать выполнения условия полной наблюдаемости.

Следующим этапом алгоритма АТПИ агрегатов (блок2. блркЗ) предусматривается осуществление контроля правильности функционирования агрегата на предельных режимах (блок 4). В случае неисправного технического состояния агрегата осуществляется анализ возможных причин. Если по произведенным или осуществленным дополнительно контрольным проверкам (блок 5) техническое состояние может быть отнесено к конкретному классу вероятных причин неисправности, и данная неисправность может быть устранена посредством регулирующего воздействия - отрабатывается соответствующий алгоритм регулирования. В противном случае агрегат следует отправить на переборку',' осуществив регистрацию как параметров задаваемых и измеряемых в ходе испытаний, так и причин неисправности, выявленных в результате переборки.

Далее алгоритм АТПИ предусматривает контроль правильности функционирования агрегата в области расчетных эксплуатационных режимов (блок б. блок 7, блок 8). Аналогично осуществляется контроль технического состояния, отрабатываются алгоритмы регулирования, и в случае либо невозможности конкретной идентификации неисправного состояния, либо невозможностью вывода агрегата на расчетный режим путем регулирующих воздействий, агрегат направляется на переборку.

Если по ходу испытаний на основных эксплуатационных режимов были проведены регулировочные воздействия, влияющие на функционирование агрегата на критических режимах, алгоритм АТПИ осуществляет повторную отработку, начиная с блока 2. иначе - реализуется оставшаяся часть технологии испытаний (блок 11).

Применительно к системам автоматизированных испытаний агрегатов целесообразно применение элементов самообучаемости. В данной работе в рамках имитационного моделирования была сформирована матрица выходных сигналов заведомым введением в модель неисправностей. В дальнейшем при эксплуатации системы (рис.6) предлагается применение элементов самообучаемости относительно прогнозирования неиспраностей в случае невозможности вывода агрегата на расчетные характеристики на основе пересчета матрицы.состояний по выходным сигналам в соответствии с имеющейся методикой, в случае несовпадения результатов прогноза и результата переборки.

Рис.6. Фрагмент блок-схемы алгоритма обеспечения интеллектуальности

АСИ агрегатов.

а)

ие]

Рис.7.Эволюция параметров функционирования агрегата в процессе испытаний:

а)яастоты генератора;

б)угла развода грузиков центробежного тахометра

Ъ. [усл.ед]

сит. [рал/с]

Рис. 7.Эволющы параметров функционирования агрегата в процессе испытаний:

в)положение регулирующей заслонки;

г)частоты вращения турбины

Предлагаемая методика исследования агрегатов позволяет проследить влияние как конструктивных особенностей агрегата, так и его внешних условий на способность агрегата выполнять возложенные на него функции. По результатам модельных исследований возможно организовать идентификацию технического состояния и прогнозирование неисправности по выходным сигналам, отслеживая эволюцию практически всех параметров агрегата на ьмчислителыюй модели (рис.7) и по результатам модельных исследований осуществлять отработку технологий автоматизированных испытаний, в частости для условий серийного производства.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1.На основе исследования используемых методов математического и имитационного моделирования применительно к серийному производству и испытаниям агрегатов авиационных ГТД, а также на основе исследования состояния дел в области вычислительной техники и программных продуктов, показана необходимость разработки методов более адекватного моделирования сложных технических объектов (агрегатов), учитывающих конструктивное исполнение последних и возможность максимального использование вычислительных ресурсов. Разработка данных методов обусловлена необходимостью обеспечения возможности снижения объемов испытаний, связанных с постановкой физического эксперимента за счет постановки вычислительных экспериментов.

2.Для решения проблем отработки методов моделирования создан компьютерный полигон математического и имитационного моделирования, оснащенный информационным измерительно-вычислительным комплексом, персональными компьютерами и пакетами программ, позволяющими наиболее удобно и корректно реализовывать вычислительные алгоритмы, организовывать базы данных, обрабатывать результаты экспериментов.

3.С учетом особенностей функционирования ЭВМ, существующих методов программирования и инструментальных средств разработаны методы моделирования и реализации вычислительных моделей агрегатов в специальном образом организованном модельном пространстве.

4. Исследована возможность постановки вычислительных экспериментов на реализованной модели агрегата 11110 (привод постоянных оборотов) с применением методов планируемого эксперимента. Постановкой серий экспериментов выявлено влияние некоторых параметров конструкции на функционирование агрегата Исследована область режимов надежного функционирования агрегата. Результаты вычислительных экспериментов сравнены со статистическим материалом реальных испытаний для оценки адекватности предлагаемых методов моделирования.

5.Разработана обобщенная методика автоматизированных испытаний агрегатов в условиях серийного производства Данная методика предусматривает контроль технического состояния агрегата, его способность осуществлять свои функции во всем диапазоне эксплуатационных параметров.. Возможность осуществления регулирующих воздействий, их величину, необходимую для вывода агрегата на расчетные режимы. В случае невозможности вывода агрегата на расчетные характеристики предусматривается возможность прогнозирования вероятной причины неисправности. Данная возможность обеспечивается за счет применения в АСИ разработок в области "искусственного интеллекта", распознавания образов, экспертных систем.

6.Разработаны вычислительные алгоритмы

- моделирования ряда функциональных элементов, широко используемых в конструкциях агрегатов: осевой турбины, регулирующей заслонки, планетарного дифференциального привода, центробежного тахометра, сервопоршня с золотниковым устройством;

- моделирования имеющих место диссипативных сил;

- моделирования агрегата ППО с позиции системного подхода, позволяющих исследовать влияние на функционирование агрегата в целом как отдельных конструктивных особенностей, так и переходные процессы, характеризующие качество работы системы автоматического регулирования;

- моделирования АСИ, АТПИ ППО.

7.Выработаны рекомендации по использованию метода модельных исследований при доводке конструкции агрегата, по совершенствованию процесса его испытаний.

8.Осуществлена серия экспериментов, моделирующих технологический процесс автоматизированных испытаний агрегата на примере ППО с имитацией случайным образом наличия одной и нескольких вероятных неисправностей на предмет способности системы идентификации неисправности, способности к обучаемости.

9. Модельные испытания агрегата на компьютерном полигоне опробованы в учебном процессе по курсу Технологии автоматизированных испытаний.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ 1. Р.КЛдгамов, А.Р.Абзалов, С.КШамиль. Проектирование оптимальных технологических процессов автоматизированных испытаний сложных объектов. Всеросийская - научно-техническая конференция:

"Управление и контроль технологических процессов изготовления деталей в машиностроении". г.Уфа, 1995г. с31-32

2. Абзалов А.Р., Суховеев C.B. "Проектирование автоматизированных процессов испытаний узлов и агрегатов авиационных ГТД на основе исследования математических и имитационных моделей." Всеросийская научно-техническая конференция " МОЛОДАЯ НАУКА - НОВОМУ ТЫСЯЧЕЛЕТИЮ." г. Набержные челны 1996г. с.79

3. Абзалов А.Р., Суховеев C.B., "Автоматизация технологических испытаний. Гагаринские чтения, МАТИ, г.Москва, 1996г. С197-198.

4. Абзалов А.Р., Шпаги» А.Е., Никифоров С.А. "Математическое обеспечение проектирования и реализации технологического процесса автоматизированных испытаний автоматических коробок передач." Гагаринские чтения, г.Москва, МАТИ, 1996г. С190-191.

5. Адгамов Р.И., Абзалов А.Р. Компьютерный полигон для отработки математических и имитационных моделей технологических процессов. Тезисы докладов научно-технической конференции "Технологические проблемы производства летательных аппаратов и двигателей", КГТУ,г.Казань 1993г.

6. Абзалов А.Р., Рахмангша И.С. Компьютерный полигон для отработки гибких производственных систем испытаний. Тезисы докладов научной конференции "Гагаринские чтения" ,г.Москва. МАТИ, 1994г. С. 109110.

7. Адгамов Р.И., Абзалов А.Р., Рахманина И.С. Отработка гибких производственных систем испытаний на компьютерном полигоне. Межвузовский научный сборник "Испытания ВРД", г.Уфа 1994г.

8. Адгамов Р.И., Абзалов А.Р. Математическое и имитационное моделирование объектов автоматизированных испытаний. Тезисы докладов Международной научной конференции "Модель-проект 95",КГТУ, г.Казань 1995г. С. 19-21.

9. Адгамов Р.И., Абзалов А.Р. "Модельные исследования узлов и агрегатов авиационных ГТД при проектировании оптимальных технологий их испытаний." Казань. Авиационная техника №2,1997г. с.93-97.

10. Абзалов А.Р., Адгамов Р.И. Современные информационные технологии при отработке систем автоматизированных испытаний. Тезисы докладов научной конференции "Вавиловские чтения". Йошкар-Ола, 1996. С443-444.

11. Адгамов Р.И., Абзалов А.Р. "Проектирование технологий производства и испытаний изделий авиакосмической техники." Г.Уфа. 1996г. Тезисы доклада Всеросийской научной конференции. С30-31.

12. Абзалов А.Р., Адгамов Р.И. "Модельная отработка технологий испытаний узлов и агрегатов авиационных газотурбинных двигателей на компьютерном полигоне математического и имитационного моделирования."

Москва. /Тезисы докладов Российской научно-технической конференции "Новые материалы и технологии". 1997г.

13. Адгамов Р.И., Абзапов А.Р. "Автоматизация модельных исследований узлов, агрегатов двигателей и технологий их испытаний." /Тезисы докладов "Перспективные CAD/CAM/CAE - технологии в высшей технической школе". Казань 16-18 октября 1997г. С.27-28

14. Адгамов Р.И., Абзапов А.Р. "Статистические исследования информационных технологий производства" /Тезисы докладов юбилейной научной и научно-методической конференции посвященной 65-летию КГТУ им. А.Н.Туполева. "Актуальные проблемы научных исследований и высшего профессионального образования. 19-20 марта 1997г. с. 87

Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Печ.л.1,25.Усл.печ.л.1,16. Усл.кр.-от. 1,21.Уч.-изд. л. 1,0.

Тираж 100. Заказ 179/Р194.

Казанский государственный технический университет им. А.Н.Туполева

Типография Казанского государственного технического университета им. А.Н.Туполева 420111 Казань К.Маркса, 10.