автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.05, диссертация на тему:Повышение надежности авиационных ГТД путем оптимизации системы диагностирования по критериям достоверности

ХАРЬКОВСКИЙ АВИАЦИОННЧИ ИНСТИТУТ кивни Н. Е.' ЖУКОВСКОГО ' г

ол

2 4 ОН! п /

На правах рукописи

ЛСШОДА Игорь Игоревич'

УЖ 621. 45

ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ АВИАЦИОННЫХ ГТД ПУТЕМ ОПТИМИЗАЦИИ СИСТЕМЫ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ПО КР1ГГЕРИЯМ ДОСТОВЕРНОСТИ

Спеаяальиость: 05.07.03 - тепловые двигатели летательных аппаратов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Харьков 1994 ; •

г

Диссертация является рукописьв

Работа выполнена на кафедре конструкции и прочности авиационных двигателей Харьковского авиационного института ки. Н.Е. Жуковского

Научные руководитель: доцент, кандидат технических наук Елифанов С. 8.

Официальные оппонента профессор, доктор технических наук Белан Н. В.,

кандидат технических наук Широчкин В. С.

Ведущая организация: Запорожское машиностроительное конструкторское бюро "Прогресс"

Заднта диссертации состоится " 4 " ноября 1994 г в 14 часов на заседании специализированного совета ДОЗЗ.14.02 при Харьковском авиационном институте т. H. Е. Чуковского.

Адрес института: 310191, Харьков, ул. Чкалова - 17 Автореферат разослан "3Û 1994 г

Ученый секретарь совета

кгнрЗзт тетничесхугх цяук Г. Л.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность гроблемы. Повышеииэ требований к надеаностя авиациснои техники обуславливает необходимость сооершенствованпя методов диагностирования такой ответственной системы как силовая установка.

Одним из основных направления диагностирования авиационных ПД, позволяовшм суаественно повысить их надежность, а такЕО безопасность и экономичность, является выявление дефектов проточной части по штатно измеряемым термогазодинамяческим параметрам (давлениям, температурам, расходам рабочего тела, частотам вравення роторов а некоторым другим). При этоы использустся известные алгоритмы параметрической диагностики технических объектов, связанные, как правило, с использования»! математических моделей проточной части ГТД я реализованные в наземных и бортовых автоматизированных системах диагностирования С АСД ). Активному развитии этих систем в последнее десятилетие способствует значительный прогресс в развитии методов и средств вычислительной техники.

В настоящее вр°мя известно большое число подходов " и конкретных методов выявления дефектов проточной часта по териогазодинамическиы параметрам, сформированных в работах А. М. Ахмедзянова, И. А. Биргера, Я. А. Геяьфандбейна, В. О, Боровика, С.а. Епифанова, Н. И.Епишева, О.Б.Кожевникова, Н.С. Кулика, Л.П. лоэицкого, А. П. Тунакова, В.Т. Еепеля, В. И. Ямпольского а других исследователей.

Для каждого из этих методов получение правильного решения в той или иной мере осложнено особенностями исследуемых ГТД и их математических моделей, а такге значительным количеством приняли допущений, трудно поддасаихся количественному анализу. Поэтому при повьлгении надежности ГТД на первый план выдвигается оадавд выбора наилучшего метода диагностирования, подбора наиболее приспособленной к нему модели ГТД, оптимальной реализации метода для конкретных условий применения (тип двигателя, стадия ого жизненного цикла, схема н состав измерительной системы, наземное или бортовое использования и др.) и оптимизации АСД в целом. Эти проблек-ы на данный момт? еае недостаточно проработаны,, отсутствует единый подход к определении эффективности различных -методов выявления дефектов проточной части ПД с учетом перечисленных выше условий применения, что свидетельствует об актуальности выбранной тематики исследований. <

Цэпь работы. Повышение надежности авиационных газотурбинных двигателей путем разработки и внедрения методики оптимизации алгоритмов дг.агностнрования, системы измерений и системы диагностирования в целом по критериям достоверности принимаемых решений.

Научная новизна. В диссертации получены следуваие новью результаты, иыевцие научное значение.

1. Разработана методика определения диагностируемости газотурбинных двигателей, а также сравнения и оптимизации различных методов выявления дефектов. Эта методика основана на предлохеиых показателях достоверности диагностирования.

2. Разработана методика формирования классификации состояний ГТД, в которой реализован способ оптимального преобразования аналоговых Ио»(еряеиых термогазодинамических параметров в дискретные.

3. Предложен способ совместного выявления дефектов проточной части и отказов штатной системы измерений теркогазодинамических параметров ГТЛ.

4. Разработан оригинальный метод выявления дефектов проточной части с применением нелинейной математической модели в виде набора матриц коэффициентов влияния.

Практическая ценность. Разработанные в ходо ' выполнения диссертационной работы методы, алгоритмы и программное обеспечение представлягт практический интерес для авиадвигателестроительных КБ, организаций, разрабатывания контрольно - измерительную аппаратуру, разработчиков бортовых п наземных . автоматизированных систем диагностирования к организаций, эксплуатирювдх ГТЛ, так как позволяют

- определг-ъ приспособленность авиадвигателя к выявление его ■дефектов параметрическими методами и уточнить за счет этого уровень надежности; •

- разработать в сжатые сроки обладалцуи высокими вычислительными свойствами процедуру расчета параметров термогазод.ламического рабочего пролесса ГТД для ее использования в качестве диагностической модели при имитации и вняв, чип дефектов, а также для использования во многих других задачах проектирования и отладка авиадвигателей;

- выбрать состав и параметры точности системы измерений проточной части ГТД;

- подобрать к оптимальным образом настроить методы выявления дефектов проточной части и отказов измерительной системы;

- дать ко.ткчестьенкуг) и качественн/с оценку достсверности

принимаемых решений при выявлении дефектов.

На основ- прикладные исследований по двигателя« Д-435Т1, Д-18ТМ и ПС-В^А выработаны Практические рекомендации по раэработ-К8 и совершенствованию систем диагностирования этих двигателей.

Анализ почетных данных и результатов стендовых испытаний двигателей Д-35, Д-18Т и R-L7 показал эффективность применения разработанных методов и программ для обработки опытных данных.

Реализз! ля работы на практике. Нелинейные г.оузлс_ые математические модели двухконтуркых турбореактивных двигателей внедрены в ЦНИИ АСУ ГА (г. Рига) и АО "Авиадьигатель" С г. Пермь) в наземной автоматизировании: системе диагностирования двигателя ПС-SOA и ь ЗМКБ "Прогресс" при создании системы управления двигателей Д-435Т1 и Д-13ТМ. Вариант классификации состояний ГТД для двигателя ПС-SOA использован в ЦНИЛ АСУ ГА в системе выявления дефектов зтого двигателя. Методика анализа достоверности выявления дефектов протечной части ГТД внедренна в АО "Авиадвигатель" и применена для исследований по двигателям ПС-90А, Д-436Т1, и Д-18ТМ. Метод диагностирования на основе байесовского подхода внедрен в АКТК "Антонов" и в институте программных систем АН Украины в составе программного коштлекса для наземноР обработки результатов регистрации параметров ГТД.

НА завдту выносятся:

1) методика определения диагностируемое™ ГТД и анализа штатной системы измерения теркогазодинамических параметров по' вероятностным и дотершшироьанныи показателям достоверности диагностирования;

2) результат» диагностического анализа современных и перспективных авиадвигателей Д-436Т1. Д-18ТК, ПС-SJ*, Д-36, Д-18Т и Д-27 по полетной, стендовой и модельной информации;

3? способ оценки собственных погрелчостей методов выявления дефектов проточной "аети, результаты их сравнительного анализ^ ,

4) метод оптимизации классификации состояний ГТД;

5) метод определения информативности терчогазодннами«еских параметров, алгоритмы оптимизации измерительной системы;

6) способ и алгоритм преобразования аналогов!« измеряемых параметров в дискретные, минимизирусщий ощиОкй выявления состояний ГТД;

7) метод и алгоритм диагностирования по упрощенной нелинейкой математической модели.

Апробация работы. Результаты работы обсу-далиоь и

положительно оценены на межотраслевой научно - технической конференции "Проблемы функциональной диагностики газотурбинных двигателей к их элементов" С Москва - Харьков - Рыбачье, 1990 ), на 2 - й Всесовзной конференции "Повышение эффективности средств обработки информации на базе математического и машинного моделирования" С г. Тамбов, 1991 ), на конференции "Актуальные проблемы прикладной математики" ( г. Саратов, 199! ), на межотраслевом научно - техническом семинаре "Новое в автоматизации испытаний авиадвигателей" С г. Уфа, 1991 ).

Публикации по теме диссертации. Материалы диссертации опубликованы в 8 печатных работах и изложены в 9 научно -технических отчетах, Ь из которых зарегистрированнч в ВИТИПеитре, г. Москва и Укр&ЫНТИ, г. Киев Основные публикации приведены в конце реферата.

Структура и объем работы. .Диссертация состоит из введения, пяти глоб,заключения,списка литературы и приложений. Работа изложена на сОЗ страницах машинописного текста, иллюстрироьана 38 рисунками и 13 таблицами. Список литературы включает 1о5 источников.

СОДЕРЖАЩЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность выбранного направления исследований, формулируется цели диссертационной работы и даэтся ее общая характеристика.

3 первой главе приведен обзор существующих методов выявления дефектов ГТД по термогазо-.инамическим параметрам, методов теории распознавания образов и способов оценки достоверности принимаемых диаг: мстических решений, проанализирована связь характеристик надежности и показателей достоверности и эффективности системы диагностирования в целом, определяются задачи данного исследования и математические методы, необходимые для их решения.

Развитие Сплавное или скачкообразное) дефекта (неисправности основных узлов ГТД, систем управления, механизации компрессоров, отборов и псводов воздуха, реверса и др.) обычно обусловлено изменением одного или нескольких недоступных для измерения параметров характеристик узлов, но проявляются они непосредственно ь дрейфе измеряемых термогазодинамических параметров, связь которых с параметрами характеристик узлов описывается термогазодинамичес-кики моделями проточной части разного уровня сложности. В ходе выполнения обзора установлена, что данные ьодели используются практически во всех методах, выявления дефектов.

На основании изучения и сопоставления многочисленных источ-

ников технической информации составлена классификация известных методов выявления дефектов проточной части, позволяемая глубже понять особенности того или иного направления и метода, а тахге квалифицированно произвести оценку достоверности его результатов.

Полученная классификация показывает, что иоою выделить два основных направления: распознавание дефектов в пространстве измеряемых параметров и выявление дефектов, основанное кг идентификации термогазодинамической модели и последу.;::-к распознавании дефектов в пространстве параметров характеристик узлов. Выбор направления, наилучшего для практической реализации, зависит от текущего- этапа тазненного цикла газотурбинного двигателя. По «ере увеличения срока эксплуатации л накопления эмпирической информации о состояниях двигателя усиливается преимущества методов первого капразления.

Предварительное сопоставление методов каждого из двух направления позволило определить наименее эффективные методы, главным преимуществом которых явлется простота, что не столь существенно при современном состоянии средств вычислительной техники Последующее определение характеристик досто:арности этих методов позволяет уточнить их практическус ценность. Что касается остальных, более сложных методов, эффективность которых в значительная мере зависит от полноты и вида представления имевцеяся априорной информации о вероятных неисправностях, то чх сопоставление волгахно только посредством 'сгецигльных сравнительных испытаний по показателям достоварносги.

Обзор методов теории распознавания обрл-.ов показал, что их применение в диагностик« газотурбинных двигателей перспективно, ко находится е£о на начальном этапе. Вероятная причина тому -недостаточность и неполнота эмпирических даьных о возможных неисправностях ГТЛ, необходимых для формирования классификации, используемой в методах распознавания.

Хотя значительное количество работ в области диагностики проточной част", касается в то;-, или иной мем вопросов

досговерности реэультагез (расчет тгчности оценок 8 параметров характеристик узлов, сравнение методов выявления дефектов и оценка информативное л измеряемых паракз грев). -в них используются, в осчоеном, различного вида точноствде критерии, реи» - вероятностные, последние, однако, не связаны напрямуп с конечной характеристикой достоверности - вероятность:) правильного . (неправильного) определения состояния двигателя.

Выполненная обзорная работа позволила сформулировать задача диссертации: 1) разработка моделей проточней части современных ГТД; 2) формирование классификации неисправностеа проточной части; 33 разработка моделей дефектов и алгоритмов методов, отобранных для сравнительного анализа; 4) введение показателей для многостороннего исследования и повышения достоверности диагностирования; разработка методика и агоритмов решения задач диагностики с использованием введены^ характеристик; 15) создание на основе данной методики протраве/лого комплекса; 6) выполнение с его применением и использованием опытных данных прикладных исследований по современным типа« авиационных ГТД и выработка практических рекомендаций по совершенствованм систем диагностирования эти двигателей с целы повышения их надежности.

Анализ математического аппарата, ипользуеыого п работах по ■ диагностике ГТД, позволяет считать перспективным для ;«хения задач диссертационной работы широкое использование такого универсального метода исследований, ках математическое моделирование, а такхе теории распознавания образов, методов параметрической идентификации, элементов теории вероятностей а математической статистики.

Вторая глава посьядена разработке термогазодгшашгческих моделей проточной части ГТД, несбходиихгх в качестве источника информации об объекте при диагностировании.

Наибольшее распространение в диагностике ГТД получили 2 типа моделей: нелинейная многорегимная поузловая модель 2-го уровня сложности для стационарных рекимсв работы двигателя и ликеВыая модель в виде матрицы коэффициентов влияния С !&Ф ).

Нелинейная математическая модель С №31 ) имеет вид:

У=Г(5,в), - (13

где я - мерный вектср У терыогазодияамическаг параметров С в той числе и измеряемых ) проточной часта (вектор признаков состояния)

зависит от вектора и внешних условия иг- керкого вектора 9 параметров характеристик уздсЕ, позволявши сиеаать и деформировать характеристики узлов газотурбикого двигателя и моделировать тем самым разлачш» дс-'якти. представляет собоГ. отрахавцую условия совместной работы узкой систему келасгйгаа: уравнений, структура и разкгряссть которой определяется ткяоа моделируемого ГГД. •

В линейной математической хяэдели ( ЛММ 1 малые сткосятельвдэ

g

отклонения параметров б® и ЛУ связаны посредством Спхг)- матрицы коэффициентов влияния Я соотношением:

6У*№. (2)

На основе созданного в Харьковском авиационном институте пакета прикладных программ универсальной модели проточной части ГТД разработаны нами нелинейные модели многих современных ТРДД, в частности, Д-436Т1, Д-18ТМ, ПС-90А. По этим авиа^зигателям, отличавшимся компоновкой проточной части и характеристиками узлов, выполнены в рамхах данной работы исследования достоверности диагностирования.

Модели реализован^ на языка программирования . МЛ в операционной системе - ЕС и на языке Фортран - 77 в MS - DOS.

С ue.ibD повышения удобства автоматизированного расчета линейной модели в виде МКВ, идентификации НММ и использования ее для диагностики ГТД в нелинейные модели введен специальный массив,обьеденявщий возможные параметры Э для всех основных узлов проточной части и позволявшей имитировать дефекты проточной части.

Процедуры решения этих задач связаны с многократным применением программ НЛМ, поэте ¡/у их быстродействию уделено особое внимание. Так. в частности, предложено использовать линейнуп интерполяции функциональной зависимости i=f(T,q,d) энтальпии рабочего тела i от его температуры Г, относительчого содержания топлива q и влагосодержания d вместо традиционно используемого итерационного расчета с обпащен^м к известной прямой зависимости T=fCi,q,d), что привел'", к сокращении на 35* общего врэмеил выполнения программ нелинейкой модели.

Накопленный опыт моделирования газотуроинных цвиг«-гелей на ЭВМ позволил сформулировать рекомендации, последовательное выполнение которых повышает эффективность программирования на наиболее сложных и трудоемких этапах отладки и тестирования.

Третья глава икявчает выраоотку подхода к д^агностироьешив ГТД, обеспечииави<эго повышени достоверности определения его техрячесхого состояния, формкроьаняе классификации де<*зктных состояний и разработку алгоритмов 1-х отобранных «ля дальнейшего сравнения методов выявление дефектов проточкой Ч;1сти в пространстве измеряемых термогазодинамических параметров.

Выявление дефектов по термогазодинамичесхим параметрам вследствие действия большого числа случайних факторов " может о'мтъ сведено к '.задаче распознавания образов, включавшей" классифлхацис де|«ктсв проточной часл!, принятие решэния о

соответствии наблюдаемого состояния одному из выделенных классов и оценку достоверн'хгти принятого решения.

Рис. 1 иллюстрирует на примере развивающихся дефектов используемый нетрадиционный подход к решению задачи распознавания состояний ГТД.

Степень развития изображенных классов неисправностей D , D ,...,D (под термином дефект мы также понимаем класс)

ограничивается величинами <59i и £&*, определяемыми соответственно из условия нахождения в допуске основных регламентируемых характеристик ГТД ( тяга, удельный расход, запасы устойчивости ) и^из условия работоспособности. Отклонения параметров состояния 6Q ] соотвестьуют исправному состоянию, а отклонения <59 е

i0,tfea] образуют область диагностирования. В такой постановке по вектору 69j определяется сначала вид дефекта D^ , а затем решается задача контроля.

Степень полноты и конкретное представление априорной информации о возможных состояниях ГТД на разных этапах жизненного цикла определяют вид классификации и тип. методов диагностирования. Из-за недостаточной полноты эмпирических данных о неисправностях исследуемых газотурбинных двигателей, ожидаемых на этапах производства, испытаний или эксплуатации, классификация состояний выполнена с использованием априорных сведений о характерных

дефектах других типов двигателей и моделей проточной части. «»

Параметры Z, непосредственно в пространстве которых осуществляется распознавание технического состояния объекта, будем называть диагностическими.

Конкретное ¿.редставление дефектов . D , где J=1,9. в пространстве диагностических параметров Zi=C/t-Yotопределяется цркнятыми допущениями об адекватности^линейнсй модели Z-H'X С, X=d§ ), наличием случайных погрешностей с только в наблюдениях Z*=Z+e и мьлой .кратности дефектов К С кратность дефекта равна числу независимых параметров состояния, достаточных для описания данного класса, на рис.1 изображены единичные дефекты).

Для последующего сравнительного анализа отобрано и с учетом разработанной классификации реализовано в виде алгоритмов 4 метода диагностирования в пространстве измеряемых параметров.

Мет oji 1 сснован ня байесовском подходе, позволяющем по наблюдение Z* определить апостериорные вероятности дефектов PCD /Z*).

и

^ Црмнятие предположений о законах распределения /(2/0; ) я дало воз мох11 ость для единичных и двухкратных дефектов разрабо-лть и реализовать на ЭВМ алгоритмы расчета условной

-»и

плотности распределения /(¿Г/В^ = / /(2 /2)/(.2/0^1 дП^

интегрированием по области £1 истинных значений параметров 2 для дефекта 0 .

Расчет искомых вероятностей определяет формула Байеса: /(£*/0,Ж0 )

Р(й у2*-)= -. (3)

£ /(£*//) ж в,)

J " 1

где - априорные вероятности дефектов. В качестве диагноза

выбирается дефект DJ, имеющий максимальную вероятность (3), что соответствует миышуму ошибок распознавания.

Для метода £ диагноз осуществляется по минимуму расстояния от наблюдения I* до области П^. В случав применения моделей проточной части дл. описания классов дефектов он близок к группе методов , опирающихся на идентификация модели и поребор возможных дефектов малой кратности. Принятие решения о конхретном виде состояния ГТД_ в этих методах производится по принципу минимума незязкк | <5У*-№50 ||.

комило описанных методов диагностирования в пространство аналоговых параметров для сравнительного анализа отобрано два метода, оперцрувиих с дискретными (бинарными) диагностическими параметрами 2ь. Эти методы удобны для диагностирования различных систем авиационных силовых установок по разнородным ( аналоговым и бинарным ) регистрируемым величинам.

В известном метсде знаковых матриц (метод 3.) определяются знаки отклонений текуадх измерений >* от нормальных значений.' Полученный таким образом бинарный вектор сопоставляется со строками заранее сформированной матрицы янаков, причем каждая строка соответствует одному единичному дефекту. Совпадение вектора и строки указывает на конкретный дефект, в противной случае диагноз остается неопределенны..

Ме^од диагностирования, основанный на алгебраическом подхода к распознаванию (метод 4), более совершенный и слохны£. Преобразование исходного аналогового вектора 2* к бинарному 2в осуществляется посредством сравнения первого из них с априорно неизвестны* векторе:! граничных значений IV. Катлый класс в даянси

изтоде представлен матрицей эталонной статистики С обучавшей выборкой ), строки которой звлястся характерными для данного состояния значениями вектора Zb, причем одна а та же строка может встречаться более чем в одной матрице исправных или неисправных состояний^ Диагноз формируется в результате сопоставления текущего ¿в с этими матрицами.

Понятно, что достоверность результатов диагностирования во многом зависит от правильности задания границ Zr. Нахождение

наилучшей для последующего диагностирования оценки Zr сформулировано нами в виде задачи оптимизации

Zr = arg min £CZr), Zr e П;

U)

RCZr) = a&i ♦ С1-а)Кия .

где fCZr) - комплексная мера степени разделени.: состояний; Rib - число совпадений строк исправного и неисправного состояний; ftIi - общее количество совпадений строк между различными матрицами; а - ^есовой коэффициент; П - область допустимых значений границ Zr. Данная задача решена методом случайного поиска.

Благодаря выполненному нами расчету значений вектора Zr и эталонной статистики двигателя ПС-90А метод 4 использован в наземной системе диагностирования этого двигателя.

В главе 4 на основе предложенных показатьлей разработана методика оценки достоверности диагностирования ГТД в пространстве измеряемых параметров, которая реа/гизована в виде программного комплекса РАПИД.

Разработанные для метода 1 алгоритмы расчета вероятностей PCDj/Z*) отличаются высоким быстродействием, что позволило определить показатели достоверности следующим образом.

Имитируем поочередно каждый развивавшийся дефект D, и выполняем статистическое моделирование соответствующих ему диагностических параметров Zj1, к=Г7Т1, где Tj - количество

реализаций вектора Z* дт.? дефекта Dl. Принимаем за характеристику диагностируемости* проточной части (средней различимости дефектов, каждогс на фоне остальных) осреднении® вероятности дефектов

т

Рд,.= PcpCD /Z"c D, У = У PCD, 'ZT. V Г, . (5)

Л j 1 J и 1

Сформированная из этих величин матрица вероятностей дефектов Рх является достаточно полной комплексной характеристикой

диагностирусыости проточной част!!. !'з нее кокет быть выделен вектор вероятностей правильного определения вида состояния двигателя Рид, состояния из диагональных элементов иатрици, н определена средняя по дефектам вероятность Рср правильного определения состояния. Данные вероятностные показатели С далее Р-показате;:;: 3 характеризует совершенство ( с дт гностической точки зрения ) проточной части и системы измерения ее параметров и не зависят от применяемых методов локализации дефектез, дополнительные методические погрешности которых увеличивает вероятность охибок при диагностировании.

Результаты одного из расчетов ? - показателей для двигателя ПС-SOA представлены в таблице 1, из которой эидно: неисправности некоторых уз.тсв су^еетзеино коррелирозаны; вероятность правильного распознавания колеблется по узлам двигателя в широких пределах .0,730 0,325); неисправности КЗД хузо различается иа обдем фоне, чем неиспрагностл остальных узлов, главным образен за счет корреляции'с неисправностями подпорной ступени я ТНД.

Наряду с вероятгэстнымл показателями, имесцшс! стохастический характер, предложены аналогичное по структуре и смыслу упрощенные летерминйрозанкь'е показатели С S - показатели ) 5я,5пд и Sep, в основу расчета которых положена относительная

плоачдь перекрытия , рассчитываемая для каждой пары дефектов

Dj и Ûj пс формуле S, 1 =S ; / S^, где S^ - плсшддь сечения области Q( плоскостью. проходяцей через оси симметрии областей П^ ч , - пмрцдь перекрытия сечений.

Праве денные геометрические показатели использованы э ¿ачотге критериев оптимальности при ранжировании дефектез лриштой класс>: .икации по различимости и измеряемых параметров ко информативности. Ранжирование реализовано в виде алгоритмов перебора различных вариантов состава параметров и дефектов я ях сопостав;. аия по выбранным критериям.

Покалано, что предложенные характеристики образуют систему показателей достоверности к являются, эффективным средствои комплексной оптимизации- АСД ГТД. Способы определения этих показателей и алгоритмы с чу применения сведены в методику оцонкя достоверности диагностирования проточной .чзсти ГТД. На основе данной методики разработан программный комплекс РАПИД, позволяешь выполнить 11 видов расчетов.

С применением ПК РАПИД в главе 3 проведены исследования на основе мсцельнкх исходных данных по авиадвигателям Д-435Т1,

Классы состойний ГТД в пространстве измеряемых параметре«

Таблица 1

Показатели диагностируемое?«

Иатри-э вероятностей диагнозов

Дефекты Вентилятор Подпорная ступень КЕД ТЕД ТЕД

Вентилятор 0.923 0.016 0.010 0.002 ' 0.015

Подпорная ступень 0.039 0.819 0.178 0.007 0.027

квд 0.010 0. ¿32 0.7SÛ 0.033 0.109

твд 0.001 0.005 . 0. 017 0. 925 0. 047

твд 0.027 0. С26 0.065 • 0.033 0. 802

В^ртности правшз>ных д/агноэов

0.923 i 0.819 0. 730 0. 925 0. Ö02

Средняя вероятность правильных диагнозов: 0. 840

Д-18ТМ и ПС-90А, а также с привлечением реальной информации по двига-. -лям НК-8-2У. Д-36, Д-18Т и Д27.

В хода исследования по первым трем двигателям решены, в частности, следующие задачи: опредолена точность расчета вероятностных показателей; оценена различимость отдельных дефектов и информативность измеряемых параметров; проанализировано влияние на диагностируемое^ объекта режима диагностирования, вида и состава классификации; исследованы направления совершенствования измерительной системы (увеличение ч::сла измеряемых величин и повышение точности измерений); определено влияние на диагностируе-мость способа образования диагностического пространства; сопоставлены выбранные метода по уровню методических ошибок.

В таблицу 2 сведены показатели дичгностируемости и различимости дефектов узлов для различных объектов и режимов диагностирования. Даже лоьерхностный анализ этой таблицы позволяет пр;:йти к представляющим практический интерес выводам о ¡'•^сколько худшей диагностируемое™ двигателя Д-18ТМ, плохой различимости неисправностей КЗД, заметном . влиянии на диагностируемсстъ программа регулирования двигателя.

На рис. 2 отобратены результаты моделирования мероприятий по модернизации системы измерений. Видно, что более чем двукратное увел-"':оние числа измеряемых параметров 'сверх штатного состава значительно меньше влияет на достоверность диагностирования, чей повышение точности штатных параметров в 2 раза.

В ходе исследований по современным авиадвигателям получены следующие представляющие интерес и наиболее важные с п.п'еЯ точки зрения результаты и выводы:

- установлено, что почти все наиболее информативные термогазодц-намическне параметры включены в измерительную систему; анализируемое двигатели сопоставлены по диагностируемое™, установлены прич'ины несколько худшей диагностируемое'™ изделия Д-18ТМ;

- выявлены группы дефектов пониженной (ПС, КВД, ТВД, смещение характеристик узлов по КПД) и повышенной (КСД, ТНД, смещение характеристик по расходу) различимости, а также причины низкой различимости;

- устанпзле:го, что повышение точности измеряемых параметров является наиболее эффективным путем яовыкения достовэрности ■ диагностирования ГТД;

- опредолена информативность термогазодияа^ческих параметров, '■* выделен наиболее перспективный для включения в штатную су.сттс/ , • -

Таблица 2

Показатели диагностируемое™ для различных объектов и режимов

¿2 я г ат ель Режим Рср Рпд

В ЕС кед КВД | ТЕД тсд тнд КС

Ш-90А Режим 1 0.846 0.912 - 0. 771 0.825 - 0. 844 0.880

Ре .ним 2 0. 795 0. 854 0. 722 - 0.665 0. 843 - 0.819 о. вез

Д-436Т1 Режим 1 0. 853 0. 798 0. 776 0. 882 ' 0. 820 0. 844 0. 873 0. 928 0.901

Режим 2 0. 737 0. 703 0. 765 0. 752 0. 759 0. 7*4 0. 870 0.824 | 0.867

Режим 3 0. 852 0. 657 0. 798 0. 876 0. 752 0. 817 0. 882 0.940 0. 892

Д-Ч.8ТЫ Режим 1 0. 814 0. 891 - 0. 922 С. 674 0.773 0. 773 0. 739 0. 362

Режим 2 0. 719 0. 831 - 0. 876 0. 567 С. 515 0. 718 0. 761 0. 764

Средние значения 0. 809 0. 835 0. 778 0. 862 0. 717 С. 765 0. 824 0. 845 0. 662

Зависимость показателей диегностирувмости двигателя Д-433Т1 от состава и переметрор. точности измерительной системы

Рис. 2

® - штатное система измерений (базопый расчет); а-снижение погрешностей измерений: а - увеличение состааа измеряемых параметров.

параметр - суммарная тяга ГТД; - определено влияние используемых в диагностике ГТД процедур преобразования измеряемых параметров в диагностические, показано, что методы, оперируете с бинарными диагностическими параметрами (например, метод знаковых матриц) малоэффективны а сокращение размерности диагностического пространства за счет замены измеряемых параметров их комплексами (например, использование параметра скольжения роторов в качестве диагностнчэско-го) также значительно снижает достоверность диагностирования.

При экспериментальной проверке результатов диссертация подвергнуты диагностическому анализу следующие виды опытных данных: а) отклонения параметров от нормы, полученные по данным полетной регистрации для 8 двигателей Д-38, досрочно снятых .с эксплуатации; д) результаты длительных и эквивалентно-цгашсчэских испытаний 4-х двигателей Д-18Т; в) данные автоматизированной регистрации параметров пр.. испытаниях двигателя Д-27.

Эти исходные данные подвергнута предварительной обработке (приведение зарегистрированных параметров к базовым внесш'М условиям и режиму, отбор наиболее кондиционных порций дакнчх), затем по ним рассчитаны относительные отшоненпя параметров от

нории за период регистрации отдельно по каждому двигатели и по группам двигателей, имевших одну и ту же неисправность. По этим отклонениям построены реальные дефекты.

Последуюцая диагностическая обработка этой реальной информации на ПК РАПИД позволила получить следующие результаты:

- показана возможность, использования реальной информации для уточнения исходной модельной классификации;

- установлено, что классы исправного состояния и анализируемых неисправностей, сформированные на основе эмпирической информации, представляют достаточно компактные области и распознаются не хуже, чем модельные классы;

- выявлено для двигателя Д-27 хорошее совпадение модели дефекта ТВД и его реального проявления, что является подтверждением работоспособности применяемой в диссертации модельной классификации состояний ГТД;

- подтверждена на практическом примере высокая достоверность метода диагностирования на основе байесовского подхода;

- показано, что высокая точность стендовой аппаратуры а автоматизированный способ регистрации параметров позволяют получить достаточно достоверный диагноз в реальных условиях.

Большой объем выпе .таенных по многим направлениям исследований, в том числе с привлечением реальных данных, продемонстрировал универсальность предложенной системы показателей достоверности ' диагностирования газотурбинных двигателей, подтвердил полезность и широкие функциональные возможности разработанного программного обеспечения при созданная и совершенстзовгчпи АСД ГТД.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработана методика анализа диагностируемое™ ГТД, а также сравнения и настройки различных методов выявления дефектов. Методика основана на использовании предложенных показателей достоверности диагностирования и термогазодинамических моделей проточной части ГТД. Комплексное применение дайной методики позволяет оптимизировать автоматизированную систем) диагностирования авиационного газотурбинного двигателя. Методика внедрена в АО "Авиадвигатель" Сг.Пермь).

8. Данная методика и разработанный на ее осноье программный комплекс РАПИД применены для исследования современных ТРДД Д-43ЕТ1, Д-18ТМ и ПС-9СА и выбора перспективных методов выявления их дефектов. Устаноглено. в частности, по двигателю Д-43611, что

положительный аффект о' расширения более, чем в два раза состава измеряемых параметров почти в 3 раза меньше, чем от двукратного повышения точности их измерений. На основании выполненных многовариантных расчетов сформулированы выводы и практически, рекомендации, «спользованные на предприятии "Мотор С1ч" и в АО "Авиадвигатель .

Анализ ьа ПК РАПИД реальной информации (полетные данные и результаты стендовых испытаний) по авиационным двигателям Д-^5, Д-18Т и Д27 привел к выводам, подтверждавшим основные положения, принятые при выполнении диссертации, и ее результаты.

3. Разработаны пакеты программ термогазодинамических моделей проточной части турбореактлвных двигателей Д-436Т1, Д-18ТМ и ПС-90А на языке прогрг лшрования ПЛ/1 в операционной системе ОС-ЕС и на языхе Фортран-77 - в Й>-1)05. Выработаны мероприятия, способствую шло эффективной отладке и тестированию, повышению устойчивости функционирования и сокращению времени счета программ моделей ГТД. Данные программные продукты внедрены в ЗМКБ "Прогресс", в ЦНИИ.АСУ ГА и в АО "Авиадвигатель".

4. Предложены и программно реализованы метод формирования классификации состояний ГТД в виде матриц эталонной статистики и способ оптимального преобразования аналоговых измеряемых параметров в дискретные.

9. Предложен метод выявления дефектов проточной части с применением нелинейной математической модели ГТД, аппроксимированной набором матриц коэффициентов влияния, кото{ Я существенно снижает объем вычислений и более, чем в 2 . .за повышает точность определения характеристик узлов.

б. Разработан метод диагностирования на основе байссочского подхода, который реализован в виде программ определения неисправностей газотурбинной установки ПС-90ГП-1 я авиадвигателя Д-18Т и внедрен в АКТК "Антонов" и в институте программных систем АН Украины.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. - Лобова И. И.; Повышение эффективности моделирования авяа-циелншг ГТД на ЭВМ //Мэтоды я средства диагностик., авиационных двигателей: Сд. на/чя. тр.-Харьков: ХА>1, 1989. -С. 59-64.

2. Епифанов к!. В. Лобода И. Иг Диагностирование ГТД с применением нелинейной модели, заданной набором матриц коэффициентов . влияния //Проблемы.упраьления техническим состоянием авиационных

го

двигателей: Сб.иаучн.тр. - Киев: КНИГА. 1990. - С.37-42.

3. Лобода И. И. Выбор состава контролируемых термогазодинамц-чоских параметров ГТД^/Проблемы' функциональной диагностики газотурбинных двигатолеЯ и их элементов:Тез. докл. Мехотрасл. научн. -тсXII. конф. "Диагностика-90". Методы функциональной диагностики то-ишческого состояния ГТД.-М. -Харьков-Рыбачье, 1990.-С. 116.

4. Епифанов C.B., Лобода И.И. Оценка достоверности диагностирования проточной части ГТД параметрическими методами // Повышенно эффективности средстз обработки информации на базе математического и машинного моделирования: материалы второй Всососз. конф. - Тамбов: ТВВШ, 1991.-С. 201-202.

5. ' Лодода И. И. Использование байесовского подхода при решении задач диагностики проточной части ГТД. - / Актуальные проблемы прикладной математики: Материалы Всесовз. конф.: Тез. докл. - Саратов, 1991. Т.З- С. 63.

6. Епифанов С. В. .Каплун С. Д. , Лобода И. И. Диагностический ала-лиз параметров проточной части при автоматизированных испытания? ГТД//Новое в автоматизации испытаний авиадвигателей: Тоз. докл. Межотраслевого научно-техн. семинара.- Уфа, 1991. -С. 33-34.

7. Епифанов С. В., ЛобоДа И. И. Формирование матриц Обучаще! статистики при диагностировании проточной часта FTJ алгебраическими методами распознавания образов /Харьк. авиац, ин~г, Харьков, 1992.-8 с. (Деп. ВИНИТИ 19.03.92. N936-B92.). .

1. Т экз. Заказ В-й Типография ХАИ. 310070, Харьков-70, ул. Чкалова 17