автореферат диссертации по транспорту, 05.22.14, диссертация на тему:Синтез самолетных гидросетей с применением интегрированной экспертной системы

РГ6 од

г 3 ИЮН 1997

ШИЛИН СТАНИСЛАВ АНАТОЛЬЕВИЧ

СИНТЕЗ САМОЛЕТНЫХ ГИДРОСЕТЕЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ИНТЕГРИРОВАННОЙ ЭКСПЕРТНОЙ СИСТЕМЫ

Специальность 05.22.14 - Эксплуатация воздушного транспорта

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА - 1997 г.

Работа выполнена в Московском государственном техническом университете гражданской авиации

Научный руководитель - профессор, доктор технических наук С.А.Решетов

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор

Кузнецов Вадим Иванович

Кандидат технических наук, доцент Измайлов Фаим Фазулович

Ведущая организация - ГОСНИИГА

Защита диссертации состоится в на

заседании диссертационного совета К.072.05.01 в Московском государственном техническом универсистете гражданской авиации по адресу: 125838, Москва, Кронштадтский бульвар, д.20

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГГУГА.

Автореферат разослан _ _ 1997 г.

Заверенный отзыв просим направлять по указанному адресу на

имя ученого секретаря диссертационного совета.

Ученый секретарь диссертационного совета К-т.н.

Л.Г.Романов

Обеспечение конкурентоспособности отечественной авиационной техники на Мировом Рынке предопределило безукоснительное выполнение таких основополагающих принципов ее создания как безопасность, экономичность,комфорт и экологичность полетов. При создании воз -душных судов (ВС) гражданской авиации (ГА) приоритет отдается требованиям обеспечения безопасности полетов (БП).Существенное влияние на БП оказывают системы гидроснабжения (СГС),так как управление силовыми агрегатами и устройствами,обеспечивающими взлет, посадку и крейсерский полет современных ВС,чаще всего осуществляется гидроприводами ( ГП ). Важную роль в обеспечении ГП энергией требуемого качества играют бортовые гидравлические сети (БГС).

Для достижения требуемого качества передачи гидравлической энергии от источника (насоса) к потребителям (гидроприводам) БГС должна удовлетворять ряду требований. Обычно эти требования за -кладываются на этапе проектирования. В данной работе они получили название проективных или количественных. Однако на этапе проектирования возникает также целый ряд трудноформализуемых требований, которые не могут быть описаны математическими методами. 'Такого рода требования могут быть названы эксплуатационными или качест -венными. К ним прежде всего относятся требования эксплуатационного характера ( эксплуатационный диапазон температур окружающей -среды, параметры рабочей жидкости при установленных условиях эксплуатации и т.п.). Существенное влияние на проектные решения оказывают и условия подготовки ВС к вылету, в частности предвари -тельный разогрев рабочей жидкости при эксплуатации в условиях Крайнего Севера.

Для обеспечения требований к БГС проводятся мероприятия проективного и эксплуатационного характера. К проективным мероприятиям относятся: замена материала трубопроводов, установка термомеханических соединений и т.п. К эксплуатационным мероприятиям пронад -лежит прежде всего анализ и учет особенностей эксплуатации и подготовки ВС к вылету.

Подчеркнем, что проведение именно эксплуатационных мероприятий позволяет в значительной мере приблизиться к обеспечению заданной лимитной массы. Обеспечение же требуемого перепада рабочего дав -ления на всех ГП во всем эксплуатационном диапазоне температур ( ♦ 50еС) только путем проективных мероприятий при установленной лимитной массе было бы невозможно.

Здесь однако необходимо отметить взаимовлияние эксплуатацион -ных и проективных мероприятий. Так при проектировании БГС самолета Ту-204 был проведен ряд мероприятий эксплуатационного характера, в частности предварительный разогрев рабочей жидкости на этапе подготовки самолета к вылету. Разогрев производится посредст -вом наземной установки УПГ - 300 в которой в качестве источника гидравлической энергии используется насос НП-53. Допускается ис -пользование вспомогательной силовой установки (ВСУ), находящейся на борту самолета. Рабочая жидкость многократно циркулирует по малому кругу БГС "насос-бак" до достижения требуемой температуры. Ее вязкость при этом . свивается примерно с 3000 до 125 сСт, что позволяет обеспечить запас по допустимым потерям в БГС и следовательно уменьшить диаметры ее трубопроводов.

Но мероприятие по предварительному разогреву рабочей жидкости

требует установки в БГС кранов кольцевания. Применение их на борту самолета в свою очередь привело к необходимости разработки эксплуатационного требования сформулированного в п.2.2 раздела 10 " Руководства по эксплуатации "( РЭ ) изделия Ту-204,где, в частности, сказано: "В начале работы после запуска двигателя на земле при охлажденной рабочей жидкости до температуры ниже - 35 *С необходимо производить разогрев жидкости до температуры выше -35° С включив кран кольцевания выключателем "КРАНЫ КОЛЬЦЕВАНИЯ ГС1" на. панели наземной подготовки на щитке "ГИДРОСИСТЕМА".

Эксплуатационные требования определяют также состав исходных данных для проективных расчетов. Так в соответствии с п. 2.2."Руководства по эксплуатации изделия Ту-204" в качестве расчетного на режиме " Взлет " принято значение температуры рабочей жидкости -20"С. Эта величина и фигурирует в исходных данных для проведения проектного расчета БГС.

В процессе эксплуатации самолета Ту-204 в условиях Край -него Севера было отмечено замерзание рабочей жидкости в консолях полукрыльев и руля высоты. Это потребовало установки в каждую независимую гидросистему термоклапанов и дросселей перед приводами элеронов и руля высоты.Такое обстоятельство повлияло на структуру и состав БГС в целом и нашло свое отражение в файлах исход -ных данных проектных расчетов. Проектные расчеты служат определению соответствия БГС лимитным эксплуатационным требованиям по обеспечению гидроприводов энергией требуемого качества (требуемых расходов (0) и перепадов давления на ГП (,ДР)) на всех рабочих режимах ( "Взлет" ."Прерванный взлет", " Уход на второй круг", "Крейсерский полет", "Посадка", "Пробег").

Взаимовлияние требований эксплуатационного и проективного ха -рактера требует их совместного учета в процессе синтеза самолет -ных гидросетей. При этом возникает ряд сложностей. Одна из них состоит в необходимости уже на начальных этапах синтеза БГС в условиях неопределенности принимать решение с учетом целого ряда воздействующих факторов. Сюда прежде всего относятся:неопределенность нагрузок на гидросеть, вытекающая из непредсказуемости по -летных ситуаций, широкий диапазон температур окружающей среды (ТОС), воздействие ускорений,вибраций и других условий эксплуатации.

Сложность, связанная с неопределенностью нагрузок на сеть мо -жет быть преодолена путем проведения многовариантных расчетов,результатом которых являются значения диаметров трубопроводов БГС, обеспечивающие заданные перепады давления на ГП.

Однако чисто аналитическое решение задачи с обеспечением всех требований ( как проективных, так и эксплуатационных ) не является рациональным прежде всего потому, что целый ряд эксплуатационных требований не удается формализовать, включить в состав целе -вой функции и, следовательно, учесть при оптимизации БГС.

В данной работе эта сложность преодолевается путем представления эксплуатационных требований в виде логических правил и использования их при поиске оптимального решения БГС посредством специально разработанной логико-аналитической или интегрированной программной среды.Помимо аналитических и логических модулей оптимизации интегрированная среда должна включать в себя базу знаний (БЗ), содержащую логические правила, составленные на основе экс -плуатационных требований, и базу данных ( БД ), содержимым кото-

рой являются энергетические, весовые и другие характеристики элементов, входящих в БГС. Наличие БЗ и БД в составе интегрированной среды позволяет говорить о ней как об интегрированной экспертной системе.

Такой подход к решению задачи обеспечивает более полное удов -летворение как эксплуатационных или качественных, так и проективных или количественных требований к техническому обьекту.

Добиться полного соответствия параметров, закладываемых при проектировании и реализующихся в процессе эксплуатации,невозможно без учета работающих в БГС управляющих элементов ( гидравлических распределителей, кранов и т.п. ). При этом актуальным становится вопрос распределения потерь давления между управляющими элементами и трубопроводами БГС. Управляющий элемент при своей минималь -ной массе должен обеспечивать выполнение всех рабочих характеристик гидроприводов при всех установленных эксплуатационных требо -ваниях к ним.

Определение допустимых потерь давления в БГС с учетом работа -ющих в ней управляющих элементов дает возможность завершить фор -мирование исходных данных для проведения оптимизационных расчетов БГС. Отметим, что значительная часть исходных данных,в частности, эксплуатационные требования к гидроприводам, являются слабоформа-лизуемыми, что требует для их обработки интегрированной програм -мной среды.

В математическом плане содержание задач состоит чаще всего в составлении уравнений оптимального состояния (УОС).получаемых дифференцированием лагранжиана, составленного из исходной целевой функции (ЦФ) и ограничений. Решение же самих УОС проводится чИс -

ленными методами второго порядка. Реализация численных методов обычно требует значительного машинного времени.Кроме того.решение в форме УОС не может быть непосредственно включено в задачи более высокого иерархического уровня для учета в них параметров сетей.

Недостаточно полно используется в настоящее время идея комби -наторных алгоритмов оптмизации сетей на графах с целью достижения выигрыша во времени расчета или требуемой памяти ЭВМ. Последнее обстоятельство при решении на ПЭВМ сетевых задач значительной размерности также является принципиальным.В этом плане актуальным становится и использование методов, позволяющих формировать УОС непосредственно по исходным данным без проведения дифференцирования исходного лагранжиана. Таким образом разработка алгоритма формирования УОС с использованием метода геометрического программирования в данной работе представляется актуальной.

Поиск оптимального решения БГС с использованием качественных и количественных показателей, сформированных на основании эксплуа -тационных и проективных требований, необходимость эффективного заполнения блоков исходных данных и последующей оценки реэуль -татов делает актуальным использование интегрированной экспертной системы в задаче обеспечения соответствия параметров технического обьекта закладываемых при проектировании и реализующихся в про -цессе его эксплуатации.

Цель работы.Целью работы является повышение качества проектирования БГС, обеспечивающее соответствие параметров,закладываемых при проектировании и реализующихся в процессе эксплуатации. Задачи исследования. Для достижения этой цели в диссертации необходимо было решить следующие задачи:

- проанализировать условия эксплуатации и процесса подготовки самолета к вылету для формирования ограничений в задаче оптимизации БГС;

- на основе опыта эксплуатации предшествующих образцов и вырабо -тайных на его основе обобщенных правил сформулировать логические алгоритмы, позволяющие учесть слабоформализуемые эксплуатационные требования;

разработать алгоритмы аналитических программных модулей (количественной оценки) и необходимое информационное обеспечение;

- выбрать расчетные режимы работы БГС для последующей подготовки исходных данных;

- разработать методику ввода структуры сети в ЭВМ;

- разработать алгоритм формирования УОС БГС;

- разработать и программно реализовать алгоритм контроля вводимых исходных данных;

-разработать блок анализа результатов работы аналитической среды;

- разработать программную среду для совместной работы аналитических и логических программных продуктов;

- подтвердить работоспособность и достоверность предложенных программных продуктов в процессе проектирования БГС самолетов Ту-204 и Ту-334.

Методы исследования. Для разработки алгоритма формирования УОС ГС в аналитической форме использован метод геометрического програм -мированил, позволяющий эффективно проводить анализ и решение за -дач оптимизации, в которых критерий оптимальности и ограничения выражены нелинейными функциями определенного вида.Для решения системы нелинейных уравнений оптимального состояния сети использо -

ван метод структурно-энергетических коэффициентов, разработанный д.т.н., профессором Решетовым С.А. (МГТУ ГА).

Для разработки интегрирующей среды использовалась экспертная оболочка VP-EXPERT.При создании базы данных ИЭС применялось универсальное программное средство dBase. Научная новизна работы состоит в том, что:

- в ней для проектирования БГС разработан программный инструмент, обеспечивающий совместное использование качественных и количест -венных показателей качества, что позволяет учесть при оптимизации БГС эксплуатационные требования к ней и повысить тем самым каче -ство проектирования за счет более полного соответствия проектив -ных и реализующихся в ходе эксплуатации показателей;

- для получения УОС БГС использован метод геометрического программирования, позволяющий формировать УОС на ЭВМ без проведения дифференцирования исходной целевой функции (ЦФ);

- разработаны и программно реализованы сервисные средства облег -чающие работу пользователя с аналитическими программными модулями при вводе исходных данных и обработке промежуточных и конечных результатов;

углублен процесс оптимизации БГС за счет включения в состав варьируемых параметров эксплуатационных характеристик управляющих элементов.

На защиту выносятся следующие основные результаты:

- интегрированная экспертная система гидравлического расчета гидросистемы самолета ( А.С. N 920142 РФ );

-способ оптимизации БГС на основе количественного и качественного анализа с применением интегрированной экспертной систем;

- мотолика формирования уравнений оптимального состояния сети на основе метода геометрического программирования без проведения процедуры дифференцирования исходного лагранжиана, предполагающая более экономичное использование машинного времени;

- методика формирования блоков исходных данных с привлечением специально разработанных программных процедур,обеспечивающих анализ и контроль вводимых величин с привлечением слабоформалиэуемых критериев оценки, позволяющая повысить эффективность и качество ввода исходных данных, а также обработки промежуточной информации и конечных результатов.

Практическое значение работы. Результаты работы находят примене -ние на авиационном научно-техническом Комплексе им Л.Н.Туполева в процессе проектирования самолетов Ту-204, Ту-334, Ту-324 ( подтверждено актом о внедрении результатов диссертации). Результаты расчетов подтверждаются испытаниями опытных образцов самолетов Ту-204, Ту-334.

Апробация результатов работы. Результаты работы докладывались на тематических конференциях " Эксплуатация воздушного транспорта ", " Совершенствование авиационного оборудования ", " Эффективность и оптимизация систем и процессов ГА ".По основным результатам работы составлен и прочитан курс лекций под общим названием " Сер -висные программные средства для ПЭВМ", который был прочитан автором в Центральном институте повышения квалификации кадров авиационных специалистов ( ЦИПКК) и на Авиационном научно - техническом Комплексе им.А.Н.Туполева.(Подтверждено документами отдела кадров учебной части ЦИПКК и отдела технического обучения АНТК им.Тупо -лева).

Публикация результатов работы. Основные результаты работы отражены:

- в сборниках " Проблемы технической эксплуатации авиационных, электрифицированных и пилотажно - навигационных комплексов " (1993 г);

- в сборнике "Совершенствование авиационного оборудования"(1992.. 1995 гг.);

- в информационном бюплете официальной регистрации программ для ЭВМ.

Обьем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пя -ти глав, заключения и списка литературы. Работа содержит 190 с, в том числе 133 с текста, 39 рисунков, 18 таблиц. Библиография из 36 наименований на А с.

Содержание работы. Во введении показана актуальность диссерта -ционной работы. Дается характеристика состояния проблемы, приво -дятся основные результаты,полученные в работе. Раскрыта структура изложения материала работы по главам.

Глава 1. Анализ состояния проблемы и формулировка задачи исследования .

В главе сформулированы задачи внешнего и внутреннего проекта -рования авиационных гидравлических сетей. Особое внимание уделено задачам внутреннего проектирования, где освещается проблема обеспечения заданных эксплуатационных требований,предьявляемых к бортовой гидросети. На их основе устанавливаются эксплуатационные критерии качества. Подчеркиваются особенности задачи выбора оптимальных параметров авиационной гидросети. Проводится неформальная и формализованная постановки задачи. Определяется состав исходных

данных, обосновывается необходимость создания интегрированной экспертной системы,обеспечивающей учет эксплуатационных (качественных ) и проективных (количественных) показателей. Глава 2 посвящена разработке алгоритмов аналитических и логичес -ких модулей интегрированной экспертной системы синтеза БГС с учетом эксплуатационных требований. Составлен сценарий ИЭС (рис.1). Работа ИЭС начинается с выбора самолета (блок 1). Пользователь с клавиатуры вводит один из трех типов самолета( 1,2,3 ). Вслед за этим на экран выдается запрос блока 2.Пользователь выбирает номер подсистемы, подлежащей оптимизации. Далее ИЭС предлагает поменять исходные данные для уточнения по результатам эксплуатации «последующего проведения расчета оптимальных значений диаметров трубопроводов (блок 3). При положительном ответе запускается система автоматизированного контроля (блок 6), где проводится оценка вводимого пользователем числа на предмет ошибки. Если пользователь, вводя значение расхода через привод реверса,составляющий по ТЗ на привод 61 л/мин, превысил это число, ИЭС блокирует поступление ошибки в файл исходных данных и выдает сообщение:

" ВНИМАНИЕ ! ЗНАЧЕНИЕ РАСХОДА ЧЕРЕЗ ПРИВОД РЕВЕРСА НЕ ДОЛЖНО

ПРЕВЫШАТЬ 61 Л/МИН (ТЗ N ...). ПОЖАЛУЙСТА, ПРОВЕРЬТЕ "

Вслед за этим пользователю предлагается повторить ввод. Блокиру -ется также ввод ошибочного символа вместо цифры (символ "о"вместо цифры "0") и т.д..Если число введено верно,оно автоматически размещается в нужном месте файла исходных данных.

По завершении ввода поступает запрос на продолжение работы ИЭС (блок 7). В случае положительного ответа контроль исходных данных

продолжается (блок 6).При отрицательном ответе ИЭС запускает программу оптимизации ( блок 4 ). По окончании расчета пользователю предлагается проанализировать полученные результаты (блок 5). При отказе от анализа результаты могут быть сохранены.При положительном ответе запускается блок анализа результатов расчетов, устанавливается связь с базой знаний и базой данных и проводится ка -чественная оценка каждого расчетного значения. Результаты анализа могут быть сохранены. Затем поступает запрос блока 9 на продолжение работы. После отрицательного ответа ИЭС прекращает работу.Если сеанс продолжается, на экран выдается меню (блок 10). Пользо -ватель выбирает один из трех пунктов. При выборе пункта "1"( коррекция исходных данных ) запускается система автоматизированного контроля (блок 6). Вводя цифру "2", пользователь запускает про -грамму поверочного расчета подсистемы. На экран при этом поступает соответствующие запрос и сообщение ( блоки 3 и 4 ). При вводе цифры "3" активизируется графическая система ( блок 11 ), и на экран выводится граф подсистемы с нанесенными на него оптимальными значениями длин и диаметров трубопроводов, который может быть выведен на принтер или плоттер. Вслед за этим поступает запрос (блок 9).

В целях более экономичного использования машинного времени при нахождении оптимальных значений сечений трубопроводов {> разработан новый способ формирования УОС на основе метода геометрического программирования не требующего дифференцирования исходной ЦФ. Минимизации подлежал лагранжиан вида:

Ь^б^АсЕЙ-дР^тт;

ы ы

где:

9 и f* - показатели степени в составе ЦФ и ограничений; п ' число участков сети;

а , Ъ - технико-экономические показатели участков сети; 1 i

S - искомые переменные

i

ДР - потери энергии на участке сети i

На рис. 2 приведена разветвленная сеть,состоящая из трех участков и соответствующая ей целевая функция и ограничения,по которым составлен лагранжиан. Лагранжиан составлен из двух частей. Первая представляет собой массу материала трубопроводов.Вторая - ограничения, связанные с неопределенными множителями Лагранжа Д 2 и

ь.

Свойства лагранжиана таковы, что при А min значения S при -

i i нимают оптимальные значения с учетом принятых ограничений.

Лагранжиан является позиномом (позитивным полиномом). На ри -

сунке 2 он представлен в канонической форме ( скобки раскрыты и

все переменные перенесены в числитель).Далее позином подвергается

минимизации. Для этого формируется матрица показателей степеней

позинома. Она приведена на рис.3 и представляет собой таблицу,

строками которой являются показатели степени при переменных S по-

зинома, а столбцами-номера его слагаемых b»S и А-Я (табл.1)

Ii i 1

Количество строк таблицы зависит от числа переменных позинома,которые , в свою очередь, определяются числом участков сети. Число столбцов - это число слагаемых позинома.

Структурно такая таблица представляет собой совокупность двух матриц.На рисунке 3 они обведены двойной линией.На главной диагонали левой матрицы расположены показатели степеней при неизвест -ных в составе ЦФ. На главной диагонали правой матрицы находятся

показатели степеней при неизвестных в составе ограничений. Так, например, показатель степени при переменной S1 первого слагаемого целевой функции равен V . Для получения УОС методом геометричес -кого программирования (МГП) необходима также матрица - строка постоянных коэффициентов слагаемых позинома и матрица слагаемых по-

alk ank

зинома. Формула Ule = CkSl . . . Sn (1) необходима для авто -матического формирования слагаемых в ЭВМ. Ск - постоянный коэффициент в к -том слагаемом; Sl,Sn - произведения переменных; alk.ank - показатели при переменных, причем число п определяется числом переменных ( участков сети ), а к - количеством слагаемых Uk. В данном случае n=3, к=6.

В качестве примера запишем выражение для 03 по формуле (1):

а13 а23 аЗЗ а43 а53 абЗ из = C3S1 • S2 • S3 « S4 • S5 • S6 ; Значения ank и ск берутся

из таблиц 1 и 2 (рис. 3). Запишем последнее выражение после под -

становки в него значений ск и ank.

О 0 V 0 0 0 у

U3 = b3Sl-S2*S3-S4-65-S6 = b3S3 ;

Сравним последнее выражение с третьим слагаемым позинома. Видим, что оно идентично третьему слагаемому позинома ( рис.2 ). Аналогично, пользуясь формулой (1),можно получить выражения для U1.U6.

Таким образом формируется матрица-строка слагаемых позинома. Все три матрицы представляются в одной таблице (обьединенная матрица см.табл.1). В ней 1 - матрица показателей степеней при переменных позинома;2 - матрица - строка постоянных коэффициентов позинома; 3 - матрица слагаемых позинома.

Для нахождения оптимальных значений переменных позинома по МГП необходимо записать систему алгебраических уравнений. Она пред -

ставлена на рис. 4. Количество уравнений п этой системы равняется числу участков в разветвленной сети.В МГП такую систему принято называть U - системой. С помощью табл.3 запишем U - систему

для нашего позинома. Полученные уравнения представлены на рисунке.

* * *

Иэ них следуют выражения для Sl, S2, S3 (звездочки означают оптимальные значения Si ).

Покажем почему посредством МГП удается избежать процесса диф -ференцирования исходного лагранжиана. Для этого выпишем выраже -ние, полученное после дифференцирования лагранжиана по S1 и уравнение (1) U - системы:

d А ^ .

- = ll-bl-si - V- ( /12 + ЛЗ )ai-si = О;

dSl

<iblSl Ä2 + Аз ) al-Sl =0; (1)

Они отличаются показателями степени при переменных S1.Однако первое выражение после умножения его правой и левой части на S1 приводится к (1).

УОС, полученные предложенным способом, соответствуют уравнениям, получаемым посредством дифференцирования исходного лагранжиана. Далее получено выражение оптимальной массы с учетом соответ -стзующих значений V и у , зависящих от типа сети. Огмечены осо -бенности решения, полезные для дальнейших обобщений.

Далее в главе обосновывается необходимость учета в задаче оп -тимизации БГС эксплуатационных характеристик управляющих элемен -тов (гидравлических распределителей, кранов, золотников и т.п. ), установленных в БГС. На основании зависимости массы БГС от вели -чины давления рабочей жидкости обосновывается целесообразность повышения рабочего давления в БГС. Следующее выражение наглядно

демонстрирует зависимость потерь давления в золотнике от его размеров.

ДРлам = 0.лам ■

.где:

а - постоянный коэффициент, характеризующий условия ламинар -лам

ного течения жидкости в золотнике; 1 - длина канала золотника;

V - скорость течения рабочей жидкости в канале золотника; р - плотность жидкости;

V (С) - вязкость рабочей жидкости от ее температуры. Подчеркивается актуальность вопроса распределения потерь давления между управляющими элементами и трубопроводами БГС. Проводится анализ эксплуатационных характеристик ряда гидроприводов, установленных в БГС самолетов Ту-204 и Ту-334 с целью их учета в задаче оптимального распределения потерь давления между БГС и управляю -щими элементами. Управляющий элемент при минимальной массе должен обеспечивать выполнение всех эксплуатационных характеристик гидропривода, в частности заданное по условиям эксплуатации воздушного судна время перекладки аэродинамической поверхности Д Ъ*.

лБ

где:

Л1_2М\_, ;

Кг .) 8К2+гуЦц56Кг)2+аз-р '

Кк - коэффициент, зависящий от кинематики механизма; Е - площадь поршня гидроцилиндра; б - величина перемещения штока гидроцилиндра;

а, Ъ-постоянные коэффициенты в проливочной характеристике гидропривода ;

R( S )

P = - , R(О ) - закон изменения нагрузки на выходном звене

Кк•F гидропривода.

Глава завершается разработкой алгоритма совместного выбора размеров трубопроводов и управляющих элементов и оптимального распре -деления потерь давления между ними.

Глава 3 посвящена разработке и созданию интегрированной экспертной системы синтеза бортовой гидросети, делающей возможным учет в задаче оптимизации БГС слабоформализуемых критериев, в частности эксплуатационных характеристик самолета на различных стадиях его жизненного цикла.

Проведен обзор существующих программных продуктов, предназначенных для создания логических сред. Решается задача выбора формы организации знаний. Формулируются требования к БЗ ИЭС.Обосновывается целесообразность использования ЭО VP-EXPERT для создания базы знаний ИЗС. Формулируются требования к базе данных ИЭС.Рассмотрены отдельные этапы проектирования БД с фрагментарным представлением ее концептуальной и логической модели. Концептуальная мо -дель БД представлена на рис.5. Целью концептуального проектирования является определение требований к данным (элементам данных и их взаимосвязи) для их эффективного использования. Этап концептуального проектирования завершается построением концептуальной модели ( КМ ) как некоторого графического представления всех требований к данным,включая и те, которые не будут храниться в созда -ваемой БД. Перечислим основные требования к данным. 1. Информационные обьекты и элементы данных должны бьггь смодели -рованы таким образом, чтобы допускалась их однозначная трактовка посредством чисел (численные значения местных сопротивлений) либо

символов ( эксплуатационные требования, содержание технических карт ).

2. Взаимосвязи между элементами данных должны быть представимы посредством зависимостей и отношений. На рисунке 5 приведена концептуальная модель БД применительно к ГС самолета Ту - 204. Обратим внимание на то,что КМ представляет собой множество отношений. Так, например, ГП, работающие на определенном этапе полета,входят в состав одной и более независимых подсистем.

Далее проводится выбор и обоснование реляционной модели организации данных,а также программного средства для создания БД ИЭС. Выполнены качественный и количественный этапы создания базы дан -ных. Представлены структурные таблицы и протоколы как результат качественного и количественного этапов, соответственно.

Далее рассматриваются вопросы взаимодействия пользователя с ба эой данных. Для повышения эффективности работы с БД разрабатыва -ются программы для продукционной системы, обеспечивающие размещение и поиск требуемой информации.

Организовано функционирование аналитических модулей оптимиза -ции БГС в среде ИЭС, а также взаимодействие БЗ ИЭС с файлами ис -ходных данных и результатов расчетов. Приведены фрагменты разра -ботки. Освещена проблема представления в ИЭС входной и выходной информации. Приведены фрагменты разработки. Создан блок анализа результатов аналитической среды ИЭС. Даны фрагменты разработки. Глава 4 посвящена созданию сервисных программных модулей для ИЭС и, в частности вопросам автоматизированного ввода и коррекции исходных данных. Эти мероприятия необходимы для повышения эффек -тивности работ по обеспечению эксплуатационных требований к БГС.

При вводе исходных данных пользователь обязан соблюдать уста -новленный разработчиком программы формат. Нарушение формата при -водит к прерыванию работы программного модуля, и следовательно, снижению эффективности проведения расчетов. Использование специ -альных процедур, обеспечивающих ввод исходных данных без соблюдения формата (списком), облегчает процесс формирования блоков ис -ходных данных, но допускает разного рода ошибки, которые снижают качество проектирования. Это обстоятельство привело к необходимости создания системы автоматизированного контроля (САК) вводимых данных. САК имеет взаимообмен с базой знаний, содержащей логические алгоритмы, составленные на основе эксплуатационных характеристик элементов БГС, технических карт, технических требований к гидросистеме и т.п., что позволяет блокировать поступление в блок исходных данных ошибок,связанных с нарушением величины вводимого числа.

В составе САК размещен разработанный в диссертации автоматизированный загрузчик данных (АЗ), который через систему автомати -эированного контроля имеет доступ к разделу базы знаний, содержащей сведения о структуре БГС, что делает невозможным неверное размещение числа в строке исходных данных.

В главе отражены этапы разработки САК и АЗ, их устройство, а также дан алгоритм их совместной работы. Представлены тексты программ.

Глава 5 освещает наиболее существенные вопросы проектирования бортовой гидросети самолета Ту-204 с помощью интегрированной экспертной системы.Показан процесс подготовки рабочей директории для установки ИЭС. Дается описание файлов ИЭС и их расположение в ди-

ректории. Обоснован необходимый состав исходных данных для аналитических программных модулей оптимизации. На основании эксплуатационных требований к гидроприводам ( мощность на выходном эвене и время перекладки ) формируется таблица расходов и перепадов дав -ления на потребителях и в гидросети применительно к подсистеме N1 самолета Ту - 204. Отмечены особенности выбора допустимых потерь давления в ТБ ГС при рассмотрении аварийных режимов работы БГС (отказ одного и двух авиадвигателей с переходом на резервные и аварийные источники гидравлической энергии).Большое внимание уделено анализу результатов оптимизации БГС с учетом эксплуатацион -ных (качественных) требований.

В приложении 1 приведена таблица, отражающая изменение массы системы гидроснабжения самолета Ту - 334 на различных этапах разработки. В ней приводится весовая сводка элементов, входящих в БГС, необходимая для установления соответствия массы проектируе -мого самолета с установленной для него лимитной массой. В приложении 2 подробно рассматривается экспертная система выбора структуры и оптимальных параметров системы гидроснабжения, разработанная в 1991 г. совместно с научно - исследовательским Центром автоматизированных систем конструирования- (НИЦ АСК) и авиационным научно - исследовательским Комплексом им. А.Н.Туполева позволяю -щая выбрать структуру БГС и источники гидропитания оптимальные по стоимости, мощности, массе. Эта экспертная система используется в помощь к ИЭС на этапе формирования расчетного графа БГС.

Подробно рассмотрен численный пример, подтверждающий результат оптимизации распределения потерь давления между подводящими трубопроводами гидросистемы и управляющими элементами, обеспечивающий

заданное по условиям эксплуатации воздушного судна время движения

исполнительного органа (привода шасси основного).

Заключение.

1. В процессе проведенных исследований предложен подход к оптимизации бортовых гидросетей с учетом как количественных (проектив -ных), так и качественных (эксплуатационных) показателей, обеспа -чивающий достижение более полного соответствия параметров БГС,закладываемых при проектировании и реализующихся в процессе эксплуатации. Созданная интегрированная среда обеспечивает совместную работу аналитических и логических программных модулей анализа на ЭВМ бортовых гидросетей при их проектировании и в процессе экс -плуатации. Совокупность исследований можно классифицировать как решение научной проблемы, имеющей важное народно - хозяйственное значение.

На примере самолетов Ту-204 и 'Гу-334 предложен подход к опт'и -мизации бортовых энергосетей с использованием интегрированной экспертной системы, что позволило обеспечить качественно новый уровень исследования самолетных гидросетей на различных этапах их " жизненного цикла ". Благодаря наличию специальных процедур обеспечивается удобный ввод и вывод информации, устраняются ошибки на стадии загрузки данных. Автоматизированная система загрузки информации позволяет повысить эффективность работы по подготовке блоков исходных данных для модулей количественной оценки. Разработанные сервисные процедуры обеспечивают легкость управле -ния средствами оптимизации, что предполагает широкое использование программного продукта.

2. В рамках решения указанной проблемы к основным результатам ра-

боты следует отнести следующие:

- разработана методика проектирования технического обьекта, поз -воляющая использовать в задаче оптимизации слабоформализованные критерии, установленные на основе эксплуатационных требований к обьекту на всех стадиях его жизненного цикла;

- создана программная среда для решения задачи оптимизации БГС с учетом качественных и количественных критериев оценки;

- предложен новый метод формирования уравнений оптимального со -стояния бортовых гидросетей, основанный на методе геометрического программирования и используемый в аналитической среде интегриро -ванной экспертной системы;

- разработана методика оптимизации конструктивных параметров бортовой гидросети и входящих в нее с одновременным подбором парамет ров управляющих элементов;

- разработана система активного контроля исходных данных для устранения ошибок ввода исходной информации и ошибок,связанных с ее размещением в файлах исходных данных;

- разработан блок анализа результатов работы аналитической среды. 3. На основании полученных результатов можно сделать следующие выводы:

1. Предлагаемый подход к исследованию бортовых гидросетей поэво -ляет обеспечить более полное соответствие параметров, закладыва -емых при проектировании и реализующихся в процессе эксплуатации.

2.Разработанный программный комплекс обеспечивает дифференциро -ванный подход к оптимизации сетей на различных этапах исследования. Размещение всех расчетных модулей в среде интегрированной

экспертной системы обеспечивает удобство и простоту их использо -вания.

3. Применение интегрированной экспертной системы для исследования бортовых гидросетей позволяет провести их оптимизацию с учетом количественных и качественных критериев, что предпологает повышение достоверности конечного результата.

По содержанию диссертации опубликованы следующие основные работы:

1. A.C.N 920142 (РФ) Интегрированная экспертная система гидрав -лического расчета гидросистемы самолета /Решетов С.А.,Шилин С.А.; Заявлено 25.12-92 г.

2. A.C. N 920032 (РФ) Сервисное программное средство для экс -пертной оболочки /Шилин С.А.,Решетов С.А.; Заявлено 03.08-1992 г.

3. A.C.; SU 1798985А1 Гидравлическая система самолета. Шилин С.А. Заявлено 25.02-91 г.

4. Решетов С.А., Шилин С.А., Шумилов И.С., Синтез структуры самолетной сети на базе интегрированной экспертной системы // "Со -вершенствование авиационного оборудования" : Сб.науч.трудов. М. РИО МИИГА,1992, с.66-74.

5. Решетов С.А., Шилин С.А. Расширение возможностей продукционной системы VP - EXPERT // Сб.науч.трудов / Моск.ин-т инженеров гражд.авиации (МИИГА) -1993 г.

6. Решетов С.А., Шилин С.А.Автоматизированная корректировка исходных данных в процессе вариантных расчетов бортовых сетей //Сб. науч.тр. / Моск. ин-т инженеров гражд. авиации (МИИГА) - 1993 г.

7. Решетов С.А., Шилин С.А. О совместном выборе параметров зо -лотников ГП и питающих ТБ // Сб.науч.трудов под ред. В.И.Кривен -цева " Совершенствование авиационного оборудования "1994 г.МГТУГА

8. Решетов С.А., Шилин С.А. Формирование уравнений оптимального состояния бортовых сетей и решение их методом геометрического программирования // Сб.науч.тр. под ред. В.И.Кривенцева " СоЕер -шенствование авиационного оборудования " 1994 г. МГТУГА /.

Составитель

Шилин С.А.

z?

Bist 1 Бш 1

Eist 3

(ml

Бок S

Л

Bjäea «na ttielna ' ium in pic

■ »fcgcem ?

i Да

Неа Seiten ficrn

Анализиройаиь

ptHneicti ;IC4(DJ?

Et» i

[UCEItfH QftS9K3S33t!pO&CHR029

контроля исходных Данных |

Hm

ПдоЛшоа?

Hta

Да

Блок анализа

Блок 1

Конец раВови

Uta

ПроЗолзгить работу?

Да

Б«» 10

' 1'

1

Но

Блок 8

X

[инпя нцпяа анализа Ь БД?

Бт 9

Да

База банных

Вы хотите: l.li)rna>tlu icninn im» ?.npo6tcm поверочный расчев Mliijna iiti|in>tt

сиени гиДросисюены_

3u;n (гфкки) сиевени

у 6m 11

Рис.1 Сценарий интегриро&анной экспертной системы оптимизации бортобой гидросети

Пример разбетЬленной энергосети

о и "

и соогоЬегаст&рщая ей цеяеЬия функция и ограничения

1 » Т б-! У|Ь1$1) И *( УШ$2)12Л \/+Ь353) 13 ш) п

А1 А2 — + — 5АР2 {]' с)' г А1 АЗ —» ♦ —„5АРЭ 51 53

А I постоянные коэффициенты

I - номера цчасткоЬ энергосети ( ! -1,3}

Лагранжиан

' I. = ИЯИЯ \ Ь353\ И ^ - АIР].* 0 А!Р" — шп

{Л Р2= А РВ= А Р)

СоотЬетстЬувщии ему позином

5lS1.S2.S3N .ЫбГ» йя\ Ь353.%.(А2+А3)А1 Б!-1* ♦ Ш2П"?ШЗ$3? 1*2431 Ар Целе&оя фуягция Ограничения

Рис.2 Формирование уравнений оптимального состояния (ЯОС) разйетЬленноО энергосети метобом геометрического программирования (МГП)

Патрица показателей степеней при переменных позинома (A¡,j)

NN номеDQ слагаемых позинома j«1,6

i=1,3 1 2 3 и 5 6

S1 V 0 ° I -ц 0 О

S2 0 V ° 0 -ц 0

S3 0 0 V О 0 -и

Кагзрица-серока псскоснних гозффициенпоЬ с1,ск слагаемых лозинона ( к

1 2 3 и 5 6

Ы Ь2 ЬЗ Í Ä2+A3IA1 А2А2 АЗАЗ

Иагарица-строка слагаемых позинома Ыое слагаемое позинома предстабляешся 6 Биде формулы

elk апк

U k = с k х 1...ХП

1 2 3 и 5 6

V V V "I1 -ц -и

Ы S1 b2S2 ЬЗ S3 lA2*A3]A1S1 A2A2S2 A3A3S3

12 3 Ц 5 6

glS1.S2.S3l = ,b1Sl\ MS?1« ШЗМАг^АШ""* Ш%п À3A3S3 - ( X2-X3)A P. Целе&ая функция Ограничения

NN номера слагаемых позинома Н,6

1 ' 2 3 k 5 6

V 0 О -м 0 О

0 V 0 О -ц 0

0 0 V 0 0 -и

ы Ь2 ЬЗ (А2»АЗ)а1 А2а2 АЗаЗ

b1S1V b2S2V b3S3V IХ21A31а 1 Si" A202S211 A3q3S3U

Об' единенная матрица Табл.1

Рис.3 ФормироЬание обьебиненной матрицы

Н"П преЗпшшв наличие и-сисе® ше$ршесш уравнений с;еЗз$егс Ыа:

а111)1+а12112+...+а1тиш=0;

а21 +а22 112*...^в Цв>0;

ап11Л +ап2112+... *апгоип)=0;

Испопзр и - сасвеку и мИщ] 1 шушн сдеЗдкиг ураЬнения:

УШГ -и|И«И)а15111-0 11)

V Ь2Б2Г -Л А2а2Б2_Ц =0

уШЗ* -Ц АЗаЗБЗ М =0

Откуда следуют Выражения для я'я* я'

у + и

«-Утгг'И'Й "'-"УтН-«" 'я- Ут^-"

Рис.4 ИспользоЬание 1)-сисшемы для получения УОС

Pue.5 Концептуальная модель БД.