JP6466463B2 - 技術試験方法 - Google Patents

Description

本発明は、装置を試験するための技術試験方法に関し、装置用の、および／または装置を試験するためのテストベンチ用の少なくとも１つの動作設定値の安定した値に対応する少なくとも１つの動作段階において装置を動作させることを含む。

技術試験の分野においては、装置が使用中である間に遭遇することになる複数の異なる稼働率で装置を試験するのが一般的な方法であり、これは、できるだけ完全に装置の全動作範囲を特徴付けるためである。通常、試験中に、これは、複数の動作段階を含むシーケンスに従うことによって行われ、各動作段階は、この段階の持続時間にわたって得られる装置の動作パラメータについて情報の品質を保証するために十分であると考えられる所定の持続時間の間、維持される。

それにもかかわらず、所定の持続時間の動作段階のこの種のシーケンスの実行は、かなりの全持続時間を示す試験をもたらす。残念なことに、また経済的な理由のため、試験の全持続時間を制限することが望ましい。加えて、各動作段階の個々の持続時間を調整することにより、多数の動作設定値の値を試験することができることになり、それによって、より完全に特徴付けようとする試験を受ける装置の動作範囲が可能になる。

本開示に説明される技術試験方法は、それらの欠点を改善しようとしている。特に、この開示は、試験の有効性を維持しながら、技術試験の全持続時間を低減し、かつ／または供試の装置の動作段階のシーケンスの段階の数を増加することができる技術試験方法を提供しようとしている。

少なくとも１つの実装形態においては、この目的は、装置用の、および／または装置を試験するためのテストベンチ用の少なくとも１つの動作設定値の安定した値に対応する、少なくとも１つの動作段階を含む、技術試験中に、前記動作段階が、動作段階中に集められる一組の物理的パラメータと関連する基準が満たされる場合、および物理的パラメータの前記組と関連する信頼度が少なくとも所定の閾値に達する場合に、最大持続時間閾値よりも前に終了される、という事実によって達成される。この第２の条件により、基準が動作段階を終了するのに適切である十分に信頼できる状況と、基準が信頼できない状況との間を区別することができ、したがって、これは、たとえ基準が満たされても、動作段階が短くされ得るようにならないであろう。特に、最大持続時間閾値よりも前に前記動作段階を終了するための追加の基準は、動作段階の早期中断を引き起こすパラメータの前記組の物理的パラメータの多少の過渡的な変動を回避するために、前記基準が満たされること、および、前記信頼度が少なくとも多少の所定の最小閾値の間、少なくとも前記所定の閾値に達していることであってもよい。

この文脈においては、用語「物理的パラメータの組」とは、広く理解されるべきであり、したがって、単一の物理的パラメータを含むことができる。それにもかかわらず、物理的パラメータの前記組は、それぞれの信頼度と各々に関連する複数の物理的パラメータを含むことができ、全体として物理的パラメータの組と関連する信頼度は、前記複数の物理的パラメータと関連する信頼度の関数である。したがって、物理的パラメータの各々の信頼性は、複数の物理的パラメータと関連し、かつ次の動作段階への移行を是認する信頼度を計算する際に物理的パラメータの重要性に応じて重み付けされ得る。例示として、前記関数は、前記複数のうちの２つの物理的パラメータと関連する信頼度を乗算する積を含むことができ、かつ／または同じ２つの信頼度の和から前記複数のうちの２つの物理的パラメータと関連する信頼度を乗算する積を減ずること含むことができる。ファジー論理においては、２つの真理値の積は、確率的ｔ−ノルム演算子（ｐｒｏｂａｂｉｌｉｓｔｉｃ ｔ−ｎｏｒｍ ｏｐｅｒａｔｏｒ）に対応するが、同じ２つの真理値の和からの２つの真理値の積を減ずることは、確率的ｔ−コノルム演算子（ｐｒｏｂａｂｉｌｉｓｔｉｃ ｔ−ｃｏｎｏｒｍ ｏｐｅｒａｔｏｒ）に対応する。

各物理的パラメータに対応する信頼度をその物理的パラメータの信頼性についての利用可能な情報と合致させるために、信頼度は、特に、ノイズレベルの関数として、かつ／または移動時間ウィンドウ中の関連する物理的パラメータに対応する信号の非対称不確定性係数、および／または関連する物理的パラメータの値と所定の閾値との間の差、の関数として予め決められ、または計算され得る。

信頼度を処理するファジー論理の原理を適用することができるために、前記信頼度の各々は、０から１までの範囲にある値を有することができる。

複数の異なる稼働率で装置を試験することができるように、本方法は、複数の異なる動作段階のシーケンスを含むことができ、各々は、試験を受ける装置用の、および／または装置を試験するためのテストベンチ用の少なくとも１つの動作設定値の安定した値に対応する。前記シーケンスの動作段階の順序が、各動作段階に割り当てられる少なくとも１つの優先度、および複数の動作段階に対応する少なくとも１つの動作設定値の値に基づいて確立され得る。動作段階の順序は、予め定義された基準に基づいて、技術試験を受ける装置がどのように応答するかに応じて変更され得る。

技術試験を受ける装置は、特に、エンジン、特に、液体推進剤ロケットエンジン、およびより詳細には、ターボポンプ供給システムを有する液体推進剤ロケットエンジンであってもよい。

また、本発明は、少なくとも１つの動作設定値を装置に、および／または前記装置を試験するためのテストベンチに送信するための少なくとも１つのデータ出力を有する電子制御ユニットを提供し、本ユニットは、上記の方法の使用の際に装置の技術試験を制御するように構成される。この構成は、電子制御ユニットの少なくとも１つの電子回路の物理構成であってもよく、または、これは、ソフトウェア、すなわち、技術試験方法を実行するためのコンピュータシステムによって実行可能な一組の命令によってプログラム可能な電子制御ユニットで実施され得る。この種の一組の命令は、データ媒体に含まれ得る。用語「データ媒体」とは、コンピュータシステムによって読み取られることができる任意のデータ記憶装置を示す。この種のデータ媒体は、特に、磁気ディスクもしくはテープなどの磁気データ記憶装置、または光ディスクなどの光データ記憶装置、または揮発性もしくは不揮発性電子メモリなどの電子データ記憶装置であってもよい。

本発明は、非限定的な実施例として示された実装形態の次の詳細な説明を読むと、十分に理解されることができ、その利点がよりよく明らかになる。説明は、添付の図面を参照している。

本発明の一実施形態の電子制御ユニットを含むテストベンチの上でターボポンプによって給油される液体推進剤ロケットエンジンを示す図である。 本発明の一実装形態の技術試験方法の６つの主要な機能を示す線図である。 移動時間ウィンドウの信号のノイズの分散の関数として信号に起因する信頼のレベルを示すグラフである。 移動時間ウィンドウのその非対称不確定性係数の関数として信号に起因する信頼のレベルを示すグラフである。

図１は、ターボポンプによって給油される液体推進剤ロケットエンジン１を示しており、エンジンは、複数の動作の段階のシーケンスを含むプロファイルを用いて試験を行うために電子制御ユニット３に接続される、テストベンチ２に取り付けられる。

示された実施形態においては、ロケットエンジン１は、「膨張サイクル」型のロケットエンジンであり、そこで、ターボポンプ４および５は、ロケットエンジン１の推進チャンバ７の壁に隣接する再生式熱交換器６を通過した後に推進剤のうちの１つによって作動される。供給弁８および９は、推進剤を含むタンク１０および１１と、対応するターボポンプ４および５との間に挿入され、バイパス弁１２および１３により、これらのターボポンプ４および５は熱交換器６によって加熱された推進剤によって少なくとも一部が迂回され得るようになる。それにもかかわらず、本発明は、この種のロケットエンジンを試験することに決して限定されず、他のタイプのエンジンおよび実に他のタイプの装置に等しく良好に適用され得る。

示された実施形態においては、ロケットエンジン１の動作は、供給弁８および９ならびにバイパス弁１２および１３によって制御され得る。これらの弁の各々は、これを行うために動作設定値を受信するように電子制御ユニット３に接続される。また、テストベンチ２は、たとえば、推進チャンバ７内の温度および圧力センサ１４および１５、ならびにロケットエンジン１の支持体内の推力および振動センサ１６および１７などの、センサを有する。また、これらのセンサ１４、１５、１６、１７は、ロケットエンジン１の動作パラメータをそれに送信するために電子制御ユニット３に接続される。動作パラメータＸのこの組は、第１のパラメータＡ、第２のパラメータＢ、などを含むことができる。

テストベンチ２においては、ロケットエンジン１は、これらの動作段階の各々の間に集められるロケットエンジン１の動作パラメータＸを評価するために動作段階ＰＦ_ｎのシーケンスを含む技術試験を受けることになる。このシーケンスの各動作段階ＰＦ_ｎは、ロケットエンジン１の動作の一組の安定した設定値に対応し、ロケットエンジン１の通常の使用に適切な動作点を再現しようと努める。

各動作段階は、この種の試験中にロケットエンジン１の動作パラメータＸを表す値を集めるのに十分な持続時間から成る必要がある。同時に、動作段階の、およびしたがって試験の過度の持続時間は、特にコストの点から欠点を示す。したがって、段階の持続時間について妥協点を見出すことが必要である。

図２は、図１に示されるシステムで実行され得る技術試験方法の６つの主要なステップを示している。本方法の第１の機能Ｆ１においては、各動作段階ＰＦ_ｎについてのデータを含むテーブルが、電子制御ユニット３のメモリ（データ記憶装置またはランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ））に記憶される。各動作段階ＰＦ_ｎについて、このテーブルは、特に、動作段階ＰＦ_ｎの識別子、段階ＰＦ_ｎに割り当てられる優先度を与える第１のパラメータｐａｒａ_１，ｎと、ロケットエンジン１および／またはテストベンチ２の動作設定値、およびあるいはまたの監視閾値と、段階についての最大持続時間ｔ_{ｍａｘ，ｎ}、およびあるいはまた最小持続時間ｔ_{ｍｉｎ，ｎ}と、各基準が動作段階中に集められる一組の物理的動作パラメータＸと関連する、少なくとも１つのエンドオブステージ（ｅｎｄ−ｏｆ−ｓｔａｇｅ）基準と、各エンドオブステージ基準と関連する各組の動作パラメータＸと関連する信頼度と、前記基準に適用されるべき論理および／または数学的演算子、物理的パラメータ、および／または信頼度と、を含むことができる。例示として、各段階ＰＦ_ｎに割り当てられる優先度を与えるパラメータｐａｒａ_１，ｎは、値１、２、および３から選択される値を有することができ、値１は、最高の優先度に対応し、値３は、最低の優先度に対応する。例示として、エンドオブステージ基準は、移動時間ウィンドウ中にサンプリングされる前記動作パラメータＸの安定性に関する基準であってもよい。

第２の機能Ｆ２においては、電子制御ユニット３は、各段階に与えられる優先度に続いて第１の機能Ｆ１に確立されるテーブルから動作段階を順序付けるが、同時にまた、連続する段階の間の動作設定値の近接性を考慮に入れる。ある特定の状況においては、２つ以上の動作段階が、それらが以前に課せられた順序で実行されることを保証するために関連し得る。この第２の機能Ｆ２は、技術試験の開始において実行され、次いで、残る段階のシーケンスを更新するために各動作段階ＰＦ_ｎの終わりよりも前に繰り返される。この実装形態においては、電子制御ユニットはまた、タンク１０および１１において利用可能な燃料が使い果たされるまで、残存している時間を考慮に入れることができる。

したがって、例示として、各動作段階ＰＦ_ｎは、前記第１のパラメータｐａｒａ_１，ｎと関連することができ、第２のパラメータｐａｒａ_２，ｎは、現在の段階のその近くと関連し、第３のパラメータｐａｒａ_３，ｎは、それに割り当てられる最大持続時間ｔ_{ｍａｘ，ｎ}と、この動作段階ＰＦ_ｎと関連し、タンク１０、１１において依然として利用可能な推進剤の量と関連する割合で維持され得る最大動作持続時間ｔ_{ｃａｐ，ｎ}との間の差に対応する。

この実施例においては、この分類のために選択されるべく残存している各段階の第２のパラメータｐａｒａ_２，ｎの値は次の式を使用して計算されてもよく、例として、

を用いて計算されることができ、ここに、ｐ_ｎおよびＲＭ_ｎは、それぞれ、この動作段階ＰＦ_ｎ中、燃焼圧および推進剤混合比であり、ｐ_ｃおよびＲＭ_ｃは、それぞれ推進チャンバ７内の現在の圧力および推進剤混合比であるが、これに対してα_１［ＡＬＰＨＡ＿１］およびα_２［ＡＬＰＨＡ＿２］は、段階を特徴付けるこれらの物理的パラメータを重み付けするための係数である。

第３のパラメータｐａｒａ_３，ｎの値は、この稼働率に、および残存している推進剤容量に対応する最大動作持続時間ｔ_{ｃａｐ，ｎ}からそれに割り当てられる最大持続時間ｔ_{ｍａｘ，ｎ}の値を減ずることによって残存している各動作段階ＰＦ_ｎに、ついて計算され得る。

残存している各動作段階ＰＦ_ｎのうちの少なくとも１つについて、第３のパラメータｐａｒａ_３，ｎの値が負であり、したがって、問題の段階が推進剤を使い果たすことなくそれに割り当てられる最大持続時間ｔ_{ｍａｘ，ｎ}について維持され得ないことが示される場合は、この場合、この条件を満たす残存している段階（複数の段階）は、次の式、すなわち、
Ｋ_ｎ＝β_１．ｐａｒａ_１，ｎ＋β_２．ｐａｒａ_２，ｎ
を用いて第１のパラメータｐａｒａ_１，ｎの、および第２のパラメータｐａｒａ_２，ｎの重み付けされた和Ｋ_ｎの増加する順序で選択され、分類されることができ、ここに、β_１［ＢＥＴＡ＿１］およびβ_２［ＢＥＴＡ＿２］は、それぞれ前記第１および第２のパラメータｐａｒａ_１，ｎおよびｐａｒａ_２，ｎを重み付けするための係数である。

対照的に、残存している段階のいずれもこの条件を満たさない場合は、この場合、残存している段階のすべてが、次の式、すなわち、
Ｋ’_ｎ＝β_１．ｐａｒａ_１，ｎ＋β_２．ｐａｒａ_２，ｎ＋β_３．ｐａｒａ_３，ｎ
を用いて、第１のパラメータｐａｒａ_１，ｎの、および第２のパラメータｐａｒａ_２，ｎの値ばかりでなく、第３のパラメータｐａｒａ_３，ｎの値についても重み付けされた和Ｋ’_ｎの順序を増加することにより選択され、分類されることができ、ここに、β_３［ＢＥＴＡ＿３］は、前記第３のパラメータｐａｒａ_３，ｎのための重み付けされた係数である。

第３の機能Ｆ３においては、電子制御ユニット３は、第２の機能Ｆ２によって確立された直近の分類で第１の位置（すなわち、重み付けされた和Ｋ_ｎまたはＫ’_ｎ最小値を提示する）における動作段階ＰＦ_ｎのテーブルに記憶されたデータに基づいて、対応する監視閾値と共に、ロケットエンジン１に、および／またはテストベンチ２に送信するための設定値を生成する。その後は、第４の機能Ｆ４においては、これらの設定値は、ロケットエンジン１および／またはテストベンチ２の動作を制御するために電子制御ユニット３によって使用される。

第４の機能Ｆ４と同時に、電子制御ユニット３は、特に、センサ１４から１７によって、現在の動作段階ＰＦ_ｎと関連する物理的パラメータＸを集め、処理する第５の機能Ｆ５を実行する。これらの物理的パラメータの値は、パラメータに、および解析されることになるその周波数範囲に応じて高周波数または低周波数のサンプリングによって集められ得る。たとえば、２５ヘルツ（Ｈｚ）よりも低い範囲で解析されるべき信号については、毎秒およそ１００ポイント（ｐｔ／ｓ）の低周波サンプリングを使用することができるが、実質的に２５Ｈｚよりも高くてもよく、５０００Ｈｚにさえ達し得る範囲にわたって解析される必要がある信号については、およそ２５０００ｐｔ／ｓの高周波数のサンプリングを使用することができる。

この第５の機能Ｆ５においては、０から１の範囲の信頼度ＣＬ_ｘが、特に、センサの推定された信頼度の、および／または各信号の処理に使用されるアルゴリズムの関数として、１つまたは複数の物理的パラメータＸに対応する各信号と関連し得る。これらの信頼度ＣＬ_ｘの各々の値は、予め決められることができ、または、これは、関連する物理的パラメータに対応する信号のノイズレベルおよび／またはバイアスレベルの関数として、および／または信号と所定の閾値との間の差の関数としてリアルタイムで計算され得る。したがって、例示として、信号のノイズのレベルの関数として低周波数でサンプリングされる各信号に前記信頼度ＣＬ_ｘを割り当てることができるが、ノイズは、移動時間ウィンドウの信号の分散σ［ＳＩＧＭＡ］によって、および移動時間ウィンドウの信号の非対称不確定性係数γ_１［ＧＡＭＭＡ＿１］の関数として高周波数でサンプリングされる各信号に前記信頼度ＣＬ_ｘを割り当てるように測定される。

信号の分散σ［ＳＩＧＭＡ］および信号に割り当てられる信頼度ＣＬ_ｘは、たとえば、図３Ａに示される関係に合わせることができる。この実施例においては、高い信頼度ＣＬ_ｘは、その分散σ［ＳＩＧＭＡ］が大きすぎる場合は信号に割り当てられず、ノイズの高いレベルを示し、またはこれに反して、これが小さすぎる場合は、信号が極めて一定（デッド信号）であることを示す。

信号の非対称不確定性係数γ_１［ＧＡＭＭＡ＿１］および信号に割り当てられる信頼度ＣＬ_ｘは、一方、たとえば、図３Ｂに示される関数に合わせることができる。この実施例においては、高い信頼度ＣＬ_ｘは、その非対称不確定性係数γ_１［ＧＡＭＭＡ＿１］の絶対値が高すぎる場合は、この信号に割り当てられない。

また、信頼度ＣＬ_ｓｅｔを一組の物理的パラメータＸに関連させることができ、この信頼度ＣＬ_ｓｅｔは、組の物理的パラメータＸと個々に関連する信頼度ＣＬ_ｘの値に基づいて電子制御ユニット３によって計算される。この計算は、特に、組の物理的パラメータＸと個々に関連する信頼度ＣＬ_ｘの値にファジー論理演算子を使用することによって行われ得る。使用され得る演算子の中に、特に確率的演算子、および特に、確率的ｔ−ノルムおよびｔ−コノルム演算子がある。一番目は、演算の２つの項の積に対応するが、二番目は、演算の２つの項の和から演算の２つの項の積を減ずることに対応する。

したがって、例示として、ｔ−ノルム演算子を使用することによって、単一のエンドオブステージ基準に寄与する物理的パラメータＡ、Ｂ、およびＣにそれぞれ対応する３つの信号の信頼度ＣＬ_Ａ、ＣＬ_Ｂ、ＣＬ_Ｃは、物理的パラメータのこの組と、およびしたがって対応するエンドオブステージ基準と関連する信頼度ＣＬ_ｓｅｔを得るように乗算される。

最後に、第６の機能Ｆ６においては、電子制御ユニット３は、少なくとも１つのエンドオブステージ基準が満たされるかどうか、およびこの基準と関連する少なくとも１つの信頼度が最小閾値に達しているかどうかを検証する。少なくとも１つの基準が満たされ、信頼度が最小閾値に達している場合は、おそらくは少なくともある最小の時間の長さについて、現在の段階は終了されることができ、電子制御ユニット３は、終了されている段階を除去した後にテーブルが再配置される第２の機能Ｆ２に戻ることができ、その後に、第３の機能Ｆ３が、次の段階に対応する動作設定値を生成する。また、現在の段階を終了することは、動作段階が余りにも早く終了されないように、その段階について最小持続時間に依存することができる。

対照的に、少なくとも１つのエンドオブステージ基準が満たされない場合、かつ／またはこの基準と関連する少なくとも１つの信頼度がその最小閾値に達していない場合は、段階は、所定の最大持続時間に達するまで続けられ得る。

本発明は、特定の実装形態を参照して説明されているが、さまざまな改変および変更が、特許請求の範囲によって定義されるように本発明の一般領域の範囲を超えることなくこれらの実装形態に対して行われ得る。加えて、説明されたさまざまな実装形態の個々の特徴は、追加の実装形態に組み合わされ得る。したがって、説明および図面は、限定的ではなく例示的な意味で考慮されるべきである。

Claims (17)

1. 装置を試験するための技術試験方法であって、前記技術試験方法は、
   少なくとも１つの動作段階中に、装置を試験するために、少なくとも１つの動作設定値で装置および／またはテストベンチを制御するステップと、
   動作段階中にセンサによって装置の一組の物理的パラメータを集めるステップと
   を含み、
   前記動作段階は、動作段階中に集められる一組の物理的パラメータと関連する基準が満たされる場合、および物理的パラメータの前記組と関連する信頼度が少なくとも所定の閾値に達する場合に、最大持続時間よりも前に終了される、技術試験方法。
2. 前記動作段階は、前記基準が満たされる場合、および前記信頼度が少なくとも所定の最小持続時間の間に少なくとも所定の前記閾値に達する場合に、最大持続時間より前に終了される、請求項１に記載の技術試験方法。
3. 物理的パラメータの前記組が、それぞれの信頼度と各々に関連する複数の物理的パラメータを含み、全体として物理的パラメータの組と関連する信頼度が、前記複数の物理的パラメータと関連する信頼度の関数である、請求項１または２に記載の技術試験方法。
4. 前記関数が、前記複数のうちの２つの物理的パラメータと関連する信頼度を乗算する積を含む、請求項３に記載の技術試験方法。
5. 前記関数が、同じ２つの信頼度の和から前記複数の２つの物理的パラメータと関連する信頼度を乗算する積を減ずること含む、請求項３または４に記載の技術試験方法。
6. 前記信頼度のうちの少なくとも１つが、予め決められる、請求項３から５のいずれか一項に記載の技術試験方法。
7. 物理的パラメータと関連する少なくとも１つの信頼度が、関連する物理的パラメータに対応する信号のノイズレベルの関数として計算される、請求項３から６のいずれか一項に記載の技術試験方法。
8. 物理的パラメータと関連する少なくとも１つの信頼度が、関連する物理的パラメータに対応する信号の非対称不確定性係数の関数として計算される、請求項３から７のいずれか一項に記載の技術試験方法。
9. 物理的パラメータと関連する少なくとも１つの信頼度が、関連する物理的パラメータの値と所定の閾値との間の差の関数として計算される、請求項３から８のいずれか一項に記載の技術試験方法。
10. 前記信頼度の各々が、０から１の範囲にある値を有する、請求項３から９のいずれか一項に記載の技術試験方法。
11. 複数の異なる動作段階のシーケンス中に、各々の動作段階について少なくとも１つの動作設定値で、装置および／またはテストベンチを制御するステップを含む、請求項１から１０のいずれかに記載の技術試験方法。
12. 前記シーケンスの動作段階の順序が、各動作段階に割り当てられる少なくとも１つの優先度、および複数の動作段階に対応する少なくとも１つの動作設定値の値に基づいて確立される、請求項１１に記載の技術試験方法。
13. 装置が、エンジンである、請求項１から１２のいずれかに記載の技術試験方法。
14. 前記エンジンが、液体推進剤ロケットエンジン（１）である、請求項１３に記載の技術試験方法。
15. 前記液体推進剤ロケットエンジン（１）が、ターボポンプ供給システムを含む、請求項１４に記載の技術試験方法。
16. 少なくとも１つの動作設定値を装置に、および／または前記装置を試験するためのテストベンチ（２）に送信するための少なくとも１つのデータ出力を有する電子制御ユニット（３）であって、請求項１から１５のいずれか一項に記載の方法の使用の際に装置の技術試験を制御するように構成される、電子制御ユニット（３）。
17. 請求項１から１５のいずれか一項に記載の技術試験方法を実施するようにコンピュータシステムによって実行可能な一組の命令を含む、データ媒体。

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