RU2750875C1 - Method for localizing malfunction of liquid-propellant rocket engine during fire test - Google Patents

Method for localizing malfunction of liquid-propellant rocket engine during fire test Download PDF

Info

Publication number
RU2750875C1
RU2750875C1 RU2020124591A RU2020124591A RU2750875C1 RU 2750875 C1 RU2750875 C1 RU 2750875C1 RU 2020124591 A RU2020124591 A RU 2020124591A RU 2020124591 A RU2020124591 A RU 2020124591A RU 2750875 C1 RU2750875 C1 RU 2750875C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
equations
engine
malfunction
liquid
excluded
Prior art date
Application number
RU2020124591A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Петр Сергеевич Левочкин
Давид Суренович Мартиросов
Сергей Станиславович Каменский
Original Assignee
Акционерное общество "НПО Энергомаш имени академика В.П. Глушко"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "НПО Энергомаш имени академика В.П. Глушко" filed Critical Акционерное общество "НПО Энергомаш имени академика В.П. Глушко"
Priority to RU2020124591A priority Critical patent/RU2750875C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2750875C1 publication Critical patent/RU2750875C1/en

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B17/00—Systems involving the use of models or simulators of said systems
    • G05B17/02—Systems involving the use of models or simulators of said systems electric

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Testing Of Engines (AREA)

Abstract

FIELD: rockets/space.SUBSTANCE: invention relates to the rocket and space field and is intended for use in the refinement, operation and modernization of liquid-propellant rocket engines (LRE). The method is based on the use of the parameters of the liquid-propellant engine and the mathematical model of the engine, measured during the fire test, presented in the form of a system of equations describing the processes in a normally functioning engine. To localize the malfunction, the values ​​of the set of measured parameters are used, with the help of which the set of equations is sequentially excluded from the original system of equations, the shortened systems of equations are solved, the solution is substituted into the excluded equations and the discrepancy between the left and right sides of each of the excluded equations is monitored, and if one or more deviations come out beyond the limits of the specified tolerances, then a decision is made that the malfunction is contained in one or more structural elements or the engine circuit described by these equations, and a signal is generated for the control system to turn off the engine or switch to a gentle operation mode.EFFECT: technical result is to provide the possibility of carrying out the procedure for localizing a malfunction in the liquid-propellant engine in real time and increasing the efficiency of generating a signal to the engine operating modes control units about turning it off or switching to a gentle operating mode.1 cl

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention relates

Изобретение относится к ракетно-космической области, в частности, жидкостным ракетным двигателям (ЖРД) и предназначено для использования при их экспериментальной доводке, эксплуатации и модернизации.The invention relates to the rocket and space field, in particular, liquid-propellant rocket engines (LRE) and is intended for use in their experimental fine-tuning, operation and modernization.

Уровень техникиState of the art

Известен способ контроля и диагностирования состояния пневмогидравлического объекта, патент РФ №2133952, МПК G01M 15/00 (1995.01) от 27.07.1999, в котором локализацию неисправности проводят поэтапно и на каждом этапе фиксируют очередность и направление выхода параметров за их пороговые уровни. При диагностировании неисправности используют закономерности поведения совокупностей параметров, индивидуальные для каждой конкретной неисправности.There is a known method for monitoring and diagnosing the state of a pneumohydraulic object, RF patent No. 2133952, IPC G01M 15/00 (1995.01) dated 07/27/1999, in which the fault is localized in stages and at each stage the sequence and direction of the parameters going beyond their threshold levels are recorded. When diagnosing a malfunction, the patterns of behavior of sets of parameters are used, which are individual for each specific malfunction.

Недостатком этого способа является необходимость до испытания определить направления выхода того или измеряемого параметра за пороговые значения при возникновении и развитии той или иной неисправности: как известно из практики, где и какая именно неисправность возникнет в двигателе, как она будет развиваться, непредсказуемо.The disadvantage of this method is the need to determine, before testing, the direction of the exit of one or the measured parameter beyond the threshold values when a particular malfunction occurs and develops: as is known from practice, where and what kind of malfunction occurs in the engine, how it will develop, is unpredictable.

Известен также патент РФ №2 393 450, МПК G01M 15/14(2006.01), F02K 9/96(2006, 02) от 27.06.2010 г. предлагающий алгоритм оценки технического состояния испытываемого ЖРД по диагностическим признакам, определяемым путем сравнения значений экспериментально полученных данных с их пороговыми значениями, определенными в зависимости от технологических отклонений комплектующих данного двигателя и программы испытания. В качестве измеряемых параметров используют температуру и давление в газовых и жидкостных трактах двигателя и в двигательном отсеке и по их рассогласованию определяют негерметичность газовых или жидкостных траков двигателя.Also known is the patent of the Russian Federation No. 2 393 450, IPC G01M 15/14 (2006.01), F02K 9/96 (2006, 02) dated 06/27/2010, offering an algorithm for assessing the technical state of the tested liquid-propellant engine according to diagnostic features determined by comparing the values experimentally obtained data with their threshold values determined depending on the technological deviations of the components of this engine and the test program. The temperature and pressure in the gas and liquid paths of the engine and in the engine compartment are used as the measured parameters, and the leakage of the gas or liquid tracks of the engine is determined by their mismatch.

Недостатком этого способа является то, что он позволяет фиксировать только те неисправности, которые связаны с герметичностью газовых или жидкостных трактов двигателяThe disadvantage of this method is that it allows you to fix only those faults that are associated with the tightness of the gas or liquid paths of the engine

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения, выбранным в качестве прототипа, является способ локализации неисправности, изложенный в [1]. В нем локализация неисправности осуществляют следующими приемами. При фиксации момента времени возникновения неисправности, вызвавшей нарушение нормального функционирования двигателя, выделяют два наиболее надежных датчика. Показания одного из них, называемого исключающим датчиком, используют для последовательного исключения уравнений математической модели, описывающих взаимосвязи параметров при нормальном функционировании двигателя. Показания другого датчика, называемого контролирующим, используют для определения отклонения значений измеряемого параметра от расчетного, получаемого из решения системы уравнений математической модели, полученной в результате исключения одного из уравнений. Если это отклонение окажется в пределах допуска, то полагается, что неисправность локализована в элементе конструкции или в контуре двигателя (агрегате или совокупности агрегатов), процессы в котором описаны исключаемыми уравнениями.The closest analogue of the present invention, selected as a prototype, is the fault localization method described in [1]. In it, localization of the malfunction is carried out by the following methods. When fixing the time of occurrence of a malfunction that caused a malfunction of the engine, two of the most reliable sensors are distinguished. The readings of one of them, called the exclusion sensor, are used to successively eliminate the equations of the mathematical model describing the relationship between the parameters during the normal operation of the engine. The readings of another sensor, called the controlling one, are used to determine the deviation of the values of the measured parameter from the calculated one, obtained from the solution of the system of equations of the mathematical model, obtained as a result of the elimination of one of the equations. If this deviation turns out to be within the tolerance, then it is assumed that the malfunction is localized in a structural element or in the engine circuit (unit or set of units), the processes in which are described by the excluded equations.

Однако при работе с математическими моделями большой размерности (например, системы уравнений мощных ЖРД включают сотни уравнений алгебро-дифференциальных уравнений), применение этого способа сопряженно с большими объемами вычислительных процедур, что в свою очередь, затрудняет его применение в режиме реального времени.However, when working with mathematical models of large dimensions (for example, systems of equations for powerful liquid-propellant engines include hundreds of equations of algebraic-differential equations), the use of this method is associated with large volumes of computational procedures, which in turn makes it difficult to use it in real time.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задача предлагаемого изобретения состояла в разработке способа локализации неисправности ЖРД, который заключается в измерении текущих значений параметров двигателя, исключении с их помощью отдельных уравнений из исходной системы уравнений математической модели нормально функционирующего двигателя, решении укороченных систем уравнений и контроле отклонений значений измеренных параметров от расчетных, отличающегося тем, что в предлагаемом способе используют значения более двух надежно измеряемых параметров двигателя и диагностические признаки неисправности формируют следующими действиями.The task of the proposed invention was to develop a method for localizing a malfunction of a liquid-propellant engine, which consists in measuring the current values of engine parameters, eliminating individual equations from the original system of equations of the mathematical model of a normally functioning engine, solving shortened systems of equations and monitoring the deviations of the values of the measured parameters from the calculated ones, which differ the fact that the proposed method uses the values of more than two reliably measured parameters of the engine and the diagnostic signs of a malfunction are formed by the following actions.

В момент времени возникновения неисправности в математическую модель, представленную в виде системы уравнений, описывающих процессы в нормально функционирующем двигателе, подставляют заранее выбранную совокупность измеренных значений параметров, исключают из системы уравнений столько же уравнений, сколько измеряемых параметров содержится в выбранной совокупности, решают укороченную систему уравнений, ее решение подставляют в исключенные уравнения и контролируют диагностические признаки - рассогласования левых и правых частей каждого из исключенных уравнений. Если один или несколько диагностических признаков выходят за границы заданных допустимых отклонений (допусков), то это означает, что функциональная связь между параметрами, описываемая соответствующими уравнениями нарушена в результате действия неисправности. В этом случае, принимается решение о неисправности в одном или нескольких элементах конструкции двигателя, описываемых этими уравнениями. Если все диагностические признаки выходят за границы допусков, то принимается решение, что неисправность не локализована, и процедура исключения повторяется для следующих уравнений.At the time of the occurrence of a malfunction, a preselected set of measured parameter values is substituted into the mathematical model, presented in the form of a system of equations describing the processes in a normally functioning engine, a preselected set of measured parameter values is substituted from the system of equations, as many equations as the measured parameters are contained in the selected set, and a shortened system of equations is solved , its solution is substituted into the excluded equations and diagnostic signs are monitored - the discrepancy between the left and right sides of each of the excluded equations. If one or more diagnostic signs go beyond the specified permissible deviations (tolerances), then this means that the functional relationship between the parameters described by the corresponding equations is broken as a result of the malfunction. In this case, a decision is made about a malfunction in one or more structural elements of the engine described by these equations. If all diagnostic signs are outside the tolerance limits, then a decision is made that the malfunction is not localized, and the elimination procedure is repeated for the following equations.

Технический результат заключается в снижении затрат времени на вычислительные процедуры за счет того, что при локализации неисправности диагностируют не каждый элемент конструкции, описываемый одним уравнением, а совокупность элементов, среди которых выявляют неисправность. Это обеспечивает возможность проводить процедуры локализации неисправности в ЖРД в режиме реального времени и повышает оперативность формирования сигнала агрегатам управления режимами работы двигателя о его выключении или переводе на щадящий режим работы.The technical result consists in reducing the time spent on computational procedures due to the fact that when localizing a malfunction, not every structural element described by one equation is diagnosed, but a set of elements, among which the malfunction is detected. This makes it possible to carry out procedures for localizing a malfunction in a liquid-propellant engine in real time and increases the efficiency of generating a signal to the units for controlling the engine operating modes about turning it off or switching to a gentle operating mode.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Способ реализуется следующими действиями. Систему уравнений, описывающую процессы в нормально функционирующем двигателе представляют в видеThe method is implemented by the following steps. The system of equations describing the processes in a normally functioning engine is represented in the form

Figure 00000001
Figure 00000001

где x1, x2, …, xN - параметры модели, N - количество параметров модели.where x 1 , x 2 ,…, x N are model parameters, N is the number of model parameters.

Присваивают n неизвестным переменным xj их измеренные значения

Figure 00000002
Assign n unknown variables x j their measured values
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Исключают n уравнений из системы уравнений (1), решают систему уравненийExclude n equations from the system of equations (1), solve the system of equations

Figure 00000004
Figure 00000004

Решение системы (2):

Figure 00000005
подставляют в n уравнений, исключенных из системы (1), и вычисляют невязки - диагностические признаки δƒi:System solution (2):
Figure 00000005
are substituted into n equations excluded from system (1), and residuals are calculated - diagnostic signs δƒ i :

Figure 00000006
Figure 00000006

В случае, когда n=N, в уравнения системы (1) подставляют только измеренные значения

Figure 00000007
и вычисляют невязки вида (3) для каждого уравнения.In the case when n = N, only the measured values are substituted into the equations of system (1)
Figure 00000007
and the residuals of the form (3) are calculated for each equation.

Если одна или несколько невязок δƒ (3) выходят за границы допуска, то принимают решение о локализации неисправности в пределах элемента конструкции, описываемого единичным уравнением, или контура двигателя (агрегата или совокупности агрегатов), описываемого совокупностью уравнений, для которых δƒ выходят за границы допуска. Если все δƒi выходят за границы допуска, то из исходной системы уравнений исключают следующие n уравнений. Процедуру исключения повторяют, пока не локализуют неисправность. После этого формируют сигнал для системы управления режимами работы двигателя о выключении двигателя или переводе его на щадящий режим работы.If one or more residuals δƒ (3) go beyond the tolerance limits, then a decision is made to localize the fault within the structural element described by a single equation, or the engine circuit (unit or set of aggregates) described by a set of equations for which δƒ are outside the tolerance limits ... If all δƒ i go beyond the tolerance limits, then the following n equations are excluded from the original system of equations. The exclusion procedure is repeated until the fault is located. After that, a signal is generated for the control system of the engine operating modes to turn off the engine or transfer it to a gentle operating mode.

Промышленная применимостьIndustrial applicability

Предлагаемый способ локализации неисправности в ЖРД при огневом испытании проработан и прошел апробирование на нашем предприятии при доводке, эксплуатации и модернизации ЖРД.The proposed method for localizing a malfunction in a liquid-propellant engine during a fire test has been worked out and tested at our enterprise during the development, operation and modernization of the liquid-propellant engine.

Список использованных источниковList of sources used

1. Мартиросов Д.С. Диагностирование сложных технических систем на основе математических моделей и измеряемых параметров методом структурного исключения. - М.: Изд-во МАИ, 1998. - 51 с.1. Martirosov D.S. Diagnostics of complex technical systems based on mathematical models and measured parameters by the method of structural exclusion. - M .: Publishing house MAI, 1998. - 51 p.

Claims (1)

Способ локализации неисправности жидкостного ракетного двигателя при огневом испытании, основанный на измерении текущих значений параметров функционирования двигателя, исключении с их помощью отдельных уравнений из исходной системы уравнений математической модели нормально функционирующего двигателя, решении укороченных систем уравнений, отличающийся тем, что в момент времени возникновения неисправности в исходную систему уравнений подставляют заранее выбранную совокупность измеренных значений параметров, исключают из нее столько уравнений, сколько параметров содержится в выбранной совокупности, решают укороченную систему уравнений, ее решение подставляют в исключенные уравнения и контролируют диагностические признаки - рассогласования левых и правых частей каждого из исключенных уравнений, и если один или несколько диагностических признаков выходят за границы заданных допусков, то принимают решение о неисправности, локализованной в пределах одного или нескольких элементов конструкции двигателя, описываемых этими уравнениями, и формируют сигнал системе управления двигателем для его выключения или переводе на безопасный режим работы, а если все диагностические признаки выходят за границы допуска, то принимают решение, что неисправность не локализована, и процедуру исключения повторяют для следующих уравнений исходной системы уравнений до тех пор, пока не локализуют неисправность.A method for localizing a malfunction of a liquid-propellant rocket engine during a fire test, based on measuring the current values of the parameters of the operation of the engine, excluding, with their help, individual equations from the original system of equations of the mathematical model of a normally functioning engine, solving shortened systems of equations, characterized in that at the time of occurrence of a malfunction in the original system of equations is substituted for a preselected set of measured parameter values, as many equations are excluded from it as there are parameters in the selected set, a shortened system of equations is solved, its solution is substituted into the excluded equations and diagnostic signs are monitored - mismatches of the left and right sides of each of the excluded equations, and if one or more diagnostic signs go beyond the specified tolerances, then a decision is made about a malfunction localized within one or more structural elements of the engine described by these equations, and generate a signal to the engine control system to turn it off or transfer to a safe mode of operation, and if all diagnostic signs go beyond the tolerance limits, then they decide that the malfunction is not localized, and the elimination procedure is repeated for the following equations of the original system equations until the fault is localized.
RU2020124591A 2020-07-24 2020-07-24 Method for localizing malfunction of liquid-propellant rocket engine during fire test RU2750875C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020124591A RU2750875C1 (en) 2020-07-24 2020-07-24 Method for localizing malfunction of liquid-propellant rocket engine during fire test

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020124591A RU2750875C1 (en) 2020-07-24 2020-07-24 Method for localizing malfunction of liquid-propellant rocket engine during fire test

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2750875C1 true RU2750875C1 (en) 2021-07-05

Family

ID=76755965

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020124591A RU2750875C1 (en) 2020-07-24 2020-07-24 Method for localizing malfunction of liquid-propellant rocket engine during fire test

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2750875C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2820906C2 (en) * 2022-11-03 2024-06-11 Акционерное общество "НПО Энергомаш имени академика В.П. Глушко" Method for localization of malfunction of liquid-propellant rocket engine during fire test

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2133952C1 (en) * 1998-04-16 1999-07-27 Государственное предприятие "НПО. Техномаш" Method of checking and diagnosing pneumohydraulic object condition
RU2393450C1 (en) * 2009-03-25 2010-06-27 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Производственное Объединение "Техномаш" Method of inspecting and diagnosing liquid-propellant engine
RU2476850C1 (en) * 2011-11-30 2013-02-27 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Производственное Объединение "Техномаш" Method of rocket engine control and diagnostics
RU2497173C2 (en) * 2008-11-28 2013-10-27 Снекма Flaw detection for aircraft engine
CA2944120A1 (en) * 2014-04-03 2015-10-08 Safran Aircraft Engines Method and device for monitoring a parameter of a rocket engine

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2133952C1 (en) * 1998-04-16 1999-07-27 Государственное предприятие "НПО. Техномаш" Method of checking and diagnosing pneumohydraulic object condition
RU2497173C2 (en) * 2008-11-28 2013-10-27 Снекма Flaw detection for aircraft engine
RU2393450C1 (en) * 2009-03-25 2010-06-27 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Производственное Объединение "Техномаш" Method of inspecting and diagnosing liquid-propellant engine
RU2476850C1 (en) * 2011-11-30 2013-02-27 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Производственное Объединение "Техномаш" Method of rocket engine control and diagnostics
CA2944120A1 (en) * 2014-04-03 2015-10-08 Safran Aircraft Engines Method and device for monitoring a parameter of a rocket engine

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
D.S. MARTIROSOV Diagnostics of complex technical systems based on mathematical models and measured parameters by the method of structural exclusion. - M .: Publishing house MAI, 1998. *
МАРТИРОСОВ Д.С. Диагностирование сложных технических систем на основе математических моделей и измеряемых параметров методом структурного исключения. - М.: Изд-во МАИ, 1998. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2820906C2 (en) * 2022-11-03 2024-06-11 Акционерное общество "НПО Энергомаш имени академика В.П. Глушко" Method for localization of malfunction of liquid-propellant rocket engine during fire test

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3098681B1 (en) Artificial intelligence based health management of host system
Kalgren et al. Defining PHM, a lexical evolution of maintenance and logistics
US7869928B2 (en) Estimating health parameters or symptoms of a degrading system
US20070260390A1 (en) System and method for turbine engine fault detection using discrete event system modeling
RU2667691C1 (en) Method of fault diagnostics and the fault diagnostic system
JP6636178B2 (en) Fault diagnosis during turbine unit testing
Simon et al. Benchmarking gas path diagnostic methods: a public approach
CN108027611A (en) The decision support system (DSS) and method for machine maintenance learnt using the decision-making mode supervised by expert opinion
RU2750875C1 (en) Method for localizing malfunction of liquid-propellant rocket engine during fire test
RU2393450C1 (en) Method of inspecting and diagnosing liquid-propellant engine
Poll et al. Second International Diagnostic Competition œ DXC ‘10
Braden et al. A prognostic and data fusion based approach to validating automotive electronics
RU2781738C2 (en) Method for functional diagnostics of a liquid rocket engine during firing tests
JP2015123748A (en) Inspection system
Duyar et al. A failure diagnosis system based on a neural network classifier for the space shuttle main engine
Zhang et al. A self-learning fault-diagnosis system
Kiyak et al. Performance monitoring and analysis of various parameters for a small UAV turbojet engine
Garnica et al. Fault diagnosis for a Petri net class using reduced observable projections
CN111044826A (en) Detection method and detection system
Li et al. A novel approach to sensor and actuator integrity monitoring
JP2645017B2 (en) Plant diagnostic method and apparatus
RU2804438C1 (en) Method for monitoring the technical condition of a reusable liquid-propellant rocket engine as part of the return stage of a launch vehicle
RU2756558C2 (en) Method for regulating parameters of liquid propellant engine
Rouissi et al. Fault tolerant sensor network design with respect to diagnosability properties
JP2994050B2 (en) Security test support equipment