RU2758781C1 - Способ контроля технического состояния жидкостного ракетного двигателя на переходных режимах стендового испытания - Google Patents
Способ контроля технического состояния жидкостного ракетного двигателя на переходных режимах стендового испытания Download PDFInfo
- Publication number
- RU2758781C1 RU2758781C1 RU2020124590A RU2020124590A RU2758781C1 RU 2758781 C1 RU2758781 C1 RU 2758781C1 RU 2020124590 A RU2020124590 A RU 2020124590A RU 2020124590 A RU2020124590 A RU 2020124590A RU 2758781 C1 RU2758781 C1 RU 2758781C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- engine
- values
- malfunction
- fact
- test
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02K—JET-PROPULSION PLANTS
- F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
- F02K9/96—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof characterised by specially adapted arrangements for testing or measuring
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M15/00—Testing of engines
- G01M15/14—Testing gas-turbine engines or jet-propulsion engines
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
- G06F17/10—Complex mathematical operations
- G06F17/18—Complex mathematical operations for evaluating statistical data, e.g. average values, frequency distributions, probability functions, regression analysis
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Data Mining & Analysis (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Computational Mathematics (AREA)
- Probability & Statistics with Applications (AREA)
- Algebra (AREA)
- Operations Research (AREA)
- Databases & Information Systems (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Evolutionary Biology (AREA)
- Bioinformatics & Computational Biology (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Testing Of Engines (AREA)
Abstract
Изобретение может быть использовано для анализа функционирования широкого класса технических систем, в частности, в ракетно-космической технике для контроля состояния жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) на переходных режимах огневых стендовых испытаний. Для принятия решений о возникновении неисправности, прекращении испытания и определении неисправного агрегата на переходных режимах стендового испытания статистической оценке на основе критерия Стьюдента подвергаются временные ряды значений градиентов изменения измеряемых параметров, обладающие свойством стационарности, обусловленное тем, что при стендовых испытаниях, проводимых по заданной циклограмме, на переходных режимах управление двигателем обеспечивается изменением угла привода агрегата управления по линейному закону. В случае превышения текущих значений статистических характеристик их пороговых значений фиксируют факт и момент наступления неисправности и прекращают испытание ЖРД для предотвращения развития выявленной неисправности, причем неисправный агрегат ЖРД определяют по тому измеряемому параметру, чьи статистические характеристики первыми вышли за пороговые значения, и впоследствии заменяют его исправным. Технический результат заключается том, что на переходных режимах огневых стендовых испытаний ЖРД становится возможным выявление и парирование влияния на двигатель развивающихся неисправностей, что в конечном счете обеспечивает выключение двигателя до начала необратимых изменений и предотвращение катастрофических последствий. 2 ил.
Description
Область техники
Изобретение может быть использовано для анализа функционирования широкого класса технических систем, в частности, в ракетно-космической технике для контроля состояния жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) на переходных режимах стендового испытания.
Уровень техники
Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения, выбранным в качестве прототипа, является способ и устройство контроля параметра ракетного двигателя (патент 2 654 310, МПК F02K 9/96 от 17.05.2018) предлагающий для выявления неисправностей ЖРД как на установившихся, так и на переходных режимах его функционирования различные оценки различий значений параметров двигателя, непосредственно измеренных в момент анализа и некоторых эталонных значений. Эталонные значения параметров определяются моделированием, пороговые значения различий, в частности, по известным погрешностям измерений используемых датчиков. Отмечается, что использование такого универсального подхода при контроле двигателя на переходных режимах очевидно требует расширения диапазонов пороговых значений для избежания ложного диагностирования, для чего предлагается учитывать динамику изменения рабочей точки путем использования предварительно рассчитанной переходной характеристики, определяемой предварительно.
Этот способ принят за прототип, так как в нем предложен способ контроля состояния ракетного двигателя на переходных режимах, анализ проводится по мере поступления результатов измерений параметров двигателя экспериментальных данных и диапазон пороговых значений измеряемых параметров так или иначе зависит от текущей анализируемой ситуации.
Очевидным недостатком предлагаемого способа является необходимость адекватного моделирования динамических процессов в современных мощных ЖРД на переходных режимах их работы, что является одной из самых сложных инженерных задач, решаемых для каждого типа двигателей индивидуально с привлечением экспертов высокого уровня.
Раскрытие изобретения
Задача изобретения состоит в разработке способа контроля технического состояния ЖРД на переходных режимах стендового испытания, который заключается в том, что для принятия решений о возникновении неисправности, прекращении испытания и определении неисправного агрегата применяется анализ значений измеряемых параметров ЖРД и отличается тем, что статистической оценке по алгоритму на основе критерия Стъюдента, разработанному для выявления результатов повторных измерений с аномальными погрешностями (Львовский Е.Н. Статистические методы построения эмпирических формул. - М.: Высшая школа, 1982. - 224 с.), подвергаются ряды значений градиентов изменения значений измеряемых параметров двигателя. В случае превышения текущих значений статистических характеристик их пороговых значений фиксируют факт и момент наступления неисправности и прекращают испытание ЖРД для предотвращения развития выявленной неисправности. По очередности выхода статистических характеристик за пороговые значения определяют неисправный агрегат ЖРД и впоследствии заменяют его исправным.
Технический результат заключается том, что становится возможным выявление и парирование влияния на двигатель неисправностей, развивающихся на переходных режимах стендового испытания ЖРД, что в конечном счете обеспечивает выключение двигателя до начала необратимых изменений и предотвращение катастрофических последствий.
Поставленная цель достигается за счет того, что при стендовом испытании, проводимом по заданной циклограмме, на режимах плавного и длительного дросселирования или форсирования ЖРД градиенты изменения измеряемых параметров обладают свойством стационарности, так как на таких режимах управление двигателем обеспечивается изменением угла привода агрегата управления α(t) по линейному закону:
где αs - угол на предшествующем стационарном режиме, kα - градиент угла, причем kα - постоянная величина, определенная известными углами агрегата управления, соответствующими заданными циклограммой испытания предшествующему и последующему стационарным режимам.
При этом изменение параметра двигателя x(t) на большей части достаточно длительного переходного режима с учетом условия линейности процессов в двигателе при малых возмущениях при управлении можно представить на малых отрезках времени Δt, меньших постоянной времени двигателя, также в виде линейной функции
Поэтому градиенты изменения контролируемых параметров двигателя на переходных режимах Kx должны обладать свойством стационарности и могут рассматриваться как косвенные измерения, погрешности которых, в случае нормальной работы двигателя, распределены по нормальному закону и составляют для каждого параметра свой временной ряд.
Резкое значительное изменение стационарного характера градиентов и связанное с этим изменение статистических характеристик рядов их значений, получаемых за весь период от начальной точки данного переходного режима до рассматриваемой, свидетельствует о возникновении неисправности.
В таком случае испытание ЖРД прекращают для предотвращения развития выявленной неисправности, определяют неисправный агрегат ЖРД и впоследствии заменяют его исправным.
Сущность способа поясняется на фиг. 1, 2, на которых приводится поведение по времени переходного режима дросселирования конкретного ЖРД текущих (сплошная линия) и критических критериев Стьюдента (пунктир) для градиентов изменения значений оборотов вала ТНА ЖРД и давления горючего на входе в смесительную головку камеры сгорания. На данном нестационарном режиме на 43,85 секунде испытания произошло несанкционированное срабатывание клапана, установленного в магистрали подвода горючего в газогенератор, которое было вызвано неисправностью. Как видно на фиг. 1 и фиг. 2, статистический анализ градиентов изменений значений давления горючего на входе в смесительную головку камеры и оборотов вала ТНА по критерию Стьюдента фиксирует действительное время возникновения неисправности на 43,85 секунде испытания на режиме дросселирования двигателя как момент нарушения стационарности градиента изменения этих параметров.
Осуществление изобретения
На текущем переходном режиме испытания ЖРД с определенным малым шагом по времени измеряются параметры рабочих процессов ЖРД.
По мере поступления экспериментальных данных каждого параметра формируется временной ряд, состоящий из значений его Kx, определяемых в соответствии с (1).
Для каждого временного ряда определяется эмпирическое значение критерия Стьюдента τ, соответствующее данному моменту времени и косвенно измеренному в этот момент времени значению Kx
где σ - среднее квадратическое отклонение и 
- среднее значение временного ряда, состоящего из значений градиентов изменения анализируемого параметра, полученных за период от начала данного режима до рассматриваемой.
Текущая граница критической области 
определяется по формуле
где 
- критическое значение распределения Стьюдента для текущего числа точек временного ряда градиентов n и заданного уровня вероятности р.
Решение о возникновении неисправности ЖРД и передачи сигнала о прекращении испытания на стендовую систему управления испытанием для предотвращения развития неисправности принимается в случае если
Измеряемый параметр, значения градиента которого первыми вышли за критические значения, определяет неисправный агрегат, который впоследствии заменяют на исправный.
Промышленная применимость
Применение указанных действий обеспечит обоснованное обнаружение неисправности на переходных режимах стендового испытания ЖРД в режиме поступления экспериментальных данных, предотвращение развития неисправности и определение неисправного агрегата с его последующей заменой.
Claims (1)
- Способ контроля технического состояния жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) на переходных режимах огневых стендовых испытаний, который заключается в том, что для принятия решений о возникновении неисправности, прекращении испытания и определении неисправного агрегата применяют алгоритм статистического анализа временных рядов по критерию Стьюдента, разработанный для выявления результатов повторных измерений с аномальными погрешностями и отличающийся тем, что для выявления неисправностей ЖРД на переходных режимах стендового испытания статистической оценке на основе критерия Стьюдента подвергают не ряды значений прямых измерений параметров двигателя, а ряды значений градиентов изменения измеряемых параметров, обладающие свойством стационарности, обусловленное тем, что при стендовых испытаниях, проводимых по заданной циклограмме, на переходных режимах управление двигателем обеспечивается изменением угла привода агрегата управления по линейному закону, причем в случае превышения текущих значений статистических характеристик их пороговых значений фиксируют факт и момент наступления неисправности и прекращают испытание ЖРД для предотвращения развития выявленной неисправности, неисправный агрегат ЖРД определяют по тому измеряемому параметру, чьи статистические характеристики первыми вышли за пороговые значения, и впоследствии заменяют его исправным, для чего проводят огневое стендовое испытание двигателя и на каждом переходном режиме его работы с фиксированным достаточно малым шагом по времени измеряют параметры двигателя, определяют значения градиентов изменения измеряемых параметров, дополняют ими ряды ранее полученных данных, для каждого такого ряда вычисляют текущее и пороговое значения критерия Стьюдента, и в случае, если для какого либо временного ряда значение текущего критерия Стьюдента окажется выше его порогового значения, фиксируют факт и момент наступления неисправности на текущем переходном режиме и передают на стендовую систему управления испытанием сигнал о прекращении испытания для предотвращения развития выявленной неисправности, причем измеряемый параметр, значения градиента которого первыми вышли за пороговые значения, определяет неисправный агрегат, который впоследствии заменяют на исправный.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020124590A RU2758781C1 (ru) | 2020-07-24 | 2020-07-24 | Способ контроля технического состояния жидкостного ракетного двигателя на переходных режимах стендового испытания |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020124590A RU2758781C1 (ru) | 2020-07-24 | 2020-07-24 | Способ контроля технического состояния жидкостного ракетного двигателя на переходных режимах стендового испытания |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2758781C1 true RU2758781C1 (ru) | 2021-11-01 |
Family
ID=78466867
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020124590A RU2758781C1 (ru) | 2020-07-24 | 2020-07-24 | Способ контроля технического состояния жидкостного ракетного двигателя на переходных режимах стендового испытания |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2758781C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2774006C1 (ru) * | 2021-07-16 | 2022-06-14 | Акционерное общество "НПО Энергомаш имени академика В.П. Глушко" | Способ контроля технического состояния жидкостного ракетного двигателя |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2407463A1 (fr) * | 1977-10-31 | 1979-05-25 | Gen Electric | Poste de controle pour moteurs a turbine a gaz |
| RU2393450C1 (ru) * | 2009-03-25 | 2010-06-27 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Производственное Объединение "Техномаш" | Способ контроля и диагностирования жидкостного ракетного двигателя |
| RU2476850C1 (ru) * | 2011-11-30 | 2013-02-27 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Производственное Объединение "Техномаш" | Способ контроля и диагностирования ракетного двигателя |
| RU2015132521A (ru) * | 2013-02-05 | 2017-03-13 | Сименс Акциенгезелльшафт | Система автоматического тестирования для газовой турбины |
| RU2654310C2 (ru) * | 2014-04-03 | 2018-05-17 | Сафран Эркрафт Энджинз | Способ и устройство контроля параметра ракетного двигателя |
-
2020
- 2020-07-24 RU RU2020124590A patent/RU2758781C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2407463A1 (fr) * | 1977-10-31 | 1979-05-25 | Gen Electric | Poste de controle pour moteurs a turbine a gaz |
| RU2393450C1 (ru) * | 2009-03-25 | 2010-06-27 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Производственное Объединение "Техномаш" | Способ контроля и диагностирования жидкостного ракетного двигателя |
| RU2476850C1 (ru) * | 2011-11-30 | 2013-02-27 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Производственное Объединение "Техномаш" | Способ контроля и диагностирования ракетного двигателя |
| RU2015132521A (ru) * | 2013-02-05 | 2017-03-13 | Сименс Акциенгезелльшафт | Система автоматического тестирования для газовой турбины |
| RU2654310C2 (ru) * | 2014-04-03 | 2018-05-17 | Сафран Эркрафт Энджинз | Способ и устройство контроля параметра ракетного двигателя |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2774006C1 (ru) * | 2021-07-16 | 2022-06-14 | Акционерное общество "НПО Энергомаш имени академика В.П. Глушко" | Способ контроля технического состояния жидкостного ракетного двигателя |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6868325B2 (en) | Transient fault detection system and method using Hidden Markov Models | |
| US7369932B2 (en) | System and method for turbine engine fault detection using discrete event system modeling | |
| US6804600B1 (en) | Sensor error detection and compensation system and method | |
| US7062370B2 (en) | Model-based detection, diagnosis of turbine engine faults | |
| JP4630543B2 (ja) | ガスタービンエンジンの損傷を評価するための方法及び装置 | |
| JP6610987B2 (ja) | 異常診断方法及び異常診断システム | |
| US20080097662A1 (en) | Hybrid model based fault detection and isolation system | |
| US9651457B2 (en) | Method for detecting deterioration in a turbomachine by monitoring the performance of said turbomachine | |
| RU2684225C2 (ru) | Инструмент валидации системы мониторинга авиационного двигателя | |
| KR20190115953A (ko) | 편차의 변화율을 이용한 발전 설비의 위험도 진단 시스템 및 방법 | |
| US20130179097A1 (en) | Method for monitoring a measuring chain of a turbojet engine | |
| CN113383154B (zh) | 用于监测液压机械单元的运行状态的方法 | |
| US9896958B2 (en) | Method for monitoring an ignition sequence of a turbomachine engine | |
| RU2758781C1 (ru) | Способ контроля технического состояния жидкостного ракетного двигателя на переходных режимах стендового испытания | |
| RU2513054C1 (ru) | Способ оценки изменений технического состояния газотурбинного двигателя и определения мест и причин неисправностей в процессе эксплуатации | |
| RU2393450C1 (ru) | Способ контроля и диагностирования жидкостного ракетного двигателя | |
| KR102533572B1 (ko) | 수분 혼입 검출 장치, 수분 혼입 검출 프로그램, 수분 혼입 검출 방법, 및 수분 혼입 검출 시스템 | |
| US10676206B2 (en) | System and method for heat exchanger failure detection | |
| US11649745B2 (en) | Diagnostic method for an oil piston cooling jet valve, diagnostic device, control unit, motor vehicle | |
| Iannetti et al. | Automatic tuning strategies for model-based diagnosis methods applied to a rocket engine demonstrator | |
| Zarate et al. | Computation and monitoring of the deviations of gas turbine unmeasured parameters | |
| RU2781738C2 (ru) | Способ функционального диагностирования жидкостного ракетного двигателя при огневом испытании | |
| RU2774006C1 (ru) | Способ контроля технического состояния жидкостного ракетного двигателя | |
| Dallabona et al. | Friction estimation for condition monitoring of wind turbine hydraulic pitch system | |
| Manservigi et al. | Validation of an Advanced Diagnostic Methodology for the Identification and Classification of Gas Turbine Sensor Faults by Means of Field Data |