RU2820905C2 - Способ коррекции математической модели жидкостного ракетного двигателя - Google Patents
Способ коррекции математической модели жидкостного ракетного двигателя Download PDFInfo
- Publication number
- RU2820905C2 RU2820905C2 RU2022128595A RU2022128595A RU2820905C2 RU 2820905 C2 RU2820905 C2 RU 2820905C2 RU 2022128595 A RU2022128595 A RU 2022128595A RU 2022128595 A RU2022128595 A RU 2022128595A RU 2820905 C2 RU2820905 C2 RU 2820905C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mathematical model
- engine
- equations
- liquid
- parameters
- Prior art date
Links
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 239000003380 propellant Substances 0.000 title claims abstract description 12
- 238000012937 correction Methods 0.000 title abstract description 8
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000011161 development Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000654 additive Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 abstract 1
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 5
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 4
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002828 fuel tank Substances 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к ракетно-космической области, в частности жидкостным ракетным двигателям (ЖРД), и предназначено для использования при их экспериментальной доводке, эксплуатации и модернизации. С целью идентификации математической модели двигателя проводят коррекцию уравнений его математической модели по результатам измерений параметров двигателя на огневом испытании путем введения в каждое уравнение аддитивных коэффициентов коррекции, что позволяет скорректировать математическую модель ЖРД при отсутствии заранее регламентируемого состава корректируемых уравнений математической модели или недостоверности измерений одного или нескольких параметров. Такая модель гибко реагирует на изменение состава измерений в случае потери одного или нескольких датчиков, проблем с получением или обработкой части информации и по степени адекватности применима для замещения части огневых испытаний цифровым. При реализации заявленного способа достигается расширение средств достоверной расчетной имитации работы ЖРД в разнообразных условиях его эксплуатации и, в конечном итоге, в замене части натурных испытаний расчетными исследованиями при экспериментальной доводке, эксплуатации и модернизации ЖРД.
Description
Область техники
Изобретение относится к ракетно-космической области, в частности жидкостным ракетным двигателям (ЖРД), и предназначено для использования при их экспериментальной доводке, эксплуатации и модернизации.
Уровень техники
Известен способ параметрической идентификации математической модели объекта по патенту РФ №2444043, МПК G05B 17/02, G06F 17/18 от 27.02.2012 г. Способ включает определение значений входных и выходных сигналов объекта и идентифицируемых параметров математической модели, представленной в виде системы уравнений. Входные сигналы рассчитывают по измеренным и функционально связанными с ними параметрам, а выходные - только измеряют. В данный момент времени t, полагая значения входных и выходных сигналов, а также состав идентифицируемых параметров модели известными, их текущие значения определяют следующим образом. Рассчитывают невязки как разности между левой и правой частями уравнений, определяют и минимизируют взвешенную сумму квадратов невязок, приравнивая ее частные производные по идентифицируемым параметрам нулю и, решив полученную систему уравнений относительно идентифицируемых параметров, находят их значения в момент времени t + Δt.
Постоянно обновляющиеся идентифицируемые параметры модели используют для построения прогнозирующей модели при управлении объектом.
Этот способ идентификации можно рассматривать как способ коррекции, в котором состав корректируемых параметров математической модели объекта контроля заранее регламентируется.
Известен также способ коррекции математической модели жидкостного реактивного двигателя (ЖРД) (патент РФ №2749497, МПК F02K 1/00, G06F 17/18, G05B 17/00 от 28.02.2020 г.), в котором с целью идентификации математической модели ЖРД проводят коррекцию уравнений математической модели по результатам его многорежимного стендового испытания путем введения в уравнения модели экспериментальных данных и мультипликативных коэффициентов коррекции. При этом количество непосредственной корректируемых уравнений ограничено и равно количеству используемых для идентификации измерений.
Этот способ наиболее близок к заявляемому способу, так как идентификация математической модели достигается путем коррекции системы уравнений, описывающей рабочие процессы в объекте контроля.
Однако рассмотренный прототип имеет следующий недостаток: состав корректируемых уравнений математической модели прототипа ограничен составом измеряемых параметров, регламентируемым штатной программой измерения. На практике состав измеряемых параметров значительно меньше количества уравнений, и, следовательно, количества корректируемых параметров математической модели.
Раскрытие изобретения
В предлагаемом изобретении отмеченный недостаток прототипа устранен за счет введения в каждое уравнение математической модели двигателя аддитивных корректирующих поправок с целью учесть во всех уравнениях математической модели особенности функционирования конкретного экземпляра двигателя при огневом многорежимном испытании.
Предлагаемый способ обеспечивает коррекцию математической модели ЖРД также и в тех случаях, когда используемый состав измеряемых параметров может варьироваться в зависимости от достоверности измерений одного или нескольких датчиков в процессе огневого испытания двигателя.
Такая математическая модель гибко реагирует на изменение состава измерений в случае их недостоверности вследствие потери информации от одного или нескольких датчиков.
Технический результат заключается в расширении средств достоверной расчетной имитации работы ЖРД в разнообразных условиях его эксплуатации и, в конечном итоге, в замене части натурных испытаний расчетными исследованиями при экспериментальной доводке, эксплуатации и модернизации ЖРД.
Осуществление изобретения
Способ реализуют следующими действиями.
1. Проводят огневое стендовое испытание по циклограмме, содержащей различные режимы работы ЖРД. На этих режимах измеряют K параметров двигателя, задействованные в его математической модели, представленной в виде системы уравнений, связывающей N переменных параметров двигателя
(параметры, используемые для замыкания системы (1), например, параметры управления режимами работы двигателя, полагаются известными.
2. На каждом режиме испытания решают систему уравнений (1), в левую часть каждого ее уравнения подставляют измеренные значения и расчетные значения переменных и вычисляют невязки
где - измеренные значения, расчетных значений переменных.
3. Ряд невязок (2) (2), применяя, например, метод наименьших квадратов, аппроксимируют и определяют для каждого уравнения (1) корректирующую поправку как функцию параметров управления режимами работы двигателя, например, положений приводов α1 - регулятора расхода горючего и α2 - дросселя горючего:
где - аппроксимирующая функция.
Корректирующие поправки подставляют в систему уравнений (1):
и получают математическую модель двигателя, скорректированную по результатам его огневого испытания. Математическая модель вида (4) представляет собой систему уравнений (1), в правой части которой в каждом уравнении содержится корректирующая поправка.
Эту математическую модель применяют для управления двигателем на последующих огневых испытаниях, а также для замещения части огневых испытаний двигателя цифровым моделированием.
Для иллюстрации предлагаемого способа локализации неисправности при огневом испытании рассмотрим ЖРД с вытеснительной подачей топлива в камеру сгорания на стационарном режиме работы, математическая модель которого представлена системой уравнений:
где - давления в баке окислителя и горючего; - давление в камере сгорания; - расходы окислителя и горючего; - положение приводов дросселей окислителя и горючего; - коэффициенты гидросопротивления тракта окислителя и горючего, как функции Параметры полагаются известными (измеренными) внешними параметрами, не входящими в переменные двигателя и используются только для замыкания системы уравнений (5).
Пусть параметр измеряют на испытании. Решив систему уравнений (5), и определяют расчетные значения остальных параметров. Далее, подставив в каждое уравнение все измеренные переменные (верхний символ *) и расчетные (верхний символ 0) значения параметров, получают систему уравнений:
Выполнив эту процедуру на всех М режимах испытания, получают ряды невязок для каждого уравнения:
Каждый ряд аппроксимируют, например, по методу наименьших квадратов функциями от и получают поправки с помощью которых формируют скорректированную на данном испытании систему уравнений:
Промышленная применимость
Предлагаемый способ коррекции математической модели ЖРД проработан и прошел апробирование на предприятии АО «НПО Энергомаш имени академика В.П. Глушко» при экспериментальной доводке, эксплуатации и модернизации ЖРД.
Claims (1)
- Способ коррекции математической модели жидкостного ракетного двигателя, в котором для идентификации математической модели двигателя проводят коррекцию уравнений его математической модели по результатам измерений параметров двигателя на огневом испытании путем введения в уравнения модели корректирующих поправок, отличающийся тем, что математическую модель корректируют так, что на каждом режиме огневого испытания измеряют K параметров двигателя, задействованные в его математической модели, представленной в виде системы уравнений, связывающей N переменных x1, …, xN параметров двигателя как fi(x1, …, xN) = 0, i = 1, 2, …, N; K < N, на каждом режиме испытания решают систему уравнений, в левую часть каждого уравнения подставляют измеренные и расчетные значения переменных, вычисляют невязки на всех М режимах огневого испытания, и полученный на каждом режиме для каждого уравнения ряд невязок δi1, δi1, …, δiM аппроксимируют как функцию Δi параметров управления режимами работы двигателя, а математическую модель формируют в виде системы уравнений fi(x1, x2, …, xn) = Δi и применяют для управления двигателем на последующих огневых испытаниях, а также для замещения части огневых испытаний двигателя цифровым моделированием.
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2022128595A RU2022128595A (ru) | 2024-05-03 |
RU2820905C2 true RU2820905C2 (ru) | 2024-06-11 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6748349B1 (en) * | 1999-05-07 | 2004-06-08 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Generalized fluid system simulation program |
RU2256950C2 (ru) * | 2003-06-16 | 2005-07-20 | Кемеровский государственный университет | Способ идентификации линеаризованного динамического объекта |
RU2444043C1 (ru) * | 2010-10-11 | 2012-02-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мурманский государственный технический университет" (ФГОУВПО "МГТУ") | Способ параметрической идентификации математической модели судна |
CN103412493A (zh) * | 2013-07-29 | 2013-11-27 | 北京航空航天大学 | 固液动力巡航飞行器飞行任务规划仿真系统 |
RU2749497C1 (ru) * | 2020-02-28 | 2021-06-11 | Акционерное общество "НПО Энергомаш имени академика В.П. Глушко" | Способ коррекции математической модели жидкостного ракетного двигателя |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6748349B1 (en) * | 1999-05-07 | 2004-06-08 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Generalized fluid system simulation program |
RU2256950C2 (ru) * | 2003-06-16 | 2005-07-20 | Кемеровский государственный университет | Способ идентификации линеаризованного динамического объекта |
RU2444043C1 (ru) * | 2010-10-11 | 2012-02-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мурманский государственный технический университет" (ФГОУВПО "МГТУ") | Способ параметрической идентификации математической модели судна |
CN103412493A (zh) * | 2013-07-29 | 2013-11-27 | 北京航空航天大学 | 固液动力巡航飞行器飞行任务规划仿真系统 |
RU2749497C1 (ru) * | 2020-02-28 | 2021-06-11 | Акционерное общество "НПО Энергомаш имени академика В.П. Глушко" | Способ коррекции математической модели жидкостного ракетного двигателя |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10408707B2 (en) | Abnormality diagnosing method and abnormality diagnosing system | |
EP0858017B1 (en) | Means and method for system performance tracking | |
RU2654310C2 (ru) | Способ и устройство контроля параметра ракетного двигателя | |
EP1342134B1 (en) | Tracking systems for detecting sensor errors | |
US20200248622A1 (en) | Machine learned aero-thermodynamic engine inlet condition synthesis | |
EP1930568B1 (en) | Method and system for monitoring process states of an internal combustion engine | |
CN110134014B (zh) | 周期伺服系统幂次吸引重复控制的等效扰动补偿方法 | |
EP3244043B1 (en) | Apparatus and method for controlling an egr valve | |
Kobayashi et al. | Hybrid Kalman filter approach for aircraft engine in-flight diagnostics: Sensor fault detection case | |
RU2820905C2 (ru) | Способ коррекции математической модели жидкостного ракетного двигателя | |
Chelouati et al. | Remaining useful life prediction for liquid propulsion rocket engine combustion chamber | |
Liu et al. | Aircraft engine sensor fault diagnostics using an on-line OBEM update method | |
US20180258883A1 (en) | Method for controlling the pressure and a mixture ratio of a rocket engine, and corresponding device | |
US4161101A (en) | Control system for and method of zero error automatic calibration of gas turbine temperature control parameters | |
JP2010079464A (ja) | プラント制御システムおよびプラント制御方法 | |
Litt et al. | Evaluation of an outer loop retrofit architecture for intelligent turbofan engine thrust control | |
RU2749497C1 (ru) | Способ коррекции математической модели жидкостного ракетного двигателя | |
Turso et al. | Intelligent, Robust Control of Deteriorated Turbofan Engines via Linear Parameter Varing Quadratic Lyapunov Function Design | |
Visser et al. | Experience with gsp as a gas path analysis tool | |
RU2750874C1 (ru) | Способ контроля характеристик агрегатов жидкостного ракетного двигателя при огневом испытании | |
RU2756558C2 (ru) | Способ регулирования параметров жидкостного ракетного двигателя | |
RU2820906C2 (ru) | Способ локализации неисправности жидкостного ракетного двигателя при огневом испытании | |
Wang et al. | Parameter Estimation and Performance Seeking of a Marine Gas Turbine Based on Extended Kalman Filter | |
CN117908500A (zh) | 基于滑模观测器的航空发动机控制系统执行机构故障检测方法 | |
EP4198655A1 (en) | Establishing or improving a simulation model of an electrolyzer plant |