Способ локализации неисправности жидкостного ракетного двигателя при огневом испытании Российский патент 2021 года по МПК G05B17/02 

Область техники, к которой относится изобретение

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 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.

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.

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.

Недостатком этого способа является то, что он позволяет фиксировать только те неисправности, которые связаны с герметичностью газовых или жидкостных трактов двигателя

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.

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.

Раскрытие изобретения

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.

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.

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.

Осуществление изобретения

Способ реализуется следующими действиями. Систему уравнений, описывающую процессы в нормально функционирующем двигателе представляют в виде

где x₁, x₂, …, x_N - параметры модели, N - количество параметров модели.

Присваивают n неизвестным переменным x_j их измеренные значения

Исключают n уравнений из системы уравнений (1), решают систему уравнений

Решение системы (2): подставляют в n уравнений, исключенных из системы (1), и вычисляют невязки - диагностические признаки δƒ_i:

В случае, когда n=N, в уравнения системы (1) подставляют только измеренные значения и вычисляют невязки вида (3) для каждого уравнения.

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 δƒ_i 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.

Промышленная применимость

Предлагаемый способ локализации неисправности в ЖРД при огневом испытании проработан и прошел апробирование на нашем предприятии при доводке, эксплуатации и модернизации ЖРД.

Список использованных источников

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.

Изобретение относится к ракетно-космической области и предназначено для использования при доводке, эксплуатации и модернизации жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). Способ основан на использовании измеренных в процессе огневого испытания значений параметров ЖРД и математической модели двигателя, представленной в виде системы уравнений, описывающей процессы в нормально функционирующем двигателе. Для локализации неисправности применяют значения совокупности измеряемых параметров, с помощью которой последовательно исключают из исходной системы уравнений совокупности уравнений, решают укороченные системы уравнений, решение подставляют в исключенные уравнения и контролируют рассогласования левых и правых частей каждого из исключенных уравнений, и если одно или несколько отклонений выходят за границы заданных допусков, то принимается решение, что неисправность содержится в одном или нескольких элементах конструкции или контуре двигателя, описываемых этими уравнениями, и формируют сигнал системе управления для выключения двигателя или переводе на щадящий режим работы. Технический результат - обеспечение возможности проведения процедуры локализации неисправности в ЖРД в режиме реального времени и повышение оперативности формирования сигнала агрегатам управления режимами работы двигателя о его выключении или переводе на щадящий режим работы.

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.