Способ контроля технического состояния жидкостного ракетного двигателя Российский патент 2022 года по МПК G01M15/14 

Область техники

Изобретение может быть использовано для анализа функционирования широкого класса технических систем, в частности, в ракетно-космической технике для контроля технического состояния жидкостного ракетного двигателя при его огневых стендовых испытаниях.

Уровень техники

Аналогом предлагаемого изобретения, принятым за прототип, является способ диагностики технического состояния машин по патенту №2580587 МПК B61K 9/04, 2015 г., заключающийся в измерении текущих параметров каждого из контролируемой группы однотипных объектов, работающих при одинаковых внешних условиях, оценке пределов разброса текущих значений параметров и сравнении их с пороговыми значениями, по превышению которых судят о наличии дефекта у отдельных объектов в группе.

При его использовании для каждого однотипного механизма проводят цикл испытаний при одинаковых внешних условиях, в каждом цикле рассчитывают медианные значения контрольных измерений и размахи верхних и нижних отклонений, полученных при испытании значений, от соответствующих медиан. Отношения таких размахов принимаются как критерии наличия или отсутствия дефектов. Т.е. образцы, у которых эти показатели превышают пороговые значения, признаются дефектными. Пороговые значения определяются для каждой группы в зависимости от количества образцов в группе и принятому уровню вероятности.

Этот способ принят за прототип, так как он основан на обработке экспериментальных данных с целью определения их статистических характеристик как критериев наличия или отсутствия дефектов и последующего сравнения полученных критериев с их пороговыми значениями.

Недостаток известного способа заключается в том, что он позволяет выявить дефектный образец в группе однотипных объектов, но не позволяет различить классы неисправностей и анализировать их причины.

Задачей изобретения является создание способа контроля технического состояния жидкостного ракетного двигателя, с помощью которого можно выявить и парировать развивающиеся неисправности.

Раскрытие изобретения

Эта задача решена за счет того, что способ контроля технического состояния жидкостного ракетного двигателя заключается в измерении текущих значений параметров двигателя, оценке критериев их разброса и сравнении получаемых значений критериев с их пороговыми значениями, по превышению которых судят о возникновении неисправности, при этом выявление неисправностей двигателя осуществляют на стационарных режимах огневых стендовых испытаний путем статистической обработки текущих значений измеряемых параметров с использованием критерия Стьюдента, для чего определяют значение критерия Стьюдента τ, соответствующее данному моменту времени и измеренному в этот момент времени значению x_n:

где σ - среднее квадратичное отклонение и - среднее значение измеряемого параметра, определенные по значениям временного ряда, состоящего из значений анализируемого параметра, измеренных в диапазоне от начала данного режима до рассматриваемого момента времени, пороговое значение τ_п для τ определяется по формуле

где t_(p,n-2) - критическое значение распределения Стьюдента для текущего числа точек временного ряда измерений n и заданного уровня вероятности p и, если для всех измеряемых параметров выполняется условие τ<τ_п, то отмечают нормальную работу двигателя, а если как минимум для трех параметров двигателя выполняется условие τ≥τ_п, то фиксируют момент времени возникновения неисправности и неисправный агрегат по первому параметру, вышедшему за пороговое значение, и прекращают испытание.

Технический результат заключается в выявлении и парировании влияния на двигатель развивающихся неисправностей, что в конечном счете обеспечивает выключение двигателя до начала необратимых изменений и предотвращение катастрофических последствий.

Предлагаемый способ не требует предварительного определения пороговых значений параметров двигателя, соответствующих его нормальной работе, и основан на статистическом анализе измерений, получаемых во время работы двигателя на отдельно взятом стационарном режиме испытания, характерном постоянными положениями регулирующих агрегатов и постоянными условиями на входе в двигатель. Получаемые в таких условиях данные можно представить, как ряд повторных измерений параметров двигателя, проводимых с малым шагом по времени и составляющих, для каждого параметра, свой временной ряд. Такое представление экспериментальных данных, измеренных за весь период от начальной точки данного режима до рассматриваемой, обеспечивает обоснованное применение методов статистического анализа и позволяет связать факт возникновения неисправности с изменением статистических характеристик получаемых временных рядов.

Описание изобретения

На фиг. представлена характерная картина поведения текущих значений критерия Стьюдента τ(-) и их пороговых значений τ_п(--), определенных по измерениям давления на выходе 1-й ступени насоса горючего на отдельно взятом стационарном режиме испытания двигателя, на котором возникла неисправность. Момент времени достижения порогового значения однозначно отражает момент возникновения неисправности.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

В предлагаемом способе контроля технического состояния двигателя применяется метод, разработанный для выявления и исключения результатов повторных измерений с аномальными погрешностями [Третьяк Л.Н. Обработка результатов наблюдений Оренбург: ГОУ ОГУ, 2004. 171 с.], причинами которых могут быть аварии, неконтролируемые неисправности, ошибки оператора, изменения условий измерений и т.п.

В процессе работы двигателя на стационарном режиме во время стендового испытания предлагаемый способ используется в режиме поступления экспериментальных данных следующим образом.

На текущем стационарном режиме испытания двигателя с определенным шагом по времени измеряются параметры рабочих процессов двигателя. Для каждого измеряемого параметра согласно [Львовский Е.Н. Статистические методы построения эмпирических формул М.: Высшая школа, 1982. 224 с.] определяется текущее значение критерия Стьюдента τ, соответствующее данному моменту времени и измеренному в этот момент времени значению x_n:

где σ - среднее квадратическое отклонение и - среднее значение измеряемого параметра, определенные по значениям временного ряда, состоящего из значений анализируемого параметра, измеренных в диапазоне от начала данного режима до рассматриваемого момента времени.

Пороговое значение τ_п для τ, соответствующее аномальному поведению измеряемого параметра, определяется по формуле

где t_(p,n-2) - критическое значение распределения Стьюдента для текущего числа точек временного ряда измерений n и заданного уровня вероятности р.

Если для всех измеряемых параметров выполняется условие

τ<τ_п,

то отмечают нормальную работу двигателя.

На практике в случае возникновения неисправности статистические характеристики измерений (1) разных параметров выходят за пороговые значения (2), т.е. выполняется условие

причем эти характеристики могут как выйти, так и вернуться в область безопасных значений. Поэтому во избежание принятия ложного решения применяется принцип «троирования»: если как минимум для трех параметров двигателя выполняется условие (3), то фиксируют момент времени возникновения неисправности по первому параметру, вышедшему за пороговое значение, и прекращают испытание.

Так как неисправность конкретного агрегата двигателя отражается, в первую очередь, в тех измерениях, которые так или иначе связаны с функционированием именно неисправного агрегата, неисправный агрегат определяют также по измеряемому параметру, чьи статистические характеристики (1) первыми вышли за пороговые значения и впоследствии заменяют на исправный.

Применение указанных действий обеспечит обоснованное обнаружение возникновения неисправности, прекращение испытания с целью предотвращение развития неисправности и определение неисправного агрегата в режиме поступления экспериментальных данных при огневых стендовых испытаниях двигателя.

Изобретение относится к ракетно-космической технике для контроля технического состояния жидкостного ракетного двигателя при его огневых стендовых испытаниях. Способ контроля технического состояния двигателя состоит в измерении текущих значений параметров двигателя, оценке критериев их разброса и сравнении получаемых значений критериев с их пороговыми значениями, по превышению которых судят о возникновении неисправности, при этом контроль состояния двигателя осуществляют на стационарных режимах огневых стендовых испытаний путем обработки параметров двигателя по методу статистического анализа с использованием критерия Стъюдента, для чего в процессе огневого стендового испытания измеряют параметры двигателя на каждом стационарном режиме работы с определенным шагом по времени, при этом во время работы двигателя в данный момент времени для каждого измеряемого параметра вычисляют статистическое значение критерия Стъюдента τ и пороговое значение τ_п, и если для всех измеряемых параметров выполняется условие τ<τ_п, то отмечают нормальную работу двигателя, а в случае если для не менее чем трех измеряемых параметров выполняется условие τ≥τ_п, то фиксируют момент времени возникновения неисправности на данном стационарном режиме и прекращают испытание. Изобретение обеспечивает выявление и парирование развивающихся неисправностей жидкостных ракетных двигателей. 1 ил.

Способ контроля технического состояния жидкостного ракетного двигателя, заключающийся в измерении текущих значений параметров двигателя, оценке критериев их разброса и сравнении получаемых значений критериев с их пороговыми значениями, по превышению которых судят о возникновении неисправности, отличающийся тем, что выявление неисправностей двигателя осуществляют на стационарных режимах огневых стендовых испытаний путем статистической обработки текущих значений измеряемых параметров с использованием критерия Стъюдента, для чего определяют значение критерия Стъюдента τ, соответствующее данному моменту времени и измеренному в этот момент времени значению х_n:

,

где σ - среднее квадратичное отклонение и - среднее значение измеряемого параметра, определенные по значениям временного ряда, состоящего из значений анализируемого параметра, измеренных в диапазоне от начала данного режима до рассматриваемого момента времени, пороговое значение τ_п для τ определяется по формуле

,

где t(_p,n-2) - критическое значение распределения Стъюдента для текущего числа точек временного ряда измерений n и заданного уровня вероятности p, и если для всех измеряемых параметров выполняется условие τ<τ_п, то отмечают нормальную работу двигателя, а если как минимум для трех параметров двигателя выполняется условие τ>τ_п, то фиксируют момент времени возникновения неисправности и неисправный агрегат по первому параметру, вышедшему за пороговое значение, и прекращают испытание.