СПОСОБ ОПЕРАТИВНОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ПРЕДПОМПАЖНОГО СОСТОЯНИЯ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ
METHOD FOR RAPID DIAGNOSTICS OF PRE-SURGE CONDITION OF GAS TURBINE ENGINES OF AIRCRAFT

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к диагностике состояния газотурбинных двигателей (ГТД) воздушных судов (ВС), а именно к диагностике предпомпажного состояния и может быть использовано с целью оперативного выявления предпомпажных режимов работы ГТД для своевременного применения существующих противопомпажных систем ВС, которые при своевременном включении не допускают выхода из строя или разрушения ГТД ВС.
Известен способ диагностики помпажа компрессора [патент США №25178801, G01M 15/00, апрель, 1978], при котором измеряют температуру газов перед турбиной и частоту вращения ротора компрессора. При развитии срыва потока в компрессоре возрастает температура газов перед турбиной и снижается частота вращения ротора и вывод о развитии помпажа в компрессоре делают в случае превышения порогового значения отношения температуры газов перед турбиной к частоте вращения ротора.
Недостатком способа является то, что величина отношения температуры газов перед турбиной к частоте вращения ротора зависит не только от помпажного, но и от других режимов работы ГТД, например, при дросселировании, на основании чего может быть сделан ложный вывод о наличии помпажа.
Известен способ диагностики помпажа компрессора [патент РФ №2382909, С2, опубликовано 27.02.2010, бюл. №6], при котором измеряют давление за компрессором, температуру газа за турбиной и частоту вращения ротора, затем производят вычисление производной давления за компрессором ГТД и температуры газа за турбиной и сравнивают полученное отношение производных температуры и давления к частоте вращения ротора с заданным пороговым значением, и, в случае превышения полученной величиной порогового значения, делают вывод о наличии помпажа компрессора.
Недостатком этого способа является то, что это способ позволяет устанавливать наличие помпажа уже при фактическом наступлении помпажного режима работы компрессора, так как пороговое значение назначают достаточно высоким при этом недостаточно количество времени для применения противопомпажных средств защиты для того чтобы предотвратить помпаж. Снижение порогового значения для более ранней диагностики помпажа может привести к получению ложных выводов о наличии помпажа при изменении режимов работы ГТД.
Близких аналогов заявленного способа оперативного диагностирования предпомпажного состояния газотурбинных двигателей воздушных судов не выявлено.
Техническим результатом применения заявленного способа является повышение достоверности определения начала развития предпомпажных процессов авиационных двигателей что обеспечивает увеличение времени для применения противопомпажных средств защиты за счет раннего обнаружения предпомпажного режима работы ГТД.
Технический результат достигается тем, что принимают акустические сигналы, по меньшей мере, одного виброакустического датчика, установленного в зоне компрессора на силовых элементах, измеряют амплитуды сигналов датчика, разделяют полученные амплитуды акустического сигнала на выборки по времени, для которых вычисляют центральные моменты второго, четвертого порядков, а также дисперсию, с использованием полученных данных вычисляют инвариант распределения амплитуд сигналов выборки каждого датчика, сравнивают его с заданным значением, при выполнении условия I≥2 хотя бы для одного датчика, где I -инвариант распределения амплитуд акустического сигнала, принимают решение о наличии предпомпажного режима работы газотурбинного двигателя и подают сигнал на применение противопомпажных средств защиты.
Известно, [Л.Д. Колесинский, Исследование процессов развития вращающегося срыва в осевом компрессоре после нарушения газодинамической устойчивости, Ученые записки ЦАГИ №1-2, 2008, С. 92-97], что предпомпажное состояние ГТД характеризуется степенью развития вращающегося срыва на одной или нескольких ступеней компрессора. Вращающийся срыв приводит к возникновению акустических колебаний, при воздействии которых на детали компрессора возникают механические колебания, распространяющиеся в виде вибрации по всем конструктивным элементам ГТД. Образование вращающегося срыва позволяет диагностировать предпомпажный режим работы ГТД и анализ виброакустических процессов при работе ГТД позволяет обнаружить начало предпомпажного режима работы ГТД. Так же известно, [Попов А.В., Романов А.А., Волошина B.C. Разработка аппаратно-программного комплекса акустической диагностики предпомпажного состояния газотурбинных двигателей Информационно-аналитический журнал «Инженер и промышленник сегодня» №№1-2 март-апрель 2020. С. 36-39], что распределение амплитуд акустического сигнала исправно работающего ГТД близко к нормальному закону распределения случайных величин. О наличии предпомпажного режима работы ГТД будет говорить отклонение распределения амплитуд акустического сигнала, полученного при работе ГТД от нормального теоретического распределения случайных величин. Поэтому согласно изобретению принимают акустические сигналы, по меньшей мере, одного виброакустического датчика, установленного в зоне компрессора на силовых элементах, измеряют амплитуды сигналов датчика, разделяют полученные амплитуды акустического сигнала на выборки по времени, для которых вычисляют центральные моменты второго, четвертого порядков, а также дисперсию, с использованием полученных данных вычисляют инвариант распределения амплитуд сигналов выборки каждого датчика, сравнивают его с заданным значением, при выполнении условия I≥2 хотя бы для одного датчика, где I - инвариант распределения амплитуд акустического сигнала, принимают решение о наличии предпомпажного режима работы газотурбинного двигателя и подают сигнал на применение противопомпажных средств защиты.
Разработанный способ может быть реализован с помощью устройства, представленного на фиг. 1, где 1.1…1.n - блоки регистрации акустического сигнала с ГТД; 2.1…2.n - блоки вычисления центральных моментов второго и четвертого порядков для амплитуд акустических сигналов; 3.1…3.n - блоки вычисления дисперсии для амплитуд акустических сигналов; 4.1…4.n - блоки вычисления инварианта для амплитуд акустических сигналов; 5 - схема сравнения полученных инвариантов с заданным значением и подача сигнала для применения противопомпажных средств защиты.
зад.
Назначение элементов устройства ясны из названия. Устройство работает следующим образом: Виброакустические датчики (1.1…1.n) установленные в зоне компрессора на силовых элементах, измеряют амплитуды сигналов датчика, разделяют полученные амплитуды акустического сигнала на выборки по времени, для которых в блоках 2.1…2.n и 3.1…3.n вычисляют центральные моменты второго, четвертого порядков, а также дисперсию, с использованием полученных данных в блоках 4.1…4.n вычисляют инвариант распределения амплитуд сигналов выборки каждого датчика, в блоке 5 сравнивают его с заданным значением (I), при выполнении условия I≥2 хотя бы для одного датчика, где I - инвариант распределения амплитуд акустического сигнала, принимают решение о наличии предпомпажного режима работы газотурбинного двигателя и подают сигнал на применение противопомпажных средств защиты.