СИСТЕМА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ВИБРОДИНАМИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ АВИАЦИОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Техническое решение относится к области организации технического обслуживания и ремонта, эффективной эксплуатации сложных дорогостоящих объектов, преимущественно систем, агрегатов и механизмов управления двигателей летательных аппаратов как гражданского, так и иного назначения. Оно может быть использовано для оперативного анализа их технического состояния, принятия решения о продлении ресурса и назначения объема ремонта.
В частности, оно касается диагностирования технического состояния по вибродинамическим параметрам устройств, обеспечивающих функционирование и управление режимом работы авиадвигателя, таких, например, как приводы постоянных оборотов, корпуса приводов, насос-регулятор и другие, характеризующиеся большим числом различного рода механических, гидрогазовых и электрических соединений. Предлагаемое решение используется для оперативного выявления изменения техсостояния двигателя, анализа динамики развития дефекта и выявления предотказного состояния возможных неисправностей объекта, способных привести к его неработоспособности - критическому изменению технического состояния Двигателя. Для анализа динамики развития дефекта и выявления предотказного режима соответствующего устройства, обеспечения надежной эксплуатации этого объекта по техническому состоянию.
Решение также может быть использовано для аналогичных задач и в других областях человеческой деятельности, например при определении целесообразности длительной эксплуатации оборудования на автомобильном транспорте, при оценке эффективности работ по испытаниям при сертификации продукции, в том числе
военного назначения, для определения рациональных сроков периодического обследования объектов.
Известны и широко применяются аналоги настоящего решения - различные способы и соответствующие средства диагностирования технических объектов и состояния их оборудования в течение установленного (планируемого) срока службы, основанные на проверке исправности в основном их электрических цепей, фактов нарушения сопротивления изоляции и других. Это, например система, содержащая блок задания тестовых электрических импульсов и индикатор прохождения команд, соединенные через устройство обработки и анализа данных с блоком отображения результатов диагностирования.
Основными недостатками отмеченных, на примере указанной, систем диагностирования являются такие, как невозможность учета влияния механических воздействий на работоспособность аппаратуры авиационного оборудования, в частности широкого класса вибрационных, а также ударных ускорений и других - диагностируется лишь прохождение электрических сигналов по цепям устройства [Коробов А.И. и др. Испытания радиоэлектронной, электронно-вычислительной аппаратуры. -М., «Радио и связь» 1987]. Такие системы не позволяют определить состояние объекта вследствие воздействия динамических силовых факторов в преддверии отказа.
Известны при этом системы диагностирования, работа которых также основана на создании тестовых воздействий, в основном механических, в виде статического нагружения наиболее ответственных элементов объекта, замерах, в частности с помощью тензоизмерительной аппаратуры, отклика объекта, например податливости его элементов подвески, эксплуатационных перемещений. При последующем анализе величины и характера отклика путем его сравнения с тестовым значением, и отображении полученного результата, принимают решение о
возможности дальнейшей эксплуатации объекта или проведении необходимых регламентных работ.
Такая система диагностирования является наиболее близким аналогом предложенному техническому решению - его прототипом. Она содержит соединенные последовательно блок задания параметров тестовых воздействий и имитационный стенд, выполненный в виде силового гидравлического цилиндра, к которому подключен блок обработки и анализа данных, содержащий логические устройства. К нему также подключены: по входу - измеритель откликов элементов авиационного оборудования, а по выходу - блок отображения результатов диагностирования, например электронный монитор типа FIatron 775FT. [Ищенко В.В. «Испытания установок вооружения летательных аппаратов»: Учебник - М.: Изд-во МАИ,1999. - 88 с.:ил.].
К основным недостаткам такой системы - прототипа можно отнести его узкие возможности по анализу текущих технических параметров объекта, в частности при проведении диагностирования невозможно достаточно точно и оперативно определить вибродинамическое, в смысле возможного (ожидаемого) отказа, состояние авиационного оборудования. Испытания позволяют выяснить лишь факт выхода его параметров за предельный допуск и не дают информации о будущем поведении объекта в условиях силовых динамических воздействий, когда возможны его отказ и даже неожиданное лавинообразное разрушение конструкции.
min
max
Основные методические недостатки прототипа определяются тем, что при диагностировании вибродинамического состояния объекта не имитируются (воспроизводятся) знакопеременные силовые динамические воздействия U(f) в эксплуатационном диапазоне частот f<f<f, позволяющие по отклику O(f) конструкции авиационного оборудования на возбуждения U(f) судить о изменении с течением времени t его технического состояния при накоплении дефектов,
приводящих в последующем к отказу. Развитие предотказного состояния оборудования, как правило, характеризуется разностью амплитуд
0
1
откликов O(f) на воздействия диагностируемого оборудования, соответственно O(f) - перед началом его ввода в эксплуатацию (t=0) и O(f) - с течением проработанного времени (t->оо).
Величина бR(f) неизбежно возрастает при накоплении разрушений элементов, люфтов в соединениях и других факторов, снижающих механическую прочность конструкции оборудования, и достигает перед его отказом (возможным разрушением конструкции) значения бA(f), устанавливаемого, например, на основе технической экспертизы или статистических эксплуатационных данных.
0
1
При этом, наблюдается также дрейф бW пиковых значений откликов O(f)) и O(f) относительно друг друга по частоте, вызванный разнесением (сдвигом фаз) резонансных явлений в конструкции испытуемого объекта вследствие развития в нем предотказного состояния, вызванного совокупностью различных нарушений в конструкции, и фиксируемый соответствующими датчиками по откликам Щ(f), как
Таким образом, получаем ясную картину развития с течением времени t->оо вибродинамического нагружения оборудования, диагностирования его предотказного состояния и векторный критерий оценки необходимости передачи объекта на регламентные работы в виде
где, значение бWэкс для различных видов авиационного оборудования может быть также задано на основе предварительных их обследований или экспертных оценок.
На фиг.1, для иллюстрации критерия (3), показаны соответствующие графические зависимости.
Применительно к задаче, решаемой настоящим предложением, его целью, является расширение функциональных возможностей системы по анализу вибродинамического нагружения авиационного оборудования, увеличению точности и оперативности диагностирования его предотказного состояния.
Указанные результаты при осуществлении предложенного технического решения достигаются тем, что в известной системе диагностирования вибродинамического состояния авиационного оборудования, содержащей соединенные последовательно блок задания тестовых воздействий, имитационный стенд, блок обработки и анализа данных, к которому подключен измеритель откликов, и устройство отображения результатов диагностирования, с целью расширения ее функциональных возможностей, увеличения точности и оперативности определения предотказного состояния оборудования, дополнительно блок задания тестовых воздействий содержит задатчики амплитуд и частот, связанный с ними имитационный стенд представляет собой возбудитель динамических силовых колебаний оборудования, а измеритель его откликов на эти воздействия включает датчики, соответственно их резонансных амплитуд и частот, при этом система содержит также устройство задания экспертных данных, содержащее параллельно включенные в него модули ввода параметров об уровнях допустимой разности амплитуд и частот соответственно, и блок ввода исходных характеристик оборудования, содержащий задатчики амплитуды и частоты, по своим выходам связанные с первыми входами содержащихся в блоке обработки и анализа данных первого и второго устройств сравнения, соединенные также с выходами датчиков амплитуд и частот измерителя откликов оборудования на возбуждаемые колебания, а своими выходами
подключенные к соответствующим компараторам, ко вторым входам которых подключены выходы модулей устройства задания экспертных данных.
На чертеже изображены соответственно на фиг.1 графическая схема, поясняющая определение критерия (3), на фиг.2 блок-схема системы диагностирования системе диагностирования вибродинамического состояния авиационного оборудования.
Система диагностирования вибродинамического состояния авиационного оборудования содержит соединенные последовательно блок задания тестовых воздействий 1, имитационный стенд 2, блок 3 обработки и анализа данных, к которому подключен измеритель 4 откликов, и устройство 5 отображения результатов диагностирования, с целью расширения ее функциональных возможностей, увеличения точности и оперативности определения предотказного состояния оборудования, дополнительно блок 1 задания тестовых воздействий содержит задатчики амплитуд 6 и частот 7, связанный с ними (6 и 7) имитационный стенд 2 представляет собой возбудитель динамических силовых колебаний оборудования, а измеритель 4 его откликов на эти воздействия включает датчики соответственно их резонансных амплитуд 8 и частот 9. При этом, система содержит также устройство 10 задания экспертных данных, включающее модули ввода параметров об уровнях допустимой разности амплитуд 11 и частот 12 соответственно, и блок 13 ввода исходных характеристик оборудования, имеющий задатчики амплитуды 14 и частоты 15, по своим выходам связанные с первыми входами содержащихся в блоке 3 обработки и анализа данных первого 16 и второго 17 устройств сравнения, соединенных также с выходами датчиков амплитуд 8 и частот 9 измерителя 4 откликов оборудования на возбуждаемые колебания, а своими выходами подключенные к соответствующим компараторам 18 и 19, ко вторым
входам которых подключены выходы модулей 11 и 12 ввода параметров устройства задания экспертных данных.
Система функционирует следующим образом:
0
0
Предварительно, при конструировании и отработке конкретного типа авиационного оборудования, расчетным путем или экспериментально, например в процессе проведения его приемо-сдаточных испытаний, определяют характеристики O(f) и f(O) объекта перед началом его ввода в эксплуатацию и вносят их в техническую документацию изделия.
0
0
Перед началом работы системы, при подготовке исходной информации для диагностирования оборудования, посредством задатчиков 6 и 7 блока 1 устанавливают управляющие для имитационного стенда 2 сигналы амплитуды mod(U(f)) и частоты arg(U(f)) требуемых тестовых воздействий U(f). Аналогичным образом, в устройстве 10 задания экспертных данных, посредством его модулей 11 и 12 ввода параметров об уровнях допустимой разности амплитуд и частот, устанавливают сигналы экспертных величин бA(f) и бWэкс соответственно. При этом, посредством входящих в блок 13 ввода исходных характеристик резонанса оборудования задатчиков 14 и 15 задают соответствующие ему параметры амплитуды O(f) и частоты и f(O).
1
1
Затем, в начале процесса диагностирования вибродинамического состояния оборудования, посредством имитационного стенда 2 - возбудителя динамических силовых колебаний моделируют (воспроизводят) тестовые воздействия на него U(f), заданные в блоке 1, и измеряют посредством датчиков 8 и 9 из блока 4 отклики O(f) и f(O) его конструкции на эти возбуждения.
0
1
0
1
При этом, в устройствах 16 и 17 блока 2 обработки и анализа данных производят сравнения соответствующих параметров сигналов [O(f)-O(f)] и [f(O)-f(O)], после чего, путем сравнения их результатов с сигналами бA(f) и бWэкс,
заданными в модулях 11 и 12 устройства 10, определяют в компараторах 18 и 19 частные результаты диагностирования испытываемого оборудования.
При необходимости процедуру осуществляют в необходимых количествах для других диапазонов тестовых воздействий, например в зависимости от изменения конструкции объекта. При этом, все необходимые для анализа параметры визуализируются в блоке 4 отображения результатов диагностирования, после чего принимают решение о возможности дальнейшей эксплуатации данной конструкции.
Таким образом, заявленное решение является достаточно эффективным инструментом анализа вибродинамического (технического) состояния авиационного оборудования, обеспечивая расширение функциональных возможностей системы по анализу его параметров, увеличению точности и оперативности определения предотказного состояния, целесообразности его дальнейшей эксплуатации, в полной мере и оперативно решает поставленную задачу.