Способ контроля технического состояния жидкостного ракетного двигателя
METHOD FOR MONITORING THE TECHNICAL CONDITION OF A LIQUID ROCKET ENGINE

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
n
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:
п
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 для τ определяется по формуле
(p,n-2)
п
п
где t - 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, то отмечают нормальную работу двигателя, а если как минимум для трех параметров двигателя выполняется условие τ≥τ, 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
п
На фиг. представлена характерная картина поведения текущих значений критерия Стьюдента τ(-) и их пороговых значений τ(--), 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.
n
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:
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.
п
Пороговое значение τ для τ, соответствующее аномальному поведению измеряемого параметра, определяется по формуле
(p,n-2)
где t - критическое значение распределения Стьюдента для текущего числа точек временного ряда измерений n и заданного уровня вероятности р.
Если для всех измеряемых параметров выполняется условие
п
τ<τ,
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.