СПОСОБ ДОВОДКИ ДВИГАТЕЛЯ
METHOD OF ENGINE DEVELOPMENT

Изобретение относится к области разработки двигателей, в частности к способам доводки двигателей до окончательного конструктивного облика.
Наиболее близким к заявленному является способ доводки двигателя, при котором разрабатывают вариант конструкции двигателя, проводят поузловые, полноразмерные и экспериментальные испытания разработанного двигателя, определяют вероятность безотказной работы по бинарному принципу, проводят ресурсные испытания двигателя, определяют по их данным вероятность безотказной работы двигателя, по значению которой принимают решение об окончательном конструктивном облике двигателя (например, Животкевич И.Н., Смирнов А.П. Надежность технических изделий. - М.: «Олита», 2003. - 472 с., стр.236; Ивченко Б.П., Мартыщенко Л.А., Монастырский М.Л. Теоретические основы информационно-статистического анализа сложных систем. - СПб.: Лань, 1997. - 320 с., стр.278-282).
Недостатком данного способа является узкая область применения в связи с тем, что данный способ доводки применяется только для модификации двигателя, а не для вновь разрабатываемой конструкции и, как следствие, требует больших материальных затрат для проведения минимального количества безотказных испытаний для определения окончательного конструктивного облика двигателя.
Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое решение, является расширение области применения данного способа доводки двигателя, в частности возможность использования данного способа для новых двигателей, не имеющих модификации, и сокращение количества зачетных испытаний, необходимых для определения окончательного конструктивного облика двигателя, и, как следствие, уменьшение материальных затрат на их проведение.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе доводки двигателя разрабатывают вариант конструкции двигателя, проводят поузловые, полноразмерные и экспериментальные испытания разработанного двигателя, определяют вероятность безотказной работы по бинарному принципу, проводят ресурсные испытания двигателя, определяют по их данным вероятность безотказной работы двигателя, по значению которой принимают решение об окончательном конструктивном облике двигателя.
Новым в предлагаемом способе является то, что после проведения поузловых, полноразмерных и экспериментальных испытаний, используя положительные данные этих испытаний, определяют коэффициент зачетности по наработке при зачете результата испытаний:
i_факт
i_пл
где τ - фактическая наработка, полученная в i-м испытании; τ - продолжительность; i-го испытания, определенная программой испытаний; определяют коэффициент зачетности испытания при положительном результате завершения программы испытаний при проведении экспериментальных работ на полноразмерном двигателе:
i
где М - число запланированных для зачета результата испытания частных целей испытаний; N - число невыполненных частных целей из М запланированных; χ - значение весового коэффициента каждой частной цели испытания;
строят по результатам расчета коэффициентов зачетности темп доводки двигателя, по данным проведенных поузловых, полноразмерных и экспериментальных испытаний разработанного двигателя и по эксплуатационным данным серийной эксплуатации двигателя-прототипа строят априорное распределение Вейбулла, определяют оценку технического риска зачета указанного ограниченного числа испытаний с использованием коэффициентов зачетности, по которой совместно с темпом доводки двигателя принимают решение о доводке двигателя разработанной конструкции, при этом при принятии решения об окончательном конструктивном облике двигателя дополнительно используют темп доводки двигателя и оценку технического риска зачета указанного ограниченного числа испытаний.
На фигурах показаны:
фиг.1 - Блок-схема осуществления способа.
фиг.2 - Оценка темпа доводки двигателя.
фиг.3 - Оценка технического риска зачета серии ограниченного числа текущих испытаний двигателя окончательного конструктивного облика.
Заявленный способ осуществляется следующим образом.
Разрабатывают вариант конструкции двигателя (фиг.1) на основании требований заказчика, указанных в техническом задании, выполняются расчетные работы и обоснования программ, планов испытаний, планов на изготовление собственно двигателя, материальной части для обеспечения его испытаний (испытательное оборудование, приспособления и т.д.).
Выполняют поузловые, полноразмерные и экспериментальные испытания двигателя разработанного варианта конструкции (фиг.1).
Выполняют расчет коэффициента зачетности испытания (фиг.1) при наработке при зачете результата испытаний по формуле 1.
Зачетными являются результаты стендовых испытаний, проводимых по графику изменения режимов, установленных программой ресурсных или летных испытаний.
Результат испытания оценивают при достижении планируемой суммарной наработки изделия для испытаний, целью которых является выполнение программы по режиму ресурсных стендовых испытаний или продолжительность применения по прямому назначению для летных испытаний. В зачет принимают результаты испытания с суммарной наработкой не менее 80…90% от планируемой при выявлении останова испытания по некритическому виду отказа двигателя или отказу, не связанному собственно с конструкцией двигателя:
i_факт
где τ - фактическая наработка, полученная в i-м испытании;
i_пл
τ - продолжительность i-го испытания, определенная программой испытаний.
Выполняют расчет коэффициента зачетности экспериментальных испытаний при положительном результате завершения программы испытаний на полноразмерном двигателе по формуле 2 (фиг.1).
Коэффициент зачетности экспериментальных испытаний на полноразмерном двигателе представляет собой отношение суммы числа зачтенных частных целей программы испытания изделия, достигнутых в i-й части программы испытаний, к планируемым целям в данном испытании. Коэффициент зачетности испытания в вероятностном смысле представляет собой вероятность выполнения согласованной программы испытаний, которая заканчивается принятием решения о съеме двигателя с испытательного стенда:
где М - число запланированных для зачета результата испытания частных целей испытаний;
N - число невыполненных частных целей из М запланированных;
i
χ - значение весового коэффициента каждой частной цели испытания.
i
Значение весового коэффициента каждой частной цели испытания χ может представлять величину, равную 1, при равнозначном влиянии на результат общего зачета испытания или величину, отличную от значения N/M, в зависимости от влияния технической составляющей частной цели на общий планируемый результат испытания. Принятие решения о введении дробного зачета экспериментального испытания, значения весовых коэффициентов обосновывается исходя из физических характеристик эксперимента.
Приведение через коэффициент зачетности к статистически однородной выборке результатов испытаний и рассмотрение указанной генеральной совокупности совместно с перечнем внедренных мероприятий позволяет выполнить количественную оценку эффективности доводки конструкции двигателя, то есть оценить показатель темп доводки двигателя (фиг.2).
Количественная характеристика темпа доводки двигателя введена по аналогии с классическим методом последовательного анализа при оценке надежности партии однородных изделий, но без количественного оценивания линий браковки / приемки.
H
i
н
В идеальном случае каждое испытание должно иметь коэффициент зачетности 1 (фиг.2), равный «1». Это положение является целевым условием. Угол наклона φ линии тренда накопленной величины значения коэффициента зачетности в этом случае соответствует 45 градусам (фиг.2). Ось абсцисс представляет собой суммарное число проведенных испытаний, ось ординат - накопленная величина коэффициента зачетности испытаний. Эффективность доводки оценивается отношением угла наклона φ(i=1…K, где K - номер доводки двигателя) линии тренда накопленной величины коэффициента зачетности 2 (фиг.2) относительно идеальной (нормирующей) величины φ и изменением параметров тренда 3 (фиг.2).
норм
На основе эксплуатационных данных серийной эксплуатации двигателя-прототипа строят априорное распределение Вейбулла с аргументом «коэффициент критичности», полученным в процессе доводки, экономически оценивают доступное число испытаний двигателя (2, 3, 4 или др.). Используя априорное распределение Вейбулла, выполняют вейбаесовую оценку технического риска зачета испытаний при нормирующей величине коэффициента зачетности k=k=1 (целевое нормирующее условие) в соответствии с формулой 3:
норм
где k - нормирующая величина коэффициента зачетности;
i
n - число зачтенных отказов в серии текущих испытаний;
AS
N - число текущих испытаний (ограниченное число испытаний двигателя);
P
N - число зачтенных априорных испытаний (предварительных испытаний при доводке двигателя без конструктивно и технологически схожего аналога и (или) - серии изделий (изделия), модернизацией которых (которого) получена рассматриваемая конструкция двигателя);
β - параметр формы априорного распределения Вейбулла (априорного или исходного распределения зачтенного числа предварительных испытаний);
- коэффициент зачетности по наработке при зачете результатов испытаний, определяемый по формуле 1;
- расчет коэффициента зачетности экспериментальных испытаний при положительном результате завершения программы испытаний на полноразмерном двигателе, определяемый по формуле 2.
- расчет коэффициента зачетности экспериментальных испытаний при положительном результате завершения программы испытаний на полноразмерном двигателе для двигателя предыдущей модификации, определяемый по формуле 2. Если разрабатываемая конструкция двигателя не имеет модификации, то тогда .
K
В том случае, когда в серии текущих ресурсных испытаний зачетных отказов нет, и, следовательно, каждый из коэффициентов зачетности отдельного испытания соответствует 1, а величина  для определения консервативной 63%-ной нижней доверительной границы оценки R(k) (в соответствии со свойствами распределения Вейбулла) значение  принимается равным 1.
На основе оценки темпа доводки двигателя и оценки технического риска зачета испытаний принимают решение о доводке конструкции двигателя.
Если темп доводки двигателя представляет величину, близкую к 1 (близкую к идеальному случаю), а оценка технического риска выше 63%-ной нижней доверительной консервативной границы, то доводка двигателя в таком случае не требуется, в противоположном случае разработанный двигатель требует доводки конструкции. Далее расчет выполняется сначала (фиг.1). Это происходит до тех пор, пока темп доводки не будет удовлетворять нормирующим требованиям, а оценка технического риска не превысит нижнюю границу и, соответственно, не будет сформирован окончательный конструктивный облик двигателя.
Далее определяют вероятность безотказной работы по бинарному принципу (фиг.1).
Проводят ресурсные испытания двигателя по схеме Бернулли, минимальное число которых определяется нормирующим значением вероятности безотказной работы. Определяют по их данным вероятность безотказной работы двигателя.
При этом решение об окончательном конструктивном облике двигателя принимается на основе вероятности безотказной работы двигателя по результатам ресурсных испытаний, и, дополнительно, по темпу доводки двигателя и по оценке технического риска зачета указанного числа испытаний.
Таким образом, результаты оценки технического риска по фактическим результатам ограниченного числа поузловых, полноразмерных и экспериментальных испытаний разработанного двигателя представляют собой степень уверенности в безотказности конструкции. По величине оценки технического риска судят о степени доведенности конструкции.
Оценка технического риска может быть предъявлена в государственных стендовых испытаниях совместно с оценкой вероятности безотказной работы, выполненной известными методами и зависящей от фактической суммарной наработки двигателя.