close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

bd000101393

код для вставкиСкачать
»
На правах рукописи
АЛЕКСАНДРОВ
Алексей Михайлович
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДОТКАЗОВЫХ СОСТОЯНИЙ
С И Л О В Ы Х УСТАНОВОК В О З Д У Ш Н Ы Х СУДОВ
П Р И АНАЛИЗЕ Н А К О П Л Е Н И Я ЧАСТИЦ ИЗНАШИВАНИЯ
В АВИАЦИОННОМ МАСЛЕ
Специальность 05.22.14
("Эксплуатация воздушного транспорта")
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Санкт-Петербург
2005
Диссертация выполнена в 126 отделе НЦ12
Федерального государственного унитарного предприятия
"Государственный научно-исследовательский институт гражданской авиации"
Научный руководитель:
■ доктор технических наук
Люлько
Владимир Иванович
Официальные оппоненты:
- доктор технических наук,
профессор Ушаков
Андрей Павлович;
- кандидат технических наук
Клименко
Владимир Романович
- ОАО «Авиадвигатель», г. Пермь
Ведущая организация:
Защита состоится " " ноября 2005 г. в
часов на заседании
Диссертационного Совета Д.223.012.01 при Санкт-Петербургском
государственном университете гражданской авиации (Академии ГА)
по адресу: 196210, г. Санкт-Петербург, Авиагородок, ул. Пилотов, 38,
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета
Автореферат разослан "
"
Ученый секретарь
Диссертационного Совета Д223.012,01
доктор физико-математических наук,
профессор
2005 г.
С.А. Исаев
^ОЧЗВ
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
РАБОТЫ
Актуальность
темы. Последние годы поставили перед диагностикой
авиационных двигателей ( А Д ) новые, трудновыполнимые традиционными ме­
тодами задачи. С одной стороны, общее старение парка эксплуатируемых дви­
гателей делает важной задачу контроля авиадвигателей по фактическому тех­
ническому состоянию. С другой стороны, общая экономическая ситуация в
гражданской авиации ( Г А ) ограничивает привлечение значительных дополни­
тельных средств и кардинального обновления диагностического оборудования.
Особенную актуальность приобретают, таким образом, разработки, позволяю­
щие существенно повысить эффективность средств диагностики А Д , уже при­
меняющихся в Г А .
Все это в полной мере относится к области диагностики А Д по содержа­
нию продуктов изнашивания в работавшем масле - трибодиагностике. Рабо­
тавшее масло имеет особое значение для диагностики АД, так как омывает наи­
более ответственные узлы трения (подшипники, шлицевые и зубчатые соеди­
нения) В начале аварийного изнашивания какой-либо из омываемых маслом
трущихся пар металлические чартицы попадают в масляную систему, где. нака­
пливается интегральная информация о состоянии всех омываемых узлов. В
дальнейшем процесс аномального изнашивания приводит к изменению геомет­
рических размеров разрушающейся пары, повышению уровня вибрации и в ы ­
ходу параметров двигателя за пределы нормативных значений. Но до этого ин­
формация о состоянии узлов трения А Д уже содержится в авиамасле.
В последнее время проблеме прохекания процессов изнашивания были по­
священы ряд публикаций. Среди них, можно отметить публикации таких уче­
ных, как - А . Ф . Аксенов, И.А. Биргер, М.Д. Безбородько, Т . М . Башта, Г.И. Е р ­
маков, Г.С. Кривошеий, В.И. Люлько, В.Н. Лозовский, Л.П. Лозицкий, В.А. П и ­
воваров, В . И Ямпольский и др.
Проблеме трибодиагностики А Д бьши посвящены ряд публикаций Госу­
дарственного научно — исследовательского института гражданской авиации, а
также ряд научных сборников Московского государственного университета
гражданской авиации.
В диссертации рассмотрены одномерные и многомерные оптимальные
MOflejjH управления техническим состоянием авиационного двигателя на основе
наблюдения процессов изнашивания.
Обосновывается их применение для более эффективного решения задач
диагностики состояний авиационных двигателей.
Особое место в работе отведено реализации стратегии эксплуатации авиа­
ционных двигателей по состоянию с контролем содержания частиц изнашива­
ния в работавшем масле А Д , которая требует установления количественных
связей между упреждающими допусками на каждый контролируемый пара­
метр А Д и периодичностью проверок.
По-новому ставится задача по определению оптиммышй_Ейаачиныупреждающегося допуска и периодичности проверок контролир^^вЛИВЧовмв^ра,^ ~
БИБЛИОТЕКА
в диссертации рассмотрены конкретные предложения автора по опреде­
лению оптимального правила выполнения работ по результатам контроля про­
дуктов изнашивания в авиационном масле, при этом дана процедура построе­
ния кривых упреждающих допусков, минимизирующих средние удельные экс­
плуатационные затраты.
Цель исследований. Цель диссертационной работы заключается в управ­
лении техническим состоянием АД на основе наблюдения процессов накопле­
ния частиц изнашивания в авиационном масле.
Главными задачами исследования являлись :
• исследование морфологических признаков износа в АД;
• исследование оборудования, применяемого для трибомониторинга АД;
• формирование многомерной оптимальной модели управления техниче­
ским состоянием АД на основе наблюдения процессов изнашивания;
• построение метода для определения оптимальной величины упреждаю­
щего допуска контролируемого параметра.
Объект и методы исследования. Объектом исследования является про­
цесс диапюстнрования узлов трения АД по накоплению продуктов износа в
масле. Методы исследования связаны с использованием теории вероятностей,
математической статистики, теории управляемых случайных процессов и моде­
лей математического программирования.
Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые решены задачи
по оптимальному управлению техническим состоянием АД на основе наблюде­
ния процесса изнашивания, с целью определения его предотказовых состояний
и предупреждения выходов из строя в процессе эксплуатации, для чего были
построены кривые оптимальных упреждающих допусков для параметров нако­
пления частиц изнашивания в авиационном масле. При полученном управлении
обеспечиваются минимальные средние удельные затраты на техническое об­
служивание АД и существенно повышается безопасность полетов.
Точность и достоверность проведенных исследований обусловлены
обоснованностью сделанных допущений, использованием прошедших апроба­
цию математических моделей. Р1х приемлемость подтверждена использовани­
ем достаточного объема, собранных лично автором, необходимых исходных
статистических данных.
Практическая значимость диссертации состоит в том, что предложен­
ные в ней решения позволят существенно повысить надежность А^Д, достовер­
ность их контроля и диагностирования.
Результаты работы используются в ГосНИИ ГА, НПО «Сатурн», а так­
же в учебном процессе в СПБГУ Г А и МГТУ ГА.
Апробация работы. Основные положения работы и результаты выпол­
ненных исследований докладывались и обсуждались на Пятой Международной
научно-технической конференции в 2004 году «Чкаловские чтения»,на семина­
рах секции «Проблемы воздушного транспорта России» РАН, а также на науч­
но-технических семинарах МГТУ ГА и Грузинского технического университе­
та - авиационного института.
if,
-»■<•,,! N >
о -
-; - ' '
■.•*•■
^'
• •
■
',
Публикации. По теме диссертации автор имеет 5 печатных работ, включая
статьи в научных вестниках МГТУ Г А и сборниках научных трудов ГосНИИ
ГА.
Объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех разде­
лов, заключения и общих выводов по работе. Работа изложена на 140 страни­
цах машинописного текста, содержит 8 иллюстраций, 21 таблицу и 53 биб­
лиографических названия.
О С Н О В Н Ы Е СОДЕРЖАНИЕ Р А Б О Т Ы
В первом разделе диссертации даются общие характеристики изнашива­
ния пар трения в АД, исследованы морфологические признаки износа и суще­
ствующие подходы в области трибодиагнотики. Проведен анализ оборудова­
ния, применяемого при трибомониторинге АД на предприятиях ГА. В процес­
се эксплуатации АД можно выделить три основные этапа: приработка, период
стабильного износа, период аварийного изнашивания. На этапе приработки в
качестве продуктов износа в масло поступают в основном частицы, образуемые
при обламывании микрорельефа, оставляемого режущим инструментом при
механической обработке деталей двигателя. Для диагностики этот период наи­
менее интересен, поскольку АД находится под повышенным контролем. В пе­
риод стабильного изнашивания масляная система АД представляет собой упо­
рядоченную систему, где четко прослеживается взаимосвязь ее составляющих удельных концентхкщий отдельных металлов. В период повышенного износа в
масляную систему АД начинают поступать частицы, характерные для кон­
кретной разрушающей пары. Каждому виду износа соответствует вид и состав
продуктов изнашивания. В зависимости от физического состояния трущихся
деталей и характера взаимодействия в различных узлах трения АД могут на­
блюдаться следующие виды износа:
- усталостный при трении скольжения,
- усталостный при трении качения,
- адгезионный,
- коррозийный,
- абразивный и др.
Существует большое количество методов анализа работавшего масла на
содержание продуктов износа: электрический, электромагнитный, магнитный,
радиационный, спектральный и др. Наиболее распространенным методом ана­
лиза масла АД на предприятиях ГА является спектральный метод.
Во втором разделе рассмотрены одномерные случайные процессы в мо­
делях исследования процессов изнашивания и оптимального управления тех­
ническим состоянием АД. Предположим, что накопления однородных частиц
изнашивания безошибочно измеряются в дискретные равноотстоящие друг от
друга моменты времени 1= 0,1, ... . После каждого измерения с вероятностью
единица становится известным одно из £ + / состояние процесса 0,1 ..., L, где
нулевое состояние соответствует отсутствию частиц изнашивания, а состояние
L есть дельно допустимое состояние процесса изнашивания за пределы задан­
ного допуска. Обозначим через xi наблюдаемое состояние процесса в момент
Основное допущение в начале будет состоять в предположении того факта,
что величины {за} образуют марковскую цепь со стационарными переходными
вероятностями
qu = P{xi+ i=j/xi -1},
для всех i, у, / .
Введем следуюидае обозначения:
Гт - средние затраты на коррекцию процесса до выхода его за уровень L.
Таи - средние затраты на коррекцию процесса после выхода за уровень L.
В качестве критерия оценки эффективности коррекции выберем средние
затраты на коррекцию процесса, приходящиеся на единицу времени эксплуата­
ции А Д и осредненные по большому временному интервалу.
Перейдем к строгой математической формулировке задачи.
Пусть переходные вероятности в марковской цепи удовлетворяют сле­
дующим условиям:
Pij=0,j<L;
P(t)jL>0
для некоторого t ^ 1 при каждом у < L и
PLO= 1,
где P(t)jL - вероятность перехода через t шагов из состояния/ в состояние L.
Рассмотрим следующие функции потерь:
gO) = 0, если
qje=0,j>L;
g(j) = Tim, если
qio=l,j>L;
g(j) = Тт, если j > L.
Таким образом, функция gф обозначает затраты по коррекции процесса к
моменту /, когда состояние его равно у.
Из теории цепей Маркова известно, что
г
¥«= Нт
Т-*о1
i
l/TEg(x,)
1-1
= Г яу g(j).
J-0
Предел ¥я является средними затратами на коррекцию процесса, отнесен­
ными к единице времени эксплуатации А Д .
Рассмотрим функцию:
со (
Гка, а) =Щ1а
t-e
g(xi)], 0<
а<1
для любого правила R в классе допустимых правил С.
Известно, что
/от» (1-а) YR(i, а) = Кл.
е-»;
Коэффициент а здесь рассматривается как коэффициент скидки.
Пусть правило R^ в классе правил С является таким, что для всех / имеем:
YRO, а) = ¥„' (i, а) '"пм'п YR(i, а),
Rec
*
Т.е. ПО критерию YR(i, а) правило Ra является оптимальным правилом корь
ректировок процесса изнашивания.
Однако существует и другой путь, позволяющий не оценивать величины
Pij. Пусть Nk есть время, соответствующему К-му возвращению процесса в со­
стояние О (с момента начала эксплуатации АД); это есть «длина» К-го цикла
коррекции. Пусть, далее, Г* есть затраты, связанные с К-им циклом коррекции
(либо Тня, либо Гвя).Тогда {NR) и {Г*} (к^ 1, 2, ...) есть последовательности
независимых и одинаково распределенных случайных величин. Путем приме­
нения усиленного закона больших чисел можно показать, что
мт
M{N\
Так как процесс коррекции процесса происходит неограниченно, то на
практике критерий YR вычисляется именно на основе этого предположения.
В третьем разделе рассмотрена многбмерная оптимальная модель управ­
ления техническим состоянием АД, на основе наблюдения процессов изнаши­
вания. При наблюдении процессов накопления разнотипных частиц изнашива­
ния в масле возникает задача наблюдения и управления векторным случайным
процессом со многими зависимыми составляющими. При достижении предкритических уровней эти процессы корректируются и после корректировок стати­
стически ведут себя одинаково.
Задача заключается в нахождении некоторым оптимальным образом зна­
чений предкритических состояний по всем составляющим исследуемого про­
цесса и соответствующего оптимального шага наблюдений процесса.
Ниже предлагается модель управляемого векторного случайного процесса.
На составляющие процесса заданы допустимые пределы изменения. Процесс
наблюдается дискретно. По заданному функционалу качества, включающему в
себя штрафы за выход составляющих за допустимые пределы, стоимости изме­
рений и коррекции процессов до выхода за допустимые пределы, отыскивается
оптимальное управление, минимизирующее этот функционал и указывающее
однозначно шаг наблюдения.
Пусть состояние процесса изнашивания в АД в момент t>0 описывается
значениями г определяющих параметров, образующих вектор
8
x.(t) = (xi(i),...,xr(t)).
Функция xi(0 описывает изменение с течением времени значений i-го па­
раметра, 1 = 1,.,., г; векторная функция x(t) описывает изменение с течением
времени состояния процесса изнашивания в целом. Предполагается, что в на­
чальный момент времени t = О процесс «отрегулирован» таким образом, что
значения xt(0), .., хг(0) равны заданным условиям применения значениями
u'l, ..., и'г соответственно и что с течением времени проявляется тенденция
ухода параметров от установленных значений. Для определенности, будем счи­
тать, что по каждому из определяющих параметров проявляется тенденция уве­
личения значений параметра с увеличением времени, прошедшего с момента
«регулировки».
Для каждого параметра задан критический уровень, при достижении и пре­
вышении которого процесс подлежит срочной «регулировке».
1Г IV
Пусть и/ (ш > u'l) - критический уровень для i-го параметра, i = l,...,r. То­
гда, если в некоторый момент времени t = to > О хотя бы одно из значений
xi(te), .., Xr(to) превышает соответствующий критический уровень или равно
ему, так, что выполняется соотношение
ip
maxxi(to)/ui>l
ISI<r
(1)
(такое состояние процесса далее будем называть «критическим»), то процесс
подвергается срочному «регулированию», в результате которого значения всех
г определяющих параметров возвращаются к исходным установленным значе­
ниям u'l,..., и'г. Стоимость каждого такого «регулирования» равна а>0.
Для предупреждения попадания процесса в критическое состояние можно
проводить предупредительные «регулировки», осуществляемые при выходе от­
дельных параметров за соответствующие «предупредительные» уровни. Более
точно, i-juy параметру сопоставляется «предупредительный» уровень
ир
о
пр
кр
UI (ш< ш< ш), 1 = 1, ...Г. Если в некоторый момент /« > б хотя бы одно из значе­
ний xi(to), .., xr(to) превышает соответствующий предупредительный уровень
или равно ему, так что вьшолняется соотношение
ир
maxxi(to)/ui>l
1<1<г
но не вьшолняется соотношение (1) (такое состояние процесса далее будем на­
зывать «предупредительным»), то процесс подвергается предупредительному
«регулированию», которое, так же как и срочное «регулирование», возвращает
значения всех г определяющих параметров к установленным значениям
u'l,..., и'г, но требует существенно меньших затрат Ь>о,Ь<а.
Реальный момент обнаружения первого попадания процесса в «предупре­
дительное» или «критическое» состояние может отличаться от истинного (в
сторону запаздывания), если состояние процесса определяется только по ре­
зультатам измерений, проводимых в дискретные моменты времени' согласно
некоторой выбранной стратегии. Для определенности рассмотрим далее страте­
гию, в соответствии с которой первое (после момента t = 0) измерение состоя­
ния процесса проводится в момент времени 71» > 0. Если в этот момент про­
цесс не находится в «предупредительном» или «критическом» состоянии, то
последующие измерения проводятся через равные промежутки времени длины
h> О, т.е. в моменты То+ h, То + 2h, .... Первый из моментов вида, в которой
обнаруживается попадание процесса в «предупредительное» или «критиче­
ское» состояние, завершает первый цикл функционирования АД. По достиже­
нию этого момента, который будем обозначать Ti процесс возвращается в ис­
ходное состояние. Далее АД возобновляет функционирование, имея наработку
(налет) 7V, и используется то же правило проведения измерений и принятия
решений, что и на первом цикле, т.е. измерения во втором цикле производятся
при достижении (суммарньпс) наработок Ti+ То + kh (к = 0,1,2 ...), вплоть до
обнаружения при очередном измерении выхода процесса в «предупредитель­
ное» или «критическое» состояние. Если обозначать Т> длительность второго
цикла, то наработка АД за два цикла равна Ti + Тз. Вообще, если Tj - длитель­
ность ]-г0 цикла, то в J-OM цикле наблюдения производятся в моменты, соот­
ветствующие наработкам Ti + Т2+... Tj-i + То+ kh (к = 0,1,2...). вплоть до мо­
мента T1+T2+ ...Tj], последняя сумма представляет наработку АД за/ циклов.
Будем предполагать, что каждое измерение имеет стоимость ОО.
Таким образом, общие затраты на измерения и «регулировки» процесса
при наработке / равны
CcfMft) = аПкр(0 + вПпр(0 + СПтм(0,
где пкр(1)- количество срочных критических «регулировок» процесса при такой
наработке, nnp(t)- количество предупредительных «регулировок» и птм(0 - ко­
личество произведенных измерений.
Ф
Обозначим X (t), О < t < Tj - состояние процесса nj-oM цикле в момент /
после начала этого цикла, т.е. в момент, соответствующий наработке
t + YrTu{j = 1.2,...)
к-1
Основное предположение, требующееся для дальнейшего рассмотрения, со0)
(2)
стоит в том, что функции X (t), X (t),.. являются начальными участками незави­
симых реализаций некоторого векторного (г-мерного) случайного процесса
x(tj = (xi(t),..xr(t)),t>
о.
10
начинающегося в точке х(0) = (u'l,,,., и'г), компоненты которого являются слу­
чайными процессами с непрерывными реализациями и возрастающими сред
пр
пр
ними. Задача состоит в отыскании такого набора значений То, h, ш, ... ш, при
котором минимизируются средние издержки
Сер = Ит апкр(1) + вппр(() + спюяО) //
/-к»
Данная задача не имеет аналитического решения, поэтому в работе пред­
ложен для получения решения специальный метод моделирования.
В четвертом разделе предложен метод определения оптимального пра­
вила выполнения работ при трибодиагностике узлов трения АД по концентра­
ции примесей в масле (на примере АД ПС90А и Д-ЗОКУ-154).
Реализация стратегии эксплуатации ВС по состоянию с контролем пара­
метров требует установление количественных связей между упреждающими
допусками на каждый контролируемый параметр изделия и периодичностью
проверок. В работе предложен метод определения оптимальной величины уп­
реждающего допуска контролируемого параметра. Рассмотрим использование
данного метода применительно к случаю эксплуатации АД ПС-90 и Д-ЗОКУ154 с увеличением концентрации частиц износа в авиационном масле. На рис.1
изображена реализация монотонно возрастающего случайного процесса L(t), в
нашем случае это увеличение удельных концентраций металлических приме­
сей. Контроль удельных концентраций осуществляется в моменты ft,
/= 0,1, 2,..,., ti-i 'At, где Д/-период.
Времени между наблюдениями, для АД ПС-90 он будет совпадать с периодиче­
ской проверкой концентраций металлических примесей Fe и Си через 100 л/ч,
а для ДЗО ТУ-154 при выполнении каждых регламентных работ по форме «Б»
оперативного технического обслуживания. Приращение концентраций метал­
лических примесей Axi=L(ti+i), где L(tj} - последовательность зависящих вели­
чин с функциями распределений
Fi(x)=P{Axi<x/\xi^,Axi.i),
1 = 1,2,....
Процесс увеличения концентрации контролируется точно и практически
мгновенно, а затраты на возвращение процесса в нулевое состояние(устранение
влияния предельных концентраций на работоспособность АД), если к моменту
возвращения он находился ниже заданного уровня L, равны С, а если выше [С + Л]к критерий оптимизации для отыскиваемого правила остановки наблю­
дений будет иметь вид М\у((и)], где
ГС/йг, /я</1
IC+A/tn,
h> h,
11
а /f - случайный момент выхода уровня концентраций металлических примесей
за уровень L. Данная запись объясняется так: наблюдая процесс L(t) до момента
/л включительно, мы решили какие средние удельные потери будем иметь ,
если остановим процесс в момент 6i+/, здесь С средние затраты на возвращение
процесса в ноль, при L(tii+i) <Ь,лА- дополнительные затраты на его возвраще­
ние в ноль при L(tn+i) > L, где /.-допустимая граница изменения процесса L(t), t(
- момент выхода процесса L(t) за уровень L и оптимальное правило минимизи­
рующее средние удельные затраты М \y(tn)\, сводится к проверке следующего
неравенства:
l-P[^xi<L-L(t,,H)}
<С/А(п-1)
Из дачного неравенства найдём уравнение кривой оптимального упреж­
дающего доступа <p(t), фафик которого показан на рис. 1, считая, что прираще­
ние Sxi, i = 1, 2,..., образуют процесс восстановления.
i.(tj
UQ -
1л ' T i l l
At
Al
Рис. 1
Из выражения (1) имеем:
F {L - L(1n*i)} > I - С/А(п-1).
Взяв от обеих частей этого равенства функцию, обратную F, получаем:
или
L - Цич)
>Г'(1- С/А(п-1)),
Ци) < Г'О-
С/А(п-1)) = фОп).
(J)
12
Таким образом, если в момент /я значение параметра находится ниже кри­
вой упреждающего допуска < (p(t), то не требуется принимать решение о воз­
вращение его в ноль, в момент tn^i вновь проверяется соотношение (1); если
оно выполняется, то процедура проверки продолжается, а если не выполняется,
то в момент 1п*1 принимается решение о необходимости возвращения процесса
L(t) в ноль.
На основании вышеприведенного проведём анализ содержания металлов в
пробах масла отобранных с двигателей. В табл. 1 приведены данныепо анали­
зу содержания металлов в пробах масла А Д Д-ЗОКУ №389-455 с В С Т У 154М
№85648, где Ах - приращение концентраций содержания металлов за период
между точками контроля. Период между точками контроля составляет каждые
50 часов.
№п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
И
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Наработка В С л/ч
1050
1100
1150
1200
1250
1300
1350
1400
1450
1500
1550
1600
1650
1700
1750
1800
1850
1900
1950
2000
Таблица 1
Дхг/т
зд
3,5
3,8
3,7
3,95
4,2
4,5
4,7
5,0
5,1
5.3
5,5
5,6
5,6
5,5
5,7
6,1
6,5
6,8
10,10
Рассмотрим наихудшую из всех возможных функцию распределения веро­
ятностей случайной величины приращений Ад;
Р(х)=Р{^х<х)=-1-е^,
k = l/M[Sx],
М (Дх)- математическое ожидание величины Аде.
13
в нашем случае
2в
М [AJK] = Г Axi/30 = 0,2 г/т.
I
Х = 1/0,2 = 5.
Таким образом, функция распределения приращений будет иметь вид
F(x) = l-e'''.
Построим график функций распределения случайной величины Аде:
1
1
1-М
0,8
O.f.^
0,4«,20
,., m
, ,- ...
n — г t I I I i-r-n-i—n~i ••?—T—I I- i-r 1 ►•
I
2
J
<
S
Рис. 2.
Промоделируем процесс роста концентрации металлических примесей Fe
в пробах масла в следующем порядке:
- задаём случайное число, используя генератор случайных чисел, которое
соответствует 1 наблюдению за ростом содержания частиц Ре;
- с помощью функции (3) получаем приращение концентрации частиц Ре с
момента увеличения концентрации до момента времени, в котором выполняет­
ся контрольный замер;
- задаём случайное число, используя генератор случайных чисел, которое
соответствует следующему наблюдению за ростом концентращи;
- с помощью функции (3) получаем приращение концентрации с момента
времени предыдущего контроля до момента времени, при котором выполняется
данный контроль;
- строим график содержания частиц Ре от 3,1 до 10,1 г/т, при этом период
между наблюдениями за ростом концентрации составляет 50 л/час.
14
Моделируем далее увеличение концентрации продуктов изнашивания для
нескольких реализаций случайного процесса 1((п),графика роста концентраций
для этих реализаций показаны на рис. 3.
Построим кривую упреждающего допуска, которая имеет вид:
^ (In) =1-1^0- СУА(п-1)),
где L - значение предельной концентрации продуктов изнашивания, которое
может достигать в процессе эксплуатации - 8 г/т для Fe,
f
(1 - С/А(п-1)) - обратная функция F(x).
Для случая (3)
In С/А(п-1)
С/А(п-1))=-5
Функция кривой упреждающего доступа будет иметь вид
ГЧ1-
^ (tn) =8 +In С/А(п-1)/ 5.
Величина С - затраты по контролю исправности АД по содержанию частиц
Fe в масле складывается из:
1. Отбора пробы.
2. Анализа содержания частиц Fe в масле.
3. Оценки результатов анализа.
4. Снятия и осмотра маслофильтров МФС-30.
5. Снятия, осмотра и промывки афегата УВС-30.
6. Проверки плавности вращения роторов 1 и 2 АД Д-ЗОКУ-154.
При постановке на «Особый контроль» периодичность отбора проб - после
каждого возвращения в базовый аэропорт или через 25 часов работы АД.
При содержании Fe в пробах масла выше предельного допустимого - про­
водят повторный анализ после опробования АД в течение 15минут. При этом
каждая проба анализируется трижды и вычисляется среднее арифметическое.
В случае, если среднее арифметическое выше предельно допустимого, АД
подлежит съёму.
В среднем по предприятиям ГА РФ стоимость чел/ч составляют 10 долл.
США и величина С получается равной 3200 долл. США. Величина А - допол­
нительные затраты в случае превышения предельного допустимого уровня кон­
центрации Fe и следовательно досрочное снятие АД по Fe и упущенной выгоде
от эксплуатации ВС составляет 9600 долл. США.
Соотношение С/А = 3840/9600 = 0,4 и функция кривой упреждающего
допуска примет вид
ф) = 8 + 1п0,4/(п-1)/5.
9,00
1 i
8,00
•»
7,00
^
т
—
Zxi
—-
6,00
& 5,00
в
i
4,00
?
3,00
о
2,00
1,00
1, 16 1, 19
0, !0 0,45
1, 39
4.36
4,54 4,58
5,00 5,07
5.41
'^
5,70 5,80
6,05
6,39
6.97
Л-
г
2, )5 3, )5
2,34 2,43
2, )5 2, 16
1, !3 1, Г7
4,11
3.71 3,нч
3, 12
8,45,
1 1/
0,RB
0,00
1
2
3
4
5
«—Со;|ержанив частиц F e r ^
6
7
8
9
10
11
12
13 14 15 16 17 18
Номер шага наблюдения
' "^Кривая упреив^ающего допуска при периодичности отбора проб через Т = ЬОпЫ
19
20
21
22
23
24
25
26
" " " ^ П р е д е л ь н о допустимое значение содержания F e в hiacne
27
28
29
30
]
Ш^ Криеая уп|йждающего допуска при периодичности OTtppa проб через Т « 25 л/ч'
Рис. 3. Содержание частиц металлов Fe г/т в пробах масла, отобранных с двигателя
Д30КУ154 № 389455 ВС 85648 СУ 2
16
На рисунке 3 показаны графики возможного роста содержания ■железа в
пробах масла отобранных с АД, предельно допустимое значение содержания
железа в масле, до которого возможна эксплуатация АД и фафики кривых уп­
реждающих допусков через 50 и 25 летных часов.
При первом пересечении линией роста содержания железа с кривой упреж­
дающего допуска получим момент остановки наблюдений, при котором опти­
мальным вариантом эксплуатации АД будет проведение повторного анализа и в
случае подтверждения предельно допустимого содержания железа в масле, АД
подлежит снятию с эксплуатации.
В ряде случаев, когда в ближайшее время планируется ремонт АД, воз­
можно перейти на контроль содержания железа в пробах масла с меньшей пе­
риодичностью, например, 25 летных часов.
График кривой оптимального упреждения для данного случая также пока­
зан на рисунке 3. Таким образом, получаем, что после того, как содержание же­
леза в масле превысит, ограниченную кривой упреждающего допуска для пе­
риода контроля 50 летных часов, мы можем продолжить эксплуатацию АД при
условии того, что периодичность контроля за ростом содержания железа в про­
бах масла будет уменьшена.
Однако обязательным условием при этом будет выдача (для оператора,
принимающего решение о дальнейшей эксплуатации АД) двух значений:
вероятности выхода процесса L(tn) за уровень L и среднего времени до выхода
его за этот уровень.
О Б Щ И Е В Ы В О Д Ы ПО РАБОТЕ
1. В настоящее время в мировой практике гражданской авиации трибодиагностике АД уделяется все возрастающее внимание: совершенствуются тех­
нические средства измерения, создаются новые научные подходы к определе­
нию адресности отказавшего элемента конструкции АД, внедряются новые ме­
тоды, позволяющие осуществлять непрерывный контроль содержания частиц
изнашивания в работавшем масле. В диссертации обобщается опыт трибодиагностики отечественных АД и предлагаются новые научные подходы к анализу
диагностической информации.
2. В работе рассмотрены морфологические признаки износа и исследован
характер трибологических процессов, протекающих в АД.
3. Исследованы возможности применяемого в ГА оборудования, адекватно
оценивать характер процесса изнашивания АД в области низких удельных кон­
центраций продуктов износа в авиационном масле.
4. Обосновывается применение для управления техническим состоянием
АД многомерной оптимальной модели на основе наблюдения параметров про­
цесса изнашивания.
5. Предложена модель определения оптимального правила выполнения ра­
бот при трибодиагностике узлов трения АД.
6. В диссертации сформулированы технические предложения по повыше­
нию эффективности эксплуатации АД, включающие в себя:
17
- рекомендации по управлению техническим состоянием АД на основе на­
блюдения параметров процесса изнашивания;
- кривые оптимальных упреждающих допусков, позволяющие принимать
решение о дальнейшей эксплуатации АД;
- статистический анализ данных, полученных при измерении удельных
концентраций продуктов изнашивания;
- предложения по повышению надежности АД (по отношению к трибодиагностике) реализованы в Гос НИИ ГА и организациях промышленности.
7. Полученные в диссертации результаты могут быть использованы при
организации технического обслуживания и ремонта других энергетических ус­
тановок в промышленности и на транспорте.
Список работ автора по теме диссертации
1. К вопросу об управлении состоянием авиационного двигателя на основе
наблюдения продуктов изнашивания в масле и характеристик вибрации. // На­
учный вестник МГТУ Г А N74, М.: 2004 г. (в соавторстве с Люлько В.И., Матвеенко Г.П,, авт. - 0,3 п.л.).
2. Модели диагностирования и управления состоянием авиационного дви­
гателя по накоплению частиц изнашивания металлов в масле. (Доклад на Пятой
Международной научно-технической конференции "Чкаловские чтения"
06 февраля 2004.).
3. Оптимальный алгоритм векторного управления состоянием случайных
процессов различной природы. // Научный вестник МГТУ ГА № 63, М.: 2003 г.
(в соавторстве с Прокопьевым И.В., Бачуриным Е.Ю., Сиволап В.А., авт. - 0,3
П.Л.).
4. Результаты исследования функциональной надежности топливной сис­
темы ВС. // Сборник научных трудов ГосНИИ ГА № 290, М.: 1989 г. (в соав­
торстве с Космьшиным B.C., авт. - 0,3 п.л.).
5. Накопление воздуха в элементах топливной системы ВС и оценка его
влияния на работу АД. // Сборник научных трудов ГосНИИ ГА № 298, М.: 1991
(в соавторстве с Алабиным М.А., Дворниченко В.В., авт.- 0,3 п.л.).
IS
Подписано к печати fj.i0.05. Формат бумаги 60x90 1/16
У с . печ. л./,г£: Заказ 6i-<. Тираж 100 экз. с.27.
Тип. Санкт-Петербургского государственного университета гражданской
авиации (Академии Г А ) . 196210. С.-Петербург, ул. Пилотов, д. 38.
«819650
РНБ Русский фонд
2006-4
20439
/1/
^/ /
/
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
758 Кб
Теги
bd000101393
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа