ДиагнЦв

31

8.0.ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ ПРИЗНАКИ

ИПАРАМЕТРЫ (ДП)

При формировании систем ТД особое место уделяют выбору диагностических параметров

(ДП), так как от качества решения этой задачи в значительной степени зависит эффективность их применения.

При выборе ДП исходят из того, что техническое состояние объекта характеризуется некоторой совокупностью качественных и количественных параметров (дымление,

тряска, температура, давление и т.д.), часть которых может быть использована в качестве ДП.

Предполагается,	что объект	обладает некоторой структурой, .е. упорядоченной
совокупностью	взаимосвязанных	элемент, обеспечивающих	выполнение	функци,
предусмотренных его рабочим алгоритмом.

При этом структуру объекта условно разделяют на макро и микроструктуру.

Макроструктура определяет характер взаимодействия между структурными

элементами объекта и характеризуется номенклатурой и величиной измеряемых параметров (ИП) (тягой, производительностью, температурой, давлением и т.д.).

Микроструктура определяет техническое состояние структурных элементов объекта и характеризуется числом и величиной параметров состояния (ПС) (КПД узлов ГТД, геометрических размеров деталей, величиной зазоров и т.д.).

При наличии формального описания рабочего процесса объекта(математической модели), определяющей взаимосвязь между величинами параметров состояния(ПС) и измеряемыми параметрами (ИП), по измеренным значениям ПС можно косвенно судить о значениях ИП, т.е. решать прямые задачи ТД.

С другой стороны, при наличии зависимостей между величинами ИП и ПС (диагностической модели) по измеренным значениям ИП можно косвенно судить о значениях ПС, т.е. решать

обратные задачи ТД.

Например, по данным измерения зазоров качающего узла насоса можно судить о производительности (прямая задача), а по результатам измерения производительности насоса - о степени износа деталей качающего узла (обратная задача).

В практике ТД преобладают обратные задачи, так как вторичные параметры изделий могут быть измерены с использованием бортовой системы контроля ЛА.

При решении прямых задач приходится прибегать к использованию средств локальн диагностирования (мерительный инструмент, средства дефектоскопии и т.д.), что часто связывается

с необходимостью частичной или полной разборки конструкций.

Для того чтобы вторичный параметр можно было использовать в качестве ДП, он должен отвечать ряду специфических требований.

К

специфическим

требованиям

относят: однозначность, широту, информативность

и

доступность.

1. Однозначность параметра означает наличие определенной зависимости между его значениями и значениями первичных параметров, характеризующих ТС объекта.

32

Например: производительность насоса Q при постоянном давлении однозначно(рис. 2.7) связана с величиной износа h качающего узла.

В то же время давление за насосом P до определенной степени износа качающего узла зависит только от настройки редукционного клапана.

2. Широта параметра означает возможность его использования для определения ТС объекта в заданном диапазоне изменения значений первичных параметров.

Например: производительность насосаQ позволяет определить величину износа качающего узла практически на всем диапазоне изменения зазоров, давление P - только в узком диапазоне значений зазоров.

Рис 8.1. Зависимость производительности Q и давления P за насосом от величины износа h качающего узла

3. Информативность параметра характеризуется количеством информации о ТС объекта, которую можно получить при наблюдении всех его реализаций.

При этом различают диагностический, диагностическуювес ценность и общу информативность параметра.

4. Диагностический вес параметра Z/Di(Kj) характеризуется количеством информации, которую можно получить об отдельномDi состоянии объекта, наблюдая его отдельнуюKj реализацию.

Например, количество информации об обрыве лопатки турбины, можно получить наблюдая повышение температуры выходящих газов.

33

Согласно теории информации диагностический вес параметра вычисляют по формуле:

Z/Di(Kj) = I(Xi^Yj) = log Pij /Pi×Rj,

где Pij - вероятность совместного появления Di состояния объекта и Kj реализации параметра; Pi - вероятность Di состояния объекта;

Rj - вероятность Kj реализации параметра.

5. Диагностическая ценность параметра характеризуется количеством информации Z/D(Kj), которую можно получить обо всех различаемых ТС объекта, наблюдая его отдельную реализацию Kj.

Например, количество информации о состоянии ГТД, наблюдая повышение температуры выходящих газов.

Согласно теории информации диагностическую ценность параметра вычисляют по формуле:

N

Z/D(Kj) = I(X^Yj) = å (Pij /Rj)×logPij /Pi×Rj, i=1

N

где N - число различаемых ТС объекта, причем å Pi =1. i=1

6. Общая информативность параметра характеризуется количеством информации Z/D(K), которую можно получить обо всех различаемых ТС объекта, наблюдая все его различаемые реализации.

Например, количество информации о состоянии ГТД, наблюдая за температурой выходящих газов.

Согласно теории информацииобщую информативность параметра вычисляют по формуле:

	N	K
	Z/D(K) = I(X^Y) = å	å Pij×log(Pij /Pi×Rj),
	i=1 j=1
где K - число различаемых реализаций параметра, причем
K
å Rj = 1.
j=1
7. Доступность параметра означает возможность его использования для целей ТД
объекта без проведения трудоемких дополнительных операций(демонтажа				из конструкции,
постановки дополнительных датчиков и т.д.).
Например: производительность насоса можно достаточно точно				измерить только
помощью специальной аппаратуры(стендов), что требует его демонтажа из конструкции или
постановки на объект дополнительных измерительных приборов.

34

Вто же время давление за насосом измеряют с помощью бортовой системы контроля ЛА.

Взависимости от задачи и условий проведения работ(проверка работоспособности, поиск дефектов, в условиях стоянки, в полете и т.д.) при выборе ДП предпочтение отдают тем показателям, которые обеспечивают наиболее высокую эффективность ТД объекта.

При	проверках работоспособности	изделий, при прочих равных условиях,
предпочтение отдают параметрам, обладающим высокой диагностической ценностью.
При	поиске дефектов предпочтение	отдают параметрам, обладающим высоким
диагностическим весом.

Контрольные вопросы по разделу 8.0

1.Как выбирают диагностические параметры при ТД?

2.Что такое макро и микроструктура объекта ТД, что они определяют?

3.Что означает решение прямых и обратных задач ТД.?

4.Какие задачи (прямые или обратные) решаются на практике ТД?

5.Что означают понятия: однозначность, широта, информативность, диагностический вес, диагностическая ценность, доступность параметров?

6.Каким требованиям параметров отдают предпочтение при проверке работоспособности изделий?

7.Каким требованиям параметров отдают предпочтение при поиске дефектов?

35

9.0. КОМПЛЕКСНЫЕ ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ

Параметры объектов, которые используют в качестведиагностических параметров (ДП)

при проверках работоспособности АТ(давление в системах, температура газов и тяга ГТД и т.),д

обычно обладают высокой диагностической ценностьюи общей информативностью, но относительно малым диагностическим весом.

Поэтому они не обеспечивают достаточной глубины ТД, т.е. не позволяют осуществлять распознавание элементарных неисправностей (дефектов).

Для увеличения глубины ТД прибегают к использованиюкомплексных диагностических параметров (K*), в состав которых входит несколько простых ДП, т.е. K*(K1,K2,...,Kj,...,Km).

При этом каждый простой ДП с некоторой вероятностью P(Kj /Di) характеризует Di состояние объекта.

В большинстве случаев принимают условие независимости ДП , т.е.

P(K*/Di) = P(K1/Di)×P(K2/Di)×....×P(Kj /Di)×...×P(Km /Di).

Взаимосвязь между отдельными ТС и реализациями ДП устанавливают на основе данны специальных экспериментов, серийной эксплуатации или анализа математической модели объекта.

Так как взаимосвязь между возникающимитехническими состояниями и реализациями диагностических параметров носит вероятностный характер, при выборе комплексных ДП (К*) обычно прибегают к использованию формулы Байеса:

P(Di)×P(K*/Di) P(Di /K*) = ¾¾¾¾¾¾ ,

N

å P(Dr)×P(K*/Dr) r=1

где P(Di /K*) - вероятность состояния (диагноза) Di при реализации комплекса K*; P(K*/Dr) - вероятность появления комплекса K* при различных состояниях объекта; N – число различаемых состояний (неисправностей) объекта.

Выбор комплекса K* проводят по максимуму вероятностиP(Di/K*) или до выполнения условия P(Di /K*) ³ Pзад, где Pзад - заданная вероятность распознавания Di состояния объекта.

36

9.1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМПЛЕКСНЫХ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

Изделия АТ (двигатели, функциональные системы и их агрегаты и т..)дотносятся к сложным техническим устройствам, для которых практически невозможно указать все ТС и ДП.

Из-за этого при решении задач ТД ограничиваются перечнем наиболее вероятных (типовых) ТС (неисправностей) и наблюдаемых ДП.

Отсутствие однозначной взаимосвязи между возникающими ТС и реализациями ДП приводит к тому, что результаты ТД (диагнозы) носят вероятностный характер.

Поэтому при

ТД

АТ

обычно

прибегают

к

использованию

статистических

распознавания ТС изделий.

Постановка задачи.

1.Имеется объект ТД, который может находиться в одном изN состояний с вероятностью

P(Di).

2.Известен комплекс простых ДП(K1,K2,...,Kj,...,Km ), каждый из которых с вероятностью

P(Kj/Di) реализуется или с вероятностьюP( K j/Di) не реализуется приDi состоянии объекта.

3.Требуется по совокупности K* фактически реализовавшихся и не реализовавшихся ДП отнести ТС объекта к одному из N возможных диагнозов.

Для этого с использованием формулы Байеса вычисляют вероятность P(Di /К*) для каждого из N возможных ТС объекта:

P(Di) × P(K*/Di) P(Di /K*) = ¾¾¾¾¾¾

N

å P(Dr)×P(K*/Dr) r=1

Источниками информации для проведения расчётов при этом служат:

2карточки учета отказов и неисправностей АТ (КУН АТ);

2результаты исследований досрочно снятых с эксплуатации изделий;

2результаты контроля АТ при ТО и Р.

Из них отбирают сведения, необходимые для определения вероятностей P(Di) и P(Kj/Di), которые вычисляют по формулам:

P(Di) = ni / n,

где ni - число объектов из общего числа n, у которых наблюдалось состояние Di ;

P(Kj/Di) = nij / ni,

где nij - число объектов из числа ni, у которых наблюдался признак Kj.

37

Так как простые ДП обычно реализуются в двуальтернативной форме ("есть - нет"),

_

вероятности P(Kj j /Di) вычисляют по формуле

_

P(Kj j /Di) = 1 - P(Kj /Di).

В силу независимости реализаций ДП вероятности P(K*/Di) вычисляют по формуле

P(K*/Di)= P(K1/Di) P(K2/Di).... P(Kj/Di)..P(Km/Di)..

Для удобства расчётов исходные данные сводят в таблицу:

Di	K1	K2	Kj	P(Di)
D1	P(K1/D1)	P(K2/D!)	P(Kj/D1)	P(D1)
D2	P(K1/D2)	P(K2/D2)	P(Kj/D2)	P(D2)
Di	P(K1/Di)	P(K2/Di)	P(Kj/Di)	P(Di)

При постановке окончательного диагноза придерживаются правила: при реализации комплекса K* объект следует отнести к диагнозу Di , для которого P(Di /K*) = max.

При равных вероятностях нескольких диагнозов обычно прибегают к дополнительному обследованию объекта с использованием средств локального ТД.

Контрольные вопросы по разделам 9.0…9.1

1.Для чего предназначаются комплексные диагностические параметры?

2.Что определяет формула Байеса?

3.С какой целью используют комплексные диагностические параметры ТД?

4. Что является источником информации для проведения расчётов по форм Байеса?

38

10.0. ИНТЕГРАЛЬНЫЕ ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ

При проверках работоспособностисложных многофункциональных объектов

(ГТД, функциональные системы и т.д.) в качестве ДП обычно используют измеряемые в полете параметры (температура газов, расход топлива, давление рабочей жидкости и .т),.д которые обладают сравнительно низкой чувствительностью к изменению технического состояния (ТС).

Врезультате наблюдаются случаи запаздывания диагностической информации о моментах возникновения неисправностей, что приводит к возникновению серьёзных отказов.

Сцелью повышения оперативности распознавания развивающихся неисправностей

прибегают к использованию интегральных ДП.

Вкачестве интегрального ДП часто используют КПД, который учитывает все потери энергии, связанные с изменением ТС объекта.

Так, для ТВД применяют интегральный ДП, который вычисляют по формуле:

Кh = Nв /Gт×Hu,

где Kh - интегральный ДП, характеризующий работоспособность ТВД по изменению КПД; Nв - приведенная мощность (крутящий момент) на воздушном винте;

Gт - приведенный расход топлива;

Hu - теплотворная способность топлива.

В качестве интегральных ДП используют эмпирически подобранные показатели,

являющиеся совокупностью нескольких разнородных параметров объекта.

Основными условиями их выбора являются:

Øвозможность измерения и регистрации в полете;

Øналичие сведений о тенденциях изменения параметров при изменении ТС объекта;

Øвозможность приведения параметров к САУ и заданному режиму работы объекта.

Проверку работоспособности объектов при использовании интегральных ДП проводят :

1)путем сопоставления текущего значения параметраКh с его предельно допустимым значением [Кh ];

_

2) путём вычисления относительного показателя Кh = Kh / [Kh].

_

Выполнение условия Кh ≤ [Kh] свидетельствует об отсутствии недопустимых отклонений ТС объекта.

Например

Для раннего распознавания разрушений (отказа) межвального подшипника Д-30КУ-154

_

предложен интегральный параметр Кh который вычисляют по формуле:

_ _______________________

2	+ Кзо	2	+ Квх	2	+ Квых	2	£ [Кh] ,
Кh= Ö Кпо

39

где Кпо = Vпо / Vпо*; Кзо = Vзо / Vзо*; Квх = Tвх / Tвх*;

Квых = Tвых / Tвых* - показатели изменения уровня вибрации по передней и задней ,опоре температуры масла на входе и выходе из двигателя;

Vпо, Vпо*, Vзо, Vзо*, Tвх, Tвх*, Tвых, Tвых* - измеренные и базовые (исходные) значения параметров.

_

Эффективность применения показателя Кh наглядно иллюстрируют графики (рис. 10.1.),

построенные на основе данных полетной информации.

Рис 10.1. Изменение параметров ГТД при разрушении подшипников опоры ротора

Из приведенных графиков видно, что время распознавания неисправности подшипника при использовании интегрального ДП сокращается:

¸по сравнению с параметром "температура масла" на 40 сек;

¸по сравнению с параметром "вибрация" - более чем на 60 сек.

Это дает возможность экипажу принять своевременные меры по предупрежде разрушения подшипника (произвести останов двигателя).

Контрольные вопросы по разделу 10.0.

1.Что называют интегральным ДП?

2.В каком случае при проведении ТД используют интегральные параметры?

3.Как вычисляют интегральные ДП?

40

11.0. СТРУКТУРА ТД ПРИ ПРОВЕРКЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ОБЪЕКТОВ

Структура ТД характеризуется номенклатурой выделяемых состояний и вероятностями попадания в них объектов.

Структура ТД зависит от:

1)задачи ТД;

2)вероятности нахождения объекта в различных ТС;

3)надёжности результатов ТД.

Структуру ТД при проверке работоспособности объектов с прогнозированием ТС, поиском и устранением неисправностей (дефектов) можно представить в следующем виде (рис 11.1.).

Рис.11.1. Структура ТД при проверке работоспособности объекта

Объект ТД, отработав очередной цикл эксплуатации "0" длительностью t, попадает в состояние ожидания проверки "1".

При этом он может быть как в работоспособном "2" с вероятностью P, так и в неработоспособном "3" с вероятностью (1-P) состоянии.

Объект из состояния "2", пройдя проверку "4", попадает в состояние "5" ("годен"). Вероятность правильного диагноза "годен" при этом составит PГ = P× (1 - a).