Ученые разработали метод диагностики датчиков авиационного двигателя и испытали его в натурных условиях
В современной авиации надежность — ключевое требование. Особенно это касается авиационного двигателя, стабильная работа которого зависит в том числе от измерений датчиков системы автоматического управления, отказ которых может привести к его нештатной работе. Традиционные решения, такие как установка дополнительных датчиков для контроля показателей, имеют существенные недостатки. Это утяжеляет всю конструкцию и не защищает от ситуаций, когда из строя выходит сразу несколько приборов. Ученые Пермского Политеха совместно со специалистами АО «ОДК-Авиадвигатель» разработали программу адаптивного наблюдателя для системы управления двигателем и впервые провели ее натурные испытания в реальном времени в составе стенда при испытаниях авиационного двигателя пятого поколения тягой 35 тонн силы.
Современный авиационный двигатель — это сложнейшее техническое устройство, где все должно работать штатно и без отказов. В том числе система автоматического управления, от технической реализации которой зависят одни из ключевых характеристик двигателя: точность регулирования и поддержание заданного уровня тяги, газодинамическая устойчивость в широких диапазонах (способность двигателя работать без срывов и разрушительных колебаний при изменении режимов), топливная эффективность и т.д. Поэтому отказы этой системы могут привести не только к нештатной работе, но и создавать угрозу безопасности полета.
Один из ключевых компонентов управления — каналы измерений, которые выполняют роль источника входной информации о состоянии двигателя. Они состоят из датчиков, линий связи и преобразователей, которые в условиях эксплуатации подтверждены различным воздействиям (температуры, вибрации и т.д.). В случае их отказа система переходит на резервное управление, которое имеет ряд ограничений и допущений, а для систем, не имеющих гидромеханического резерва (дублирующей системы управления), это означает последующее выключение двигателя в полете (как в системе FADEC).
Как правило, необходимый уровень надежности систем измерений достигается с помощью информационной избыточности, то есть используются несколько источников данных. Для этого традиционно применяется аппаратное резервирование (дублирование или троирование), но у этого подхода есть существенные недостатки. Дело в том, что каждый резервный датчик не только добавляет вес конструкции, но и увеличивает энергопотребление и усложняет алгоритмы, тем самым увеличивая общую стоимость всей системы, хотя это не обязательно приводит к повышению надежности.
В качестве альтернативы или дополнения к аппаратному резервированию также могут применяться математические модели. Их используют для диагностики и нейтрализации отказов на основе данных других исправных датчиков.
Несмотря на то, что такой подход хорошо известен в авиации, подобные разработки для двигателей пока носят демонстрационный характер. По данным из открытых источников, подобные решения еще не применялись в реальном времени при испытаниях авиационных двигателей, а также в составе специализированного оборудования.
Ученые Пермского Политеха разработали модель адаптивного наблюдателя и совместно со специалистами АО «ОДК-Авиадвигатель» провели его испытания с последующей интеграцией в стендовое оборудование для испытаний двигателя тягой 35 тонн силы. Статья опубликована в журнале «Труды МАИ».
Программа работает в два этапа, используя специальные алгоритмы, которые ученые разработали под задачи исследования. Сначала создается математическая модель двигателя, работающая в режиме реального времени. Поскольку показатели двигателя постоянно меняются под влиянием внешних условий, температуры и естественного износа, алгоритм ученых непрерывно корректирует ее параметры. Это гарантирует, что показатели соответствуют своему физическому прототипу.
На втором этапе происходит фильтрация входных параметров. Алгоритм берет математическую модель и постоянно анализирует фоновые помехи, которые возникают в самой системе. Так же отличительная особенность алгоритма — его способность выполнять свои функции после отказов измерительных каналов. Показания отказавших датчиков заменяются прогнозными значениями, которые система вычисляет сама, когда не может получить реальные данные. Это позволяет системе сохранять работоспособность даже в таких сложных условиях, где традиционные решения дают сбой или теряют свою эффективность.
— Экспериментальную проверку алгоритма адаптивного наблюдателя мы проводили в процессе натурных испытаний двигателя-демонстратора большой тяги 35 тонн силы. Для этого использовался специализированный промышленный компьютер в составе испытательного стенда, где испытываются полноразмерные авиационные двигатели. Для обеспечения безопасности испытаний алгоритмы работали в наблюдательном режиме, то есть без возможности управления системами стенда и двигателя. Это необходимо для качественной оценки, анализа и отладки модели без риска для оборудования, — отметил Артур Плешивых, ассистент кафедры «Прикладная математика» ПНИПУ, ведущий инженер отдела расчетно-экспериментальных работ и проектирования систем автоматического управления АО «ОДК-Авиадвигатель».
В ходе испытаний двигатель работал в различных состояниях — от малого газа до взлетного режима. В результате, при разных режимах система продемонстрировала исключительную точность. Расхождение между реальными показаниями датчиков и значениями алгоритма составило менее 0,008%. Этот показатель в десять раз превышает требования современных авиационных стандартов к измерительным приборам.
— Система сохраняла точность не только в штатных условиях, но и при внешних возмущениях. Испытания алгоритмов в условиях натурного стенда подтвердили способность системы фильтровать помехи и сохранять работоспособность в неидеальных условиях, — рассказал Владимир Первадчук, доктор технических наук, заведующий кафедрой «Прикладная математика» ПНИПУ.
Эта технология важна для перспективных авиационных двигателей, к которым предъявляется ряд новейших требований, в том числе в части надежности систем автоматического управления, требующих новых инженерных решений. Успешные испытания данных алгоритмов позволяют оценить адекватность разработки, чтобы сформулировать направление для дальнейших исследований для применения в проектировании более безопасных и надежных двигателей для грузовых и пассажирских авиалайнеров.
— Направление дальнейших исследований предусматривает продолжение работы с адаптивным наблюдателем на специализированном безмоторном стенде, который с высокой точностью моделирует работу двигателя. Это позволит безопасно воспроизвести самые разные нештатные ситуации, например, отказы и сбои в показаниях датчиков. Тестирование проверит, как новый алгоритм справляется с этими проблемами в стабильных условиях и при резких изменениях на всех этапах полета, – дополнил Саженков Алексей Николаевич, кандидат технических наук, помощник генерального конструктора АО «ОДК-Авиадвигатель».
Telegram 
Дзен 
VK Способность договариваться с сородичами, будь то танец пчел или предупреждающий крик примата, хорошо изучена. Но то, как животные координируют действия с представителями других видов, долго оставалось загадкой. Международная группа ученых собрала воедино все известные случаи такой межвидовой коммуникации и выяснила, что во время эволюции выработался гибкий язык сигналов.
Канадские исследователи установили, что регулярный прием добавок кальция, витамина D или их комбинации практически не снижает риск переломов и падений у большинства пожилых людей. Врачи, профессиональные ассоциации и официальные руководства по всему миру продолжают массово назначать эти препараты для защиты скелета, а объемы их выписки в последние годы только росли.
Биологи доказали, что способность млекопитающих восстанавливать утраченные конечности и их части не исчезла в ходе эволюции, а просто заблокирована на генетическом уровне. Во время экспериментов на животных авторы работы успешно вырастили заново кости, суставы, связки и сухожилия, которые обычно не восстанавливаются после ампутации.
Исследователи НИУ ВШЭ выяснили, как российские интернет-пользователи проверяют сомнительную информацию и что заставляет их это делать. Оказалось, что более половины, заподозрив обман, пытаются отыскать первоисточник. А определяющими факторами в деле проверки становятся возраст, место жительства, социальное положение, навыки работы с информацией и использование ИИ.
Международный коллектив ученых обнаружил новую серьезную угрозу ускорения потепления планеты, которая скрывается в высокогорных районах Азии. Исследователи выяснили, что стремительное повышение температур приводит к высвобождению огромных запасов древнего углерода из вечной мерзлоты (замерзшие слои грунта, не оттаивающие годами) Тибетского плато.
Физики Инженерной школы ядерных технологий ТПУ разработали новый подход к созданию материалов водородной энергетики, основанный на управлении дефектной структурой и иерархической архитектурой материала. Подход позволяет перейти от традиционного подбора составов и добавок к проектированию материалов с заданными характеристиками хранения и транспорта водорода.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Вначале Reuters опубликовал статью о взаимоотношениях SpaceX и Пентагона, которую миллиардер --- традиционно для его отношений с этим изданием — назвал фейком. Опровергая ее тезисы, он обнародовал информацию, не представленную ранее публично.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно