Анализ методологических принципов и способов прогнозирования и постановки задачи короткосрочного прогнозирования изменения ТС объекта АТ

Широкий диапазон условий и режимов ЛТЭ современных АД, а также вариация их начальных (стендовых) показателей качества приводит к значительной дисперсии скорости деградации ТС и соответственно времени достижения его узлами граничного (предотказного) состояния.

Составление любого прогноза – это сложная и рискованная задача. Для его осуществления необходимо определиться с целью м способами выполнения прогноза. При этом использование прогнозной информации возможно при выполнении следующих условий:

- совокупность показателей, по которым разрабатывается период ТС объекта АТ, должна отвечать совокупности нормативных показателей их надежности (безотказность; долговечность; живучесть и эксплуатационная технологичность);

- информация прогноза должна представляться в систему планирования регулярной эксплуатации объекта АТ предварительно по времени, необходимым для процесса принятия решения пол выбору приемлемого варианта разработки самого планового документа.

К основным методическим принципам процесса прогнозирования ТС ГТД можно отнести:

1. Принцип системности, который требует рассматривать объект прогнозирования как систему взаимосвязанных характеристик объекта и прогнозного фона с целью и задачами исследования.

Рис. 5.2. Общие принципы процесса прогнозирования ТС

типовых объектов эксплуатации

2. Принцип природной специфичности – предусматривает обязательный учет специфики физической природы объекта прогнозирования, закономерности рабочих процессов, которые в нем происходят, расчетных (начальных) и граничный (допустимых) значений параметров. В случае нарушения этого принципа, что особенно часто возникает при формальной экстраполяции процессов, ошибки прогнозирования могут достигать значительных размеров.

3. Принцип оптимизации описания рабочего процесса ГТД, который позволяет разработать такое его описание (например в виде математической модели), которое обеспечивает заданную достоверность и точность прогноза при min затратах на его разработку и реализацию в условиях эксплуатации. Этот обобщенный принцип можно разделить на несколько конкретных отдельных принципов оптимизации описания рабочего процесса типового ГТД:

- принцип оптимальности степени формализации описания, который требует использования формализованных моделей в тех соотношениях с неформальными интуитивными способами описания, которые при выполнении требований задач прогнозирования ТС обеспечивали бы ее решение с min затратами. Этот принцип не требует тотальной формализации описания рабочего процесса ГТД, а обеспечения как можно более полного применения аппарата эвристических, интуитивных, творческих, неформальных методов решения проблемы прогнозирования;

- принцип минимизации размерности описания – требует стремления к описанию рабочего процесса ГТД минимальным количеством диагностируемых параметров, которые обеспечат заданную точность и достоверность прогноза их изменений. Этот принцип предвидит оценку важности каждой переменной в описании и отборе наиболее информативных из них с точки зрения диагностики ТС.

- принцип оптимального расчета диагностируемых показателей - требует выбора для расчета каждого показателя такой структуры, которая при минимальных затратах обеспечивала бы получения достаточной для прогноза информации для контролируемых и рассчитанных параметров. Этот принцип интерпретируется как принцип квантирования качественной информации, которая определяется в изделии при правильном начале отсчета изменения ТС;

- принцип дисконтирования данных – обязывает при анализировании текущего ТС ГТД больше внимания уделять новой (текущей) информации и ГТД и меньше более ранней. Этот принцип реализуется путем ведения разных функций дисконтирования начальных данных и применения при постройке модели прогнозирования метода перемещения (скольжения) средней, метода экспоненциального сглаживания и т.п.

4. Принцип аналогичности – предусматривает при анализе ТС конкретного экземпляра ГТД постоянное сравнение с его начальными параметрами, а также с известными характерными состояниями аналогов – ГТД при таком же уровне их наработке с целью отыскания характерных отклонений при проявлении того или иного вида неисправности узлов проточной части. Этот принцип позволяет с одной стороны минимизировать расходы на анализ и прогноз путем использования части готовых прогнозных моделей, а с другой стороны обеспечивает верификацию (удостоверение в подлинности) прогнозов путем сравнения с прогнозами аналогов ГТД.

На принципы прогнозирования ТС ГТД влияют различные факторы, главными из которых следует считать – объем информационной базы (т.е. совокупность измеренных и рассчитанных параметров), целевая направленность поставленной задачи прогнозирования, которая определяется выбранной прогнозной моделью и рабочим алгоритмом процесса прогнозирования.

В прогнозтике понятие модели более специфическое и узлов. Под моделью прогноза понимают такую модель объекта прогнозирования, исследование которого позволяет получить информацию о возможных состояниях объекта в будущем и (или) путях достижения этих состояний. Т.о. цель модели прогноза ГТД – получение информации не про ТС двигателя вообще, а об изменении (скорости деградации) в будущем его текущего ТС (или состояния его конструктивных узлов).

Процесс прогнозирования ТС ГТД в зависимости от цели и поставленной задачи позволяет:

- определить динамику процесса изменения ТС на протяжении заданного будущего отрезка времени наработки ГТД в конкретной размерности.

Сформулируем постановку данной задачи. Пусть некоторый контролируемый процесс ухудшения ТС ГТД можно представить в виде многомерной функции К(Р₁, Р₂₂, …, Р_m), которая исследуется в заданный отрезок времени наработки ГТД от 0 до t_n. При этом известные значения этой функции К₀(t₀), К₁(t₁), … К_n(t_n) в соответствующие промежутки времени

Необходимо определить будущие значения этой функции

К_n+1(t_n+1), К_n+2(t_n+2), …, К_n+m(t_n+m) в моменты времени (t_n+1, t_n+2, …, t_n+m) T₂.

Подобную задачу можно решить как в явном виде путем непосредственного определения К(Р, t) при условии знания аналогичной закономерности изменения Р(t), так и не прямым путем нахождения величин сначала каждого параметра Р_i, а потом К(Р, t). Подобная постановка задачи прогнозирования из условия справедливости допущения, что значение текущей функции К(Р₀, t₀) … К₀(Х_nt_n) определяют характер изменения величин прогнозируемой функции К_n+1(Р_n+1, t_n+1), … К_n+m(Р_n+m, t_n+m). Возможность принятия подобного допущения зависит от системы изучения процесса, который прогнозируется, т.е. объема информационных данных процесса полученных в период времени Т, от 0 дл t_n. Идеальным случаем при решении такой задачи прогнозирования является получение некоторого аналитического соотношения для функции состояния К_n+1(Р_n+1, t_n+1)

- рассчитать ожидаемую вероятность того, что в определенный период предупреждающий по времени наработку ГТД, при прогнозировании изменений его ТС значения параметров не превысят установленные ТУ допустимые эксплуатационные ограничения.

Эту задачу можно сформулировать так. Пусть известна совокупность текущих значений контролируемых параметров которые получены в определенный текущий времени наработки ГТД. При этом, в каждый момент t_i некоторая функция, которая характеризует ТС ГТД К_i(P_i, t_i) полностью характеризуется функцией распределения F(K). Необходимо, по известным значениям определить

,

где - допусковый диапазон отклонения значения искомой функции;

- номинальное (текущее) и допустимое значение функции К(Р, t) в границах упреждающего временного периода прогнозирования наработки ГТД t_n+m … t_n+n для значений t_n+j(j=1, 2, …m).

- определить класс долговечности по наработке. К которому необходимо отнести данный ГТД.

Эту задачу можно сформулировать так. Пусть в начальный период наработки ГТД T₀ (на стенде) поучены значения контролируемых параметров , которые характеризуют функцию ТС Л(З). Необходимо по совокупности значений параметров координат многомерной функции К_i(Р_i) принять решение о принадлежности данного ГТД к тому или иному классу Т_q по наработкам (например, по ресурсу до 1 –го капитального восстановительного ремонта, или по ресурсу до следующего КВР). При этом множество или размер классов долговечности определяются специфическими особенностями данного типа ГТД.

Надо отметить, что в условиях эксплуатации типовых ГТД решается либо задача прямого диагностирования, либо задача обратная.

При решении прямой задачи прогнозирования с применением аналитических методов предполагается наличие причинно-следственных связей между характеристиками ТС ГТД как в текущем времени эксплуатации K(P₀, P₁, …, P_i, t_i), t_i T₁, i=0, 1, …, n, так и в прогнозируемом периоде эксплуатации K(P₁, …, P_j, t_n+j, t_i T₂, j=1, 2, …, m), причем Т₁ и Т₂.

По полученным из эксперимента или расчетным путем значения K_i(P_i, t_i) находят аналитическое соотношение зависимости K(P_j, t_n+j)=φ [K(P_i, t_i)], которое позволяет определить величину искомой функции процесса прогнозирования для любого момента времени t_т+о T₂б j=1, 2, …, m. При применении методов вероятного прогнозирования для решения прямой задачи предусматривается получение зависимости, аналогичной следующей:

Где P_k(t_n+j) – прогнозируемая вероятность;

F_i(K), f_i(P) – плотность распределения вероятности значений функции К_i и ее координат P_i, φ _i, φ ₂ – соответствующие функциональные зависимости, отражающие характер связи между значениями параметров ТС ГТД.

Методика решения обратной задачи диагностирования лежит в определении времени наработки (долговечности или времени исправного состояния двигателя), когда функция, характеризующая изменение ТС K(P, t) либо вероятность ее появления Р(К), достигает граничных значений, которые задаются налагаемыми ограничениями.

При аналитическом обратном прогнозировании ТС ГТД в выражение добавляется граничное значение функции ТС К(Р) и полученное равенство решается относительно б т.е. находят величину наработки ГТД в исправном состоянии t^* в явном выражении.

Величину t^*, как результат вероятного обратного прогнозирования, можно найти из следующего выражения:

, где Р^*(К) – допустимая вероятность нахождения функции К в заданной области значений.

К характерным эксплуатационным задачам обратного прогнозирования можно отнести определение показателей долговечности (ресурсы по наработкам ГТД), сроки проведения профилактических работ (по формам периодичности ТО), сроки выполнения диагностики контроля (при применении стратегий ТО по техническому состоянию) и др. т.п.

Прикладной метод короткосрочного прогнозирования динамики изменения ТС конструктивных узлов ГТД по текущим параметрическим данным их диагностирования комплексным контрольно-расчетным (ККР) методом

Изменение ТС конструкций узлов теплового ГТД оценивается автоматизированной системой по значениям комплексных диагностических показателей в виде таких признаков возникновения неисправности:

- скачок контролируемого параметра, который отображает мгновенное развитие неисправности;

- несоответствие значения параметра возможным или допустимым значениям ТУ;

- тренд, означает неслучайное постепенное отклонение значений параметра наработки ГТД и отражает постоянное развитие неисправности;

- существенные колебания (флуктация) среднего значения параметра, что отображает развитие нестационарных процессов или проявлений взаимосвязей различных параметров;

- систематические отклонения (выбросы) значений параметров, что не связано с ошибками измерения, а отображает скрытое для данного метода диагностирования, развитие неисправности, которая проявляется только в определенных условиях эксплуатации.

В реальной практике диагностики часто встречаются различные сочетания возникновения неисправностей контролируемых узлов ГТД.

Опыт показывает, что развитие неисправностей сопровождается ↑ скорости изменения отклонений текущих параметров, которые характеризуют работу того или иного узла ГТД. Причем, по времени наработки двигателя отклонения приведенных ТГП от их начальных значений могут быть достаточно значительными.

Главным заданием диагностики есть своевременное выявление малых отклонений приведенных параметров для идентификации начальных стадий развития неисправностей двигателя, а заданием методов прогнозирования ТС – определение закономерности скорости развития идентифицированной неисправности для расчета ресурса «безопасной» эксплуатации.

В настоящее время регистрируются параметры: η _КНД, η _КВД, Т^*_т, Р_топл.. При такой ограниченной информации трудно идентифицировать начальную стадию развития неисправности двигателя и практически невозможно идентифицировать неисправный конструктивный узел.

Но для большинства ГТД нахождение в эксплуатации существует достаточно большая статистическая информация и значительный опыт их эксплуатации, что позволят с определенной степенью надежности судить авиаперсоналу о наличии причинно-следственных связей между экспл. повреждениями отдельных узлов двигателя и изменением величин штатно зарегистрированных параметров. В то же время статистика исследований досрочно снятых двигателей показывает, что 30-35% из них можно было бы продолжать эксплуатировать.

Т.о. проблема диагностики имеет и экономический аспект.

В методическом плане основным инструментом любого прогнозирования является схема экстраполяции. При этом различают:

- формальную экстраполяцию которая базируется на допущении о том, что сохранение в будущем прошлых и текущих тенденций (закономерностей) развития процессов, которые характеризуют объект прогнозирования;

- прогнозируемую экстраполяцию, при которой фактическое развитие процесса, который прогнозируется, связывается с гипотезами касаемых его динамики с учетом в перспективе физической или логической сущности.

В общем экстраполяционные методы прогнозирования основываются на исследованиях временных рядов (последовательности), которые представляют собой статистически упорядоченные по времени выборки измерений (расчетов) тех или иных характеристик газодинамического процесса ГТД (узла) (состояние) которого прогнозируется.

В общем случае временную последовательность К_t можно представить в виде:

,

где Р_t – детерминированная случайная составляющая (триод) процесса;

ε _t – стохостическая случайная составляющая («белый шум») процесса.

При этом Р_t характеризует действительную динамику развития процесса прогнозирования в целом, а ε _t – отображает случайные колебания (отклонения) процесса. Обе составляющие определяются соответствующим механизмам (закономерностью), который характеризует их течение во времени. Т.о. заданием прогнозирования является определение вида функций Р_t и ε _t на основании известных начальных и текущих эмпирических данных.

Первым этапом экстраполяции тренда считается выбор оптимального вида функции, которая описывает эмпирическую временную последовательность данных. Для этого выполняется предварительная обработка и преобразование известных данных для облегчения выбора вида тренда путем сглаживания и выравнивания временной последовности, определение функции дифференцированного ↑, проведение формального и логического анализа особенностей процесса, который прогнозируется.

Следующим этапом процесса должен быть расчет параметров выбранной экстраполяционной функции. При этом наиболее распространенными методами оценки параметров временных рядов считают метод наименьших квадратов (МНК) и его модификации, метод экспоненциального сглаживания, метод вероятного моделирования и метод адаптивного сглаживания.

Рассмотрим на примере АИ-25 применение в границах ККР метода диагностирования ГТД до узла предлагаемых методик прогнозирования изменения ТС их узлов, которые идентифицированы как неисправные. Предлагаемый подход по прогнозированию ТС ГТД касается методики использования МНК при разработке оперативного (короткосрочного) прогноза. Известно, что сущность МНК лежит в поиске модели тренда, которая минимизирует их отклонения от значений начальной временнорй последовательности, т.е.

5.13

где - расчетные и фактические значения начальной временной последовательности показатели ТС узла ГТД соответствующие n – количества расчетов (измерений).

Выбор модели тренда в каждом конкретном случае осуществляется по целому ряду статистических критериев, например, по дисперсии, корреляционному отношению и др., которые в свою очередь являются критериями аппроксимации, а не прогноза.

В практических исследованиях в качестве модели тренда наиболее часто используют линейную (у=ах+в), квадратичную (у=ах²+вх+с), степенную (у=х^а) и другие функции. Среи них наибольшее распространение получила линейная. МЕК широко используется для получения конкретных прогнозов, что объясняется его простотой и легкостью реализации в программных алгоритмах на ЭВМ. Недостатками МНК считаются жесткое фиксирование модели тренда и то, что надежный прогноз можно получить на небольшой период упреждения, т.е. при условии . Т.о. МНК относится к методам оперативного и короткосрочного прогнозирования. Представим модель тренда комплексного диагностического показателя узла ГТД в общем виде, в виде ряда Тейлора:

5.14

где К_i0 – базовое (начальное) значение КИДП узла (K_i0 = 1, 0);

Δ K_i – независимые переменные КИДП во времени Д_t наработки двигателя.

Если ограничиться первыми двумя членами последовательности (5.14), то при условии:

получаем линейную прогнозную модель тренда КИДП узла ГТД, которая обретает вид:

5.15

где - абсолютное приращение КИДП узла ГТД;

- приращение времени наработки ГТД в определенный период упреждения.

В классическом МНК предусматривается равноценность наявной информации в моделе. В реальной практике наиболее ценную информацию несут более поздние значения измерений (расчетов) чем ранние. Это обстоятельство привело к дисконтированию, т.е. ↓ ценности более ранней информации. Дисконтирование учитывается путем введения в модель (5.13) значений весовых коэффициентов , тогда

Коэффициент β _i можно задавать в числовой форме либо в виде функциональной зависимости, так, чтобы при перемещении в прошлое значения весовых коэффициентов ↓. При этом формальных процедур выбора β _i не предусмотрено, т.е. они выбираются исследователем интуитивно.

Т.о. решая 5.15 интеграционным методом относительно находим последовательность прогнозируемых значений КИДП узла ГТД, которые характеризуют динамику развития неисправности. Которая идентифицирована КФТ методом с применением методики расчетов по МНК.

Описанная методика может достаточно просто быть реализована для линейных или минеареализованных моделей. Это позволяет эффективно применять ее в условиях авиапредприятий для разработки оперативных и короткосрочных прогнозов.

Обоснование аналитических структур базовых комплексных информационно-диагностических моделей и кретериальных показателей динамики изложения технического диагноза качества ТС и качества функционирования ГТД.

Базовым диагностическим показателем ГТД будем считать комплексный информационно-диагностический показатель, принятый за начальный (К_у0(t₀)), который имеет априорно исправный двигатель в начале эксплуатации(или после ремонта) и на который ориентируются при сравнительных оценках динамики изменения ТС конкретного двигателя. В период эксплуатации ГТД значения К_уі(t_і) изменяется, что характеризует динамику деградации и развития эксплуатации. Неисправностей конструкции узлов проточной части. При этом изменение значений К_уі(t_і) может происходить в разных направлениях от начальной величины К_у0(t₀).

Оценка ТС(диагноз) ГТД осуществляется в соответствии с алгоритмом комплексного контрольно-расчетного (ККР) метода диагностирования и комбинированного функционально-тестового(КФТ) метода комплексных информационно-диагностических показателей конструктивных узлов(К_і) и двигателя в целом(К_у).

При этом текущие значения комплексного информационно-диагностического показателя технического диагноза могут изменяться:

(6.1)

где К_у0(t₀) =1, 0 – начальная величина комплексного информационно-диагностического показателя технического диагноза ГТД в момент начала его регулярной эксплуатации;

- допуск на величину ошибки измерения(расчета) контролируемых параметров штатной системой контроля ГТД;

- время наработки двигателя с начала эксплуатации, на момент проведения его диагностирования.

Определим характерные эксплуатационные диапазоны возможных значений КИДП двигателя { К_уі(t_і)}, которые определяют(оценивают) и характеризуют технический диагноз ГТД в процессе его регулярной эксплуатации. Так, при значениях К_уі(t_і) в границах диапазона 1-го (исправного или до критического) уровня

, (6.2)

ТС и расчетной части ГТД считается «исправным», т.е. значения диагностируемых параметров находятся в границах заданных ТУ и эксплуатация двигателя осуществляется по штатным режима.

Если текущие значения КИДП находятся в границах диапазона 2-го («неисправного, или работоспособного» или «критического») уровня:

(6.3)

Где - граничный допустимый допуск на отклонения диагностики параметров от ТУ, то ТС ГТД считается «неисправным, но работающим», т.е. это предотказное состояние двигателя, при котором его эксплуатация возможна с ограничениями, либо с особым контролем и прогнозирование динамики деградации ТС.

В случае, когда текущие значения КИДП технического диагноза ГТД приобретают величину 3-го диапазона – «неработоспособного» или «закритического» уровня:

(6.4)

ТС ГТД считается «неработоспособным», т.е. таким, что отвечает его отказу, а эксплуатация должна быть прекращена до восстановления исправного или работоспособного состояния.

При этом в 1-ом случае неисправность находится среди узлов «горячей» части ГТД, а во 2-ом – среди узлов «холодной» части двигателя, что определяется по алгоритму КФТ метода идентификации неисправности узлов ГТД.

Будем считать, что существует взаимосвязь между значениями диагностических признаков(параметров), которые измеряются (рассчитываются) системой контроля и диагностирования во время работы ГТД и показателями качества стационарного технического состояния двигателя (W_s) и качеством динамики функционирования (P_s). Причем, эта связь осуществляется через текущие значения комплексного информационно-диагностического показателя технического диагноза (К_у) двигателя во время его наработки (t_i) с начала эксплуатации.

Под качеством ТС ГТД будем понимать совокупность свойств ГТД, которые обуславливают его стационарную технологическую пригодность, т.е. оценивают соответствие ТС конструктивных узлов(элементов) проточной части ГТД нормативам конструкторской документации (по геометрическим и аэродинамическим характеристикам, классу чистоты поверхности и т.д.).

Оценка качества ТС ГТД осуществляется по величинам комплексного информационно-диагностического показателя качества ТС (W_s(t)), который представляет собой интегральную количественную характеристику технологических особенностей двигателя, которые входят в состав его качества ТС и рассматриваются соответственно к определяющим условиям жизненного цикла (проектирования, производство, эксплуатация).

Базовым критерием качества ТС ГТД будем считать интегральный КИДП качества ТС ГТД, принятый за начальный:

при сравнительных оценках динамики изменения качества ТС конкретного экземпляра ГТД при его эксплуатации. При этом текущие значения показателя качества ТС ГТД могут изменяться по следующему соотношению:

(6.5)

где = - начальное значение показателя качества ТС ГТД в момент начала эксплуатации с допуском на эксплуатационную ошибку (), связанную с допуском () на ошибку штатной системы измерения и расчетно-информационной АСД при определении КИДП технического диагноза двигателя;

- абсолютное значение величины изменения показателя качества ТС ГТД на момент проведения его диагностики.

Учитывая, что 1, а 0, качество ТС является монотонно убывающей функцией КИДП ТС ГТД (К_у) и времени наработки двигателя (t_y), т.е. величина показателя качества ТС ГТД всегда меньше 1.

Очертим характерные эксплуатационные степени и диапазоны значений показателя качества ТС ГТД (W_si(t_i)), которые определяют(оценивают) и характеризуют качество ТС двигателя в процессе его эксплуатации. При этом определяющими есть диапазоны значений КДП двигателя в момент его диагностирования. Так, при К_і(t_i), которые находятся в границах 1-го диапазона(6.2), которые характеризуют «исправное» ТС двигателя, значение величины показателя качества ТС находятся в границах 1-го уровня:

(6.6)

т.е степень качества ТС проточной части ГТД считается «хорошей», при которой не требуется проведения профилактических мероприятий.

Если текущие значения КИДП технического диагноза К_і(t_i) находяться в пределах 2-го диапазона (6.3), которые характеризуют «неисправное» но «работающее» ТС проточной части ГТД, то значение величины показателя качества находятся в границах диапазона 2-го.

(6.7)

Где - гранично-допустимый эксплуатационный допуск на качество ТС проточной части ГТД, т.е. степень качества ТС считается «удовлетворительной», при которой допускается эксплуатация двигателя с проведением определенных нетрудоемких профилактических мероприятий и прогнозирования динамики ухудшения качества ТС.

В случае достижений значений КИДП технического диагноза К_і(t_i) границы 3-го диапазона К_і(t_i) (6.4), которые характеризуют «неработающее» ТС, значение величины показателя качества будет:

(6.8)

Т.е. степень качества ТС проточной части ГТД считается «неудовлетворительным» и при которой запрещается дальнейшая эксплуатация двигателя до выполнения специальных профилактических операций, которые позволят перевести ГТД на 2-ю или 1-ю степень качества.

Ранжирование степеней качества может быть представлено графически.

Под качеством функционирования ГТД будем понимать его способность использовать заданные динамические функции (т.е. создавать заданную величину тяги при заданном расходе топлива) при сохранении по времени наработки значений эксплуатационных показателей в заданных границах, которые соответствуют заданным режимам и условиям эксплуатации.

Оценка качества функционирования ГТД осуществляется по комплексному информационно-диагностическому показателю качества функционирования R_s(t), который представляет собой интегральную количественную характеристику динамических особенностей двигателя, которые входят в состав его качества функционирования и рассматриваются соответственно к определенным условиям жизненного цикла. Т.е. это такая совокупность особенностей ГТД, которые обуславливают его динамическую пригодность к использованию по предназначению и оценивают соответствие динамического состояния конструкторских узлов проточной части ГТД нормативам эксплуатационной документации (характеристикам заданных величин тяги, расхода топлива, расхода воздуха через определенные сечения, величин увеличения/уменьшения давления в узлах турбин, КПД и его конструкторских узлов) и т.п.

Базовым критерием качества функционирования ГТД будем считать интегральный КИДП качества функционирования и принятый за начальный P_s0[K_y0(t₀)] при сравнительных оценках динамики изменения качества функционирования конкретного экземпляра ГТД при его эксплуатации. При этом текущие значения показателя качества функции ГТД могут изменяться по следующему соотношению:

(6.9)

Где =1.0- Δ P_{s экспл}(Δ К_{у изм.}) – начальные значения показателя надежности функционирования узлов проточной части ГТД в момент начала эксплуатации с допуском на эксплуатационную ошибку (Δ Р_{s экспл.}) связанную с допуском (Δ К_{у изм.}) на ошибку штатной системы измерения и расчетно-информационный АСД при определении КИДП технического диагноза двигателя;

- абсолютное значение величины изменения показателя качества функционирования ГТД на момент проведения его диагностирования.

Учитывая то, что 1, а , то качество функционирования является уменьшающейся функцией КИДП технического диагноза ГТД (К_у) и времени наработки двигателя (t_y) с начала эксплуатации на момент проведения диагностирования двигателя, т.е. величина показателя качества функционирования ГТД всегда меньше 1.

По аналогии с качеством ТС определим характерные эксплуатационные уровни и диапазоны значений показателя качества функционирования узлов проточной части ГТД {P_si(t_i)}. Которые позволят оценить и охарактеризовать качество функционирования двигателя в процессе его эксплуатации. При этом определяющими являются диапазоны значений КИДП технического диагноза двигателя в момент его диагностирования. Так, при значении K_yi(t_i), которые находятся в границах 1-го диапазона К_у1(t), (6.2), которые характеризуют «исправное» ТС ГТД, значение величины показателя качества функционирования ГТД также находятся в пределах диапазона 1-го (заданного или докритического) уровня.

(6.10)

Т.е. качество функционирования проточной части ГТД находится в границах «заданного»(докритического) уровня, что позволяет эксплуатировать ГТД на всех допустимых нормативной документацией режимах без профилактических мероприятий.

Если текущее значение КИДП находится в границах 2-го диапазона, 6.3, это характеризует «неисправный, но работоспособный» двигатель, то:

(6.11)

Где - гранично допустимый эксплуатационный допуск на качество функционирования узлов ГТД, т.е. качество функционирования находится в границах допустимого уровня, при котором разрешается эксплуатация двигателя с определенными ограничениями, либо особым контролем прогнозирования динамики уменьшения качества функционирования.

В случае достижения 3-го уровня:

(6.12)

Т.е., дальнейшая эксплуатация двигателя должна быть прекращена.

Предложенное ранжирование степеней качества может быть представлено графически.

20. Многомерная аналитическая модель оценки динамики изменений ТС ГТД типа «время наработки – технический диагноз – качество технического состояния – качество функционирования»

Как уже отмечалось, с изменением значений КИДП технического диагноза двигателя меняются и текущие значения показателей качества ТС и качества функционирования ГТД. Однако эти изменения имеют однобокий характер, т.е.

0 { } 1.0; 0 { } 1.0, что свидетельствует об ухудшении качества ТС и качества функционирования ГТД из-за наличия и развития эксплуатационных неисправностей.

Т.е., исходя из вышесказанного получаем систему соотношений: (6.13)

Если в (6.13) производные высших порядков считать незначительно малыми величинами, и начальные величины показателей определенными или заданными, то 6.13 примет вид:

(6.14)

Систему 6.14 можно считать базовой аналитической информационно-диагностической моделью оценки динамики изменений ТС ГТД в 4-х мерном критериальном пространстве показателей – техники диагноза К_у; качества ТС W_s; качества функционирования P_s и времени наработки t с начала эксплуатации.

21.Характерные особенности нового вида стратеги эксплуатации АД по техническому состоянию с контролем уровня лётной годности

Рассмотрим основные черты новой стратегии. Известно, что каждый тип ГТД сертифицируется на предмет нормальной лётной годности(НЛГ). При этом, НЛГ ГТД – это требования к конструкции, параметрам и функциональным особенностям, которые обеспечивают безопасное использование. Т.е. полученный сертификат ЛГ свидетельствует о его исправном ТС, которое характеризуется конкретными значениями конролируемых параметров.

Т.О. основной характерной и отличительной чертой нового вида стратегии эксплуатации является определение и контроль текущего уровня ЛГ конкретного ГТД. Методика оценки уровня ЛГ базируется на использовании расчетно-информационных алгоритмов системы текущего контроля и диагностики проточной части ГТД для определения текущих значений показаний . При этом, характерные эксплутационные уровни ЛГ ранжируются:

- 1-й уровень ЛГ (R₁) – «достаточный», который в векторной форме можно представить:

(6.15)

При этом эксплуатационный диапазон абсолютных значений показателя уровня ЛГ может заключаться в пределах:

(6.16)

Этот уровень ЛГ ГТД характеризует его ТС как «исправное», хорошего технологического уровня качества ТС и «заданного» уровня качества функционирования, а эксплуатационное решение лежит в разрешении ЛТЭ согласно с РЛЭ, а ТО – согласно регламента.

- 2-ой уровень ЛГ (R₂) – допустимый – векторная форма представлена как:

(6.17)

При этом эксплуатационный диапазон абсолютных значений показателя уровня ЛГ лежит в пределах:

(6.18)

Данный уровень ЛГ ГТД характеризует его как «Неисправное, но работающее», «удовлетворительного» технического уровня качества ТС и «допустимого» уровня качества функционирования, а эксплуатационное решение заключается в разрешении выполнения режимов ЛТЭ с ограничением определенных параметров ГТД, а ТО – согласно регламента с особым контролем динамики деградации неисправного узла.

- 3-й уровень ЛТ (R₃) – «недопустимый», векторное выражение:

(6.19)

в этом случае эксплуатационный диапазон абсолютных значений показателя уровня ЛГ имеет границу:

< (6.20)

Достижение такого уровня ЛГ ГТД характеризует его ТС как «неработоспособное», «неудовлетворительного» технического уровня качества ТС и «недопустимого» уровня качества функционирования, на котором необходимо проводить профилактико-восстановительные работы.