RU2145718C1 - Method for diagnosing abnormal operating conditions of jet engines - Google Patents
Method for diagnosing abnormal operating conditions of jet engines Download PDFInfo
- Publication number
- RU2145718C1 RU2145718C1 RU99100831/09A RU99100831A RU2145718C1 RU 2145718 C1 RU2145718 C1 RU 2145718C1 RU 99100831/09 A RU99100831/09 A RU 99100831/09A RU 99100831 A RU99100831 A RU 99100831A RU 2145718 C1 RU2145718 C1 RU 2145718C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signals
- components
- engine
- jet
- spectral
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 41
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 title claims abstract description 13
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 29
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 19
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 claims abstract description 17
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims abstract description 17
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 3
- 230000002547 anomalous effect Effects 0.000 claims description 11
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000001373 regressive effect Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 238000007689 inspection Methods 0.000 abstract 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 11
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 7
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 5
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 5
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 3
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 3
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000002405 diagnostic procedure Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- 239000010755 BS 2869 Class G Substances 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000005314 correlation function Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000013480 data collection Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 239000003380 propellant Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам диагностики аномальных режимов функционирования реактивных двигателей (РД), используемых в авиационных и ракетно-космической отраслях техники, в частности к способам диагностики с помощью электрофизических параметров, измеряемых при истечении газовых струй газотурбинных и жидкостных РД. The invention relates to methods for diagnosing anomalous operating modes of jet engines (RD) used in the aerospace and aerospace industries, in particular to methods for diagnosing using electrophysical parameters measured at the expiration of gas jets of gas turbine and liquid taxiways.
Известны способы диагностики (Сидоренко М.К. "Виброметрия газотурбинных двигателей" М. Машиностроение, 1973 г.), основанные на измерениях температуры, давления, вибрации и других параметров. Информация, получаемая на основании измерения таких параметров, характеризует режимы функционирования отдельных блоков и узлов РД. По отношению к эксплуатационной надежности элементов, конструктивно расположенных в газовом тракте двигателя в условиях интенсивного воздействия тепловых и динамических нагрузок, такая информация носит опосредованный и усредненный характер. На основании ее анализа невозможно сделать однозначный и своевременный вывод о координатах и времени начала разрушений, например, форсунок, лопаток турбин, теплозащитных покрытий и т. д. Вывод о начале возможного процесса разрушений может быть сделан только после превышения штатных режимов по уровням температуры и вибрации, т. е. после того, как разрушение уже произошло. Known diagnostic methods (Sidorenko MK "Vibrometry of gas turbine engines" M. Mechanical Engineering, 1973), based on measurements of temperature, pressure, vibration and other parameters. Information obtained on the basis of the measurement of such parameters characterizes the operating modes of individual blocks and nodes of taxiways. In relation to the operational reliability of the elements structurally located in the gas path of the engine under conditions of intense exposure to thermal and dynamic loads, such information is indirect and averaged. Based on its analysis, it is impossible to make an unambiguous and timely conclusion about the coordinates and time of the start of destruction, for example, nozzles, turbine blades, heat-shielding coatings, etc. A conclusion about the beginning of a possible process of destruction can be made only after exceeding the standard conditions by temperature and vibration levels , i.e., after the destruction has already occurred.
Известны электрофизические способы диагностики аномальных режимов функционирования РД (патент США N 4587614 М. кл. G 08 В 29/00, F 02 С 7/32, 1986 г. ) посредством зондовых измерений нескомпенсированного электрического заряда истекающих газовых струй. Электрический заряд может быть вызван такими процессами, как неполное сгорание топлива, разрушение металлических и теплозащитных элементов при отклонении от режимов штатного функционирования насосов, форсунок, трубопроводов и т. п. В частности, в процессе эрозии и ускоренного разрушения конструктивных элементов образуется большое количество микрочастиц с размерами от 5 до 100 мкм, которые увлекаются и выносятся газовой струей. За счет высоких температур с поверхностей таких микрочастиц может иметь место термоэмиссия электронов. В зависимости от локальных перепадов давления (скорости) различные области струи, обтекающей конструктивные элементы, будут приобретать отрицательный или положительный заряды. Выбор диагностируемых областей осуществляют с учетом интенсивности и времени воздействия тепловых и динамических нагрузок на зонд. В каждую из таких областей газового тракта вводят зонд и измеряют напряжение сигналов флюктуирующего пространственного заряда относительно шумового порогового уровня. На основании анализа измеренных сигналов делают вывод о времени начала возникновения и пространственных координатах повреждения. Недостатками известного технического решения являются влияние вносимых зондом возмущений на режимы истечения в диагностируемых областях струи и зависимость ресурса зонда от интенсивности и времени воздействия тепловых и динамических нагрузок. Known are the electrophysical methods for diagnosing the abnormal modes of RD functioning (US patent N 4587614 M. class G 08 B 29/00, F 02 C 7/32, 1986) by means of probe measurements of uncompensated electric charge of expiring gas jets. An electric charge can be caused by processes such as incomplete combustion of fuel, the destruction of metal and heat-shielding elements when deviating from the normal operation of pumps, nozzles, pipelines, etc. In particular, in the process of erosion and accelerated destruction of structural elements, a large number of microparticles with sizes from 5 to 100 microns, which are carried away and carried out by a gas stream. Due to the high temperatures from the surfaces of such microparticles, electron thermal emission can take place. Depending on the local pressure (velocity) drops, different areas of the jet flowing around the structural elements will acquire negative or positive charges. The choice of diagnosed areas is carried out taking into account the intensity and time of exposure to thermal and dynamic loads on the probe. A probe is introduced into each of these areas of the gas path and the voltage of the fluctuating space charge signals is measured relative to the noise threshold level. Based on the analysis of the measured signals, a conclusion is drawn about the onset time and spatial coordinates of the damage. The disadvantages of the known technical solutions are the influence of perturbations introduced by the probe on the flow regimes in the diagnosed areas of the jet and the dependence of the probe resource on the intensity and time of exposure to thermal and dynamic loads.
Из известных способов наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ диагностики аномальных режимов функционирования РД по авт. св. 1778715 М. кл. G 01 R 33/02, G 01 M 3/40, 1992 г. под названием "Способ измерений токов в плазме". Of the known methods closest in technical essence to the claimed is a method for diagnosing abnormal modes of functioning of the taxiway according to ed. St. 1778715 M. cl. G 01 R 33/02, G 01
Известный способ заключается в том, что диагностику аномальных режимов функционирования РД осуществляют путем измерения собственных магнитных полей истекающих газовых струй с последующим сравнением измеряемых сигналов с эталонными. Измерения проводят с помощью кольцевого магнитного датчика. Датчик размещают вне расширяющейся части сопла и при измерениях перемещают вдоль оси двигателя в заданных пределах от его критического сечения. В случае режима функционирования, сопровождающегося нарушениями целостности элементов конструкции, может иметь место локальное увеличение плотности тока и индуцированного им собственного магнитного поля. В результате по сравнению со штатным режимом произойдет изменение уровня напряжения ЭДС сигнала на выходе датчика, что будет свидетельствовать о начале процесса разрушений. The known method consists in the fact that the diagnosis of abnormal operating modes of the taxiway is carried out by measuring the intrinsic magnetic fields of the expiring gas jets, followed by a comparison of the measured signals with the reference ones. Measurements are carried out using a ring magnetic sensor. The sensor is placed outside the expanding part of the nozzle and, when measured, is moved along the axis of the engine within specified limits from its critical section. In the case of a functioning mode accompanied by violations of the integrity of structural elements, a local increase in the current density and its own magnetic field induced by it can take place. As a result, in comparison with the standard mode, the voltage level of the emf signal at the output of the sensor will change, which will indicate the beginning of the destruction process.
Известное техническое решение на основе использования датчика, размещаемого вне истекающей струи, позволяет уменьшить вносимые им возмущения в рабочий процесс двигателя, а также влияние тепловых и динамических факторов на результаты диагностики. Однако использование магнитного датчика кольцевого типа, эффективная площадь измерений которого по плотности тока зависит от площади сечения профилированного сопла двигателя, будет характеризоваться низкой достоверностью в определении величины и координат локального изменения плотности тока струи, а также низкой помехозащищенностью. A well-known technical solution based on the use of a sensor placed outside the flowing jet, allows to reduce the disturbances introduced by it into the engine operation process, as well as the influence of thermal and dynamic factors on the diagnostic results. However, the use of a ring-type magnetic sensor, the effective measurement area of which according to the current density depends on the cross-sectional area of the profiled engine nozzle, will be characterized by low reliability in determining the magnitude and coordinates of the local change in the current density of the jet, as well as low noise immunity.
Задачами, на решение которых направлено изобретение, являются увеличение достоверности и локальной избирательности измерений. The tasks to which the invention is directed are to increase the reliability and local selectivity of measurements.
Поставленные задачи решаются за счет того, что в известном способе диагностики режимов функционирования реактивных двигателей путем измерения собственных магнитных полей истекающих газовых струй и последующего сравнения измеряемых сигналов с эталонными, контролируемое пространство вокруг двигателя разбивают на n (n > 1) поперечных или продольных сечений, в каждом сечении на/или вблизи внешней поверхности двигателя устанавливают k (k > 1) трехкомпонентных датчиков-антенн, одну из трех компонент каждого датчика ориентируют вдоль оси симметрии истекающей струи и конструкции двигателя, две другие - ортогонально к ней, измеряют три ортогональные компоненты флюктуаций сигналов электрических полей и три ортогональные компоненты флуктуаций сигналов магнитных полей реактивной струи, а при отсутствии струи измеряют соответствующие компоненты сигналов помеховых воздействий, проводят спектральный анализ результатов измерений, определяют взаимные спектральные и корреляционные характеристики между компонентами сигналов одинаковой ориентации для каждой пары датчиков двух соседних сечений, а также между компонентами сигналов каждого датчика и сигналами параметров рабочего процесса двигателя, корректируют полученные характеристики с учетом сигналов помеховых воздействий, выявляют спектральные составляющие аномальных (эрозионных) процессов в заданных диапазонах частот для различных режимов и временных интервалов, рассчитывают регрессивные зависимости между интенсивностями аномальных (эрозионных) процессов и параметрами функционирования двигателя, а для сравнения с эталонными сигналами преобразуют рассчитанные зависимости в соответствующие напряжения сигналов. The tasks are solved due to the fact that in the known method for diagnosing the operating modes of jet engines by measuring the intrinsic magnetic fields of the outgoing gas jets and then comparing the measured signals with the reference ones, the controlled space around the engine is divided into n (n> 1) transverse or longitudinal sections, in each section on / or near the outer surface of the engine sets k (k> 1) three-component sensor antennas, one of the three components of each sensor is oriented along the axis of symmetry The flow of the outflowing jet and the engine structure, the other two are orthogonal to it, measure three orthogonal components of the fluctuations of the electric field signals and three orthogonal components of the fluctuations of the magnetic field signals of the jet stream, and in the absence of a jet measure the corresponding components of the interference signal, perform spectral analysis of the measurement results, determine the mutual spectral and correlation characteristics between the components of the signals of the same orientation for each pair of sensors of two days of cross sections, as well as between the components of the signals of each sensor and the signals of the parameters of the working process of the engine, correct the obtained characteristics taking into account the signals of interfering effects, identify the spectral components of the anomalous (erosion) processes in the given frequency ranges for different modes and time intervals, calculate the regression dependencies between the intensities abnormal (erosion) processes and engine functioning parameters, and for comparison with reference signals, trans read dependencies into corresponding voltage signals.
На фиг. 1 представлена блок-схема устройства, реализующего способ диагностики. In FIG. 1 shows a block diagram of a device that implements a diagnostic method.
Обозначения:
1 - реактивный двигатель;
2 - истекающая газовая струя;
3 - подсистема измерений;
4 - подсистема обработки сигналов;
5 - подсистема аварийной защиты РД;
6 - система диагностики;
7, 8 - блоки системы питания и управления режимами функционирования РД соответственно;
9 - датчик параметра, определяющего рабочий процесс РД;
10 - трехкомпонентные датчики электрических и магнитных полей;
11, 12 - полосовые усилители - преобразователи сигналов датчиков 8 и 9 соответственно;
13 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП);
14 - цифровые входы-выходы;
15 - контроллер прямого доступа к памяти (ПДП);
16 - центральный процессор (ЦП);
17 - цифроаналоговый преобразователь (ЦАП);
18 - оперативное запоминающее устройство (ОЗУ);
19 - программируемые счетчики-таймеры (СТ);
20 - кварцевый генератор опорной частоты;
21 - внешнее запоминающее устройство (ВЗУ);
22 - персональный компьютер (ПЭВМ);
23 - внутренняя область струи;
24 - внешняя область струи;
25 - сечение измерений, совпадающее с критическим сечением сопла;
26 - сечение измерений, совпадающее со срезом сопла РД;
Д11. . .Дnk - трехкомпонентные датчики-антенны электрических и магнитных полей;
Hz,Hr,Hφ - компоненты сигналов магнитных полей;
Ez,Hr,Hφ - компоненты сигналов электрических полей.Designations:
1 - jet engine;
2 - outflowing gas stream;
3 - measurement subsystem;
4 - signal processing subsystem;
5 - taxiway emergency protection subsystem;
6 - diagnostic system;
7, 8 - blocks of the power supply system and control of the operating modes of taxiways, respectively;
9 - sensor parameter that determines the working process of the taxiway;
10 - three-component sensors of electric and magnetic fields;
11, 12 - strip amplifiers - signal transducers of sensors 8 and 9, respectively;
13 - analog-to-digital Converter (ADC);
14 - digital inputs and outputs;
15 - controller direct access to memory (MAP);
16 - central processing unit (CPU);
17 - digital-to-analog converter (DAC);
18 - random access memory (RAM);
19 - programmable timers (CT);
20 - crystal oscillator reference frequency;
21 - external storage device (VZU);
22 - personal computer (PC);
23 - the inner region of the jet;
24 - the outer region of the jet;
25 is a section of measurements that coincides with the critical section of the nozzle;
26 is a section of measurements coinciding with a section of the nozzle RD;
D 11 . . .Д nk - three-component sensors-antennas of electric and magnetic fields;
H z , H r , H φ - components of the magnetic field signals;
E z , H r , H φ are the components of the electric field signals.
Входные сигналы датчиков 9 и 10 условно показаны стрелками. The input signals of the sensors 9 and 10 are conventionally shown by arrows.
Индекс n (n > 1) относится к сечениям измерений, индекс k (k > 1) -к номеру датчика. Oz,Or,φ - направление осей z и r и угла φ цилиндрической системы координат. Начало оси координат совмещено с плоскостью критического сечения РД. Направление оси Оz соответствует направлению оси симметрии конструкции и истечения реактивной струи РД.Index n (n> 1) refers to the measurement cross sections, index k (k> 1) refers to the sensor number. O z , O r , φ is the direction of the z and r axes and the angle φ of the cylindrical coordinate system. The origin of the coordinate axis is aligned with the plane of the critical section of the taxiway. The direction of the axis O z corresponds to the direction of the axis of symmetry of the structure and the expiration of the jet of the taxiway.
На фиг. 2 представлена блок-схема алгоритма формирования сигнала управления подсистемой аварийной защиты РД. In FIG. 2 shows a block diagram of the algorithm for generating a control signal for the emergency safety subsystem of the taxiway.
На фиг. 3 представлены результаты спектрального анализа флюктуаций компонент сигналов магнитного поля в контрольной точке на камере сгорания (КС) и пульсаций давления в КС. In FIG. Figure 3 presents the results of a spectral analysis of fluctuations of the components of the magnetic field signals at a control point on the combustion chamber (CS) and pressure pulsations in the CS.
Обозначения:
а-в- спектральные уровни компонент магнитного поля Hz, Hr, Hφ соответственно;
г - спектральные уровни пульсаций давления Δp.
Частоты выделенных спектральных уровней указаны в Гц.Designations:
a-c - spectral levels of the magnetic field components H z , H r , H φ, respectively;
g - spectral levels of pressure pulsations Δp.
The frequencies of the selected spectral levels are indicated in Hz.
Результаты анализа относятся к одному и тому же временному интервалу от начала пуска РД. The analysis results refer to the same time interval from the start of the taxiway launch.
Способ осуществляют следующим образом. Перед началом диагностики пространство вокруг двигателя 1 разбивают на n (n > 1) поперечных или продольных сечений. В каждом сечении на/или вблизи внешней поверхности двигателя 1 с наиболее ответственными по условиям функционирования элементами конструкции устанавливают k (k > 1) трехкомпонентных датчиков-антенн 10. Влияние тепловых и динамических факторов окружающей среды сводят к минимальным размещением чувствительных элементов каждого датчика в миниатюрном теплозащищенном моноблоке. В каждой контрольной точке, определяемой размерами датчика, одновременно измеряют три компоненты электрических и три компоненты магнитных полей. Ориентацию компонент различных полей каждого датчика выбирают попарно одинаковой. Одну из трех пар компонент ориентируют вдоль направления истечения струи, две другие - ортогонально к ней. Обеспечение достоверности результатов диагностики при высокой чувствительности измерительных каналов в условиях интенсивных электромагнитных помех технологического происхождения осуществляют посредством использования полосовых усилителей - преобразователей, а также измерений соответствующих компонент сигналов помеховых воздействий при отсутствии истечения струи. The method is as follows. Before starting the diagnosis, the space around the engine 1 is divided into n (n> 1) transverse or longitudinal sections. In each section on / or near the outer surface of the engine 1 with the most structurally responsible structural elements, k (k> 1) three-component sensor antennas are installed 10. The influence of thermal and dynamic environmental factors is reduced to the minimum placement of the sensitive elements of each sensor in a miniature heat-protected monoblock. At each control point, determined by the size of the sensor, three components of electric and three components of magnetic fields are simultaneously measured. The orientation of the components of the various fields of each sensor is chosen pairwise the same. One of the three pairs of components is oriented along the direction of the jet, the other two are orthogonal to it. The reliability of diagnostic results at high sensitivity of the measuring channels under conditions of intense electromagnetic interference of technological origin is ensured by using strip amplifiers - converters, as well as measurements of the corresponding components of the signals of interference effects in the absence of a jet outflow.
При пуске двигателя 1 в соответствии с заданной циклограммой с помощью систем питания 7, управления 8 обеспечивают нормальный (штатный) режим функционирования, который контролируют датчиками 9 системы диагностики 6. Датчиками 10, установленными в контрольных точках сечения 26, при истечении струи в свободное пространство измеряют электрические и магнитные поля внешней области истечения 24. Датчиками 10, установленными между срезом сопла и критическим сечением измеряют электрические и магнитные поля внутренней области истечения 23. When starting the engine 1 in accordance with a predetermined sequence diagram using power systems 7, controls 8 provide a normal (regular) mode of operation, which is monitored by sensors 9 of the diagnostic system 6. Sensors 10 installed at control points of section 26 measure when the jet flows into free space electric and magnetic fields of the external expiration region 24. Sensors 10 installed between the nozzle exit and the critical section measure the electric and magnetic fields of the internal expiration region 23.
Выходные сигналы датчиков 9 и 10, усиливают в заданных диапазонах частот с помощью полосовых усилителей - преобразователей 11 и 12 и подают на вход блока 13. Блок 13 функционирует в режиме программного управления с многоканальным вводом данных в режиме ПДП и последовательным опросом измерительных каналов от датчика 9 до датчиков 10 (Д11...Дnk). Из сигналов последовательных каналов одного цикла опроса на выходе АЦП формируют массив, который фиксируют в ОЗУ блока 18 в виде кадра данных. Блоки 14, 15 и 16 обеспечивают формирование текущих адресов ячеек ОЗУ и слежение за длиной кадра данных. По сигналу с блока 16 происходит отключение блока 15 с установкой стартового состояния регистра режимов блока 13. Временную синхронизацию ввода данных осуществляют с помощью блоков 19 и 20.The output signals of the sensors 9 and 10 are amplified in the specified frequency ranges using strip amplifiers - converters 11 and 12 and fed to the input of the unit 13. Block 13 operates in program control mode with multi-channel data input in the RAP mode and sequential interrogation of the measuring channels from the sensor 9 to sensors 10 (D 11 ... D nk ). From the signals of the serial channels of one polling cycle, an array is formed at the output of the ADC, which is fixed in the RAM unit 18 in the form of a data frame. Blocks 14, 15 and 16 provide the formation of current addresses of RAM cells and tracking the length of the data frame. At a signal from block 16, block 15 is turned off with the start state of the mode register of block 13 being set. Temporary synchronization of data input is carried out using blocks 19 and 20.
Завершив считывание, подсистема 4 переходит в режим обработки кадра данных в ОЗУ в соответствии с заданными по программе алгоритмами анализа сигналов. Сбор и обработка данных могут осуществляться по отдельным кадрам или одновременно с обменом массивами данных между ОЗУ и ВЗУ в режиме ПДП по командам блока 22 (на фиг. 1 не показано). Having finished reading,
Выбор параметров запускающего импульса, междуканальной задержки и междукадрового интервала обеспечивают с учетом параметров измеряемых сигналов, количества опрашиваемых каналов (датчиков), аппаратных возможностей блока 21 и программного обеспечения подсистемы 4. The choice of the parameters of the triggering pulse, the inter-channel delay and the inter-frame interval are provided taking into account the parameters of the measured signals, the number of interrogated channels (sensors), the hardware capabilities of block 21 and the software of
Обработку данных осуществляют расчетами амплитудных спектров измеряемых сигналов и взаимных спектральных и корреляционных характеристик между компонентами сигналов одинаковой ориентации для каждой пары датчиков двух соседних сечений, а также между компонентами сигналов каждого датчиками сигналами параметров рабочего процесса двигателя. Полученные характеристики корректируют с учетом сигналов помеховых воздействий, выявляют спектральные составляющие аномальных (эрозионных) процессов в заданных диапазонах частот для различных режимов и временных интервалов и рассчитывают регрессивные зависимости между уровнями (интенсивностями) аномальных (эрозионных) процессов и параметрами функционирования двигателя. Расчетные зависимости, хранящиеся в памяти ВЗУ, преобразуют в соответствующие напряжения сигналов, а затем сравнивают с уровнями эталонных (прогнозируемых) сигналов. Путем сравнения измеренных сигналов с эталонными судят об интенсивности и координатах начала возникновения разрушений и соответствующих значениях параметров режимов функционирования РД. При превышении измеренных уровней над эталонными формируют управляющий сигнал подсистемы аварийной защиты 5. С выхода 1 подсистемы 5 сигнал подают на вход блока 8 и блокируют аномальный режим функционирования РД. Data processing is performed by calculating the amplitude spectra of the measured signals and the mutual spectral and correlation characteristics between the components of the signals of the same orientation for each pair of sensors of two adjacent sections, as well as between the components of the signals of each sensors with the signals of the parameters of the engine workflow. The obtained characteristics are adjusted taking into account the signals of interfering effects, the spectral components of the anomalous (erosion) processes are detected in the given frequency ranges for various modes and time intervals, and the regressive dependencies between the levels (intensities) of the anomalous (erosion) processes and the engine functioning parameters are calculated. The calculated dependencies stored in the memory of the VZU are converted into the corresponding signal voltages, and then compared with the levels of the reference (predicted) signals. By comparing the measured signals with the reference ones, they judge the intensity and coordinates of the onset of damage and the corresponding values of the parameters of the taxiway operating modes. If the measured levels exceed the reference ones, the control signal of the emergency protection subsystem 5 is formed. From the output 1 of the subsystem 5, the signal is fed to the input of block 8 and the anomalous mode of the taxiway operation is blocked.
Формирование сигнала управления осуществляют посредством вычисления спектрально-корреляционных характеристик измеряемых сигналов в соответствии с блок-схемой фиг. 2. The control signal is generated by calculating the spectral correlation characteristics of the measured signals in accordance with the block diagram of FIG. 2.
Известно, что истечение газовых струй РД сопровождается образованием нескомпенсированного положительного электрического заряда. Несмотря на незначительный вклад термической ионизации продуктов сгорания при температурах, развиваемых в КС РД на химическом топливе, вклад в возникновение нескомпенсированного заряда могут вносить также и другие процессы. Такими процессами могут быть хемоионизационные реакции с образованием сажевых частиц, начальные стадии нарушений целостности (эрозии) элементов конструкции с возникновением термоэмиссии электронов с поверхностей металлических и других микрочастиц. Процессы образования пространственного заряда и эмиссии заряженных частиц приводят к флюктуациям электропроводящих свойств, а следовательно, и к флюктуациям электрических и магнитных полей истекающей струи до среза 23 и за срезом 24 сопла РД. В результате сигналы датчиков подсистемы 3 по уровням и частотному диапазону флюктуаций будут зависеть от параметров режимов функционирования, пространственных и временных координат процессов истечения и разрушений. It is known that the expiration of gas jets of taxiways is accompanied by the formation of an uncompensated positive electric charge. Despite the insignificant contribution of the thermal ionization of the combustion products at temperatures developed in chemical propellants in chemical fuel, other processes can also contribute to the occurrence of an uncompensated charge. Such processes can be chemoionization reactions with the formation of soot particles, the initial stages of structural integrity (erosion) of structural elements with the appearance of electron thermal emission from the surfaces of metal and other microparticles. The processes of the formation of a space charge and the emission of charged particles lead to fluctuations in the electrically conductive properties, and, consequently, to fluctuations in the electric and magnetic fields of the outflowing jet to cut 23 and behind cut 24 of the RD nozzle. As a result, the signals of the sensors of
По каналам датчик - преобразователь электрического поля измеряют поля излучения и плавающие потенциалы струи. Для каждой из компонент электрического поля в двух соседних контролируемых точках (в предположении близости электронных температур) имеем:
где U1, U2 - измеряемые потенциалы,
ξ - параметры функционирования РД,
η - интенсивность аномальных (эрозионных) процессов,
ω - частота флюктуаций электрического поля,
Δl - расстояние между контролируемыми точками,
where U 1 , U 2 - measured potentials,
ξ are the operational parameters of the taxiway,
η is the intensity of abnormal (erosion) processes,
ω is the frequency of fluctuations of the electric field,
Δl is the distance between the controlled points,
По каналам датчик - преобразователь магнитного поля измеряют флюктуации напряжений ЭДС сигналов, индуцируемых зарядами истекающей струи. Для каждой из компонент магнитного поля в контролируемой точке имеем:
где UД - напряжение ЭДС сигнала датчика,
SД - площадь сечения чувствительного элемента датчика,
μ0= 4π•10-7 Гн/м - магнитная проницаемость вакуума,
μ - относительная магнитная проницаемость среды,
ω - частота флюктуаций магнитного поля,
τ - время усреднения измерительного канала.The sensor - magnetic field transducer channels measure voltage fluctuations of the emf signals induced by the charges of the flowing jet. For each of the components of the magnetic field at a controlled point, we have:
where U D is the voltage of the emf of the sensor signal,
S D - the cross-sectional area of the sensor element,
μ 0 = 4π • 10 -7 GN / m is the magnetic permeability of the vacuum,
μ is the relative magnetic permeability of the medium,
ω is the frequency of fluctuations of the magnetic field,
τ is the averaging time of the measuring channel.
Флюктуации сигналов электрических и магнитных полей соотношений (1) и (2) могут быть представлены как многомерные нестационарные случайные процессы, которые несут информацию о динамике возникновения пространственных зарядов турбулентного поля давления в струе, интенсивности и пространственно-временных координатах аномальных (эрозионных) процессов, эволюции их перехода в стадию разрушений. Выявление значимых в статистическом смысле зависимостей между сигналами электрических и магнитных полей соотношений (1) и (2) и параметрами функционирования двигателя может быть выполнено на основе расчетов взаимных спектральных и корреляционных характеристик, в частности оценок функции когерентности, удовлетворяющей условиям:
В соотношениях (3) приняты следующие обозначения:
где Sx(f), Sy(f), Sxy(f), Rxy(t0) - спектральные плотности, взаимная спектральная плотность и взаимная корреляционная функция флюктуаций сигналов x(t) и y(t) соответственно,
Δf - разрешающая способность анализа,
t0 - временной сдвиг между сигналами x(t) и y(t).Fluctuations in the signals of electric and magnetic fields of relations (1) and (2) can be represented as multidimensional non-stationary random processes that carry information about the dynamics of the emergence of space charges of a turbulent pressure field in a jet, the intensity and spatio-temporal coordinates of anomalous (erosion) processes, evolution their transition to the stage of destruction. The identification of statistically significant relationships between the signals of electric and magnetic fields of relations (1) and (2) and engine operation parameters can be performed based on calculations of the mutual spectral and correlation characteristics, in particular, estimates of the coherence function satisfying the conditions:
In relations (3), the following notation is used:
where S x (f), S y (f), S xy (f), R xy (t 0 ) are the spectral densities, the mutual spectral density and the cross-correlation function of fluctuations of the signals x (t) and y (t), respectively,
Δf is the resolution of the analysis,
t 0 is the time shift between the signals x (t) and y (t).
Символами x(t) и y(t) обозначены компоненты сигналов электрических и магнитных полей соотношений (1) и (2), а также сигналы параметров функционирования РД. Если в качестве параметра функционирования использовать сигнал пульсаций давления КС Δp, то из результатов расчетов соотношения (3), подтверждающих значимость соответствующих оценок функции когерентности и в заданных временном интервале и диапазоне частот, будет следовать:
где
где x(t) = Hz,r,φ(t,f,Δf), y(t) = Ez,r,φ(t,f,Δf), то оценки пространственно-временной эволюции интенсивностей аномальных (эрозионных) процессов - значимы.The symbols x (t) and y (t) denote the components of the signals of the electric and magnetic fields of relations (1) and (2), as well as the signals of the parameters of the taxiway functioning. If we use the pressure pulsation signal КС Δp as a functioning parameter, then from the results of calculations of relation (3), confirming the significance of the corresponding estimates of the coherence function and in a given time interval and frequency range, will follow:
Where
where x (t) = H z, r, φ (t, f, Δf), y (t) = E z, r, φ (t, f, Δf), then the estimates of the spatiotemporal evolution of the intensities of the anomalous (erosive) processes are significant.
Точность оценок соотношений (3а) и (3б) при заданной доверительной вероятности будет определяться доверительными интервалами функций когерентности. The accuracy of estimates of relations (3a) and (3b) for a given confidence probability will be determined by confidence intervals of the coherence functions.
На основании соотношений (1) - (4) рассчитывают регрессивные зависимости между интенсивностями аномальных (эрозионных) процессов и параметрами функционирования РД. Полученные расчетные зависимости преобразуют в напряжения сигналов управления подсистемой аварийной защиты. Точность оценки уровней сигналов управления при заданном режиме функционирования РД будет определяться доверительными интервалами интенсивностей аномальных (эрозионных) процессов. Сформированные сигналы сравнивают с эталонными и принимают решение о продолжении диагностики или о блокировке аномального режима. Based on relations (1) - (4), regressive dependencies between the intensities of abnormal (erosion) processes and the parameters of the functioning of the RD are calculated. The resulting calculated dependences are converted into voltage control signals of the emergency protection subsystem. The accuracy of estimating the levels of control signals for a given mode of RD operation will be determined by confidence intervals of the intensities of abnormal (erosion) processes. The generated signals are compared with the reference ones and decide whether to continue the diagnosis or to block the abnormal mode.
Подсистема обработки сигналов 4 может быть реализована на базе ПЭВМ IBM PC AT с использованием программно-аппаратного комплекса ПОС, включающего плату многоканального АЦП LCARD типов L-203 - L-1610 и пакет программ обработки сигналов (Разработчик НПО "Мера" г. Мытищи М.О.). В качестве ПЭВМ может быть использован компьютер IBM PC на базе процессора Intel 486 с оперативной памятью на 8 Мб. Подсистема обработки сигналов обеспечивает преобразование аналоговых сигналов с погрешностью менее 0.2 %, расчет спектральных характеристик с погрешностью менее 0.4 %.
На основании вышеизложенного следует, что в отличие от известного способа, использование заявленного технического решения позволяет обеспечить увеличение достоверности и локальной избирательности измерений. Кроме того, сведены к минимальным как возмущения со стороны датчиков на рабочий процесс двигателя, так и влияние тепловых и динамических факторов окружающей среды на результаты измерений. Последнее достигалось конструктивным и технологическим исполнением датчиков-антенн, проведением измерений вне истекающей струи за срезом сопла, а также обеспечением высокой чувствительности и помехозащищенности измерительных каналов. Based on the foregoing, it follows that, in contrast to the known method, the use of the claimed technical solution allows to increase the reliability and local selectivity of measurements. In addition, the disturbances from the sensors on the engine’s workflow and the influence of thermal and dynamic environmental factors on the measurement results are minimized. The latter was achieved by the constructive and technological design of the sensor antennas, by taking measurements outside the outflowing jet behind the nozzle exit, and also by ensuring high sensitivity and noise immunity of the measuring channels.
Полученные выводы подтверждаются результатами исследований, представленными на фиг. 3. Из сравнения зависимостей а - в с зависимостью г фиг. 3 следует, что спектры флюктуаций компонент магнитного поля и пульсаций давления КС РД представляют собой суперпозицию двух случайных процессов: широкополосного и узкополосного. На отдельных частотах спектров имеет место взаимная корреляция между локальными компонентами поля, а также между каждой из таких компонент и параметрами рабочего процесса РД. С другой стороны, известно, что наблюдаемый на спектре пульсации давления узкополосный случайный процесс может быть вызван неустойчивостями, связанными с нарушениями нормального режима КС. Наличие взаимной корреляции между спектральными составляющими различных сигналов свидетельствует о том, что посредством измерения электрофизических параметров можно проводить сравнение аномального (эрозионного) режима с нормальным, определять пространственные и временные координаты нарушений (разрушений) и формировать аппаратными средствами управляющие сигналы для блокирования таких режимов работы РД. The findings are confirmed by the research results presented in FIG. 3. From a comparison of the dependences a - b with the dependence d of FIG. 3 it follows that the spectra of fluctuations of the components of the magnetic field and pressure pulsations of the CS of the RD are a superposition of two random processes: broadband and narrowband. At individual frequencies of the spectra, there is a mutual correlation between the local components of the field, as well as between each of these components and the parameters of the RD workflow. On the other hand, it is known that the narrow-band random process observed in the spectrum of pressure pulsations can be caused by instabilities associated with violations of the normal CS regime. The presence of a mutual correlation between the spectral components of various signals indicates that by measuring the electrophysical parameters it is possible to compare the anomalous (erosion) mode with the normal one, determine the spatial and temporal coordinates of disturbances (damage), and generate control signals with hardware to block such operating modes of the taxiway.
Использование заявленного технического решения по сравнению с известным позволяет:
- диагностировать режимы функционирования РД измерениями во внешней области внутри струи локальных значений компонент электрических и магнитных полей;
- диагностировать режимы функционирования РД измерениями вблизи стенок вне корпуса двигателя локальных значений компонент магнитных полей, индуцируемых истекающей газовой струей;
- определять при наличии взаимной корреляции между компонентами электрических и магнитных полей вне истекающей струи и параметрами двигателя интенсивность, пространственные и временные координаты ранних стадий нарушения целостности конструктивных элементов и обеспечивать автоматическое блокирование аномальных режимов функционирования РД;
- определять характер и природу неустойчивостей рабочего процесса РД, не внося возмущений в газодинамику истекающей струи;
- обеспечивать надежную эксплуатацию РД;
- увеличить достоверность результатов диагностики режимов функционирования РД.Using the claimed technical solution in comparison with the known allows:
- diagnose the modes of RD functioning by measurements in the external region inside the stream of local values of the components of electric and magnetic fields;
- diagnose the modes of RD operation by measurements near the walls outside the engine housing of the local values of the components of the magnetic fields induced by the outgoing gas stream;
- to determine, in the presence of a mutual correlation between the components of the electric and magnetic fields outside the flowing jet and the engine parameters, the intensity, spatial and temporal coordinates of the early stages of structural element integrity violation and to ensure automatic blocking of the anomalous modes of taxiway functioning;
- determine the nature and nature of the instabilities of the working process of the taxiway, without introducing disturbances into the gas dynamics of the expiring jet;
- ensure reliable operation of taxiways;
- increase the reliability of the diagnostic results of the modes of functioning of the taxiway.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99100831/09A RU2145718C1 (en) | 1999-01-21 | 1999-01-21 | Method for diagnosing abnormal operating conditions of jet engines |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99100831/09A RU2145718C1 (en) | 1999-01-21 | 1999-01-21 | Method for diagnosing abnormal operating conditions of jet engines |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2145718C1 true RU2145718C1 (en) | 2000-02-20 |
Family
ID=20214713
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU99100831/09A RU2145718C1 (en) | 1999-01-21 | 1999-01-21 | Method for diagnosing abnormal operating conditions of jet engines |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2145718C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2245491C2 (en) * | 2002-05-22 | 2005-01-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие Научно-производственное объединение измерительной техники | Method and device for monitoring combustion conditions in gas-turbine power unit |
| RU2258923C1 (en) * | 2004-01-21 | 2005-08-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" | Method of diagnosing gas turbine engines at steady and non-steady states of operation |
| RU2263808C1 (en) * | 2004-02-24 | 2005-11-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Method of recording ignition of fuel-air mixture in afterburner |
| RU2465519C2 (en) * | 2007-05-23 | 2012-10-27 | НУОВО ПИНЬЕНЕ С.п.А. | Control method of dynamic pressure parameters and evaluation of service life of gas turbine combustion chamber |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4587614A (en) * | 1982-12-28 | 1986-05-06 | United Technologies Corporation | System fault detection in electrostatic flow diagnostics |
| RU2069374C1 (en) * | 1991-04-04 | 1996-11-20 | Орион Павлович Хвостов | Method of vector magnetic measurements |
-
1999
- 1999-01-21 RU RU99100831/09A patent/RU2145718C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4587614A (en) * | 1982-12-28 | 1986-05-06 | United Technologies Corporation | System fault detection in electrostatic flow diagnostics |
| RU2069374C1 (en) * | 1991-04-04 | 1996-11-20 | Орион Павлович Хвостов | Method of vector magnetic measurements |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2245491C2 (en) * | 2002-05-22 | 2005-01-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие Научно-производственное объединение измерительной техники | Method and device for monitoring combustion conditions in gas-turbine power unit |
| RU2258923C1 (en) * | 2004-01-21 | 2005-08-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" | Method of diagnosing gas turbine engines at steady and non-steady states of operation |
| RU2263808C1 (en) * | 2004-02-24 | 2005-11-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Method of recording ignition of fuel-air mixture in afterburner |
| RU2465519C2 (en) * | 2007-05-23 | 2012-10-27 | НУОВО ПИНЬЕНЕ С.п.А. | Control method of dynamic pressure parameters and evaluation of service life of gas turbine combustion chamber |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100366329B1 (en) | Integrated Acoustic Leak Detection System | |
| RU2680104C2 (en) | System and method of measuring defects in ferromagnetic materials | |
| US8082124B2 (en) | Method and system for diagnosing abnormal plasma discharge | |
| US5625150A (en) | Integrated acoustic leak detection sensor subsystem | |
| EP0707205B1 (en) | Detecting anomalies within a monitored volume | |
| US10066962B2 (en) | Apparatus, system, and method for sensor authentication | |
| KR20010052142A (en) | Ultrasensitive surveillance of sensors and processes | |
| CN109917252B (en) | Method and device for positioning local discharge source in transformer and server | |
| RU2145718C1 (en) | Method for diagnosing abnormal operating conditions of jet engines | |
| EP0811856A2 (en) | Improvements to dipole detection and localization processing | |
| EP2616825B1 (en) | Method for automated position verification | |
| EP1813912A1 (en) | Method and device for measuring width direction end position of stripe body, and method and device for measuring width direction central position of stripe body | |
| CN215678619U (en) | Detection device for extra-high voltage direct current transmission converter valve | |
| RU2245491C2 (en) | Method and device for monitoring combustion conditions in gas-turbine power unit | |
| US11454394B2 (en) | System and method for predetermining the onset of impending oscillatory instabilities in practical devices | |
| Stork et al. | Distinguishing between process upsets and sensor malfunctions using sensor redundancy | |
| WO2024169205A1 (en) | Method, apparatus and system for risk assessment of insulation state of power device, and storage medium | |
| Li et al. | Nonlinear model identification method for crane damage detection without baseline data | |
| JP3376531B2 (en) | Leak monitoring device and leak monitoring method | |
| JPH09264807A (en) | Acoustic monitoring method and device | |
| CN109856609A (en) | A kind of Waveform generation method removing radar blind speed | |
| US20210262886A1 (en) | Fluid leakage diagnosis device, fluid leakage diagnosis system, fluid leakage diagnosis method, and recording medium storing fluid leakage diagnosis program | |
| CN113009296A (en) | High-voltage cable partial discharge source point detection and position determination method based on single partial discharge sensor | |
| CN121114223A (en) | A method for identifying internal cracks in cylindrical shell components | |
| Lin et al. | On detection of spatiotemporal clustering |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060122 |