Техническая эксплуатация летательных аппаратов и авиационных двигателей. Техническая диагностика газотурбинных двигателей Федеральное агентство воздушного транспорта

Введение

транспортный самолет топливо судно

Топливная система самолета предназначеня для хранения на борту самолета необходимомго для выполнения полетного задания топлива и подачи его в работающие двигатели в необходимом количестве и под требуемым давлением. Конструктивно топлиная истема состоит из двух основных подсистем.

1.Самолетная топливная система

.Двигательная топливная система

К двигательной топливной системе относятся все агрегаты топливной системы, находящиеся непосредственно на двигателе и поставляемые вместе с двигателем. Мы в данной дипломной работе двигательную топливную систему рассматривать не будем.

Самолетная топливная система состоит из следующих основных элементов: топливный бак, подкачивающие насосы, перекачивающие насосы систем перекачки, трубопроводы, топливные фильтры, обратные клапаны, краны различных видов, температурно-разгрузочные краны, противопожарные краны перекрытия, системы дренажа и наддува, система заправки топливом и т.п. В некоторых самолетах имеются системы слива топлива.

Топливный бак служит для размещения и хранения необходимого количества топлива для выполнения полетного задания. Существуют три вида топливных баков: жесткие топливные баки, гибкие (резиновые) топливные баки и кессон баки. Жесткие топливные баки представляют собой обычные металлические емкости, в которые заливается топливо. Конструктивно очень простые, не требовательны в тех. эксплуатаций, но не выгодны в плане веса. Резиновые баки представляют собой резиновые мешки в металлических гондолах. Используются в основном в военной авиаций. Бали широко распространены в середине XX века. Резина имеет свойство самозатягивания при образований мелких отверстий (самолет то военный, всякое может случиться). Имеет недостатки. Резина с истечением времени разъедается топливом, а устойчивая к химической коррозий резина очень дорога. «Боится» прямых солнечных лучей. в современной авиаций широкое распространение получили кессонные баки. В этом случае, баков как таковых нет. Для размещения используется свободное пространство между нервюрами, верхней и нижней панелью обшивки самолета. Очень выгодно в весовом плане. Несуществующий бак не весит. Изготовление технологический сложно. К тому же требуется абсолютно герметичное соединение нервюр и панелей обшивки. Малейшая деформация может привести к разгерметизаций и утечке топлива. А это не есть хорошо.

В военной авиаций так же могут применяться дополнительные подвесные топливные баки. Но у нас в стране этот метод не используется (Этот метод применителен для истребителей сосровождения сверхдальных стратегических бомбардировшиков. Имеющиеся на воружений в ВС РК истребители и перехватчики способны перекрыть расстояние в пределах воздушного пространства РК, а наступательных кампаний мы пока не планируем).

Дальность полета напрямую зависит от вместимости топливных баков. В связи с этим различают три различных вида дальности.

.Теоретическая дальность

.Практическая дальность

.Тактическая дальность

Теоретическая дальность - расстояние пролетаемое самолетом с полной заправкой до полного опустошения всех топливных баков.

Практическая дальность - расстояние пролетаемое самолетом с полной заправкой, до остатка баках 7-9% топлива от начального количества.

Тактическая дальность - дальность полета с учетом времени и расхода топлива на выполнения полетного задания. В основном применительна к военной авиаций, авиаций МЧС и АХР (сель. хоз. авиация).

Подкачивающие насосы предназначены для перекачки топлива под давлением к двигателям через трубопроводы. Некоторые легкомоторные самолеты не имеют таких насосов. У таких самолетов топливо в двигатели поступает самотеком. Баки таких самолетов, обычно, расположены выше уровня двигателей (как у мотоциклов). Перекачивающие насосы предназначены для перекачки топлива из одного бака в другой. Большинство самолетов имеют расходный бак. Топливо из остальных баков поступает в расходный бак, а от туда к двигателям. Перекачивающие насосы доставляют топливо в расходный бак из других баков, расположенных в ОЧК (отъемные части крыла). Во время перекачки важно следить за балансом количества топлива в баках. На некоторых самолетах это происходит автоматический.

Существует три основных вида насосов:

.Плунженые

.Центробежные

.Шестеренчатые

В топливной системе самолетов используются центробежные и шестеренчетые насосы. Плунжерные насосы не используются в силу неравномерности расхода жидкости. Чаше всего используется центробежный насос. Так как в отличий от шестеренчатого насоса, центробежные насосы обладают большим расходом жидкости.

Топливные насосы питаются напряжением переменного или постоянного тока. Обычно на самолетах параллельно используются оба вида. Для повышения надежности. Что бы в случае отказа системы постоянного или переменного тока не потерять полностью систему подачи топлива в двигатели (Во многих случаях топливо будет подаваться в двигатели и без подкачки самотеком, но м меньшем количестве. Это негативно отразится на мощности двигателя, и в следствий на тяге и на всех энергетических системах ВС). Вероятность того, что обе системы откажут одновременно, очень мала (схемная надежность).

Трубопроводы предназначены для доставки топлива к двигателям. Топливные фильтры предназначены для очистки топлива от механических примесей. Фильтры бывают тонкой и грубой очистки.

Обратные клапаны или блок обратных клапанов служат для того, что бы предотвратить (исключить) перетекание топлива в обратную сторону в случае отказа насоса или потери производительности и (или) мощности.

Краны могут перекрывать канал течения топлива при необходимости. Большинство самолетов имеют пожарные перекрывные краны. Эти краны в случае возникновения пожара на двигателе способны перекрыть доступ топлива в данный двигатель.

При изменений температуры топливо может расширяться или сжиматься. Во время расширения в трубопроводах создается избыточное давление, опасное для труб и отдельных агрегатов. Что бы избежать этого некоторые самолеты снабжены температурно-разгрузочным краном (клапаном). Этот кран сливает излишнее топливо обратно в бак. То есть работает как предохранительный клапан (клапан перепуска).

Очень важной является система дренажа и наддува. Через систему дренажа полость бака сообщается с атмосферой. Это нужно для того что бы во время заправки снизу не «разорвать» бак. Без системы дренажа заправка самолета топливом крайне затруднительна. При повышений давления выше нормы клапан перепуска на дренажном бачке открывается и сбрасывается избыточное давление.

Наддув наоборот, нагнетает давление в баки. Проблема в том что по мере выработки топлива в баках может образоваться пустота, что приведет к снижению давления у поверхности топлива в баках. Поддерживать давление, напрямую сообщаясь с атмосферой невозможно. Так как на большой высоте давление значительно мало. А снижение давления у поверхности может привести к кавитаций (появление и схлопывание пузырьков жидкости). Это приводит к снижению эффективности насосов и появлению опасных вибраций и гидроударов в трубопроводах. Что бы избежать этого, необходимо поддерживать повышенное давление в топливных баках. Система наддува может это обеспечить. Во многих самолетах система наддува и дренажа «пользуются» одни бачком. На бачке находятся и клапан перепуска системы дренажа и клапан впуска системы наддува. Наддув осуществляется воздухом высокого давления (Обычно из последней ступени компрессора, предварительно охлажденный, возможны и другие варианты). Некоторые самолеты могут не иметь систему наддува топливных баков. Но такие самолеты, обычно, маловысотные.

Некоторые самолеты снабжены системой слива топлива. Данная система предназначена для сброса некоторого количества топлива во премя полета. Это требуется в тех случаях, когда самолет вынужден совершит посадку через некоторое время после взлета. Но если от момена взлета не прошло много времени то в баках находится большое количество топлива. И шасси самолета можетны выдержать во время посадки слишком большой вес самолета, даже если шасси выдаржит, есть возможность образования остаточной деформаций. Поэтому в таких случаях в полете сливается некоторое количество топлива. Если самолет не имеет данную систему, то экипажу приходится кружа над аэродромом, выработаь (сжечь) необходимое количество топлива. Но в некоторых случаях может потребоваться срочно произвести вынужденную посадку, поэтому данная система является очень нужной в плане безопасности полета.

Система заправки топливом обеспечивает заправку топливом и равномерного распределения топлива по бакам. Обычно рядом с заправочной горловиной находится щиток (пульт) управления заправкой самолета топливом. Во время заправки самолета важно следить за уронем топлива в каждом баке. Есть множество способов определения количества топлива в баках. Но самым простым на мой взгляд, является мерная магнитная линейка. Мерная магнитная линейка представляет собой герметичную трубку внутри бака, в которм находится линейка с обозначенными на ней шкалами (градулировкой) уровня топлива. Нижнии конец линейки во время заправки выступает с нижней части бака наружу. И по длине пыступабщей части определяется уровень топлива в баках. Если баки наполнены топливом, то линейка полностю исчезает в баке. В верхней части линейки распологается сердечник (обычно из железа). Снаружи трубки расположен попловок, к которому закреплен постоянный магнит. При изменений уровня топлива, попловок перемещается вертикально вдоль трубки, а вместе с ним и магнит. А сердечник в верхней части линейки следует за магнитом. Таким образом линейка связана с поплавком, при этом герметичность бака остается ненарушенной.

Один из вариеатов такой мерной магнитной линейки показан на рисунке.

Винт; 2 - защёлка; 3 - линейка; 5 - фланец; 6 - кронштейн; 7-уплотнительное кольцо; 8 - фторопластовое кольцо; 9 - поплавок; 10 - корпус; 11 - магнит; 12 - чашка; 13 - пружина

При отказе системы централизованной заправки топливом, неоторые самолеты снабжены горловинами в верхнихчастях баков. И с этих горловин каждый бак заправляется по одтлеьности.

Одной из разновидностей систем заправки является, система заправки в полете. Но эта система характерна только для самолетов военной авиаций. И только для истребителей соправождения. Появление таких истем обусловлено историческим случаем того что две сверхдержавы второй половины XX века были расположены друг от друга на значительном расстояний и люто ненавидели друг друга. Ясно что бомбардировщики не долетят до цели без истребительного сопровождения (это стало известно еще во время первой мировой войны). Но проблема в том что истребители не имеют большого запаса хода в силу ограниченности вместимости топливных баков и прожорливости двигателей. Поэтому было решено производить дозаправку в полете.

Особенно в этом направлений продвинулись советские инженеры. Так как в отличий от сил НАТО, советская военная авиация того времени остро нуждалась в увеличений дальности полета самолетов. Это тоже сложилось исторически (Силы НАТО в этом не нуждались так остро, так как в те времена СССР был окружен со всех сторон базами сил НАТО. И бомбардировщики и истребители враждебных стран вылетев из этих баз, могли долететь, почти до любой точки СССР. Самолеты советской стратегической авиаций могли поразить эти базы и некоторые цели в Европе, но до США было очень и очень далеко). Но данный способ заправки самолета топливом является очень сложной операцией, и требует от пилота максимальной концентраций внимания, высоких профессиональных навыков и отлично слаженной работы экипажей и заправщика танкера и заправляемого самолета.

Важно отметить, что масса топлива на самолете составляет значительную долю взлетной массы самолета. Поэтому во время полета по мере выработки топлива изменяется масса и центровка самолета. Обычно топливные баки расположены в районе центроплана, что бы, не нарушать центровку самолета в полете. И это влияние мало, но все же сказывается на центровку. В топливных системах самолетов нет прибора, регистрирующего изменения центровки самолета по мере выработки топлива. И экипажу приходится во время полета производить расчеты в уме, отвлекаясь от других важных дел. Поэтому считаю необходимым разработать такой прибор, или предложит его варианты в виде принципиальных схем.

1. Военно-транспортный самолет Ил-76

К разработке турбореактивного самолета Ил-76 коллектив ОКБ приступил в соответствии с приказом Министра авиационной промышленности СССР от 28 июня 1466 г. Приказом предписывалось провести исследовательские работы по определению возможности создании среднего военно - транспортного самолета с четырьмя турбовентиляторными двигателями, «предназначенного для выполнения задач, возлагаемых на военно-транспортную авиацию центрального подчинения и на фронтовую ВТА по посадочному и парашютному десантированию войск, боевой техники и военных грузов».

По результатам проведенной совместно с ЦАГИ проектно-исследователь - ской проработки было разработано техническое предложение по созданию военно-транспортного самолета с турбовентиляторными двигателями Д-30КП конструкции ОКБ П.А. Соловьева. Техническое предложение Генеральный конструктор С.В. Илыошин утвердил 25 февраля 1967 г. 27 ноября 1967 г. Совет Министров СССР принял Постановление о создании военно-транспортного самолета Ил-76. Выполняя это Постановление, коллектив ОКБ приступил к разработке конструкторской документации на самолет. Все работы по созданию самолета проходили под руководством заместителя Генерального конструктора Г.В. Новожилова (28 июля 1970 года его назначили Генеральным конструктором опытного конструкторского бюро московского машиностроительного завода «Стрела» - в настоящее время Авиационный комплекс им. С.В. Ильюшина). Работы по созданию эскизного проекта и подготовке к Макетной комиссии велись под руководством Д.В. Лещине - ра.

Работа Макетной комиссии по рассмотрению разработанных материалов и макета самолета, построенного в натуральную величину, проходила в ОКБ с 12 по 31 мая 1969 г. Макетную комиссию возглавлял командующий военно-транспортной авиацией генерал - лейтенант Г.Н. Пакилев. Одним из разделов работы комиссии было проведение натурных примерок размещения в самолете военной техники, предназначенной для транспортировки на этом самолете. Этот раздел работы Макетной комиссии со стороны ОКБ возглавил Заместитель Главного конструктора Р.П. Панковский. С 1976 г. - Главный конструктор по самолету Ил-76 и его модификациям. Пол макета был построен силовым, с силовой рампой, что позволило полностью провести загрузку, швартовку и разгрузку самоходной и несамоходной техники в макет самолета. Кроме того, были проведены примерки размещения личного состава войск в вариантах посадочного и парашютного десантирования.

Две недели, практически круглосуточно, шла напряженная работа Макетной комиссии. Результаты ее работы позволили более глубоко и тщательно вести работы по выпуску конструкторской документации на самолет. 20 ноября 1969 года Акт работы Макетной комиссии был утвержден Главнокомандующим ВВС П.С. Кутаховым.

Первый опытный Ил-76

Первый опытный Ил-76 в полете

Проектирование транспортного самолета с предъявляемыми к нему разнообразными требованиями, диктуемыми универсальностью применения самолета, является технически трудной задачей. Для самолета Ил-76 эта задача еще более усложнялась требованиями по обеспечению эксплуатации самолета на грунтовых аэродромах ограниченных размеров и получения в этих условиях сравнительно коротких для такого класса самолетов длин разбега и пробега. Поэтому необходимо было изыскивать новые технические решения и проводить дополнительные исследования. В частности потребовалось создать специальное многоколесное шасси повышенной проходимости.

Сравнительно короткий разбег и пробега обеспечивались следующими конструктивными решениями:

аэродинамической компоновкой крыла умеренной стреловидности с высокоэффективной механизацией:

повышенной тяговооруженностью за счет установки на самолет четырех двигателей с взлетной тягой по 11 760 даН (12 ООО кге), снабженных реверсивными устройствами тяги для торможения самолета при пробеге;

высокоэффективной тормозной системой колес основных опор самолета.

Эти особенности выгодно отличают самолет Ил-76 от существующих транспортных самолетов как в СССР, так и за рубежом. Кроме того, при разработке самолета большое внимание было уделено обеспечению безопасности полета, надежности и автономности эксплуатации. В процессе создания самолета на его конструкцию и системы было получено более двухсот авторских свидетельств на изобретения и более тридцати иностранных патентов.

Постройка первого опытного самолета проводилась в Москве на опытном производстве предприятия с участием многих предприятий страны, которые поставляли материалы, необходимые для постройки самолета, агрегаты и системы. Возглавляли постройку самолета директор предприятия Д.Е. Коф - ман и главный инженер В.А. Юдин.

Постройка первого опытного самолета была завершена в начале 1971 года. Самолет выкатили на Центральный аэродром города Москвы. Как известно, знаменитая Ходынка расположена всего в шести километрах от Кремля, но первый полет предстояло выполнить именно отсюда. Аэродромные отработки самолета проводили коллективы цеха общей сборки под руководством В.М. Орлова, лабораторно-стендового комплекса под руководством В.П. Боброва и бригады самолета под руководством старшего наземного механика В.В. Лебедева. Общее руководство работами по подготовке к первому вылету самолета было возложено на ведущего инженера по летным испытаниям самолета М.М. Киселева. 25 марта 1971 года экипаж во главе с Заслуженным летчиком-испытателем Э.И. Кузнецовым выполнил перный полет на первом опытном самолете Ил-76, совершив посадку на аэродроме Раменское.

Сразу же после перелета самолета на летную базу предприятия начался заводской этап летных испытаний по разделу определения летно-техничес - ких и взлетно-посадочных характеристик самолета.

В мае того же года самолет был продемонстрирован руководителям страны, на подмосковном аэродроме Внуково, а затем впервые был представлен на XXIX международном авиационно-космическом салоне в Париже.

Практически через два года с того же Центрального аэродрома был поднят второй опытный самолет Ил-76. Первый полет на этом самолете выполнил экипаж во главе с летчиком-испытателем Г.Н. Волоховмм. Ведущим инженером по летным испытаниям был П.М. Фомин, а затем В.В. Смирнов. Самолет приступил к летным испытаниям систем самолета, а также пило - тажно-навигационного прицельного комплекса.

мая 1973 года совершил первый полет первый серийный самолет, он же стал третьим опытным самолетом, который с аэродрома ташкентского авиационного завода поднял экипаж лет - чика-испытателя A.M. Тюрюмина. Этот самолет приступил к летным испытаниям по разделу боевого применения (отработка вопросов посадочного и парашютного десантирования личного состава, грузов и техники). Ведущим летчиком-испытателем этого раздела испытаний самолета Ил-76 был Александр Михайлович Тюрюмин. В августе 1974 года он был удостоен звания «Заслуженный летчик-испытатель СССР», а в марте 1976 года Указом Президиума Верховного Совета СССР «за испытания и освоение новой авиационной техники и проявленные при этом мужество и героизм» ему было присвоено звание Героя Советского Союза. Штурманам В.А. Щеткину, С.В. Терскому и В.Н. Яшину, которые работали с ним в одном экипаже при выполнении программ по десантированию. были также присвоены высокие звания «Заслуженный штурман-испытатель СССР».

Бригаду испытателей возглавил ведущий инженер по летным испытаниям В.С. Кругляков, который впоследствии возглавлял летные испытания таких самолетов, как первый широкофюзеляжный пассажирский самолет Ил-86, штурмовик Ил-102. пассажирские самолёты Ил-96-300 и Ил-96МО. Ведущими инженерами по испытаниям десантно-транспортного и санитарного оборудования самолета Ил-76 были А.Д. Егутко и Н.Д. Таликов.

В ноябре 1973 года выполнил первый полет второй серийный (четвертый опытный) самолет. Этот самолет поднял в воздух экипаж летчика-испытателя С.Г. Близнюка. Испытания проводила бригада под руководством ведущего инженера Г.Д. Дыбунова, а затем П.М. Фомина. На этом самолете отрабатывалось его вооружение. 15 декабря 1974 года завершились Государственные испытания военно-транспортного самолета Ил-76. Этот этап испытаний проводили испытательные бригады Государственного Краснознаменного научно-исследовательского института имени В.П. Чкалова. Всего на четырех опытных самолетах выполнено 964 полета с налетом 1676 часов.

Первые самолеты Ил-76 начали поступать в 339 военно-транспортный ордена Суворова III степени авиационный полк, который базировался в белорусском городе Витебске. Это был именно тот полк, на базе которого проходил испытания по боевому применению первый серийный самолет Ил-76. Командиром полка в это время был полковник А.Е. Черниченко, который вместе с командиром гвардейской Смоленской орденов Суворова и Кутузова дивизии ВТА В.А. Грачевым, оказывал огромную помощь в проведении летных испытаний самолета Ил-76.

Если говорить о помощи, которую оказывали ВДВ в проведении испытаний, то ее переоценить невозможно. Огромную помощь оказывали лично командующий военно-транспортной авиацией генерал-полковник Г.Н. Пакилев и командующие воздушно-десантными войсками генерал армии В.Ф. Маргелов и его приемник генерал армии Д.С. Сухоруков. Видя эту помощь, их подчиненные также оказывали всестороннюю помощь и поддержку.

Ил-76М/ МД - основа ВТА и крылья ВДВ

Десантирование БМД-1 из Ил-76М

21 апреля 1076 года вышло Постановление Правительства СССР о принятии на вооружение военно-транспор - тной авиации военно-транспортного самолета Ил-76 с четырьмя турбовентиляторными двигателями Д-30КП.

Первые модификации самолета Ил - 76 имели взлетную массу 170 т, грузоподъемность 28 т и дальность полета с максимальной нагрузкой 4 200 км. В ходе модернизации взлетная масса возросла до 190 т, грузоподъемность до 43 т, а дальность с этой нагрузкой достигла 4 000 км.

В грузовой кабине могут разместиться 145 или 225 (модификации - М, - МД в двухпалубном варианте) солдат или 126 десантников (в первоначальном варианте их было 115). В грузовой кабине могут разместиться три боевые машины десанта БМД-1, которые могут быть перевезены в варианте посадочного десантирования, так и в варианте парашютного десантирования в платформенном или бесплатформенном виде. Самолет может десантировать четыре груза массой по 10 т или два моногруза массой по 21 т.

Наряду с основными летно-техническими характеристиками новой авиационной техники существенно возросли качество и возможности радиосвязного. навигационного, пилотажного, десантно-транспортного оборудования и вооружения самолета. ПНПК-76 позволил осуществить автоматический полет по маршруту, выход в точку десантирования. прицеливание, десантирование и заход на посадку в автоматическом или деректорном режиме. Оборудование самолета позволило полностью автоматизировать полет в боевых порядках.

2. Особенности компоновки самолета

Военно-транспортный самолет Ил - 76, созданный в основном на базе проверенных в эксплуатации достижений отечественной и зарубежной авиационной техники, обладает многими необычными чертами, которые потребовали при его проектировании решения ряда проблем. Большой интерес в этом отношении представляют: компоновка хвостовой части фюзеляжа, высокоэффективная механизация крыла, специальное многоколесное шасси, топливная система, система управления самолетом. А также комплекс бортового транспортного оборудования.

При проектировании самолета ИЛ - 76 одной из сложных проблем было определение оптимальных размеров фюзеляжа. его конфигурации, а также расположения и размеров грузового люка, которые с наибольшей эффективностью отвечали бы условиям эксплуатации самолета.

Выбор размеров грузовой кабины транспортного самолета представляет собой сложную задачу из-за большого разнообразия перевозимых грузов и техники. Для перевозки на самолете Ил-76 крупногабаритных грузов и техники. вписывающихся в стандартный железнодорожный габарит 02-Т, обеспечения проходов достаточной ширины вдоль бортов для выполнения швартовки грузов и техники, поперечное сечение грузовой кабины было выбрано шириной 3,45 м и высотой 3,4 м со срезанными верхними углами, а поперечное сечение фюзеляжа круглое диаметром 4,8 м.

Длина грузовой кабины 20 м (без учета рампы) была определена из условия размещения в ней шести стандартных авиационных контейнеров 2,44x2.44x2,91 м (или трех контейнеров 2,44х 2,44x6,06 м) и различных типов техники с учетом установки в передней части грузовой кабины двух загрузочных лебедок, рабочего места бортового техника по авиадесантному оборудованию и наличия поперечного прохода достаточной ширины.

Общая длина грузовой кабины с наклонной грузовой рампой, служащей одновременно трапом для въезда техники, составляет 24.5 м. Пространство под полом грузовой кабины используется под вспомогательные грузовые отсеки для размещения различного снаряжения.

Проектирование хвостовой части фюзеляжа с большим грузовым наклонным люком стало одной из основных проблем при разработке самолета. Создание заднего наклонного грузового люка, обеспечивающего возможность сброса тяжелых крупногабаритных грузов на платформах методом парашютного срыва, потребовало обеспечить высоту грузового люка в свету (по полету). близкую к высоте грузовой кабины.

В результате анализа компоновок фюзеляжей различных военно-транспортных самолетов для Ил-76 была выбрана такая конфигурация хвостовой части фюзеляжа, которая обеспечивала свободную и быструю загрузку самолета со стороны хвоста, а также свободный выход грузов при их парашютном десантировании.

Проведенные в ЦАГИ исследования по сбросу с помощью парашютов высокогабаритных грузов на платформах показали возможность уменьшения высоты проема грузового люка в зоне концов створок с 3.4 до 3.0 м. благодаря чему была увеличена строительная высота силовых элементов хвостовой части фюзеляжа, на которых крепится киль.

Для обеспечения необходимой прочности хвостовой части фюзеляжа пришлось сделать специальную жесткость (верхний замкнутый контур), опирающуюся на боковые бимсы - усиленные продольные элементы коробчатого сечения, ограничивающие вырез люка в хвостовой части фюзеляжа.

Грузовой люк закрывается рампой и тремя створками: средней, открывающейся вверх и двумя боковыми лепесткового типа, открывающимися наружу. Благодаря разделению створок гру - золюка на небольшие по ширине (среднюю и две боковые), при открытии в полете боковые створки не оказывают заметного влияния на внешнюю аэродинамику фюзеляжа. Кроме того, обеспечивается перемещение задней пары электротельферов за порог рампы. Грузовая рампа является одной из створок грузового люка и служит для его закрытия, для заезда в грузовую кабину техники (при опущенном до земли положении рампы), а также сброса грузов в полете при горизонтальном ее положении.

Грузовая кабина заканчивается вертикальной гермостворкой у конца рампы, что позволило облегчить герметизацию большого грузового люка. Гер - мостворка в открытом положении занимает горизонтальное положение, освобождая проход для грузов.

Конфигурация носовой части фюзеляжа определилась необходимостью размещения в ней нижней (обзорной) антенны и обеспечения штурману хорошего обзора вниз. Кабина экипажа была разделена на верхнюю, в которой размещаются два пилота, бортинженер и бортрадист, и нижнюю, в которой размещается штурман с комплексом пилотажно-навигационного оборудования. Позади кабины пилотов находится технический отсек с оборудованием, дополнительным откидным сиденьем бортоператора по десантно-транспор - тному оборудованию и местами хтя отдыха экипажа.

Кабина экипажа и грузовая кабина самолета Ил-76 герметизированы, имеют наддув до перепада 0.049 МПа (0,05 кгс/см). Благодаря этому до высоты полета 6 700 м в кабинах поддерживается нормальное атмосферное давление. а на высоте I I 000 м давление в кабинах соответствует высоте полета 2 400 м.

Конструктивно фюзеляж самолета представляет собой цельнометаллический полумонокок с усиленным продольным и поперечным набором по границам больших вырезов и в местах крепления к фюзеляжу других агрегатов. По бортам фюзеляжа расположены обтекатели. в которые убираются основные опоры самолета.

На самолете Ил-76 применены четыре основные опоры, колеса которых размером I 300x480 мм оборудованы высокоэффективными тормозами большой энергоемкости и расположены по четыре на общей оси каждой опоры. Такое расположение колес позволило значительно улучшить проходимость самолета по грунту. Уборка основных опор с разворотом колес вокруг стойки на 90» выполняется под пол грузовой кабины в обтекатели специальной формы со створками, открывающимися только в момент при их выпуске или уборке шасси. Это исключает попадание в отсеки воды, снега и грязи при движении самолета по аэродрому, что особенно важно при эксплуатации самолета на грунтовом аэродроме. Минимальные размеры обтекателей шасси и их расположение позволили исключить возникновение вредной интерференции воздушного потока от обтекателей.

На передней опоре установлены четыре колеса размером 1x100x300 мм.

Колеса передней опоры могут поворачиваться на угол 50» для обеспечения разворота самолета на полосе шириной 40 м.

Специальное многоколесное шасси позволяет самолету Ил-76 использовать значительно большее число грунтовых аэродромов, чем самолету Ан-12.

Установка на Ил-76 четырех двигателей Д-ЗОКП обеспечивает самолету высокую тяговооруженность. Двигатели снабжены устройствами реверсирования тяги створчатого (ковшового) типа, что дает возможность использовать тягу двигателей в качестве дополнительного средства торможения самолета при пробеге.

Расположение двигателей на пилонах под крылом позволило унифицировать силовую установку самолета ИЛ - 76 и сделать двигатели с гондолами взаимозаменяемыми.

Топливная система самолета Ил-76 отличается высокой надежностью работы. простотой в эксплуатации и обеспечивает бесперебойное питание двигателей топливом на всех возможных режимах полета. Топливо размещается в кессонных баках крыла, разбитых по числу двигателей на четыре группы. В каждой группе баков имеется расходный отсек, из которого топливо подается к двигателю.

Работа топливной системы, в том числе управление насосами перекачки топлива в расходные отсеки, осуществляется автоматически, без дополнительных переключений баков в процессе выработки топлива.

Одной из основных особенностей системы управления самолетом Ил-76 является возможность перехода с бустерного управления на ручное, что потребовало при проектировании решения сложных технических задач для самолета таких больших размеров, обладающего к тому же достаточно высокой скоростью полета. Такое решение позволило иметь минимальное резервирование бустерного управления, что обеспечило управление самолетом при посадке в случае отказа всех двигателей и. таким образом, значительно повысило безопасность полета. Другой особенностью системы управления является применение автономных рулевых машин, объединяющихся в одном агрегате бустер и гидравлическую насосную станцию (с баком и электроприводом), что дало возможность повысить надежность системы управления (благодаря отказу от широкоразветвленной централизованной гидросистемы хтя питания бустеров), а также значительно упростить обслуживание и ремонтоспособность системы в аэродромных условиях.

Механические проводки системы управления (кроме руля направления) дублированы и выполнены в виде жестких тяг. проложенных по обоим бортам фюзеляжа с обеспечением их разъединения в случае заклинивания одной из них.

. Транспортный самолет Ил-76ТД

Во второй половине 1960-х годов в начался интенсивный рост грузовых воздушных перевозок. В те годы значительное количество грузов перевозили на пассажирских самолетах за счет их догрузки, а крупногабаритные грузы и технику перевозили на транспортных самолетах Ан - 12 или на самолетах Ан-22, которые находились на вооружении ВТА.

Необходимость доставки грузов воздушным транспортом, особенно в отдаленные и бездорожные районы Сибири. Крайнего Севера и Дальнего Востока, а также потребность в быстром повышении эффективности парка транспортных самолетов МГА определили целесообразность создания в нашей стране нового транспортного самолета или использования создаваемого в те годы самолета Ил-76 в интересах МГА.

В соответствии с распоряжением Министра авиационной промышленности СССР от 6 марта 1970 года коллектив ОКБ приступил к созданию гражданской модификации самолета Ил-76.

В мае 1973 года была проведена Макетная комиссия МГА по рассмотрению материалов по самолету, предназначенного для эксплуатации в МГА. Возглавлял эту комиссию заместитель министра гражданской авиации Аксенов.

В мае 1975 года первый серийный самолет прошел пробную эксплуатацию в тюменском регионе, перевозя различные грузы из Тюмени в Сургут, Надым и Нижневартовск. Командиром экипажа был А.М. Тюрюмин, ведущим инженером по летным испытаниям В.В. Шкитнн. В ходе этой пробной эксплуатации были впервые проведены воздушные перевозки грузов в контейнерах. с использованием легкосъемного напольного оборудования самолета, что позволило применить новые технологии в авиационных перевозках.

В декабре 1975 - феврале 1976 года в этом регионе с более, сложной программой работал первый опытный самолет, который также перевозил различные грузы в города Западной Сибири. Было перевезено более 1 700 г. Грузов, включая различную инженерную и строительную технику, автомобили. автобусы типа «Икарус». Командиром экипажа в этой экспедиции был Заслуженный летчик- испытател ь СССР Герой Советского Союза Э.И. Кузнецов, ведущий инженер - И.Б. Воробьев.

В декабре 1976 года в Тюменское управление гражданской авиации поступили два серийных самолета Ил-76. Это были практически такие же самолеты Ил-76, которые поставлялись ВТА, но без вооружения.

География полетов самолетов Ил - 76Т связана с освоением районов Крайнего Севера, Западной и Восточной Сибири, Дальнего Востока. Самолет надежно работает на грунтовых и заснеженных аэродромах в сложных погодных условиях. Весной 1978 г. самолеты Ил-76Т вышли на международные трассы и сегодня они летают во всех регионах мира, в любых климатических условиях.

Большую и нужную работу выполняют самолеты Ил-76ТД, которые эксплуатируются в Министерстве по чрезвычайным ситуациям.

«Появлении в гражданской авиации такого большегрузного универсального транспортного самолета было вполне закономерным, удовлетворяющим требованиям по решению стоящих перед отраслью задач. И в то же время поражали воображение его комфортность для экипажа, автономность, возможность взятия на борт практически всевозможной загрузки (даже «с земли»), возможность использования для взлета и посадок грунтовых и заснеженных аэродромов относительно ограниченных размеров, с простейшими средствами УВД и минимумом аэродромного оборудовании». (Из выступления бывшего командира отряда самолетов Ил-76 Центрального управления международных воздушных сообщений гражданской авиации Г.П. Александрова на летно-технической конференции, посвященной 20-летию летной эксплуатации самолетов Ил-76 в гражданской авиации).

4. Модифицированный военно-транспортный самолет Ил-76МФ

Практически одновременно с принятием самолета Ил-76 на вооружение. 13 января 1976 года Министерство авиационной промышленности СССР дало указание провести проработку вопроса создания самолета Ил-76МФ. имеющего более лучшие характеристики по транспортной производительности. Тогда для такого самолета еще не имелось подходящего двигателя, поэтому работы по созданию данной модификации самолета Ил-76 были приостановлены.

В 1980-х г. необходимый двигатель был создан, его устанавливали на самолеты Ил-96-300 и Ту-204. Изменилось и экономическое положение в нашей стране. Учитывая ограниченные финансовые возможности страны и необходимость сохранения потенциала ВТА. Авиационным комплексом имени С.В. Ильюшина по Техническому заданию ВВС создан самолет Ил-76МФ. который является модификацией основного самолета ВТА - Ил-76МД.

Основные отличия самолета Ил - 76МФ от Ил-76МД:

грузовая кабина удлинена на 6,6 м;

двигатели Д-30КП заменены на двигатели ПС-90А-76;

пилотажно-навигационный прицельный комплекс ПНПК K-II-76 заменен на ПНПК K-III-76;

самолет переведен на эксплуатацию по техническому состоянию без капитального ремонта.

Первый серийный самолет Ил-76МФ построен Ташкентским авиационным производственным объединением имени В.П. Чкалова в кооперации с российскими авиационными предприятиями (- 90% комплектующих и материалов). Самолет выполнил свой первый полет 1 августа 1995 года. Командиром экипажа был А.Н. Кнышов.

По своим транспортным возможностям самолет Ил-76МФ на 40% превосходит самолет Ил-76МД, увеличен объем грузовой кабины с 326 м2 до 400 мг. в грузовой кабине установлена новая система напольной механизации, обеспечивающая перемещение и крепление международных авиационных поддонов и контейнеров с грузами. Все эти изменения позволили:

увеличить боевую нагрузку с 50 т до 60 т;

обеспечить возможность длинномерных грузов (до 31 м);

увеличить дальность полета на 20%:

снизить удельный расход топлива на 15%;

выполнить требования ИКАО по уровню шума на местности и эмиссии (выбросам вредных примесей при сгорании топлива);

снизить уровень прямых эксплуатационных расходов.

Одним из решающих факторов создания модифицированного самолета Ил-76МФ для ВТА. а не создания нового военно-транспортного самолета, является факт сохранения всей инфраструктуры военно-транспортной авиации, так как самолет Ил-76 является основным самолетом ВТА.

К настоящему времени проведен заводской этап летно-конструкторских испытаний самолета по определению летно-технических и взлетно-посадочных характеристик самолета, причем эта программа проводилась при участии инженерного и летного составов 929-го ГЛИЦ МО (так сегодня называется ГК НИИ ВВС). Выполнено 459 полетов с налетом 1 428 ч. То есть выполнен большой объем испытаний, но вопрос начала Государственных испытаний все время задерживается и в основном по вопросам политики - параллельно идут работы по созданию среднего военно-трансиортного самолета Ан-70. Естественно, две большие программы Министерство обороны РФ финансировать не может…

Впрочем, в середине марта этого года вопрос сдвинулся с места. В Ташкент, где сейчас находится самолет Ил - 76МФ. направлена комплексная бригада ВВС РФ и АК им. С.В. Ильюшина с задачей выполнить небольшой объем испытаний самолета с тем, чтобы по результатам проведенных с 1995 года работ принять решение о возможности начала серийного производства самолета Ил-76МФ.

5. Транспортный самолет Ил-76ТФ

Одновременно с созданием модифицированного военно-транспортного самолета Ил-76МФ ОКБ приступило к созданию еще одной модификации самолета - транспортный самолет Ил - 76ТФ. Этот самолет отличается от своего военного аналога тем, что с него, как в свое время при создании самолетов И-76Т из Ил-76М и Ил-76ТД из Ил - 76МД, снято все вооружение и специальное оборудование. За счет снижения массы оборудования увеличена дальность полета самолета Ил-76ТФ и снижены прямые эксплуатационные расходы.

. Транспортный самолет Ил-76ТФ-100

В ОКБ прорабатывался вопрос создания самолета Ил-76ТФ с французскими двигателями CFM-56-5C4. В основном характеристики самолета получились такие же, как и у самолета Ил - 76ТФ. Самолет создавался в качестве подстраховочного варианта на случай отсутствия в достаточном количестве двигателей ПС-90А-76. Кроме того, таким образом могли быть решены вопросы предполагаемых экспортных поставок самолетов.

. Транспортный самолет Ил-76МД(ТД) - 90

С целью обеспечения соответствия самолета Ил-76МД(ТД) нормам ИКАО по уровню шума на местности и нормам по эмиссии двигателей в ОКБ проведены работы но установке на самолеты двигателей ПС-90А. Самолеты в этом случае будут полностью соответствовать этим нормам и смогут без ограничений летать на любых маршрутах, совершать посадки и взлеты на любых зарубежных аэродромах, где с апреля 2002 г. неукоснительно соблюдаются жесткие ограничения.

Получилось так. что двигатели ПС - 90А в первую очередь будут установлены на нескольких самолетах Ил - 76МД, принадлежащих ВВС нашей страны и которые обеспечивают перелеты Президента РФ в зарубежные страны.

В течение нескольких лет продолжаются переговоры с авиакомпаниями, которые имеют в своем составе самолеты Ил-7бТД, о необходимости проведения работ но замене двигателей Д-30КП на двигатели ПС-90А. По нашему мнению, прежде всего авиакомпании должны были первыми откликнуться на эту проблему и найти источник финансирования доработок самолетов. Причем сегодня вся документация на проведение этих доработок выпущена (за счет АК им. С.В. Ильюшина), внедрена в производство и прошла всестороннюю оценку, включая летную, на самолете Ид-76МФ. То есть авиакомпании ничем не рискуют, а вкладывая свои средства, получают самолет, полностью отвечающий международным нормам. При этом летно-технические характеристики изменяются незначительно. даже в лучшую сторону. Но авиакомпании предпочитают другое решение - добивать самолеты по ресурсу (доставшиеся им практически бесплатно в результате раздела бывшего «Аэрофлота» и раздела самолетов, оставшихся в бывших союзных республиках СССР), не вкладывая в их модернизацию ни копейки. Но придет незаметно и 2006 г., когда будут введены еще более жесткие ограничения. Что эти авиакомпании будут делать тогда?

Сегодня первые два самолета Ил-76 МД, принадлежащие ВВС, находятся на воронежском авиационном заводе и на них проводятся работы по ремото - ризации - замене двигателей. Тем самым вскоре ВВС получит самолеты, отвечающие современным нормам.

Вместе с тем. на этих самолетах будет установлено и новое иилотажно - навигационное оборудование, которое также устанавливается в соответствии с требованиями ИКАО.

Опытное конструкторское бюро готовится и к работам по глубокой модернизации пилотажно-навигационного оборудования. И через некоторое время в кабине экипажа будут установлены шесть многофункциональных жидкокристалических экранных индикаторов, на экранах которых будет полностью отображаться вся пилотажно-навигационная информация, а также будет отображаться вся информация о работе систем самолета. Для этот придется заменить некоторые системы и оборудование.

8. Влияние расхода топлива на центровку самолета

Центр тяжести находится в некой плоскости. Растояние от этой плоскости до опор a и b, как показано на рисунке.

Ясно что сумма растояний от плоскости, в которной находнися точка приложения массовых сил (центр тяжести), до опор равно базе шасси (растояние от передней опоры до задней(основной)).

А вес самолета - есть сумма сил тяжести на весах.

Так как самолет прилогает к поверхности земли силы F2 и F1, то земля действует на самолет такими же силами в точках А и С. Ну а вес самолета приложен в точке В. Для определения растояний a и b необходимо составить уравнение моментов относительно точки В.

Таким образом получаем систему из двух уравнений:

Это системное уравнение можемрешить тремя различными способами:)выражаем через а

Вторую часть системы оставляем без изменнений

во вторую часть уравнения

Уравнение с одним неизвестным решить не трудно

После определения значения «а», значение «b» находится простым путем.

Второй способ более прост и объяснения не требует.

)

Метод Крамера

На основе системы уравнений стройм матрицу. И вычисляем определитель. Так как матрица квадратная, с этим проблем нет.

Итак центр массы самолета найден. Но проблема в том что в полете асса самолета изменяется по мере выработки топлива. Для снижения влияния выработки топлива центровке самолета, принято топливные баки распологать вблизи центра масс самолета, то есть в районе центроплана. Но отъемные части крыла, в которых находятся топливные кессон баки, расположены не на одной поперечной оси с центропланом. К тому же самолет Ил-76 имеет топливный бак и на хвосте, который значительно удален от центроплана. Этот топливный бак небольшей вместимости но в силу того что плечо велико, он можеть создать значительный момент, нарушая центровку самолета. Поэтому центровка самолета на момент посадки (самый ответственный и опасный момент всего полета) может значительно отличаться от центровки начала полета. Экипаж не имеет возможности следить за изменением центровки по мере выработки топлива. Включение в состав топливной системы самолета рибора, контролирующего изменение центровки в полете, значительно облегчило бы деятельность экипажа и повысила бы безопасность полета. Для оценки влияния выработки топлива на центровку самолета обратимся к рисунку. Баки пронумерованы и каждый бак имеет свой центр тяжести (центр тяжести топлива, находящегося в баках). Центр тяжести баков обозначены точкой. центр тяжести всего самолета вместе с топливом находится в плоскости f. А центр тяжести самолета без топлива находился бы в точке α. Растояние между этими плоскотями обозначим бкувой d. По мере выработки топлива плоскость f будет приближаться к плоскости α. То есть растояние d будет уменьшаться. и когда все топливо на самолете кончится (такого бать не должно), эти эти плоскости соединятся. Растояние d превратиться в ноль.

Так как масса топлива в каждом баке известно, то масса самолета без топлива определяется выражением:

Уравнение моментов относительно плоскости α, и последующее упрощение этого уравнения дает нам следующее выражение.

Так как зависимость массы самолета от топлива известно, то подставив вместо G выражение вышесказанной зависимости, получаем:

Отсюда следует что:

Итак, мы выявили зависимость между расстоянием между центрами тяжести самолета с топливом и самолета без топлива

Эта формула не учитывает возможность выработки с левых и правых баков по разному. Такое маловероятно, но не невероятно, то есть все же вероятно. Поэтому все баки, левые и правые, должны рассматриваться как разные источники момента, влияющего на центровку самолета и на безопасность полета.

Если рассмативать каждый бак по отдельности, выявленная ранне формула примет следубщий вид:

А вес самолета без топлива будет определяться выражением:

Возникает вопрос, почему бы без таких формул и выражений узнать вес самолета без топлива, посмотрев ТТХ самолета. Дело в том что, здесь имеется ввиду, не сухой вес самолета, а вес только без топлива, но с грузом и «пассажирами». Поэтому

Но это постоянство только для одного полета, от начала до конца. И конечно же

за исключением случаев десантирования большого количества живой силы и тяжелой техники. В таком случае даже масса самолета с грузом не может являться постоянной величиной на протяжений всего полета.

Ранне бала выявена завсимость между количесвом топлив в баках и центровкой. Но формула:

Число в индексе означает номер бака согласно рисунку. А буквой «і» в индексе обозначено массовое количество израсходованного топлива. «m» без «і» - начальное массовое количество топлива б баке.

9. Прибор, определяющий центр масс

Известная формула позволяет экипажу в любой момен времени определить степень изменения центровки самолета в полете, по мере расходования (выработки) топлива. Имея подрукой формулу можем заставить машину решать уравнение. Конечно для любой приличной ЭВМ (электронной вычислительной машины) решение этого уравнения не является сложной операцией. Но к сожалению у нас в стране нет возможностей собрать какую либо вычислительную машину на основе микросхем (у нас нет заводов, выпускающих микросхемы). А на основе транзисторов любая электронная вычислительная машина получится громоздкой. Этого мы не можем позволить. Первая причина: это приведет к утяжелению самолета. Вторая причина: использование громоздких транзисторных (следует признать с прискорбием что производство транзисторов у нас в стране то же не налажено) электронных вычислительных машин в век развития нанотехнологий негативно отразится на престиже технической науки страны перед другими станами и перед свойми то же. Поэтому предлагаю использовать более простой прибор. Если вес самолета без топлива отождествить с сопротивлением в электрической цепи:

а расстояние между плоскостями центра масс самолета без топлива и центра масс самолета с топливом отождествить с силой тока в цепи

и выражение

отождествить с напряжением в цепи

то, ранее известное выражение:

можем «перевести» на «понятный» приборам язык в виде простого закона Ома

Датчики передают сигнал в виде электрического напряжения. Чем больше топлива в баке, тем выше напряжение. Но нам известно что весовое количество топлива в различных баках по разному влияют на центровку самолета, в силу разности плеч каждого бака. Чем больше плечо, тем сильнее влияние. Это прекрасно видно в формуле:

То есть, степень влияния на центровку самолета определяется умножением массы топлива в баке и плеча результирующей силы распределенных сил тяжести топлива по всему баку. Это умножение на «языке» прибора можем устроить в виде увеличения напряжения в c, b, a, e раз, с помощью обычных трансформаторов.

А сумма степеней влияния баков на центровку самолета осуществляется суммированием напряжений, путем последовательного соединения. Если, каким то образом при определений степеней влияния баков на центровку самолета, окажется что какой либо бак влияет в обратном направлений, то есть центр масс топлива в данном баке находится по другую сторону плоскости α, то при последовательном соединений вторичных обмоток трансформаторов, нужно просто поменять концы проводов местами. Тогда в выражений:

вместо «+» получаем «-» (в верхней части дроби).

На рисунке указано, во сколько раз трансформатор должен увеличивать напряжение буквами c, b, a, e. Так как работа трансформатора основана на законах Фарадея, они не могут преобразовывать постоянное напряжение. Поэтому, для данного прибора использование переменного тока является обязательным условием. Я считаю что для данного прибора самым подходящим напряжением из всех, используемых на воздушных суднах, является однофазное напряжение 36 В, частотой 400 Гц.

А значение веса самолета баз топлива (G), определяемое выражением:

выставляется на приборе переменным резистором вручную. Включение всех элементов цепи прибора указано на рисунке.

Датчик уровня топлива (предполагается что под воздействием температур и давлений, топливо не изменит свою плотность, конечно, под воздействием данных факторов плотность топлива изменяется, но эти изменения ничтожно малы, поэтому будем исходить из того что плотность топлива постоянна, то есть масса топлива в баке прямо пропорционально, объему топлива в баке) представляет собой обычный переменный резистор, который изменяет сопротивление, в зависимости от уровня топлива в баке. Ниже на рисунке показана принципиальная схема соединения датчика с трансформатором и источником напряжения.

На рисунке показана схема соединения источника питания однофазного напряжения 36 В, частотой 400 Гц.

Перед полетом экипаж получает сведения о центровке самолета на текущий момент, массе груза и количества топлива в баках. И для определения величины d, необходимо решить уравнение:

Но для этого необходимо знать центр масс самолета относительно САХ. И зная центр тяжести (центр тяжести совпадает с центром масс, мне не ясно почему их в аэродинамике рассматривают как разные характеристики ЛХ ЛА, скорее всего, разница в определениях этих понятий не более чем жонглирование словами) самолета относительно САХ, и расстояние то ЦТ до центра тяжести каждого бака легко определит и значение числа «d». Но как определить расстояние центров масс баков и плоскости центра масс самолета. Для этого предлагаю снабдить каждый экипаж линейкой, изображенной на рисунке.

Линейка имеет полосу, обозначающей САХ. И полоски расположения центров масс каждого бака (на рисунке указан номер бака и его полоса его центра масс). На рисунке раположение полос цетров масс баков изображено на основе интуиций. Для более точного изображения, тем более создания такой линейки, необходимо провести весьма простой эксперимент с самолетом. Но к сожалению на момент написания данного дипломного проекта у меня в гараже не оказалось самолета Ил-76. Для определения положения центра масс баков относительно САХ, необходимо провести экспермент следующим образом. К прмеру рассмотрим баки 3 и 6. Учитывая симметричнсть конструкций самолета и расположения баков, можем утверждать что баки 3 и 6 имеют одинаковое расположение центров масс относительно САХ. Расположение центров масс остальных баков определяются анологичным образом.

.Находим центр масс самолета ранее известным путем.

.Наполняем баки 3 и 6 топливом. Как показано на рисунке.

Если после наполнения баков, поставит самолет на весы, то можем заметить смешение центра масс самолета от прежней точки сосредотачивания массовых сил (из точки «В» в точку «D»).

Вспомним что М - масса самолета с топливом, а G - масса самолета без топлива. Предполагая что во время эксперимента самолет не будет загружен, можем принять G за сухую массу самолета. Масса самолета с топливом определяется формулой:

Необходимо помнить что наполнены только баки 6 и 3. Нетрудно догадаться что расстояние от центра масс самолета без топлива до центра масс самолета с топливом, и расстояние от центра масс самолета с топливом м центром плоскостью центра масс топлива в топливных баках имеют следующую зависимость:

От этого следует что:

«Кафедра технической эксплуатации летательных аппаратов и авиационных двигателей О.Ф.Машошин ДИАГНОСТИКА АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ (информационные основы) Рекомендовано Учебнометодическим...»

-- [ Страница 1 ] --

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ВОЗДУШНОГО ТРАНСПОРТА

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО

ОБРАЗОВАНИЯ

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ»

Кафедра технической эксплуатации летательных аппаратов и авиационных двигателей О.Ф.Машошин

ДИАГНОСТИКА АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ

(информационные основы) Рекомендовано Учебнометодическим объединением вузов Российской Федерации по образованию в области эксплуатации авиационной и космической техники для межвузовского использования в качестве учебного пособия Москва - 2007 ББК 056 М38 Печатается по решению редакционно-издательского совета Московского государственного технического университета ГА Рецензенты: д-р техн. и экон. наук, проф. Е.Ю.Барзилович;

д-р техн. наук, проф. В.А.Пивоваров.

Машошин О.Ф.

М38 Диагностика авиационной техники. Учебное пособие. - М.: МГТУ ГА, 2007. – 141 с.

ISBN (978-5-86311-593-1) В учебном пособии рассматривается комплекс вопросов, связанных с теоретическими основами технической диагностики, с позиций информационного обеспечения процессов диагностирования летательных аппаратов и авиадвигателей.

На фоне рассмотрения классических трактовок и теоретических положений технической диагностики, в пособии изложены вопросы, связанные с информационным потенциалом, как контролируемых параметров, так и методов диагностики и выбора в первую очередь тех из них, которые обладают максимальной информативностью. Также значительное внимание уделено теории информации применительно к решению задач диагностики.

Пособие издается в соответствии с учебным планом и программой специальности 160901 по дисциплине «Диагностика авиационной техники»

для студентов дневного отделения IV и V курсов, а также может быть полезным для магистрантов и аспирантов, изучающих проблемы диагностики в авиации.

Рассмотрено и одобрено на заседаниях кафедры 06.03.07 г. и Методического совета 13.03.07 г.

Предисловие Введение Словарь терминов и понятий Глава 1. Основы технической диагностики 13

1.1. Основные направления технической диагностики 13

1.2. Задачи технической ди

– – –

ПРЕДИСЛОВИЕ

Учебная дисциплина «Диагностика авиационной техники» является одной из основных для подготовки студентов Механического факультета.

Цель ее преподавания диктуется требованиями квалификационной характеристики студентов – выпускников указанной специальности по приобретению знаний и формированию умений в области управления техническим состоянием самолетов и двигателей ГА в процессе эксплуатации, позволяющие научно и технически обоснованно решать современные вопросы диагностики авиационной техники.

Следует отметить, что в представленном учебном пособии акцент сделан на информационную составляющую часть диагностики, ее основы. На суд читателя наряду с классическим подходом изложения материала предложен и нетрадиционный способ, раскрывающий как техническую сторону диагностики, так и философские воззрения, аспекты – суть формирования потока информации вообще и информационного обеспечения процессов диагностирования в частности.

Согласно Второму началу термодинамики, в окружающем нас мире любое состояние системы, получаемое от различных источников информации, стремится к дезорганизации, и в последствии является нестабильным и разрозненным. В связи с этим важно выявить и уяснить сущность понятия – «информационный потенциал», под которым понимается недоиспользованная возможность учета информационной значимости как объекта диагностики, методов диагностирования, так и контролируемых параметров любой технической системы, подверженной диагностированию.

– – –

ВВЕДЕНИЕ

Термин «ДИАГНОСТИКА» греческого происхождения (diagnostikos), состоящий из слов - dia (между, врозь, после, через, раз) и gnosis (знание).

Таким образом, слово diagnostikos можно трактовать, как способность распознавать. В античном мире диагностиками назывались люди, которые после битв на полях сражений подсчитывали количество убитых и раненых.

В эпоху Возрождения - диагностика уже медицинское понятие, означающее распознавание болезни. В XIX - ХХ вв. это понятие стало широко использоваться в философии, а затем и в психологии, медицине, технике и других областях. В общем смысле, диагностика особый вид познания, находящийся между научным знанием сущности и опознаванием какоголибо единичного явления. Результат такого познания - диагноз, т.е.

заключение о принадлежности сущности, выраженной в единичном явлении, к определенному установленному наукой классу.

В свою очередь, распознание - учение о методах и принципах распознавания болезней и о признаках, характеризующих те или иные заболевания. В широком смысле этого слова процесс распознавания используется во всех отраслях науки и техники, является одним из элементов познания материи, то есть позволяет определять природу явлений, веществ, материалов и конкретных предметов. С философской и логической точек зрения термин «диагностика» правомерно можно использовать в любых отраслях науки. Таким образом технической диагностикой называется наука о распознавании (отнесение к одному из возможных классов) состояния технической системы. При диагностировании объект устанавливается путем сопоставления знаний, накопленных наукой, о группе, классе соответствующих объектов.

Введем еще один термин – «индивидуальность». Индивидуальность – это неповторимость объекта, его тождественность, равенство с самим собой.

В природе нет, и не может быть двух тождественных друг другу объектов.

Индивидуальность объекта выражается в наличии у него неповторимой совокупности признаков, которых нет у другого подобного объекта. Такими признаками для предмета диагностики являются размеры, форма, цвет, вес, структура материала, рельеф поверхности и иные признаки. К примеру, для человека это особенности фигуры, строение головы, лица и конечностей, физиологические особенности организма, особенности психики, поведения, навыки и т.д. Для технических объектов – изменение физико-механических свойств, диагностических критериев, технических параметров в различных условиях функционирования.

Раз объекты материального мира индивидуальны, тождественны самим себе, то им, следовательно, присущи индивидуальные признаки и свойства. В свою очередь эти признаки объектов изменчивы и отображаются на других объектах. Значит отображения также являются индивидуальными, обладающие свойством изменчивости.

Хотя объекты изменяются постоянно, но в течение определенного времени сохраняют наиболее устойчивую часть своих признаков, которые позволяют осуществить идентификацию. Здесь под идентификацией понимается отождествление между закономерностями проявляемых диагностических параметров и тем или иным состоянием объекта. При идентификации конкретного объекта чаще всего обращают внимание на пороговые значения каких–либо физических величин, при этом важную роль играют диагностические признаки, указывающие на изменение состояния объекта в процессе его распознавания. Свойство материальных объектов сохранять совокупность своих признаков несмотря на их изменения, называется относительной устойчивостью.

Необходимо отметить, что словари и энциклопедии все еще отождествляют диагностику и термин «диагноз» чаще с медицинской разновидностью распознавания, между тем, этот вид познания распространен в самых разнообразных областях научной и практической деятельности человека.

Диагностика, как научная дисциплина и как область научнопрактической деятельности, является социально обусловленной, изменяющейся в ходе исторического развития общества. Ее современное развитие в веке осуществляется в направлении расширения XXI возможностей более быстрого и точного приближения к цели, распознавания причин отклонений от норм технического объекта. В свою очередь, развитие диагностики характеризуется неравномерностью изменчивости ее отдельных сторон, а также влиянием друг на друга различных признаков и параметров контролируемых объектов с позиций информативности, а зачастую даже с позиций избыточности потока информации. Это касается всех уровней и разделов диагностики.

Надеюсь, что те читатели, которые склонны серьезно задуматься над основными вопросами научного познания, кто имеет тягу к самостоятельному мышлению, кто в поиске нового, необычного, выходящего за привычные рамки, оставят свои отзывы и критические замечания по прочтении данного пособия.

10 Словарь терминов и понятий Техническая диагностика базируется на ряде специфических терминов и понятий, установленных государственными стандартами (ГОСТ 26656-85 , ГОСТ 20911-89 ). Ниже приведены данные согласно ГОСТам, ОСТам, СТП, а также взятые в научно-технической и учебной литературе .

Выборочно остановимся на основных терминах.

Техническое состояние – совокупность свойств объекта, подверженных изменению в процессе эксплуатации, характеризуемых в определенный момент времени заданным требованиям и признаками, установленными НТД.

Объект диагностики – изделие или его составная часть, являющаяся предметом выполнения работ в процессе диагностирования.

Диагностирование – процесс определения вида технического состояния объекта, системы.

Диагностический признак – индивидуальная характеристика состояния или развития объекта, процесса, характеризующая его свойство, качество.

Диагностический параметр - оцифрованная физическая величина, отражающая техническое состояние объекта и характеризующая какое-либо свойство объекта в процессе его диагностирования.

Критерий – (от греч. kriterion) признак, на основании которого производится оценка, определение или классификация чего-либо; мерило оценки.

Неисправность (неисправное состояние) – состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований, установленных НТД.

Исправность (исправное состояние) – состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям, установленным НТД.

Работоспособное состояние состояние (работоспособность) – объекта, изделия, при котором он способен выполнять заданные функции, сохраняя значения заданных параметров в пределах установленных НТД.

Неработоспособное состояние (неработоспособность) – состояние объекта, изделия, при котором значение хотя бы одного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям НТД.

Отказ – событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта диагностики.

Дефект – каждое отдельное несоответствие объекта требованиям, установленным НТД.

Контролепригодность свойство, характеризующее

– приспособленность объекта к проведению его контроля заданными методами и средствами технической диагностики.

Программа диагностирования совокупность алгоритмов

– диагностики, выстроенных в определенной последовательности.

Безотказность свойство объекта непрерывно сохранять

– работоспособность в течение определенного времени или наработки.

Надежность – свойство объекта выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, режимов хранения и транспортирования.

Долговечность – свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе ТО и Р.

Прогнозирование – процесс определения технического состояния объекта контроля на предстоящий период времени в определенном интервале.

Наработка – время эксплуатации объекта (в часах, посадках, циклах, годах).

Априори - (от лат. apriori - из предшествующего) понятие логики и теории познания, характеризующее знание, предшествующее опыту и независимое от него.

Диссипация – (от лат. dissipatio рассеивание) - 1) для энергии - переход энергии упорядоченного движения (например, энергии электрического тока) в энергию хаотического движения частиц (теплоту); 2) для атмосферы постепенное улетучивание газов атмосферы (земли, других планет и космических тел) в окружающее космическое пространство.

Ресурс – продолжительность эксплуатации объекта (в часах, посадках, циклах).

Неразрушающий контроль – контроль качества продукции, изделия, объекта, который должен не нарушать пригодности для использования по назначению.

Метод контроля – совокупность правил применения определенных принципов для осуществления контроля.

Способ контроля – совокупность правил применения определенных видов осуществления методов контроля.

Средство контроля – изделие (прибор, дефектоскоп) или материал, применяемые для осуществления контроля с учетом разновидностей способов, методов контроля.

Автоматизированная система диагностики – система диагностики, в которой процедуры диагностирования осуществляются с частичным непосредственным участием человека.

Автоматическая система диагностики – система диагностики, в которой процедуры диагностирования осуществляются без непосредственного участия человека.

Трибодиагностика – (от лат. tribus, tribuo – делить, распределять) область диагностики, занимающаяся определением технического состояния трущихся деталей на основе анализа продуктов износа в смазочном масле.

Глава 1. Основы технической диагностики

Основные направления технической диагностики 1.1.

Техническая диагностика изучает методы получения и оценки диагностической информации, диагностические модели и алгоритмы принятия решений. Техническим диагностированием называется процесс определения технического состояния объекта с определенной (ТС) точностью. Целью технической диагностики является эффективная организация процессов диагностирования авиационной техники (АТ) при изготовлении, эксплуатации, ремонте и хранении, а также повышение ее надежности и ресурса при качественном техническом обслуживании (ТО), безопасной и надежной эксплуатации.

При диагностировании определяется состояние объекта в данный момент времени, на предстоящий и прошедший периоды работы.

Планер, двигатель, функциональные системы АТ подвержены непрерывным, качественным изменениям. Направление этих изменений предопределяется вторым законом термодинамики, который утверждает, что упорядоченные системы (к ним относятся все технические устройства) имеют тенденцию самопроизвольно разрушаться со временем, т.е.

утрачивать упорядоченность, заложенную в них при создании. Эта тенденция проявляется при совместном действии многочисленных дезорганизационных факторов, которые не могут быть учтены при проектировании и изготовлении АТ, поэтому процессы изменения качества кажутся нерегулярными, случайными, а их последствия - неожиданными.

При эксплуатации АТ по фактическому техническому состоянию важно обеспечить необходимую эффективность технического обслуживания.

Для этой цели служит ранняя диагностика, позволяющая обнаружить неисправности АТ с упреждением в такой стадии их развития, которая допускает хоть и ограниченное, но безопасное продолжение эксплуатации.

Благодаря раннему обнаружению дефектов и неисправностей техническая диагностика позволяет устранить отказы в процессе ТО, что повышает надежность и эффективность эксплуатации АТ. Это означает, что диагностика совершенствуясь и развиваясь перерастает в прогнозирование состояний АТ, являющееся одним из направлений области технической диагностики.

Здесь решения должны основываться на моделях отказов, изучаемых в теории надежности. При прогнозировании очень важен выбор вида модели и ее обоснование, так как прогноз, осуществляемый по разным моделям, дает существенно различные результаты . Следует отметить, что прогнозирование с использованием диагностических моделей может осуществляться не только путем экстраполяции, но и в направлении уменьшения наработки интерполированием. Такое предсказание прошедшего состояния называется генезом. Генез необходим при оценке состояния объекта, предшествовавшего отказу.

Таким образом, подводя черту под вышесказанным, следует акцентировать внимание на трех основных направлениях, вокруг которых и базируются представления о классических и прикладных задачах в области теоретической и практической диагностики, ее информационные составляющие - генез, диагноз, прогноз.

Задачи технической диагностики 1.2.

Техническая диагностика АТ решает обширный круг задач, но основной - является распознавание состояний технических систем в условиях ограниченной информации. Решение диагностических задач (отнесение объекта к исправному или неисправному состоянию) всегда связано с риском ложной тревоги или пропуска дефекта.

Следует отметить, что угрожающие при своем развитии разрушением объектов АТ неисправности можно укрупнено разделить на три группы :

1) неисправности очень быстро (в течение долей секунды или нескольких секунд) переходящие в аварию, или, что почти то же самое, неисправности, слишком поздно обнаруживаемые с помощью доступных средств диагностики;

2) неисправности, способные развиваться в аварию в течение нескольких минут, а также неисправности, характер и темп развития которых нельзя достоверно предсказать на основе достигнутого уровня знаний.

Возникновение подобных неисправностей должно сопровождаться немедленной выдачей сигнала экипажу самолета персоналу (или испытательного стенда) для привлечения внимания, оценки ситуации и принятия необходимых мер;

неисправности, развивающиеся относительно медленно или 3) обнаруживаемые наличными диагностическими средствами на столь ранней стадии, что переход их в аварию в продолжение данного полета можно считать практически исключенным. Раннее обнаружение именно таких неисправностей и составляет основу прогнозирования состояний АТ.

Одна из практических задач исследований диагностики в области динамики развития неисправностей АТ состоит в том, чтобы максимально сокращать число неисправностей первой и второй групп и постепенно «переводить» их в третью, расширяя, таким образом, возможности раннего диагностирования и долгосрочного прогнозирования состояний АТ. Высокая степень упреждения диагноза не только повышает безопасность полетов (БП), но и способствует существенному снижению эксплуатационных затрат, связанных с нарушением регулярности полетов, ремонтом АТ.

Опыт эксплуатации АТ для решения задач диагностики показывает, чтобы правильно поставить диагноз, необходимо на первом этапе заранее знать все возможные состояния, исходя из априорных статистических данных и вероятностей проявления ситуаций, а также массив диагностических признаков, реагирующих на эти состояния. Как уже отмечалось, процесс качественного изменения технических свойств АТ происходит непрерывно, а это значит, что множество возможных ее состояний бесконечно и даже несчетно. Одна из задач диагностики состоит в том, чтобы разбить множество состояний на конечное и небольшое число классов. В каждом классе объединяются состояния, обладающие одинаковыми свойствами, выбранными в качестве признаков классификации.

При этом статистическая база параметров, полученных перечисленными выше методами диагностики, должна быть непредвзятой и реальной.

Не все параметры, которые могут быть использованы в диагностике, равноценны по содержательности сведений о функционирующих системах АТ. Одни из них приносят информацию сразу о многих свойствах работающих модулей, другие, напротив, крайне бедны. Безусловно, предпочтение следует отдавать диагностическим параметрам, носящим флуктуирующий характер, а не тем, которые постоянны или меняются очень медленно . Например, шум авиадвигателя и его вибрация по количеству привносимой информации имеют большое преимущество перед такими устойчивыми инертными сигналами, как температура охлаждающей жидкости, скорость вращения вала и др., хотя эти параметры так же как шум и вибрация зависят от состояния работающего авиадвигателя. Поэтому на втором этапе интересным представляется рассмотреть задачи взаимосвязи диагностических параметров, их изменение и возможное влияние друг на друга, а также оценить значимость признаков разных функциональных параметров АТ.

Необходимо лишь найти физическую интерпретацию абстрактных формул и пути практического осуществления предписываемых ими подходов. Таким образом, на третьем этапе необходимо подтвердить, воспользовавшись известными принципами информационной теории, значимость диагностических признаков, и с учетом этого сформировать диагноз, а в дальнейшем, осуществить прогноз предотказных состояний. Эта часть работы связана с наибольшими трудностями, т.к. функциональные системы АТ являются многопараметрическими, но не все параметры одинаково существенны (информативны) в тех или иных конкретных условиях.

Обратимся к классической трактовке структурирования диагностики по Биргеру И.А. лишь с некоторым дополнением этой схемы (рис.1.1) [ 4 ].

ТЕХНИЧЕСКАЯ

ДИАГНОСТИКА АТ

– – –

Представленная укрупненная структура характеризуется двумя взаимосвязанными направлениями: теорией распознавания и теорией информативности. Теория распознавания дополнена новыми элементами классификации и включает в себя разделы, связанные с построением алгоритмов распознавания, решающих правил при идентификации объектов контроля и диагностических моделей и их классификацию. Теория информативности в данном контексте подразумевает получение диагностической информации с помощью известных методов и средств диагностики, автоматизированный контроль с разработкой алгоритмов поиска неисправностей, минимизацию процесса установления диагноза.

Еще один круг задач в области технической диагностики связан с непрерывным внедрением систем диагностирования в практику эксплуатационных предприятий ГА. Условием для их внедрения является наличие специальных методик и программ диагностирования, а также алгоритмов принятия решений по дальнейшей эксплуатации АТ. При этом необходимыми условиями являются наличие современного приборного, метрологически аттестованного оборудования и кадров соответствующего уровня квалификации.

В последующих главах пособия излагаются теоретические и информационные аспекты методов постановки технического диагноза, рассматриваются методы диагностики авиационной техники с информационных позиций, приводятся конкретные примеры в области информационной диагностики.

Глава 2. Теоретические и информационные аспекты технического диагноза

2.1. Основные философские воззрения теории информации Рассмотрим, как изменялось понятие «информация» в разные периоды развития диагностики и в разных ее контекстах. Различные исследователи предлагали как разные словесные определения, так и разные количественные меры информации. Анализ истории термина «информация»

позволяет глубже понять некоторые современные аспекты и разночтения его употребления. Латинское слово «информация» означает: придание формы, свойств. В XIY веке так называли божественное «программирование» вложение души и жизни в тело человека . Примерно в это же время слово «информация» стало означать и передачу знаний с помощью книг. Таким образом, смысл этого слова смещался от понятий «вдохновение», «оживление» к понятиям «сообщение», «сюжет».

В настоящее время мы говорим, что получаем информацию (сведения), когда узнаем что-либо о событии, результат которого не был предопределен;

и чем более ожидаемым, вероятным является событие, тем меньше информации мы получаем. На таких рациональных представлениях о том, как уменьшается неопределенность при получении тех или иных сведений, и базируются научные концепции информации и количественные (вероятностные) меры ее оценки .

Основополагающими работами в этом направлении являются статьи Р. Хартли (1928 г.) для равновероятных событий и К. Шеннона (1948 г.) для совокупностей событий с различными вероятностями.

Следует отметить, что еще в г. появилась работа нашего соотечественника В.А. Котельникова о квантовании электрических сигналов, содержащая знаменитую “теорему отсчетов”. Однако в мировой научной литературе считается, что именно 1948 г. – это год зарождения теории информации и количественного подхода к информационным процессам.

Появление этих работ было обусловлено стремительным развитием технических средств связи и необходимостью измерения передаваемых сведений. Теория информации “объемов” (количеств) возникла в недрах теории связи, как ее аппарат и фундамент. Это отражено уже в названии основополагающего труда К. Шеннона «Математическая теория связи». При этом сам автор был против распространения его подхода на другие научные направления: он писал о специфике задач связи, о трудностях и ограничениях своей теории.

Однако следующие три десятилетия стали периодом широчайшей экспансии теоретико-информационных представлений - развития как собственно теории информации, так и ее разнообразнейших приложений, благодаря которым сформировалась настоящая общенаучная, философско – информационная парадигма. Вовлеченными в этот процесс оказались и “чистые” математики, и специалисты по теории систем, физики, химики, биологи, представители практически всех гуманитарных наук.

Для этого “взрыва” были определенные предпосылки, сформированные развитием физики. Математическое выражение для количества информации, введенное Р.Хартли (2.1) и обобщенное К.Шенноном (2.2-2.3), - «копия»

знаменитой формулы Л. Больцмана для физической энтропии системы. Это «совпадение» далеко не случайно - оно свидетельствовало о каких-то глубинных общностных процессах. Потребовалась универсальная мера гетерогенности систем, которая позволила бы сравнивать их сложность и многообразие. В дальнейшем эта мера использовалась как, например, в термодинамике (в моделях идеального газа), так и в диагностике материальных объектов (при анализе работы функциональных систем, распознавании образов, в решении задач постановки диагноза).

Проникновение термодинамических представлений в теоретикоинформационные исследования привело к переосмыслению работ классиков термодинамики и статистической физики. В публикациях рассматриваемого периода упоминаются работы П. Лапласа, Р. Майера, Д. Джоуля, Г. Гельмгольца, С. Карно, Р. Клаузиуса, Дж. Томпсона, Нернста, Дж. Гиббса, Л. Больцмана, Дж. Максвелла, Л. Сцилларда и других физиков.

Представления термодинамики и статистической физики создатели теории информации стремились расширить до ранга общесистемных моделей. Своеобразным этапом в этом процессе стали работы Л. Бриллюэна , который на основе введенного им понятия «негэнтропийного принципа»

обосновал связь понятия количества информации с понятием физической энтропии. Пользуясь современными терминами, следует отметить, что предметом не только этих первых, но и большинства более поздних теоретико-информационных работ была лишь “микроинформация” информация, которую система не запоминает и которая является мерой разнообразия возможных микросостояний, определяющих макросостояние системы.

Развитие теоретических термодинамических представлений привело, в частности, к выводам о возможности построения статистической как равновесной, так и неравновесной термодинамики на базе теории информации, а впоследствии - и к построению (в том числе и на базе экспериментов) термодинамической теории информационных процессов, в которой установлены связи между информационными и энергетическими характеристиками .

Существует и другой подход к понятию информации, охватывающий структуры и связи систем. В 1936 году А. Тьюринг и Э. Пост независимо друг от друга разработали концепцию “абстрактной вычислительной машины”. Затем А. Тьюринг описал гипотетический универсальный преобразователь дискретной информации (“машину Тьюринга”).

Начало пониманию сущности информации как всеобщего свойства материи было положено Н. Винером. В 1941 году он опубликовал свой первый труд об аналогиях между работой математической машины и нервной системы живого организма, а в 1948 году - фундаментальное исследование или управление и связь в животном и “Кибернетика, машине” . По замыслу автора эта монография должна была стать наукой об управлении, объединяющей все виды управления в живой и неживой природе. Недаром Н. Винер использовал для названия новой науки термин, предложенный еще Ампером в его классификации наук. Ампер, как известно, предлагал назвать кибернетикой науку об управлении государством.

Предложенная формула информации «Информация - это информация, а не материя или энергия», зафиксированная как открытие в Международной регистрационной палате информационно-интеллектуальной новизны, интерпретируется следующим образом: «Информация представляет собой всеобщее свойство взаимодействия материального мира, определяющее направленность движения энергии и вещества. Это всеобщее, нематериальное свойство взаимодействия материального мира включает в себя первичную и вторичную информацию. При этом, под первичной информацией подразумевается направленность движения вещества, при котором возникает не только направленность его движения в пространстве, но и форма (структура, морфология) как результат направленности движения, составляющих вещество элементов, а вторичная информация есть отражение первичной в виде формы (структуры, модуляции) пространственных сил, сопровождающих всякое движение вещества. Открытие может быть использовано для изучения процессов и явлений, не имеющих в настоящее время научного обоснования, в физике, химии, биологии, медицине, экономике и других областях человеческих знаний» .

Из этого следует, что информация объединяет в себе три принципиально отличные вида направленность движения, форму

– (структуру) вещества и форму (структуру, модуляцию) окружающих вещество полей, которые мы наблюдаем в результате действия пространственных сил, сопровождающих движение вещества. Однако Н. Винер не смог объяснить взаимосвязь механизма информационного взаимодействия и механизма управления.

На необходимость двух принципиально различных подходов к построению теории информации указывал Дж. Нейман, отмечавший, что вероятностно-статистический подход необходим для информационного описания двух разных процессов (систем) – статистических и динамических.

Понятие информации не случайно оказалось ключевым для быстро развивающихся дисциплин – как общенаучных, так и специальных. Это было вызвано бурными успехами экспериментально-аналитических исследований более полвека назад, в 1948 г., когда были созданы концепции и основы математического аппарата общей теории информации для анализа состояний систем.

Большое значение для понимания сущности информации имели работы английского ученого У. Эшби, однако, и они не смогли сдержать превращения кибернетики как науки об управлении, в науку об обработке информации с помощью вычислительной техники. Мешала математика:

предложенная Н. Винером и К. Шенноном формула для измерения информации «заслонила» от ученых физику информации, о которой говорили Н. Винер и У. Эшби. Более того, вмешательство в выяснение сущности информации таких известных физиков, как Э. Шредингера и Л. Бриллюэна, только усугубило проблему: информации стали противопоставлять энтропию энергии, т.к. математическое выражение для измерения количества информации Винера-Шеннона по форме совпадало с математическим выражением энтропии энергии Больцмана-Планка.

Считалось, что «настоящую информацию» измерить нельзя, т.к. до конца оставалось неясно, что же такое настоящая информация.

В теории связи по К.Шеннону информация выступает в виде различных сообщений: например, букв или цифр, как в телеграфии, или непрерывной функции времени, как при телефонии или радиовещании, но в любом из указанных примеров это представляет собой передачу смыслового содержания человеческой речи. В свою очередь человеческая речь может быть представлена в звуковых колебаниях или в письменном изложении. На это удивительное свойство информации – представлять одно и то же смысловое содержание в самом различном физическом виде – обратил внимание исследователей У. Эшби. Это свойство вторичной информации называется кодированием. Для того чтобы общаться с другими людьми, человеку приходится постоянно заниматься кодированием, перекодированием и декодированием. Понятно, что по каналам связи вторичная информация может передаваться в самых различных системах кодирования. Одной из задач, которую ставил перед собой К. Шеннон, заключалась в том, чтобы определить систему кодирования, позволяющую оптимизировать скорость и достоверность передачи вторичной информации.

Для решения этой задачи К. Шеннон использовал математический аппарат, созданный еще в 1928 году Р. Хартли в его работе «Передача информации». Именно Р. Хартли ввел в теорию передачи информации методологию "измерения количества информации", которая представляет собой «группу физических символов – слов, точек, тире и т.п., имеющих по общему соглашению известный смысл для корреспондирующих сторон» .

Таким образом, ставилась задача ввести какую-то меру для измерения кодированной информации, а точнее последовательности символов, используемых для кодирования вторичной информации.

Рассматривая передаваемую информацию в виде определенной последовательности символов, например алфавита, а передачу и прием этой информации в виде последовательных выборов из этого алфавита, Р. Хартли ввел понятие количества информации в виде логарифма числа, общего количества возможной последовательности символов (алфавита), а единицей измерения этой информации определил – основание этого логарифма. Тогда, например, в телеграфии, где длина алфавита ровна двум (точка, тире), при основании логарифма 2, количество информации, приходящееся на один символ равно H = log 22 = 1 бит (1 двоичная ед.). (2.1) Аналогично при длине алфавита 32 буквы: H = log2 32 = 5 бит (5 двоичных единиц).

Шеннон К., используя методологию Р. Хартли, обратил внимание на то, что при передаче словесных сообщений частота использования различных букв алфавита не одинакова: некоторые буквы используются очень часто, другие - редко. Существует и определенная корреляция в буквенных последовательностях, когда за появлением одной из букв с большой вероятностью следует конкретная другая. Введя в формулу Р. Хартли указанные вероятностные значения р, К. Шеннон получил новые выражения для определения количества информации. Для одного символа это выражение приобретает вид:

– – –

Выражение (2.3), повторяющее по форме выражение для энтропии в статистической механике, К. Шеннон по аналогии назвал энтропией.

Такой подход принципиально изменил понятие информации. Под информацией теперь стали понимать не любые сообщения, передаваемые в системе связи, а лишь те, которые уменьшают неопределенность у получателя информации об объекте, и чем больше уменьшается эта неопределенность, т.е. чем больше снижается энтропия сообщения, тем выше информативность поступившего сообщения. Энтропия - это тот минимум информации, который необходимо получить, чтобы ликвидировать неопределенность алфавита, используемого источником информации.

Форма информации (структура, модуляция физических полей), которая и несет смысловое содержание этой информации, реализуя его через информационное взаимодействие материи, является вторичной информацией.

Легко понять, что смысловое содержание вторичной информации в человеческом обществе это знание об окружающем нас мире,

– определяющее поведение человека, т.к. опираясь на эти знания, человек взаимодействует с природой и материальными объектами.

Вторичная информация существует объективно, независимо от воли и сознания людей. Вторичная информация, например, может проявляться в виде электромагнитного, гравитационного полей, фиксируемых органолептическими чувствами человека.

Человек воспринимает мир через образы, но, анализируя увиденное, мыслит словами. Это означает, что в нашей памяти одновременно хранится образная вторичная информация об окружающем нас мире в своем естественном голографическом виде и перекодированная вторичная информация в символике нашего языка. Каждый человек постоянно занимается кодированием и перекодированием, наблюдая окружающий мир.

При этом символьную информацию, хранящуюся в памяти, можно анализировать количественно по Э.Хартли или К.Шеннону, используя одинаковый алфавит и двоичную систему счисления. Настоящая информация действительно не измеряется, т.к. отсутствуют эталоны сравнения. Однако ее можно классифицировать и определить более значимую составляющую для постановки диагноза.

Следует отметить, что важную роль в развитии теории информации сыграли математические исследования - работы А.Н. Колмогорова, М.М. Бонгарда , которые привели к новым определениям в теории информации. Количество информации рассматривалось как минимальная длина программы (сложность), позволяющая однозначно преобразовывать одно множество в другое. Эти подходы позволили весьма расширить круг конкретных задач, в частности, вовлечь во многие исследования мощь электронно-вычислительной техники.

Технические системы сразу же стали очень перспективными объектами для диагностики. С одной стороны, это – физические, материальные объекты, доступные разным методам экспериментальных исследований. С другой стороны, информационный обмен является важнейшей характеристикой поведения этого объекта. Наличие информационного обмена, общего для любых технических объектов позволяет осуществить их (систем), диагностику на основе теории информации, т.е. использовать ее для обеспечения процессов распознавания состояний АТ.

– – –

2.2.1. Закон сохранения информации сохраняет свое значение в неизменном виде «Информация пока остается в неизменном виде носитель информации – материальный объект» . Закон сохранения информации - это, прежде всего, проявление одного из важнейших свойств информации - независимость информации от времени. Будучи нематериальной стороной материи, информация не может существовать сама по себе без материальной стороны. Однако имеет место распределение первичной и вторичной информаций по шкале времени.

Вторичная информация, как правило, преобладает с увеличением возраста объекта, но при этом сохраняется неизменность суммарной информации.

Это свойство обеспечивается под воздействием специальных физических сил. Физические силы - это основа современной физической науки. Именно с изучения сил и началось становление физики как науки.

Основоположник физической науки И. Ньютон высказался по этому вопросу совершенно определенно, считая что вся трудность физики, как будет видно, состоит в том, чтобы по явлениям движения распознать силы природы, а затем по этим силам объяснить остальные явления.

– – –

Рис.2.1. Основные информационные законы 29 Все законы сохранения энергии и действующие в них силы жестко связаны с информационной стороной движения, но приоритет всегда отдавался энергетическому проявлению сил, а потому затенялось главное указанные силы действуют в интересах сохранения информации.

Интересно отметить, что еще в XVII в. Лейбниц назвал математическое выражение для измерения количества движения, сформулированное Ньютоном (p = mV), «законом сохранения направления», или «законом сохранения движения вперед». То же самое можно сказать и о силе инерции:

сила инерции сохраняет направленность равномерного и прямолинейного движения вещественных тел. Причем сохраняет не только скорость, но, прежде всего, направленность движения. Сила инерции - это сила сохранения информации.

В физике существует большое количество сил сохранения информации.

Одни сохраняют плоскость кругового движения, другие направленность оси гироскопа, третьи форму и структуру вещественных тел, но все они рассматриваются разрозненно, без понимания их общего предназначения и механизма действия. Рассмотрение действия различных сил – традиционная область научных интересов современной физики и те трудности, которые эта область испытывает сегодня, объясняются, прежде всего, непониманием информационной стороны действия этих сил, и незнанием информационных законов.

Закон сохранения информации – это многогранный и сложный закон, теория которого находится на стадии формирования. Но уже сегодня можно с уверенностью сказать: «Любая информация, во всех ее формах и структурах имеет силы сохранения, оберегающие ее существование» .

– – –

Этот закон логически вытекает из сущности информационного дуализма . Появление любых новых материальных форм есть всегда результат энергоинформационного взаимодействия, но сама новая форма (структура) материи определяется только информационной стороной этого взаимодействия.

Выше показано, что любому человеческому труду предшествует создание вторичной информации, которая тоже создается на основании информации – человеческих знаний. Но в процессе самого труда в формообразовании участвует и контактное взаимодействие различных видов первичной информации.

Когда на прессе штампуется изделие определенной формы, то все понимают, что форма эта зависит не от мощности пресса, а от формы штампа. Конечно, получение формы под давлением во многом определяется твердостью, пластичностью используемого материала, его способностью сохранять заданную форму. Но это свойства не формы, а носителя этой формы, определяющие у него наличие «памяти» и параметров этой памяти.

Носитель всегда материален и его материальные свойства определяют свойства памяти, но не информации. Сама же форма - не материальна.

Общая теория информации показывает, что информация не зависит от времени, но характеризуется пространством. Энергия не зависит от пространства, но характеризуется временем .

Например, любое физическое колебание механическое или электромагнитное - имеет две независимые, но совместно действующие стороны: энергетическую, связанную со скоростью движения материи, которая характеризуется временем, и информационную, связанною с пространственным действием колебаний, пространственным размахом.

Скорость движения механического маятника, как известно, при одинаковом периоде колебаний может быть различна и определяется энергией. А период колебаний этого маятника, как определил Ньютон, зависит только от его длины.

2.2.3. Основной закон термодинамики в информационной трактовке Одним из важнейших принципов, вытекающих из второго начала термодинамики, является принцип деградации энергии. При этом энергия подразделяется на энергию высокого качества механическую и электрическую, среднего качества – химическую, и низкого качества тепловую энергию. Такая классификация определяет способность энергии производить работу, а это означает, что тепловая энергия по сравнению с остальными дает самый низкий коэффициент полезного действия.

Энергия механической системы имеет самый высокий КПД именно потому, что в механической системе все молекулы жестко связаны и в процессе выполнения работы движутся однонаправлено.

Все это означает, что для выполнения работы энергетические возможности должны сопровождаться возможностями информационными и всякий процесс совершения работы есть процесс информационного взаимодействия, в котором информация выступает в виде свойства, управляющего направленностью движения.

Новое толкование второго начала термодинамики позволяет определить ее связь с классической механикой, которая казалось утерянной из-за отсутствия в термодинамике понятия траектории: всякий процесс совершения работы есть процесс информационного взаимодействия, в котором информация выступает в виде направленности движения, выполняя управляющую роль.

Информационная трактовка второго начала утверждает, что в замкнутой системе любое однонаправленное коллективное движение составляющих эту систему элементов не может продолжаться сколь угодно долго и должно перейти в хаотическое движение.

Но поскольку сама информация не зависит от времени, то целесообразно подчеркнуть, что второе начало в общей теории информации связано с материальным свойством нематериальной информации, с носителем информации, с тем свойством, которое называется образом (видом).

Второе начало термодинамики - это всеобщий закон природы, который распространяется на любую физическую систему, в том числе и на стационарные формы существования материи. Ведь стационарная форма существования материи - это результат информационного взаимодействия.

Направленное движение материальной точки, единичного объекта - это простейший вид существования информации, но он является основой возникновения любой другой формы материального мира.

2.2.4. Принцип минимума диссипации «При информационном взаимодействии направленность движения обеспечивает минимум диссипации энергии» .

Еще в XVIII в. П. Мопертюи сформулировал принцип, который называется сегодня принципом наименьшего действия Мопертюи-Лагранжа.

Мопертюи П. сформулировал, что природа, производя действия, всегда пользуется наиболее простыми средствами, и количество действия всегда является наименьшим. Правда, П. Мопертюи не смог объяснить правильно, что же такое «действие природы», и полагал, что справедливость этого принципа следует из разума Бога.

В термодинамике сформулирован принцип наименьшего рассеяния энергии . Этот принцип обоснован в теореме американского физика Л. Онсагера - одной из основных теорем термодинамики неравновесных процессов.

На основании теоремы Л. Онсагера бельгийским физиком И. Р. Пригожиным в 1947 г. доказана еще одна теорема термодинамики неравновесных процессов, названная теоремой И. Пригожина, согласно которой при данных внешних условиях, препятствующих достижению системой равновесного состояния, стационарному состоянию системы соответствует минимум производства энтропии.

33 Сама сущность проводимых в этой области изысканий: формирование потока и движение потока, перемещение материальной точки в потенциальном поле, действие сил, определяющих направленное движение, все это говорит о том, что следует рассматривать именно информационную сторону взаимодействия материи. Именно информация управляет и направленностью движения вещества и направленностью движения энергии.

Общая теория информации утверждает что существует , информационная сторона взаимодействия материи, определяющая направленность движения, и естественным критерием выбора направленности движения является минимум диссипации энергии.

Используемое понятие минимума диссипации энергии выходит за рамки сегодняшнего понимания в физике, более того, энергетическая сторона энергоинформационного взаимодействия материи с учетом управляющего информационного воздействия требует серьезного физического уточнения, но это уже выходит за рамки общей теории информации. Принцип минимума диссипации энергии – универсальный закон информационного взаимодействия, объясняемый только с позиций общей теории информации .

– – –

неопределенности при статистическом описании, приводятся в курсах теории информации и некоторых курсах статистической физики Ландау Л.Д., Лифшица Е.М., Леонтовича М.А. и др.

2.3.2. Применение Н-теоремы для открытых систем Среди систем, которые могут обмениваться энергией, выделяется значимый класс систем, движение в которых можно рассматривать как броуновское. В таких системах разность свободных энергий F(t) и F0 (где индекс "0" относится к равновесной характеристике) определяется выражением:

– – –

которое представляет пример т.н. энтропии Кульбака.

2.3.3. Динамическое и статическое описание сложных движений Ранее отмечалось, сколь драматическим было "соперничество" динамической и статистической теорий при описании сложных движений в открытых макроскопических системах.

Похожие работы:

«Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет» Кафедра автомобильных перевозок МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к выполнению организационно-экономической части дипломного проекта для студентов специальности 240400.01 (190702) «Организация и безопасность движения» всех форм обучения Составители Л. Н. Клепцова Ю. Н. Семенов Рассмотрены и утверждены на заседании кафедры Протокол № 69 от...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» ПРОФЕССИОНАЛЬНЫЕ ЦЕННОСТИ И ЭТИКА БУХГАЛТЕРОВ И АУДИТОРОВ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПЕНЗА 2015 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет» (ПГУ) Профессиональные ценности и этика...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации ФГБОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет» Факультет туризма и сервиса Кафедра философии Одобрена: Утверждаю Кафедрой философии протокол от 14.01.2015 г. № 5 Директор ИЛБиДС Зав. кафедрой Новикова О.Н. Герц Э.Ф. Методической комиссией ИЛБиДС « _ » 2015 г. протокол от 2015 г. № Председатель ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ Б.1.Б2. Философия Направление:270800.62 (08.03.01) Строительство Профиль: Автомобильные дороги и...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тамбовский государственный технический университет» М.И. ЛЕБЕДЕВА, И.А. АНКУДИМОВА, О.С. ФИЛИМОНОВА Светлой памяти Надежды Александровны Сухоруковой посвящается ХИМИЧЕСКАЯ ЭКОЛОГИЯ (ЗАДАЧИ, УПРАЖНЕНИЯ, КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ) Рекомендовано Учёным советом университета в качестве учебного пособия для студентов дневной и заочной форм обучения...»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «КАЗАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. А.Н. ТУПОЛЕВА-КАИ» Институт информационных технологий и телекоммуникаций Кафедра Естественнонаучных и гуманитарных дисциплин УТВЕРЖДАЮ Директор НИИТТ КНИТУ – КАИ И.З. Гафиятов 15 июня 2015г. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА учебной дисциплины «Мониторинг среды обитания» Индекс по ФГОС ВПО Б3.В.ДВ.5. Направление 280700.62 Техносферная...»

«Миронова Д.Ю., Евсеева О.А., Алексеева Ю.А.ИННОВАЦИОННОЕ ПРЕДПРИНИМАТЕЛЬСТВО И ТРАНСФЕР ТЕХНОЛОГИЙ Санкт-Петербург МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ УНИВЕРСИТЕТ ИТМО Миронова Д.Ю., Евсеева О.А., Алексеева Ю.А.ИННОВАЦИОННОЕ ПРЕДПРИНИМАТЕЛЬСТВО И ТРАНСФЕР ТЕХНОЛОГИЙ Учебное пособие Санкт-Петербург Миронова Д.Ю., Инновационное предпринимательство и трансфер технологий / Д.Ю. Миронова, О.А. Евсеева, Ю.А. Алексеева – СПб: Университет ИТМО, 2015. – 93 с. В учебном пособии...»

« учреждение высшего профессионального образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ» Согласовано Утверждаю Руководитель ООП Зав. кафедрой ИГД по направлению 210502 проф. И.В. Таловина проф. Ю.Б. Марин РАБОЧАЯ ПРОГРАММА «Геолого-съемочная учебная практика» Специальность: 210502 (130101) Прикладная геология Специализация:...»

«ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ» Согласовано Утверждаю Руководитель ООП Зав. кафедрой по направлению подготовки машиностроения 15.03.01 «Машиностроение» профессор Максаров В.В. профессор Максаров В.В. «» _ 2015 г. «» _ 2015 г. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Самарский государственный технический университет» в г. Сызрани Александрова О.Б. МАКРОЭКОНОМИКА Методические указания к курсовой работе Сызрань 2013 Печатается по решению НМС инженерно-экономического факультета филиала ФГБОУ ВПО Самарского государственного технического университета в г. Сызрани. Рассмотрено и утверждено НМС...»

«ГЛАВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ МЧС РОССИИ ПО РЕСПУБЛИКЕ КОМИ МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОСОБИЕ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАСПРОСТРАНЕНИИ И ИСПОЛЬЗОВАНИИ ПИРОТЕХНИЧЕСКОЙ ПРОДУКЦИИ г. Сыктывкар 2010г. ГЛАВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ МИНИСТЕРСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ ПО РЕСПУБЛИКЕ КОМИ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАСПРОСТРАНЕНИИ И ИСПОЛЬЗОВАНИИ ПИРОТЕХНИЧЕСКОЙ ПРОДУКЦИИ Методическое пособие Методическое пособие...»

«Электронный архив УГЛТУ Е.А. Газеева М.А. Тетерина ОСНОВЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ В ЛЕСНОМ КОМПЛЕКСЕ Екатеринбург Электронный архив УГЛТУ МИНОБРНАУКИ РОССИИ ФГБОУ ВПО «УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра технологии и оборудования лесопромышленного производства Е.А. Газеева М.А. Тетерина ОСНОВЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ В ЛЕСНОМ КОМПЛЕКСЕ Методические указания для студентов специальности 250400.62 «Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств» Екатеринбург...»

«Сведения о реализации основной профессиональной образовательной программы Государственное автономное профессиональное образовательное учреждение Тюменской области «Тюменский лесотехнический техникум» (ГАПОУ ТО «ТЛТ») «Соответствие содержания и качества подготовки обучающихся требованиям федеральных государственных образовательных стандартов (ФГОС) (государственных образовательных стандартов (ГОС) – до завершения их реализации в профессиональной образовательной организации) по основной...»

« технический университет» (УГТУ) ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ Методические указания Ухта, УГТУ, 2014 УДК622.691.4:053:681.518.5 (075.8) ББК 30.820.5 я К 82 Кримчеева, Г. Г. К 82 Основы технической диагностики [Текст] : метод. указания / Г. Г. Кримчеева, Е. Л. Полубоярцев. – Ухта: УГТУ, 2014. – 32 с. Методические указания предназначены для...»

«ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ» Утверждено ученым советом 18 мая 2012г. протокол № 5 Переутверждено ученым советом 20 декабря 2013г. протокол№5 ОСНОВНАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ Направление подготовки (специальность): 21.05.04...»

«Министерство образования Республики Беларусь Учреждение образования «Гомельский государственный технический университет имени П. О. Сухого» БЕЛАРУСЬ В СОВРЕМЕННОМ МИРЕ МАТЕРИАЛЫ V Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых Гомель, 24 мая 2012 года Гомель 2012 УДК 316.75(042.3) ББК 66.0 Б43 Редакционная коллегия: д-р социол. наук, проф. В. В. Кириенко (главный редактор) канд. ист. наук, доц. С. А. Юрис канд. ист. наук, доц. С. А. Елизаров канд. геогр. наук, доц. Е....»

«Министерство образования и науки РФ ФГБОУ ВПО Ангарская государственная техническая академия ТРЕБОВАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ, ОФОРМЛЕНИЮ И ЗАЩИТЕ ВЫПУСКНОЙ КВАЛИФИКАЦИОННОЙ РАБОТЫ Методические указания Издательство Ангарской государственной технической академии УДК 378.1 Требования по выполнению, оформлению и защите выпускной квалификационной работы: метод. указания / сост.: Ю.В. Коновалов, О.В. Арсентьев, Е.В. Болоев, Н.В. Буякова. – Ангарск: Изд-во АГТА, 2015. – 63 с. Методические указания...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет» В. В. БОБРОВА Ю.И. КАЛЬВИНА МИРОВАЯ ЭКОНОМИКА Рекомендовано к изданию Редакционно-издательским советом государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет» Оренбург УДК 339.9 (07) ББК 65.5 я Б Рецензент Боброва...»

«МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ухтинский государственный технический университет» (УГТУ) О. С. Кочетков, В. Н. Землянский, В. А. Копейкин УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ РУКОВОДСТВО к написанию дипломных (курсовых) проектов и работ Учебное пособие Ухта, УГТУ, 2014 УДК (076) ББК 26.30 я7 К 75 Кочетков, О. С. К 75 Учебно-методическое руководство к написанию дипломных (курсовых) проектов и работ [Текст] :...»

«МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ухтинский государственный технический университет» (УГТУ) НЕФТЕГАЗОПРОМЫСЛОВАЯ ГЕОЛОГИЯ Лабораторные работы Методические указания Ухта, УГТУ, 2015 УДК 553.98 (0758) ББК 26.3 я7 ЗЗаборовская, В. В. З-12 Нефтегазопромысловая геология. Лабораторные работы [Текст] : метод. указания / В. В. Заборовская. – Ухта: УГТУ, 2015. – 36 с. Лабораторные работы предназначены для студентов...»

«ИЗДАТЕЛЬСТВО ТГТУ Министерство образования и науки Российской Федерации ГОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет»ТРАКТОРЫ И АВТОМОБИЛИ Методические указания для студентов 4, 5 курсов специальностей 311300, 311900 заочной формы обучения Тамбов Издательство ТГТУ УДК 626.144 ББК 033-011я73-5 М41 Рекомендовано Редакционно-издательским советом университета Рецензент Кандидат технических наук, старший научный сотрудник ВИИТиН Г.Н. Ерохин Составители: В.М. Мелисаров, П.П. Беспалько...»

ВВЕДЕНИЕ.

L ВИБРАЦИОННАЯ ДИАГНОСТИКА ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ.

1.1. Условия, определяющие архитектуру систем вибрационной диагностики.

Е2. Основные направления в разработке диагностических систем.

1.3. Базовые определения систем вибрационной диагностики.

1.3.1. Аналого - цифровое преобразование вибрационных сигналов.

1.3.2. Алгоритмы предварительной цифровой обработки данных.

1.3.3. Способы математического описания вибрационных сигналов.

1.4. Развитие специальных комплексов вибрационной диагностики.

1.5. Стратегия вибрационной диагностики авиационных ГТД в условиях ограниченной информации.

1.6. Выводы.

1 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ГТД В ВИБРАЦИОННОЙ ДИАГНОСТИКЕ.

2.1. Частотная модель газотурбинного двигателя.

2.1.1. Общие положения.

2.1.2. Роторные частоты.

2.1.3. Лопаточные частоты.

2.1.4. Подшипниковые частоты.

2.1.5. Частоты, генерируемые коробкой приводов агрегатов.

2.1.6. Комбинационные частоты.

2.1.7. Частотная модель.

2.1.8. Вибрационный паспорт двигателя.

2.2. Статистическая модель.

2.3. Диагностическая модель.

2.3.1Общие представления.

2.3.2. Формирование диагностической модели газотурбинного двигателя.

2А Выводы.

1 РАЗРАБОТКА СПЕЦИАЛЬНЫХ МЕТОДОВ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ.

3.1. Метод повышения точности спектральных оценок вибрационного сигнала

3.2. Результаты расчётов с использованием метода, уточняющего спектральные характеристики.

3.3. Выводы.

4 РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ СИСТЕМ ВИБРАЦИОННОЙ ДИАГНОСТИКИ ГТД.

4.1. Общие замечания.

4.2. Состав программного обеспечения.

4.3. Программное обеспечение сбора данных.

4.3.1. Общие положения.

4.3.2. Настройка программы сбора данных.

4.3.3. Описание программы сбора данных.

4.4. Программы- анализаторы.

4.4.1. Общие положения.

4.4.2. Автоматическая обработка результатов экспериментов.

4.4.3. Эксплуатационный анализатор.

4.4.4. Лабораторный анализатор.

4.5. Программа поддержки системы базы данных.

4.6. Выводы.

1 ОБЩАЯ ВИБРАЦИОННАЯ ДИАГНОСТИКА АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

5.1. Условия проведения работы.

5.2. Результаты анализа широкополосных вибрационных сигналов.

5Т Выводы.:.

6. РАЗРАБОТКА И РЕАЛИЗАЦИЯ АЛГОРИТМОВ ДИАГНОСТИКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ АГРЕГАТОВ ГТД.

6.1. Диагностика технического состояния маслоагрегата РД-33.

6.1.1. Диагностика зубчатых зацеплений.

6.1.2. Диагностические признаки технического состояния МА РД-33.

6.1.3. Диагностика технического состояния МА РД-33.

6.L4 Исследуемые признаки.

6.2. Выводы.

L ВИБРАЦИОННАЯ ДИАГНОСТИКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ГТД В СОСТАВЕ ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩЕГО АГРЕГАТА.

7.1. Определение требований к программным комплексам мониторинга технического состояния стационарных ГТД.

7.2. Мониторинг вибрационного состояния ГТД.

Введение 2001 год, диссертация по авиационной и ракетно-космической технике, Дегтярев, Андрей Александрович

Современные тенденции в эксплуатации газотурбинных двигателей по техническому состоянию подразумевают использование различного рода диагностических систем, которые могут своевременно дать необходимую и правильную информацию о техническом состоянии двигателей для принятия соответствующих решений - снятия двигателя для ремонта, продолжения эксплуатации или продления ресурса .

Одним из важнейших и перспективных направлений в разработке диагностических систем контроля состояния узлов и деталей двигателей является создание систем вибрационной диагностики .

Как известно вибрационные сигналы с двигателя, измеряемые высокочувствительными датчиками, обладают высокой информативностью и могут нести в себе признаки состояния многих "критических" элементов в конструкции двигателя.

Под критическим элементом можно понимать любой конструктивный узел или агрегат газотурбинного двигателя, от состояния, которых и зависит в первую очередь работоспособность и ресурс двигателя. Такими элементами являются роторы, опорные подшипниковые узлы, шестеренчатые пары, агрегаты, рессоры приводов и т.д.

Очевидно, что для одинаковых условий работы исправного узла или агрегата параметры (амплитуды и фазы) соответствующих частотных компонент общего вибрационного спектра, регистрируемого тем или иным датчиком, должны находиться в определенных допустимых пределах . Выход параметров частотных компонент, связанных с виброактивостью рассматриваемого узла или агрегата, за допустимые пределы, или появление новой гармоники в спектре вибрационного сигнала может служить диагностическим признаком его неисправного состояния или повреждения.

Простым примером данной ситуации является появление в спектре вибрационного сигнала частотной составляющей с частотой мелькания шариков при появлении трещины или раковины на беговой дорожке внутреннего или наружного кольца подшипника .

Кинематические соотношения между вращающимися элементами задают связь между задающей частотой (например, частотой вращения ротора) с частотами возбуждения, идущими от того или иного узла или агрегата. Это позволяет выделять в частотном спектре соответствующую частотную компоненту, отслеживать ее параметры в процессе работы двигателя, и, следовательно, вести контроль над состоянием узла, вызывающим эти колебания.

В настоящее время существует большое количество различных стратегий в разработке и применении систем вибрационной диагностики . Выбор той или иной стратегии зависит от типа и назначения диагностируемого двигателя или узла, условий и режимов их работы, степени оснащения средствами измерений, современного технического уровня применяемых систем для регистрации и анализа вибрационных сигналов, накопленной статистикой для объекта исследования, а также от ряда других факторов.

Наибольший эффект дают системы вибрационной диагностики, разработанные и применяемые для эксплуатации наземных газотурбинных установок в составе газоперекачивающих агрегатов или энергоустановок . Возможность постоянного мониторинга на стационарных режимах работы и применение трендового анализа, большое количество датчиков вибраций - вот основные преимущества этих двигателей, позволяющих вести эксплуатацию по техническому состоянию в полной мере с помощью систем вибрационной диагностики.

Совсем другая ситуация с авиационными двигателями (например, с РД-33 и AJ1-31ф). Низкая частотность проверок и малое количество датчиков, различные эксплутационные условия резко снижают эффективность применения существующих систем вибрационной диагностики.

Понятно, что в таких условиях - условиях ограниченной информации, связанной с малым количеством данных, низкой частотностью проверок, слабым сигналом, ограничениями по частотному диапазону, низкой разрешающей способностью вторичной аппаратуры, малой функциональностью соответствующего программного обеспечения (ПО), не всегда можно было получить достоверные результаты о техническом состоянии двигателя - его узлов или агрегатов.

Отсутствие у организаций, ведущих эксплуатацию авиационных двигателей уверенности получения с помощью систем вибрационной диагностики правильного результата, возможность ложных съемов, а также недостаточная функциональность и надежность аппаратно-программных комплексов мешали продвижению систем вибрационной диагностики в эксплуатацию в полной мере.

Появление микропроцессорной техники, персональных ЭВМ, малогабаритных компьютеров для промышленного и военного назначения, мощных операционных систем, современных многоканальных, многоразрядных аналого-цифровых преобразователей (АЦП), новых средств программных разработок интенсифицировало этот процесс и привело к созданию и внедрению многочисленных диагностических комплексов, как специального назначения, так и универсальных для широкого применения.

В настоящее время существует достаточно большое количество организаций, ведущих разработки тех или иных систем вибрационной диагностики. Вместе с тем для авиационных газотурбинных двигателей и даже для их стационарных аналогов, по мнению автора, до настоящего времени не существовало полноценных диагностических систем, позволяющих вести контроль по техническому состоянию в условиях ограниченной информации.

Целью настоящей диссертационной работы является разработка методов и средств вибрационной диагностики ГТД в условиях ограниченной информации, и предназначенных для применения при эксплуатации авиационных ГТД и их наземных аналогов по техническому состоянию.

Поставленная цель определяет следующие задачи исследований:

Обобщение опыта вибрационной диагностики газотурбинных двигателей;

Разработка стратегии вибрационной диагностики авиационных ГТД типа РД-33 и АЛ-31ф и их наземных аналогов в условиях ограниченной информации;

Разработка методов, алгоритмов и программных средств аппаратно-программных комплексов вибрационной диагностики газотурбинных двигателей;

Накопление статистики и формирование диагностических признаков и на их основе критериев диагностики для контроля авиационных ГТД типа РД-33 и АЛ-31ф;

Адаптация и применение разработанных методик, алгоритмов и программного обеспечения в комплексах вибрационной диагностики авиационных ГТД и их наземных аналогов в условиях эксплуатации.

Работа состоит из введения, семи глав и общих выводов по результатам исследований. Она изложена на 100 страницах машинописного текста, содержит 44 рисунка, 13 таблиц и списка литературы, включающего 81 наименование.

Автор выражает глубокую благодарность коллективу кафедры конструкций и проектирования двигателей летательных аппаратов, научному руководителю профессору, д.т.н. Леонтьеву М.К., сотрудникам кафедры к.т.н. Звонареву С.Л., к.т.н. Иванову А.В. принимавшим активное участие в работах и оказавшим автору неоценимую помощь, а также инженерам и специалистам предприятий ТМКБ "Союз", МНПО"Салют", НТЦ им А.Люлыш, усилиями которых разработанные комплексы внедрялись в эксплуатацию, тестировались и доводились до практического использования.

1. ВИБРАЦИОННАЯ ДИАГНОСТИКА ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Заключение диссертация на тему "Вибрационная диагностика газотурбинных двигателей в условиях ограниченной информации"

7.3. Выводы

Результаты, полученные в результате трехлетней непрерывной эксплуатации программного обеспечения, позволили сделать ряд конкретных выводов по применению системы мониторинга ГТД в составе наземных стационарных газотурбинных установок.

1. Определены основные принципы и требования к программному обеспечению для проведения мониторинга вибрационного состояния стационарных ГТД.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных работ была решена крупная прикладная научно-техническая задача по выработке стратегии и созданию методов, алгоритмов и программ для использования в системах вибрационной диагностики авиационных и стационарных ГТД в условиях ограниченной информации. При решении этой задачи были получены следующие промежуточные результаты:

Классифицированы и представлены условия применения систем вибрационной диагностики для ГТД различного назначения; определена стратегия вибрационной диагностики авиационных ГТД в условиях ограниченной информации; разработана методология получения диагностических признаков оценки состояния газотурбинных двигателей через комплекс математических моделей вибрационной диагностики - частотную модель, статистическую модель, диагностическую модель, разработано описание и алгоритмы построения этих моделей; разработаны метод и алгоритм, позволяющие получать спектральные характеристики стационарного вибрационного сигнала с точностью, значительно превышающей точность стандартного варианта метода БПФ; определены основные принципы и требования к программному обеспечению для проведения вибрационной диагностики авиационных ГТД. разработано многоуровневое программное обеспечение для оценки технического состояния методами вибрационной диагностики на борту в полевых условиях, в стационарных условиях; получены критерии для вибрационной диагностики узлов и агрегатов двигателей АЛ31-ф и РД-33. методы, алгоритмы и ПО систем вибрационной диагностики в составе аппаратнопрограммных комплексов оценки технического состояния авиационных двигателей h ту

РД-33, АЛ31ф используются в практической деятельности - ТМКБ "Союз", ОАО "Люлька-Сатурн", МНПО "Салют". С их помощью проведено более 50 испытаний на стендах ОКБ, более 200 испытаний на стендах серийного завода, на бортах более 40 самолетов, на газоперекачивающей станции в течение 3-х лет непрерывной эксплуатации.

Библиография Дегтярев, Андрей Александрович, диссертация по теме Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов

1. Алабин М.А., Ройтман А.Б. Корреляционно-регрессионный анализ статистических данных в двигателестроении. М.: Машиностроение, 1974, с. 124.

2. Бендат Дж., Пирсол А. Измерения и анализ случайных процессов. М.: Мир,1974. 404 с.

3. Бендат Дж., Пирсол А. Применение корреляционного и спектрального анализа. М.: Мир, 1983.-312 с.

4. Биргер И.А. Техническая диагностика. М.: Машиностроение, 1978, 239 с.

5. Болотин В.В. Статистические методы в строительной механике. М.: Стройиздат, 1965, с.-279.

6. Васильев В.И. Распознающие системы. Киев: Наукова думка, 1969.

7. Вайнштейн JI.A., Вакман Д.Е. Разделение частот в теории колебаний и волн. М.: Наука, 1983. 288 с.

8. Вибрации в технике: Справочник. В 6-ти томах./Ред. совет: В.Н. Челомей (пред.).-М.: Машиностроение, 1981. Т.5. Измерения и испытания. Под редакцией М.Д. Генкина. 1981. - 496 е., ил.

9. Балицкий Ф.Я. Виброакустическая диагностика зарождающихся дефектов, М.: Наука, 1984. 119 с.

10. Гельфандбейн Я.А. Методы кибернетической диагностики динамических систем. Рига: Зинатне, 1967, 542 с.

11. Генкин М.Д. и др. Вопросы акустической диагностики. В кн.: Методы виброизоляции машин и присоединенных конструкций. М.: Наука, 1975, с. 6791.

12. Гершман С.Г., Свет В.Д. Экспериментальные исследования некоторых статистических характеристик авиационного двигателя. Акустический журнал,1975, т. 21, вып. 5,-с. 711-720.

13. Грибанов Ю.И., Мальков B.JI. Спектральный анализ случайных процессов. М.: Энергия, 1974, -239 с.

14. Дегтярев А.А. Частотный анализ переменных сигналов методом подстройки шага спектра, Международная научно-техническая конференция молодых ученых и специалистов "Современные проблемы аэрокосмической науки и техники", 2000. с. 452-454.

15. Дегтярев А.А., Леонтьев М.К., Колотников М.Е., Некрасов С.С. Вибрационная диагностика технического состояния ГТД в составе газоперекачивающего агрегата, Вестник Московского авиационного института, Т.4. №4.2001, с. 12-28.

16. Дженкис Г., Ватте Д. Спектральный анализ и его приложения. Т.2 М.: Мир, 1972.-288 с.

17. Динамика авиационных газотурбинных двигателей. Под. ред. Биргера И.А. М.: Машиностроение, 1981, 232 с.

18. Добрынин С.А., Фельдман М.С., Фирсов Г.И. Методы автоматизированного исследования вибраций машин: Справочник/ М.: Машиностроение, 1987. 224 с.

19. А.В. Иванов, А.А. Дегтярев, Повышение точности измерения вибраций авиационных газотурбинных двигателей. Вестник Московского авиационного института, Т.6. №1.1999, с. 32-36.

20. В.А.Карасев, И.П.Максимов, М.К.Сидоренко. Вибрационная диагностика газотурбинных двигателей М., Машиностроение, 1978. - 132 с.

21. Кей С.М., Марпл С.Л. Современные методы спектрального анализа. ТИИЭР. 1981 Т.69. №11. - с. 5-51.

22. Кузнецов Н.Д., Цейтлин В.И. Эквивалентные испытания газотурбинных двигателей. -М.: Машиностроение, 1976. 213 с.

23. Мозгалевский А.В., Гаскаров Д.В. Техническая диагностика. М.: Высшая школа, 1975, 208 с.

24. Налимов В.В. Теория эксперимента. М.: Наука, 1965, 340 с.

25. Основы технической диагностики/ Под ред. П.П. Пархоменко. М.: Энергия, 1976.-463 с.

26. Пугачев B.C. Теория вероятности и математической статистики. М.: Наука, 1979.-496 с.

27. Сидоренко М.К. Виброметрия газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 1973. - 224 с.

28. Сиротин Н.Н., Коровкин Ю.М. Техническая диагностика авиационных газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 1979, с. 272.

29. Д.В. Хронин. Колебания в двигателях летательных аппаратов. М.: Машиностроение. 1980. 296 с.

30. Хикс Ч. Основные принципы планирования эксперимента. М.: Мир, 1967.-406 с.

31. Ширман А., Соловьев А. Практическая вибродиагностика и мониторинг состояния механического оборудования. Москва 1996.- 480 с.

32. Azovtsev Yu.A., Barkov A.V., Yudin I.A., "Automatic Diagnostics of Rolling Element Bearings Using Enveloping Methods," Proceedings of the Vibration Institute 18th Annual Meeting, 1994. pp 249-258

33. Barkov, A.V., Barkova N. A., "Assessing the Condition and Lifetime of Rolling Element Bearings From a Single Measurement," Proceedings of the 19th Annual Meeting, Vibration Institute, 1995.

34. Bentley D.E., Selection criteria for rotating machinery monitoring. Part 1, Bently Nevada, Orbit, Vol.10, No.2,1989.

35. Bentley D.E., Selection criteria for rotating machinery monitoring. Part 1, Bently Nevada, Orbit, Vol. 10, No.3,1989.

36. Bentley D.E., Selection criteria for rotating machinery monitoring. Part 1, Bently Nevada, Orbit, Vol.12, No.2,1991.

37. Bentley D.E., Vibration level of machinery, Bently Nevada, Orbit, Vol.13, No.3, 1992.

38. Dessing O., Multi-reference Impact Testing for Modal Analysis using Type 3557 Four-channel Analyzer and CADA-PC, Application Note, Brul&Kjer, Denmark.

39. Dippolito A., Fairchild G., Increasing a nuclear plant"s operating performance and efficiency, Bently Nevada Corporation Orbit Article, Machinery Messages, 1999.

40. Enochson L., Smith G. Examples of Digital Data Analysis for Rotating Machinery. Prsented at National Conference on Power Transmission. Philadelphia, Pennsylvania. 1978. GenRad, Application Note 13, p.7.

41. Frank, P.M., and Kippen-Seliger, В., 1997, "New Developments Using Artificial Intelligence in Fault Diagnosis", Engineering Applications of Artificial Intelligence, Vol. 10(1), pp. 3-14.

42. Fulgsang L., Wismer J., Gade S., Improved Method for Complex Modulus Estimation, Marine Engine, Application Note, Brul&Kjer, Denmark.

43. Gade S., Herlusfen H., A Hand-Exciter for field Mobility Measurements an alternative to the impact hammer method. Application Note, Brul&Kjer, Denmark.

44. Gatswiller K., Herfulsen H., How to determine the modal parameters of simple structures, Application Note, Brul&Kjer, Denmark.

45. Goldman P., Muszynska A., Application of full spectrum to rotating machinery diagnostic, Bently Nevada Corporation, 1999r.

46. Grissom Robert. Partial Rotor-To-Stator Rub Demonstration. Bently Nevada Corporation.

47. He, Z.J., Sheng, Y.D., and Qu, L.S., 1990, "Rub Failure Signature Analysis for Large Rotating Machinery," Mechanical Systems and Signal Processing, Vol. 4(5), pp. 417424.

48. Konstantin-Hansen H., Run-up Order Analysis of Axial Vibrations in 2190 kW, MAN B&W, Marine Engine, Application Note, Brul&Kjer, Denmark.

49. Lech Barszczewski, Shaft crack detection on a steam-turbine compressor at Poland"s largest oil refinery. Profile, International newsletters from the monitoring specialists. Vol.2, No.2. Summer 1994.

50. Lee C.W., Bark J.P., Inner race fault detection in rolling element bearings using directional spectra of vibration signals, Proceedings of ImechE, 1996, pp.361-370.

51. Leonhardt, S., and Ayoubi, M., 1997, "Methods of Fault Diagnosis," Control Engineering Practice, Vol. 5(5), pp. 683-692

52. Leontiev M.K., Zvonarev S.L. Improvement of Gas-Turbine Engine Dynamic Structure With Rotor Rubbing Through Mathematical Simulation. Proceedings of the international conference VIBRATION & NOISE "95. Venice, Italy, 1995, pp. 641649.

53. Mayes, I.W., and Davies, W.G., 1976, "The Vibrational Behavior of a Rotating Shaft System Containing a Transverse Crack," Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Vibrations in Rotating Machinery, pp. 53-64.

54. McFadden, P.D., and Smith, J.D., 1984, "Model for the Vibration Produced by a Single Defect in a Rolling Element Bearing," Journal of Sound and Vibration, Vol. 96, pp. 69-92.

55. Nicholas, J.C., Gunter, E.J., and Allaire, P.J., 1976a, "Effect of Residual Shaft Bow on Unbalance Response and Balancing of a Single Mass Flexible Rotor Part 1 -Unbalance Response," Journal of Engineering for Power, Vol. 98, pp. 171-181.

56. Nicholas, J.C., Gunter, E.J., and Allaire, P.E., 1976b, "Effect of Residual Shaft Bow on Unbalance Response and Balancing of a Single Mass Flexible Rotor Part 2 -Balancing," Journal of Engineering for Power, Vol. 98, pp. 182-189.

57. Parkinson A.G. Balancing of Rotating Machinery. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Part С Mechanical Engineering Science, Vol.205, 1991, pp.53-66.

58. Potter D., Programmable Lowpass Filters for PC-Based Acquisition (DAQ) Boards, Application Note 058, National Instruments Corporation, 340874A-01, 1995.

59. Strackeljan J., Behr D., Condition monitoring of rotating machinery using a patter recognition algorithm, Proceedings of ImechE, 1996, pp.507-516

60. Smalley A.J., Baldwin R.M., Mauney D.A., Millwater H.R., Towards risk based criteria for rotor vibration, Proceedings of ImechE, 1996, pp.517-527.

61. Smith, D.M., 1980, "Recognition of the Causes of Rotor Vibration in Turbo machinery," Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Vibrations in Rotating Machinery, pp. 1-4.

62. Swan P., Transient data reveals source of compressor vibration, Bently Nevada Corporation, 1999.

63. Sabin S., The limitations of protecting and managing machinery using vibration transmitters", Bently Nevada Corporation, 1999.

64. Sabin S., Best practices for using Monitoring System Outputs, Bently Nevada Corporation, 1999

65. Southwick D., Using Full Spectrum Plots, Bently Nevada, Orbit, Vol.15, No.2, 1993.

66. Southwick D., Using Full Spectrum Plots, Part 2, Bently Nevada, Orbit, Vol.14, No.4, 1993.

67. Stewart, R.M., 1976, "Vibration Analysis as an Aid to the Detection and Diagnosis of Faults in Rotating Machinery," Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers- Vibrations in Rotating Machinery, pp. 223-229.

68. Su, Y.T., and Lin, S.J., 1992, "On Initial Fault-Detection of a Tapered Roller Bearing- Frequency-Domain Analysis," Journal of Sound and Vibration, Vol. 155(1), pp. 7584.

69. Schultheis S., Diagnostic techniques using ADRE 3 for evaluation of radial rubs in rotating machinery, Bently Nevada, Orbit, Vol.12, No.3, 1991.

70. Thrane N., Wismer J., Konstantin-Hansen H.& Gade S., Practical use of the "Hilbert transform", Application Note, Brul&Kjer, Denmark.100

71. Thrane N., Wismer J., Konstantin-Hansen H.& Gade S., Choose your units!, Application Note, Brul&Kjer, Denmark.

72. Vance J.M. Rotordynamics in turbomachinery. A Willey-Interscience Publication. 1988

73. Vibration Monitoring of Compressor Station Gas Turbines\ Application Notes, Brul&Kjer, Denmark

74. Viktor Karlo, Vibro-View the system for vibration Monitoring, Technical specifications, ABB, 1994.

75. Wensing J.A., С van Nijen G., 2-dimensional computational model for vibration anal of waviness in rolling bearing applications, Proceedings of ImechE, 1996, pp.371-380.

76. Willsky, A.S., 1976, "A Survey of Design Methods for Failure Detection in Dynamic Systems," Automatica, Vol. 12, pp. 601-611.

77. Wismer J., The Domain Averaging Combined with Order Tracking, Application Note, Brul&Kjer, Denmark.

78. White E.R., Greaves R.W. An Overview of Airborne Vibration Monitoring Systems* SAE Technical Paper Series, 871731, Long Beach, Cal. USA, 1987, pp.10

Глава 1. Современное состояние и анализ существующих методов * диагностики авиационных ГТД.

1.1. Методы диагностики ГТД и их возможности.

1.2. Анализ методов технической диагностики ГТД с позиций информативности.

1.2.1. Тепловые методы и их эффективность.

1.2.2. Возможности виброакустических методов оценки состояния ГТД.

1.2.3. Эффективность трибодиагностики элементов ГТД.

1.2.4. Эффективность диагностики жидкостных систем двигателя.

1.2.5. Эффективность диагностики ГТД по термогазодинамическим

I параметрам.

1.2.6. Методы диагностики проточной части ГТД.

1.3. Методы обобщенной оценки состояния технических систем.

1.3.1. Методы сверток частных параметров контроля к обобщенному показателю.

1.3.2. Методы обобщенной оценки состояния технических систем по информационному критерию.

1.4. Требования к информационному критерию технического состояния ГТД.

Постановка задач.

Выводы по 1-й главе диссертации.

Глава 2. Теоретические и информационные аспекты технического диагноза ГТД.

2.1. Основные философские воззрения теории информации.

2.2. Основные информационные законы. щ 2.2.1. Закон сохранения информации.

2.2.2. Основной информационный закон формообразования и развития материи.

2.2.3. Основной закон термодинамики в информационной трактовке.

2.2.4. Принцип минимума диссипации.

2.3. Энтропия и диагностическая информация.

2.3.1. Энтропия Больцмана-Гиббса-Шеннона в решении прикладных задач.

2.3.2. Применение Н-теоремы для открытых систем.

2.3.3. Динамическое и статическое описание сложных движений.

2.4. Оценка значимости и ценности информации в практических задачах диагностики.

2.5. Обоснование применения информационной энтропии К. Шеннона к решению поставленных задач.

Выводы по 2-й главе диссертации.

Глава 3. Применение теории классификации к решению задач вибродиагностики ГТД.

3.1. Задачи постановки диагноза.

3.2. Множество возможных состояний ГТД.

3.3. Пространство диагностических сигналов.

3.4. Классификация вибросостояний ГТД, их информативность.

3.4.1. Роторная вибрация, ее связь с возможными отказами.

3.4.2. Вибрация аэродинамического происхождения.

3.4.3. Вибрация, возбуждаемая процессами в проточной части ГТД.

3.4.4. Вибрации подшипниковых узлов.

3.4.5. Вибрационные колебания лопаток и дисков.

3.5. Метод экспертных оценок для ранней вибродиагностики ГТД.

3.6. Методика нахождения «адреса» дефекта на основе оценки информации о вибрации.

6 Выводы по 3-й главе диссертации.

Глава 4. Принципы классификации авиационных ГТД при их диагностике.

4.1. Параметрическая классификация объекта диагностики на примере двигателя ПС-90А.

4.2. Определение оптимального состава диагностических признаков для узлов двигателя ПС-90А, подверженных вибронагрузкам.

4.2.1. Расчет интенсивности отказов ГТД ПС-90А.

4.2.2. Оценка средней условной энтропии на промежутке наработки от 0 до 6000 часов.

4.2.3. Результаты оценки количества и качества диагностической информации.

4.3. Определение оптимального состава контролируемых параметров двигателя Д-ЗОКУ.

4.3.1. Расчет интенсивности отказов ГТД Д-ЗОКУ.

4.3.2. Оценка средней условной энтропии на промежутке наработки от 0 до 5000часов.

4.3.3. Результаты оценки количества и качества диагностической информации.

Выводы по 4-й главе диссертации.

5.1. Система информационного обеспечения процессов диагностирования

СИОПД) ГТД.

5.1.1. Назначение и цели системы.

5.1.2. Общие требования, предъявляемые к системе.

5.1.3. Требования к программному обеспечению системы.

5.1.4. Реализация и совершенствование системы.

5.2. Особенности анализа потока информации по результатам опробования

5.3. Метод постановки диагноза с использованием предлагаемых информационных критериев.

5.4. Реализация методики постановки диагноза с учетом информационных критериев на примере авиационного ГТД ПС-90А.

5.4.1. Формирование исходных матриц и определение начальной энтропии узлов и систем ГТД ПС-90А.

5.4.2. Определение оптимального состава диагностических признаков функциональных систем и узлов авиадвигателя ПС-90А.

5.5. Эффективность предложенной системы СИОПД ГТД.

5.5.2. Оценка трудозатрат на выполнение мероприятий по внедрению системы СИОПД ГТД.

Выводы по 5-й главе диссертации.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Диагностика авиационных газотурбинных двигателей с использованием информационного потенциала контролируемых параметров»

Актуальность и постановка задач

Важным приоритетным направлением в области повышения безопасности и регулярности полетов авиационной техники (AT) является совершенствование как структуры и логической организации эксплуатационно-технической диагностики, так и ее процессов, направленных на эффективность раннего обнаружения предотказных состояний высоконагруженных элементов летательных аппаратов (JIA), составляющих основу методологии диагностики. Безопасность использования AT в значительной степени определяется надежностью, заложенной при проектировании и производстве, а также эффективностью методов и средств диагностики технического состояния AT, обеспечивающих своевременное обнаружение неисправностей и предотказных состояний, возникающих в процессе эксплуатации.

К 2010 году, по словам президента РФ, высокие технологии составят 5% ВВП, а это значит, что необходим «прорыв в сфере информационных технологий и создание техно-парковых зон, в создание которых планируется инвестировать порядка 18 млрд. рублей». Это впрямую относится к проблемам, стоящим перед отраслью гражданской авиации (ГА) в целом, и в области диагностики AT, в частности.

Планер, двигатель, функциональные системы AT подвержены непрерывным, качественным изменениям. Направление этих изменений предопределяется вторым законом термодинамики, который утверждает, что упорядоченные системы, а к ним относятся все технические устройства, имеют тенденцию самопроизвольно разрушаться со временем, т.е. утрачивать упорядоченность, заложенную в них при создании. Эта тенденция проявляется при совместном действии многочисленных дезорганизационных факторов, которые не могут быть учтены при проектировании и изготовлении AT, поэтому процессы изменения качества кажутся нерегулярными, случайными, а их последствия - неожиданными.

При переходе к эксплуатации AT по фактическому техническому состоянию необходимо найти путь, обеспечивающий высокою эффективность технического обслуживания (ТО). Таким путем является ранняя диагностика, позволяющая обнаружить неисправности AT с упреждением, в такой стадии их развития, которая допускает хоть и ограниченное, но безопасное продолжение эксплуатации. Это означает, что диагностика, совершенствуясь и развиваясь, должна перерастать в прогнозирование состояния AT.

Однако, как показывает практика, в эксплуатации зачастую трудно добиться «адресности» дефектов, в частности в такой сложной динамической многокомпонентной системе, которой является авиационный газотурбинный двигатель (ГТД). Накопленный опыт доказывает это. Известные методы инструментального контроля, математического моделирования предотказных состояний ГТД, методы полунатурных испытаний, факторного анализа и др., не дают желаемого эффекта.

Альтернативой здесь являются физические методы диагностики, к которым относятся известные методы оптико-визуального контроля, трибодиагностики, анализа продуктов сгорания, диагностика по виброакустическим параметрам, по результатам контроля термогазодинамических параметров и др. Здесь всегда возникает вопрос - при каком сочетании методов диагностики можно в короткие сроки «адресно» и достоверно предупредить отказ? Этот вопрос до настоящего времени всесторонне не раскрыт. И сейчас имеют место случаи необоснованного съема двигателей с эксплуатации или, что более опасно - пропуск дефектов из-за неправильно поставленного диагноза, как правило, связанных с погрешностями обработки диагностической информации или сбоя в процессе ее анализа (т.н. человеческий фактор). К тому же полностью до конца не раскрыт информационный потенциал контролируемых параметров, несущих важную информацию об объекте диагностирования. Здесь следует акцентировать внимание на термине «информационный потенциал», под которым понимается недоиспользованная возможность учета информационной значимости, как контролируемых параметров, так и методов диагностики, позволяющих более точно определить состояние объекта, т.е. быстрее приблизиться к цели, «адресу» дефекта. Ранее такого рода задачи рассматривались в известных работах Волькенштейна М.В. , Пархоменко П.П. и др. ученых. Однако применительно к конкретным, прикладным задачам диагностики ГТД они не решались.

Большой вклад в развитие методов постановки диагноза авиационных ГТД в России внесли работы, проведенные в ЦИАМ им. П.И.Баранова, ГосНИИ ГА, НИИЭРАТ ВВС, НПО «Сатурн», ОАО «Авиадвигатель», МГТУ ГА, ОАО «Аэрофлот - Российские авиалинии» и др. Анализ результатов исследований, выполненных в упомянутых организациях, показал, что угрожающие при своем развитии разрушением ГТД неисправности можно укрупнено разделить на три группы : а) неисправности, очень быстро (в течение долей секунды или нескольких секунд) переходящие в аварию двигателя, или, что почти то же самое -неисправности, слишком поздно обнаруживаемые с помощью доступных средств диагностики. В эту группу входят, например, «раскрутка» вала свободной турбины двигателя, возникновение отрицательного крутящего момента на валу турбовинтовых двигателей, помпаж и т.п.; б) неисправности, способные развиваться в аварию в течение нескольких минут, а также неисправности, характер и темп развития которых нельзя достоверно предсказать на основе достигнутого уровня знаний. Возникновение подобных неисправностей должно сопровождаться немедленной выдачей сигнала экипажу самолета (или персоналу испытательного стенда) для привлечения внимания, оценки ситуации и принятия необходимых мер. С этой целью двигатели снабжаются определенным набором аварийных сигнализаторов (пожара, падения давления масла, появления «стружки» в масле и т. п.). в) неисправности, развивающиеся относительно медленно или обнаруживаемые наличными диагностическими средствами на столь ранней стадии, что переход их в аварию в продолжение данного полета можно считать практически исключенным. Раннее обнаружение именно таких неисправностей и составляет основу прогнозирования состояний двигателей.

Интервал времени от появления первого симптома неисправности до опасного ее развития является не столько физическим свойством конкретной неисправности, сколько мерилом уровня наших познаний о ее причинах, признаках и процессах развития. По мере накопления таких познаний и появления соответствующей аппаратуры перестали, например, считаться «внезапными» и стали прогнозируемыми некоторые виды разрушения зубчатых передач, подшипников и т. д. .

Одна из практических задач исследований динамики развития неисправностей ГТД состоит в том, чтобы максимально сокращать число неисправностей первой и второй групп и постепенно «переводить» их в третью группу, расширяя, таким образом, возможности раннего диагностирования и долгосрочного прогнозирования состояния ГТД. Высокая степень упреждения диагноза не только повышает безопасность полетов, но и способствует существенному снижению эксплуатационных затрат, связанных с нарушением регулярности полетов, ремонтом ГТД.

Опыт эксплуатации ГТД показывает, что для правильной постановки диагноза необходимо на первом этапе заранее знать все возможные состояния ГТД, исходя из априорных статистических данных и вероятностей проявления ситуаций, а также массив диагностических признаков, реагирующих на эти состояния. Как уже отмечалось, процесс качественного изменения технических свойств авиационного ГТД происходит непрерывно, а это значит, что множество возможных его состояний бесконечно и даже несчетно; поэтому задача состоит в том, чтобы разбить множество состояний на конечное и небольшое число классов состояний. В каждом классе объединяются состояния, обладающие одинаковыми свойствами, выбранными в качестве признаков классификации. При этом статистическая база параметров, полученных перечисленными выше методами диагностики должна быть непредвзятой и реальной .

Не все параметры, которые могут быть использованы в диагностике, равноценны по содержательности сведений о функционирующем ГТД. Одни из них приносят информацию сразу о многих свойствах работающих модулей двигателя, другие, напротив, крайне бедны. Безусловно, предпочтение следует отдавать диагностическим параметрам, носящим флуктуирующий характер, а не тем, которые постоянны или меняются очень медленно . Например, шум ГТД и его вибрация по количеству привносимой информации имеют большое преимущество перед такими устойчивыми инертными сигналами, как температура охлаждающей жидкости, скорость вращения вала и др., хотя эти параметры так же, как шум и вибрация, зависят от состояния работающего ГТД. Поэтому, на втором этапе интересным представляется рассмотреть взаимосвязь диагностических параметров, их изменение и возможное влияние друг на друга, а также оценить значимость признаков разных функциональных параметров ГТД.

Известно, что теория постановки диагноза довольно хорошо описывается общей теорией связи, являющейся одним из разделов теории управления . На службу диагностике можно поставить математический и логический аппараты, систему освоенных понятий и терминологию. Необходимо лишь найти физическую интерпретацию абстрактных формул и пути практического осуществления предписываемых ими подходов. Таким образом, на третьем этапе необходимо подтвердить, воспользовавшись известными принципами информационной теории, значимость диагностических признаков, и с учетом этого сформировать диагноз, а в дальнейшем осуществить прогноз предотказных состояний. Эта часть работы связана с наибольшими трудностями, т.к. авиационный двигатель является многопараметрической системой, но не все параметры одинаково существенны (информативны) в тех или иных конкретных условиях.

Актуальность выбранной проблемы подтверждается также тем фактом, что за рубежом разработки по оптимизации методов технической диагностики авиадвигателей осуществляются рядом ведущих авиационных фирм, например, крупнейшим концерном «Airbus Industry». Однако внедрение иностранных разработок не всегда целесообразно по причине различной контролепригодности ГТД отечественного и иностранного производства.

Сегодня новая отечественная авиатехника вводится в эксплуатацию с трудом, едва ли не во время прохождения необходимых предварительных испытаний. Важно уже на первом этапе эксплуатации самолетов и авиадвигателей реализовывать современные подходы к диагностике, одним из которых является повышение достоверности диагноза авиационных ГТД на основе оптимального выбора (сочетания) методов диагностики с учетом информационного потенциала контролируемых параметров. Это и является главной целью диссертационной работы.

Учитывая прикладную направленность исследований, при изложении математических вопросов автор не стремился достигнуть той строгости, которая принята в специальной математической литературе, но не всегда уместна в технической монографии, и жертвовал ею, если это вело к упрощению физической интерпретации и к лучшему уяснению путей практической реализации результатов.

На сегодняшний день существует множество научных разработок, посвященных проблемам диагностики AT и в частности авиационным ГТД . Большинство этих работ сводятся к узко поставленным задачам диагноза или к разработке отдельных методов и средств технической диагностики, что также весьма актуально и важно.

Надеюсь, что предлагаемые в работе подходы в формировании диагнозов с учетом ценности получаемой информации контролируемых параметров и недоиспользованного их информационного потенциала дополнят эти исследования и улучшат эффективность практики технической эксплуатации ГТД.

Научной новизной обладают следующие результаты, полученные в диссертации; в ней впервые:

1. Исследован и определен потенциал современных методов диагностики ГТД с позиций их информационной значимости.

2. Обоснованы принципы использования положений теории информации в решении задач диагностики ГТД.

3. Разработаны методологические основы совершенствования диагностирования ГТД с учетом информационной значимости контролируемых параметров и диагностических признаков.

4. Разработаны новые принципы т.н. параметрической классификации на примере анализа вибраций ГТД и введен критерий оценки динамики её изменения.

5. Обоснован выбор обобщенного информационного критерия эффективности диагноза ГТД, мерой значимости которого являются энтропийные характеристики диагностируемых объектов и систем.

6. Разработан метод постановки диагноза ГТД с использованием предложенных информационных критериев.

7. Предложена система информационного обеспечения процессов диагностирования ГТД.

Достоверность результатов исследований подтверждается анализом физических явлений, корректным применением методов исследования и положительными результатами апробации предложенных разработок в ряде предприятий.

Практическая ценность работы заключается в том, что ее результаты позволяют:

Правильно классифицировать (группировать) параметры ГТД с целью установления объективных связей между системой состояний и системой диагностических признаков, а также осуществлять содержательное толкование проверок и формировать конечное количество «адресов» отказов; сформировать рекомендации и создавать методики по совершенствованию диагностирования любых сложных технических систем с учетом предложенных информационных критериев;

Реализовывать на практике рекомендации по нахождению «адреса» неисправных (предотказных) состояний ГТД с учетом максимальной информативности методов диагностики, что в конечном итоге позволит повысить безопасность полетов, а также снизить трудоемкость и стоимостные затраты на обслуживание и ремонт ГТД;

Снизить необоснованный досрочный съем ГТД «с крыла».

Реализация и внедрение результатов работы. Основные научные результаты, полученные в диссертационной работе, использованы и внедрены в МГТУ ГА, ОМТУ ЦР ВТ, ФГУАП «Кавминводыавиа», НИИ Строительной Физики, что подтверждено соответствующими актами. Полученные результаты апробированы на практике. Они используются также в учебном процессе подготовки специалистов по технической эксплуатации JLA и Д (дисциплины «Диагностика АТ», «Диагностика и НК», курсовое и дипломное проектирование) по специальности 130300. По материалам диссертационной работы разработано и издано 7 учебных пособий, 1 монография, опубликовано 12 научных статей, в том числе в печатных изданиях, утвержденных ВАК для публикации материалов докторских диссертаций.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Новый подход к использованию ряда положений теории информации в решении конкретных задач диагностики ГТД.

2. Методические основы новых принципов классификации ГТД и рекомендации по выбору и подсчету критериев информативности, позволяющих оптимально сочетать методы диагностики ГТД с целью определения «адреса» предотказного или неисправного состояния.

3. Обоснование и метод количественной оценки обобщенного информационного. критерия и его практического применения в задачах формирования диагноза.

4. Метод постановки диагноза на основе оптимального выбора состава контролируемых параметров ГТД с учетом информационных критериев.

5.Система информационного обеспечения процессов диагностирования авиационных ГТД.

Работа состоит из 5-ти глав.

В первой главе представлен обзор литературы и анализ современного состояния существующих подходов к диагностике авиационных ГТД, дается анализ применяемых на практике методов и средств диагностики авиадвигателей, сформулированы цель и задачи исследования.

Вторая глава посвящена рассмотрению теоретических аспектов технического диагноза, исследованию информационных законов в контексте философской и технической точек зрения. Обосновываются возможности применения теории информации к решению задач диагностики авиационных ГТД. Научно обосновано применение информационной энтропии К.Шеннона к решению диссертационных задач.

В третьей главе рассматриваются, предложенные автором, принципы параметрической классификации технического состояния ГТД. Выведены математическая модель и критерий оценки динамики изменения параметров на примере вибрации ГТД. Приводятся результаты оценки вибрации с позиций нахождения «адреса» неисправности.

В четвертой главе представлены результаты применения принципов параметрической классификации для определения оптимального состава контролируемых параметров применительно к авиадвигателям ПС-90А и Д-ЗОКУ. Получены конкретные оценки информативности контролируемых параметров и диагностических признаков, указывающих на различные состояния авиационных ГТД, во взаимосвязи с наработкой. Сформированы рекомендации по использованию результатов исследования.

Пятая глава посвящена разработке системы информационного обеспечения процессов диагностирования ГТД и соответствующей методики при обслуживании авиадвигателей «по состоянию».

Автор выражает глубокую признательность коллективу кафедр «Двигатели летательных аппаратов» и «Техническая эксплуатация летательных аппаратов и авиадвигателей», а также лично - научному консультанту доктору технических наук, профессору Пивоварову В.А. за конструктивные предложения по формированию содержания и оформлению диссертации.

Заключение диссертации по теме «Эксплуатация воздушного транспорта», Машошин, Олег Федорович

Выводы по 5-й главе диссертации

1. Предложена система информационного обеспечения процессов диагностирования (СИОПД) для оценки работоспособности авиационных ГТД.

2. Разработаны метод выбора оптимального состава контролируемых параметров ГТД по предложенному информационному критерию и методика количественной оценки информационного критерия для правильной постановки диагноза при обслуживании авиадвигателей «по состоянию».

3. Рассмотрен конкретный пример реализации новой методики применительно к авиационному ГТД ПС-90А.

4. Определены условные трудозатраты на выполнение мероприятий по внедрению системы СИОПД и новой методики диагностирования в практику ТО и Р ГТД.

Заключение

1. На основании опыта эксплуатации отечественных авиационных ГТД * и многофакторной диагностической информации, характеризующей их техническое состояние, обоснована необходимость совершенствования диагностики авиационных ГТД с учетом информационного потенциала контролируемых параметров. Анализ существующих методов диагностики показал, что для достоверной оценки состояния авиационных ГТД, необходимо использовать комплексную диагностику. При этом важным является оценка диагностической информации по результатам регистрации различных по своей физической природе параметров и характеризующих признаков. Выявлено, что поскольку не все контролируемые параметры ГТД имеют одинаковую информационную ценность, то большое практическое значение приобретает задача выявления тех из них, которые должны включаться в процедуру контроля в первую очередь.

2. Исследованы существующие информационные законы в контексте философской и технической точек зрения, что позволило обосновать возможность применения теории информации к решению задач технической диагностики авиационных ГТД. Рассмотрены новые подходы к решению поставленных задач с использованием теории информации. Обосновано применение информационной энтропии К.Шеннона.

3. Сформированы задачи постановки технического диагноза применительно к авиационным ГТД типа ПС-90А и Д-30 КУ.

4. Рассмотрены задачи классификации состояний ГТД. Предложена т.н. параметрическая классификация.

5. На основе расчетов информационной энтропии на разных этапах т> наработки даны рекомендации по выбору состава контролируемых параметров и диагностических признаков для узлов авиадвигателей ПС-90А и Д-ЗОКУ, проверки по которым для постановки диагноза должны производиться в первую очередь, что повысит безопасность полетов.

6. Построены экспериментальные модели развития дефектов по характеристикам вибрации. Разработана математическая модель и диагностический критерий информативности, основанный на динамике изменения вибрации ГТД в зависимости от наработки и конкретных повреждений проточной части авиационного ГТД ПС-90А. На основе разработанной методики и проведенного эксперимента, сформированы дискретные уровни распознавания «адресов» неисправностей с помощью параметра «повышенная вибрация».

7. Разработаны метод постановки диагноза на основе выбора оптимального состава контролируемых параметров ГТД по предложенным информационным критериям и методика количественной оценки информационных критериев для правильной постановки диагноза при обслуживании авиадвигателей «по состоянию» на примере ПС-90А.

8. Разработана система информационного обеспечения процессов диагностирования для оценки работоспособности авиационных ГТД, которая позволяет качественно произвести оценку технического состояния ГТД с использованием современных методов диагностики при максимальных наработках с начала эксплуатации и после последнего ремонта, а также для реализации методов статистического и информационного анализа отказов и неисправностей двигателей в эксплуатации.

9. Определены условные трудозатраты на выполнение мероприятий по внедрению системы информационного обеспечения процессов диагностирования и усовершенствованной диагностики в практику ТО и Р ГТД.

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Машошин, Олег Федорович, 2005 год

1. Августинович В.Г., Акиндинов В.А., Боев Б.В. и др. Под ред. Дедеша В.Т. Идентификация систем управления авиационных газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 1984.

2. Александров В.Г., Майоров А.В., Потюков Н.П. Авиационный технический справочник. М.: Транспорт, 1975.

3. Ахмедзянов A.M., Дубравский Н.Г., Тунаков А.П. Диагностика состояния ВРД по термогазодимическим параметрам. М.: Машиностроение, 1983.

4. Барзилович Е.Ю., Каштанов В.А. Обслуживание систем при ограниченной информации об их надежности. М.: Сов. Радио, 1976.

5. Барзилович Е.Ю., Воскобоев В.Ф. Эксплуатация авиационных систем по состоянию (элементы теории). М.: Транспорт, 1981.

6. Бартлетт М.С. Введение в теорию случайных процессов. М.: Изд-во иностр. лит., 1958.

7. Белкин Ю.С., Боев Б.В., Гуревич О.С. и др. Под ред. Шевякова А.А. Интегральные системы автоматического управления силовыми установками самолетов. М.: Машиностроение, 1983.

8. Биргер И.А. Техническая диагностика. М.: Машиностроение, 1978.

9. Бом Д. Квантовая теория. М.: Наука, 1990.

10. Бонгард М.М. Проблема узнавания. М.: Наука, 1967.

11. И. Боумейстер Д., Экерт А., Цайлингер А. Физика квантовой информации. М.: Постмаркет, 2002.

12. Васильев В.А., Романовский Ю.М., Яхно В.Г. Автоволновые процессы. М.: Наука, 1987.

13. Васильев В.И., Гусев Ю.М., Иванов А.И. и др. Автоматический контроль и диагностика систем управления силовыми установками летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1989.

14. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М.: Наука, 1969.

15. Винер Н. Интеграл Фурье и некоторые его приложения. М.: Физматгиз, 1963.

16. Волькенштейн М.В. Энтропия и информация. М.: Наука, 1986.

17. Гасленко Р.В. УМР по определению экономической эффективности мероприятий, направленных на совершенствование ИАОП. М.: МГТУГА, 1995.

18. Гельфанд И.М., Колмогоров А.Н., Яглома A.M. Теория информации. Изд-во ДАН СССР, 1956.

19. Гнеденко Б.В. Курс теории вероятностей. М.: Гостехиздат, 1954.

20. ГОСТ 27.003-90. Надежность в технике. Состав и общие правила,задание требований по надежности.

21. ОСТ 1-00156-75. Надежность изделий AT. Классификаторыпризнаков неисправностей.

22. ГОСТ 2.106-96. ЕСКД. Текстовые документы.

23. ГОСТ 3044-84. Преобразователи термоэлектрические. Номинальные статические характеристики преобразования.

24. Гусев Ю.М., Зайнашев Н.К., Иванов А.И. и др. Под ред. Петрова Б.Н. Проектирование систем автоматического управления ГТД. М.: Машиностроение, 1981.

25. Дейч А.М. Методы идентификации динамических объектов. М.: Энергия, 1979.

26. Давенпорт В.Б., Рут B.JL Введение в теорию случайных сигналов и шумов. М.: Изд-во иностр. лит., 1960.

27. Домотенко Н.Т., Кравец А.С. Масляные системы газотурбинных двигателей. М.:, Транспорт, 1972.

28. Дружинин Г.В. Надежность автоматизированных систем. М.: Энергия, 1977.

29. Дятлов В.А., Кабанов А.Н., Милов JI.T. Контроль динамических систем. Д.: Энергия, 1978.

30. Ермаков Г.И. Физико-химические методы определения металлов в авиамаслах с целью прогнозирования технического состояния двигателей. М.: Изд-во МГА, 1973.

31. Ермаков Г.И. Диагностирование технического состояния АД путем анализа работавшего масла. М.: Изд-во МГА, 1985.

32. Ермаков Г.И., Пивоваров В.А., Ицкович А.А. Диагностирование ГТД по результатам спектрального анализа работавших масел. М.: РИО МИИГА, 1986.

33. Ицкович А.А. Надежность летательных аппаратов и авиадвигателей. Часть 1. М.: РИО МИИГА, 1990.

34. Ицкович А.А. Надежность летательных аппаратов и авиадвигателей. Часть 2. М.: РИО МГТУГА, 1995.

35. Кадомцев Б.Б. Динамика и информация. М.: Ред. журн. УФН, 1997; 2-е изд. М.: Ред. журн. УФН, 1999.

36. Казанджан П.К., Тихонов Н.Д., Шулекин В.Т. Теория авиационных двигателей. М.: Транспорт, 2000.

37. Карасев В.А., Максимов В.П. Методы вибрационной диагностики машин. М.: Машиностроение, 1975.

38. Карасев В.А., Максимов В.П., Сидоренко М.К. Вибрационная диагностика ГТД. М.: Машиностроение, 1978.

39. Килин С.Я. Квантовая информация. М.: Ред. журн. УФН, 1999.

40. Климонтович Ю.Л. Статистическая физика. М.: Наука, 1982.

41. Климонтович Ю.Л. Статистическая теория открытых систем т. 1. М.: ТОО «Янус», 1995.

42. Клышко Д.Н. Основные понятия квантовой физики с операциональной точки зрения. М.: Ред. журн. «Успехи Физических Наук» (УФН) №9, 1998.

43. Клышко Д.Н. Неклассический свет. М.: Ред. журн. УФН №6, 1996.

44. Клышко Д.Н. Физические основы квантовой электроники. М.: Наука, 1986.

45. Кобринский Н.Е., Трахтенброт Б.А. Введение в теорию конечных автоматов. М.: Физматгиз, 1962.

46. Коняев Е.А. Техническая диагностика авиационных ГТД. Рига: РИО РКИИГА, 1989.

47. Косточкин В.В. Надежность авиационных двигателей и силовых установок. М.: Машиностроение, 1988.

48. Крылов К.А., Хаймзон М.Е. Долговечность узлов трения самолетов. М.: Транспорт, 1976.

49. Кудрицкий В.Д., Синица М.А., Чинаев П.И. Автоматизация контроля радиоэлектронной аппаратуры. М.: Сов. радио, 1977.

50. Куно А.Я., Генкин М.Д. Цифровая следящая фильтрация и спектральный анализ. М.: Транспорт, 1974.

51. Ланге Ф. Корреляционная электроника. М.: Судпромгиз, 1963.

52. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Квантовая механика. М.: Наука, 1974.

53. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Статистическая физика. Часть 1. М.: Наука, 1976.

54. Лебедев В.Л. Случайные процессы в электрических и механических системах. М.: Физматгиз, 1958.

55. Левин Б.Р. Теория случайных процессов и ее применение в радиотехнике. М.: Сов. радио, 1957.

56. Леонтович М.А. Введение в термодинамику. Статистическая физика. М.: Наука, 1983.

57. Лишаев А.И., Егоров К.И., Есинский В.М. Автоматизация контроля, регистрации и анализа вибрации ГТД. Куйбышев: РИО КуАИ, 1974.

58. Лозицкий Л.П. Янко А.К. Лапшов В.Ф. Оценка технического состояния авиационных ГТД. М.: Воздушный транспорт, 1982.

59. Лэнинг Дж.Х., Бэттин Р.Г. Случайные процессы в задачах автоматического управления. М.: Изд-во иностр. лит., 1958.

60. Машошин О.Ф. Информационное обеспечение процессов диагностирования авиадвигателей. Егорьевск: В сб. научн. трудов конф. ЕАТК, 2001.

61. Машошин О.Ф. Оптимизация процессов диагностирования авиационной техники с использованием критериев информативности. М.: В сб. научн. трудов конф. ВВИА им. Проф. Н.Е.Жуковского, 2002.

62. Машошин О.Ф. Интерпретация теории К.Шеннона в классификационных задачах информационной диагностики авиадвигателей. М.: Научный вестник МГТУ ГА № 80, серия: эксплуатация воздушного транспорта и ремонт AT, безопасность полетов, 2004.

63. Машошин О.Ф., Бигус А.В. Информационное обеспечение процессов диагностирования авиационной техники. М.: Научный вестник МГТУ ГА № 49, серия: эксплуатация воздушного транспорта и ремонт AT, безопасность полетов, 2002.

64. Машошин О.Ф., Бигус А.В. Прогнозирование технического состояния ГТД по выбегу ротора. М.: Научный вестник МГТУ ГА №66, серия: эксплуатация воздушного транспорта и ремонт AT, безопасность полетов, 2003.

65. Миддлтон Д. Введение в статистическую теорию связи. М.: Сов. радио, 1961.

66. Некипелов Ю.Г. Авиационные топлива, смазочные материалы и специальные жидкости. Киев, КИИГА, 1986.

67. Павлов Б.В. Кибернетические методы технического диагноза. М.: Машгиз, 1964.

68. Павлов Б.В., Змановский В.А. Корреляционные методы прогнозирования аварий. М.: Вестник сельхознауки №5,1963.

69. Пархоменко П.П., Согомонян Б.С. Основы технической диагностики: (Оптимизация процессов диагностирования, аппаратные средства). М.: Энергоатомиздат, 1981.

70. Пересада В.П. Автоматическое распознавание образов. Л.: Энергия,1970.

71. Пивоваров В.А. Повреждаемость и диагностирование авиационных конструкций. М.: Транспорт, 1994.

72. Пивоваров В.А. Прогрессивные методы технической диагностики. М.: РИО МГТУГА, 1999.

73. Пивоваров В.А. Авиационный двигатель ПС-90. М.: РИО МГА,1989.

74. Пивоваров В.А. Современные методы и средства неразрушающего контроля состояния авиационной техники. М.: РИО МИИГА, 1988.

75. Пивоваров В.А., Машошин О.Ф. Дефектоскопия гражданской авиационной техники. М.: Транспорт, 1994.

76. Пивоваров В.А., Машошин О.Ф. Применение аппарата теории статистической классификации к задачам диагностирования авиационной техники. М.: Научный вестник МГТУ ГА №20, серия: эксплуатация воздушного транспорта и ремонт AT. Безопасность полетов, 1999.

77. Пугачев B.C. Теория случайных функций и ее применение к задачам автоматического управления. М.: Физматгиз, 1960.

78. РД 50-690-89. Методические указания. Надежность в технике. Методы оценки надежности по экспериментальным данным. М.: Гос. комитет СССР по управлению качеством продукции и стандартам, 1990.

79. Резников М.Е. Топлива и смазочные материалы для летательных аппаратов. М., Воениздат, 1973.

80. Свешников А.А. Прикладные методы теории случайных функций. М.: Судпромгиз, 1961.

81. Селиванов А.И. Основы теории старения машин. М.: Машиностроение, 1964.

82. Серия отчетов по НИР № 63-91. Разработка требований к программе ТО и Р авиадвигателей и методики ее формирования. М.: РИО МИИГА, 1992.

83. Синдеев И.М. К вопросу о синтезе логических схем для поиска неисправностей и контроля состояния сложных систем. М.: Изв. АН СССР. Техническая кибернетика №2, 1963.

84. Сиротин Н.Н., Коровкин Ю.М. Техническая диагностика авиационных газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 1979.

85. Смирнов Н.Н., Чинючин Ю.М. Эксплуатационная технологичность летательных аппаратов. М.: Транспорт, 1994.

86. Смирнов Н.Н., Ицкович А.А. Обслуживание и ремонт авиационной техники по состоянию. М.: Транспорт, 1980.

87. Смирнов Н.Н., Владимиров Н.И., Черненко Ж.С. Техническая эксплуатация летательных аппаратов. М.: Транспорт, 1990.

88. Справочник под редакцией В.Г.Александрова. Контроль узлов трения самолетов и вертолетов. М.: Транспорт, 1976.

89. Отчет о 16-ой Всемирной конференции по НК в Монреале (Канада) (16th World Conference on NDT). http://www.ronktd.ru, 2004.

90. Степаненко В.П. Практическая диагностика авиационных ГТД. М.: Транспорт, 1985.

91. Стратонович P.J1. Теория информации. М.: Сов. радио, 1975.

92. Стратонович P.JI. Нелинейная неравновесная термодинамика. М.: Наука, 1985.

93. Тойбер M.JI. Электронные системы контроля и диагностики силовых установок. М.: Воздушный транспорт, 1990.

94. Теория автоматического управления силовыми установками летательных аппаратов/ Ю.С.Белкин, Л.Н.Гецов, Ю.В.Ковачич и др. Под ред. А.А.Шевякова. М.: Машиностроение, 1976.

95. Харкевич А.А. Спектры и анализ. М.: Физматгиз, 1961.

96. Холево А.С. Введение в квантовую теорию информации. М.: МЦНМО, 2002.

97. Цыпкин ЯЗ. Основы теории автоматических систем. М.: Наука,1977.

98. Шеннон К.Э. Работы по теории информации и кибернетике. Под ред. Р.Л.Добрушина, О.Б.Лупанова. М.: Изд-во иностр. литер., 1963.

99. Шилов Г.Е. Математический анализ. М.: Физматгиз, 1961.

100. Яглом A.M. Введение в теорию стационарных случайных функций. «Успехи математических наук», т.7,вып.5, 1952.

101. Ямпольский Я.И., Белоконь НИ. Диагностирование авиационной техники. М.: Транспорт, 1983.

102. Ebeling W., Freund J., Schweitzer F. Komplexe Strukturen: Entropic und Information. Stuttgart, Leipzig: B.G.Teubner, 1998.

103. Engine Test and measuring equipment "Oil Engine and Gas Turbine" vol. 30, №346, 1962.

104. Grunberg L., Scott D. The Effect of Additives on the Water-Induced Pitting of Ball Bearings, "Inst/ Petrol"? 1960.

105. Hirano F., Yamamoto T. Four-Ball Test on Lubricating Oils Containing Solid Particles, "Wear", 1959.

106. Kamber P. W., Zimmerman W. H. Progress in electronic propulsion control for commercials aircraft. // AIAA Paper, 1976, № 655.

107. Lee I., W., Chetham T.P., Wiesner I. B. Application of correlation analysis to the detection of periodic signals in noisl. Proc. IRE, Oct. 1950.

108. Nielsen M.A., Chuang I.L. Quantum Computation and Quantum Information. Cambridge University Press. Internat inf. 2001.

109. Staton L. Automatic Inspection and Diagnostic Systems for Automative Equipment, «SAE Preprints», 1962.

111. Airbus adopts infrared thermography for in-service inspection. -Insight. 1994. V. 36. No. 10.

112. Welch C., Eden T.J. Numerically enhanced thermal inspection of shuttle solid rocket motor inhibitor/liner/fuel bondline. - In: Rev. of Progress in Quant. NDE. Vol. 8B. New York: Plenum Press. 1989.

113. ИЗ. Коллинз Дж. Повреждение материалов в конструкциях. Анализ, предсказание, предотвращение: Пер. с англ.- М.: Мир, 1984.

114. Мэтью Д., Альфредсон Р. Применение вибрационного анализа для контроля технического состояния подшипников качения: Пер. с англ.-Конструирование и технология машиностроения.- М.: Мир, 1984.-т. 106, №3.-с.100-108.

115. Дорошко С.М. Контроль и диагностирование технического состояния газотурбинных двигателей по вибрационным параметрам.- М.: Транспорт, 1984.-128с.

116. ГоссоргЖ. Инфракрасная термография. М.: Мир, 1988.

117. Кольер Р., Берхарт, Лиин Л. Оптическая голография. М.: Мир,1973.

118. Волноводная оптоэлектроника. Под ред Т.Тамира. М.: Мир, 1991.

119. Беллман Р., Заде Л. Принятие решений в расплывчатых условиях//Вопросы анализа и процедуры принятия решений. М.: Мир, 1976.

Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ВОЗДУШНОГО ТРАНСПОРТА

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ»

Кафедра технической эксплуатации летательных аппаратов

и авиационных двигателей

ДИАГНОСТИКА АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ

методическим объединением вузов

Российской Федерации по

образованию в области эксплуатации

авиационной и космической техники

для межвузовского использования

Москва - 2007

Печатается по решению редакционно-издательского совета Московского государственного технического университета ГА

Рецензенты: д-р техн. и экон. наук, проф. ;

д-р техн. наук, проф. .

М38 Диагностика авиационной техники. Учебное пособие. - М.: МГТУ ГА, 2007. – 141 с.

В учебном пособии рассматривается комплекс вопросов, связанных с теоретическими основами технической диагностики, с позиций информационного обеспечения процессов диагностирования летательных аппаратов и авиадвигателей.

Пособие издается в соответствии с учебным планом и программой специальности 160901 по дисциплине «Диагностика авиационной техники» для студентов дневного отделения IV и V курсов, а также может быть полезным для магистрантов и аспирантов, изучающих проблемы диагностики в авиации.

Рассмотрено и одобрено на заседаниях кафедры 06.03.07 г. и Методического совета 13.03.07 г.

технический университет ГА, 2007

Предисловие……………………………………………………………………….5

Введение…………………………………………………………………………… 7

Словарь терминов и понятий........…………………………………………….. 10

Глава 1. Основы технической диагностики……………………………………13

1.1. Основные направления технической диагностики……………………..13

1.2. Задачи технической диагностики………………………………………..14

Глава 2. Теоретические и информационные аспекты технического диагноза…………………………………………………………………………..19

2.1. Основные философские воззрения теории информации………………19

2.2. Основные информационные законы…………………………………….27

2.2.1. Закон сохранения информации………………………………………….27

2.2.2. Основной информационный закон формообразования

и развития материи……………………………………………………….29

2.2.3. Основной закон термодинамики в информационной трактовке………31

2.2.4. Принцип минимума диссипации………………………………………...32

2.3. Энтропия и диагностическая информация……………………………...33

2.3.1. Энтропия Больцмана-Гиббса-Шеннона в решении

прикладных задач…………………………………………………………33

2.3.2. Применение Н-теоремы для открытых систем…………………………35

2.3.3. Динамическое и статическое описание сложных движений…………..36

2.4. Оценка значимости и ценности информации

в практических задачах диагностики……………………………………37

2.5. Применение информационной энтропии К. Шеннона

в задачах распознавания. Выбор критериев информативности……….42

Глава 3. Методы диагностики авиационной техники

с позиций информативности……………………………………………………47

3.1. Методы диагностики АТ и их возможности……………………………47

3.2. Анализ методов технической диагностики АТ

с позиций информативности……………………………………………..51

3.2.1. Тепловые методы и их эффективность………………………………...51

3.2.2. Возможности виброакустических методов оценки состояния АТ…...55

3.2.3. Эффективность трибодиагностики элементов ГТД…………62

3.2.4. Эффективность диагностики жидкостных систем ЛА и АД………70

3.2.5. Эффективность диагностики ГТД по термогазодинамическим

параметрам ………………………………………………………………72

3.2.6. Методы диагностики проточной части ГТД……………………………75

3.3. Методы обобщенной оценки состояния технических систем………...80

3.3.1. Методы сверток частных параметров контроля

к обобщенному показателю……………………………………………….. 80

3.3.2. Методы обобщенной оценки состояния технических

систем по информационному критерию………………………………...87

3.4. Требования к информационному критерию технического

состояния АТ……………………………………………………………...92

Глава 4. Теория информации в решении классификационных

задач технической диагностики……………………………………………….. 95

4.1. Задачи постановки диагноза……………………………………………..95

4.2. Множество возможных состояний ЛА и АД…………………………..101

5.2. Система информационного обеспечения процессов

диагностирования (СИОПД) ГТД………………………………………131

5.2.1. Назначение и цели системы…………………………………………….133

5.2.2. Общие требования, предъявляемые к системе………………………...135

5.2.4. Реализация и совершенствование системы……………………………138

Литература……………………………………………………………………...139

ПРЕДИСЛОВИЕ

Учебная дисциплина «Диагностика авиационной техники» является одной из основных для подготовки студентов Механического факультета. Цель ее преподавания диктуется требованиями квалификационной характеристики студентов – выпускников указанной специальности по приобретению знаний и формированию умений в области управления техническим состоянием самолетов и двигателей ГА в процессе эксплуатации, позволяющие научно и технически обоснованно решать современные вопросы диагностики авиационной техники.

Согласно Второму началу термодинамики, в окружающем нас мире любое состояние системы, получаемое от различных источников информации, стремится к дезорганизации , и в последствии является нестабильным и разрозненным. В связи с этим важно выявить и уяснить сущность понятия – «информационный потенциал», под которым понимается недоиспользованная возможность учета информационной значимости как объекта диагностики, методов диагностирования, так и контролируемых параметров любой технической системы, подверженной диагностированию.

Таким образом, в настоящем учебном пособии акцентировано внимание на формирование диагнозов с учетом ценности получаемой информации контролируемых параметров, т. е. недоиспользованного их информационного потенциала, что позволит внимательному читателю дополнить классические представления об исследованиях в области диагностики, и улучшить эффективность практики технической эксплуатации авиационной техники.

Диагностика авиационной техники – это современная наука, которая постоянно совершенствуется, находится в поиске нового, ранее неизведанного. Стремление человека понять сущность физических процессов, заложенных природой и возникающих в авиационных конструкциях при эксплуатации, постоянно движет эту науку вперед.

«В мире нет ничего

постоянного кроме перемен»

Джонатан Смит

ВВЕДЕНИЕ

Термин «ДИАГНОСТИКА» греческого происхождения (diagnostikos), состоящий из слов - dia (между, врозь, после, через, раз) и gnosis (знание). Таким образом, слово diagnostikos можно трактовать, как способность распознавать. В античном мире диагностиками назывались люди, которые после битв на полях сражений подсчитывали количество убитых и раненых. В эпоху Возрождения диагностика - уже медицинское понятие, означающее распознавание болезни. В XIX - ХХ вв. это понятие стало широко использоваться в философии, а затем и в психологии, медицине, технике и других областях. В общем смысле, диагностика особый вид познания, находящийся между научным знанием сущности и опознаванием какого-либо единичного явления. Результат такого познания - диагноз, т. е. заключение о принадлежности сущности, выраженной в единичном явлении, к определенному установленному наукой классу.

В свою очередь, распознание - учение о методах и принципах распознавания болезней и о признаках, характеризующих те или иные заболевания. В широком смысле этого слова процесс распознавания используется во всех отраслях науки и техники, является одним из элементов познания материи, то есть позволяет определять природу явлений, веществ, материалов и конкретных предметов. С философской и логической точек зрения термин «диагностика» правомерно можно использовать в любых отраслях науки. Таким образом технической диагностикой называется наука о распознавании (отнесение к одному из возможных классов) состояния технической системы. При диагностировании объект устанавливается путем сопоставления знаний, накопленных наукой, о группе, классе соответствующих объектов.

Введем еще один термин – «индивидуальность». Индивидуальность – это неповторимость объекта, его тождественность, равенство с самим собой. В природе нет и не может быть двух тождественных друг другу объектов. Индивидуальность объекта выражается в наличии у него неповторимой совокупности признаков, которых нет у другого подобного объекта. Такими признаками для предмета диагностики являются размеры, форма, цвет, вес, структура материала, рельеф поверхности и иные признаки. К примеру, для человека это: особенности фигуры, строение головы, лица и конечностей, физиологические особенности организма, особенности психики, поведения, навыки и т. д. Для технических объектов – изменение физико-механических свойств, диагностических критериев, технических параметров в различных условиях функционирования.

С другой стороны, все объекты материального мира подвергаются
непрерывным изменениям (человек стареет, обувь изнашивается и т. д.). У
одних эти изменения наступают быстро, у других - медленно, у одних
изменения могут быть значительными, а у других – не столь значимыми. Хотя объекты изменяются постоянно, но в течение определенного времени
сохраняют наиболее устойчивую часть своих признаков, которые позволяют
осуществить идентификацию . Здесь под идентификацией понимается отождествление между закономерностями проявляемых диагностических параметров и тем или иным состоянием объекта. При идентификации конкретного объекта чаще всего обращают внимание на пороговые значения каких–либо физических величин, при этом важную роль играют диагностические признаки, указывающие на изменение состояния объекта в процессе его распознавания. Свойство материальных объектов сохранять
совокупность своих признаков несмотря на их изменения называется относительной устойчивостью .

Диагностика, как научная дисциплина и как область научно-практической деятельности , является социально обусловленной, изменяющейся в ходе исторического развития общества. Ее современное развитие в XXI веке осуществляется в направлении расширения возможностей более быстрого и точного приближения к цели, распознавания причин отклонений от норм технического объекта. В свою очередь, развитие диагностики характеризуется неравномерностью изменчивости ее отдельных сторон, а также влиянием друг на друга различных признаков и параметров контролируемых объектов с позиций информативности, а зачастую даже с позиций избыточности потока информации. Это касается всех уровней и разделов диагностики.

Словарь терминов и понятий

Техническая диагностика базируется на ряде специфических терминов и понятий, установленных государственными стандартами (ГОСТ , ГОСТ ) . Ниже приведены данные согласно ГОСТам, ОСТам, СТП, а также взятые в научно-технической и учебной литературе . Выборочно остановимся на основных терминах.

Техническое состояние – совокупность свойств объекта, подверженных изменению в процессе эксплуатации, характеризуемых в определенный момент времени заданным требованиям и признаками, установленными НТД.

Объект диагностики – изделие или его составная часть, являющаяся предметом выполнения работ в процессе диагностирования.

Диагностирование – процесс определения вида технического состояния объекта, системы.

Диагностический признак – индивидуальная характеристика состояния или развития объекта, процесса, характеризующая его свойство, качество.

Диагностический параметр - оцифрованная физическая величина, отражающая техническое состояние объекта и характеризующая какое-либо свойство объекта в процессе его диагностирования.

Критерий – (от греч. kriterion) признак, на основании которого производится оценка, определение или классификация чего-либо; мерило оценки.

Неисправность (неисправное состояние) – состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований, установленных НТД.

Исправность (исправное состояние) – состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям, установленным НТД.

Работоспособное состояние (работоспособность) – состояние объекта, изделия, при котором он способен выполнять заданные функции, сохраняя значения заданных параметров в пределах установленных НТД.

Неработоспособное состояние (неработоспособность) – состояние объекта, изделия, при котором значение хотя бы одного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям НТД.

Отказ – событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта диагностики.

Дефект – каждое отдельное несоответствие объекта требованиям, установленным НТД.

Контролепригодность – свойство, характеризующее приспособленность объекта к проведению его контроля заданными методами и средствами технической диагностики.

Программа диагностирования – совокупность алгоритмов диагностики, выстроенных в определенной последовательности.

Безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение определенного времени или наработки.

Надежность – свойство объекта выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, режимов хранения и транспортирования.

Долговечность – свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе ТО и Р.

Прогнозирование – процесс определения технического состояния объекта контроля на предстоящий период времени в определенном интервале.

Наработка – время эксплуатации объекта (в часах, посадках, циклах, годах).

Априори - (от лат. apriori - из предшествующего) понятие логики и теории познания, характеризующее знание, предшествующее опыту и независимое от него.

Диссипация – (от лат. Dissipatio - рассеивание): 1) для энергии - переход энергии упорядоченного движения (например, энергии электрического тока) в энергию хаотического движения частиц (теплоту); 2) для атмосферы - постепенное улетучивание газов атмосферы (земли, других планет и космических тел) в окружающее космическое пространство.

Ресурс – продолжительность эксплуатации объекта (в часах, посадках, циклах).

Неразрушающий контроль – контроль качества продукции, изделия, объекта, который должен не нарушать пригодности для использования по назначению.

Метод контроля – совокупность правил применения определенных принципов для осуществления контроля.

Способ контроля – совокупность правил применения определенных видов осуществления методов контроля.

Средство контроля – изделие (прибор, дефектоскоп) или материал, применяемые для осуществления контроля с учетом разновидностей способов, методов контроля.

Автоматизированная система диагностики – система диагностики, в которой процедуры диагностирования осуществляются с частичным непосредственным участием человека.

Автоматическая система диагностики – система диагностики, в которой процедуры диагностирования осуществляются без непосредственного участия человека.

Трибодиагностика – (от лат. tribus, tribuo – делить, распределять) область диагностики, занимающаяся определением технического состояния трущихся деталей на основе анализа продуктов износа в смазочном масле.

Статьи по теме

Назначение и устройство предохранителя Предохранитель на приборы

Стартовал новый сезон ранговых боёв

Тест-драйв SsangYong New Actyon: трудности произношения Самые большие проблемы дизельного актиона 1 поколения

Самый маленький в мире робот: Микро Stanley: самоуправляемое транспортное средство

Датчик авс - самостоятельная диагностика, исправление неполадок Как проверить сопротивление на датчике

Подогрев сидений своими руками: рассматриваем наглядный пример

Большой расход масла, причины и способы устранения Причины большого расхода масла двигателя и методы их устранения

Преимущества и основные недостатки Опель Астра(J) Ходовые качества Опель Астра с пробегом

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ВОЗДУШНОГО ТРАНСПОРТА

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО

ОБРАЗОВАНИЯ

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ»

ДИАГНОСТИКА АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ

ПРЕДИСЛОВИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ТЕХНИЧЕСКАЯ

ДИАГНОСТИКА АТ

Введение 2001 год, диссертация по авиационной и ракетно-космической технике, Дегтярев, Андрей Александрович

Заключение диссертация на тему "Вибрационная диагностика газотурбинных двигателей в условиях ограниченной информации"

Библиография Дегтярев, Андрей Александрович, диссертация по теме Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов

Рекомендованный список диссертаций

Метод диагностики авиадвигателей на основе параметрической модели работы турбокомпрессора 2008 год, кандидат технических наук Торбеев, Станислав Александрович

Похожие диссертационные работы по специальности «Эксплуатация воздушного транспорта», 05.22.14 шифр ВАК

Методы, модели и алгоритмы вибродиагностики авиационных зубчатых приводов 1992 год, доктор технических наук Баринов, Юрий Григорьевич

Заключение диссертации по теме «Эксплуатация воздушного транспорта», Машошин, Олег Федорович

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Машошин, Олег Федорович, 2005 год

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ