[1]Изобретение относится к способам функционального контроля и диагностирования состояния при испытаниях сложных пневмогидравлических объектов, например, жидкостных ракетных двигателей (ЖРД).
[2]Известно, что ЖРД эксплуатируются в экстремальных условиях, в условиях высоких температур и давлений в газовых и жидкостных трактах при весьма жестких ограничениях по текущим параметрам. В таких условиях даже кратковременный выход параметра (параметров) за пределы допустимых значений способен привести к выходу двигателя из строя. Поэтому весьма важно при возникновении неисправности в работе ЖРД как можно быстрее определить ее, диагностировать узел, в котором возникла неисправность, определить степень ее влияния на работу ЖРД и принять управляющее решение - либо продолжить работу, либо отключить неисправный узел, либо отключить ЖРД.
[3]Опыт эксплуатации ЖРД показывает, что из всех возможных неисправностей, которые могут возникнуть при работе ЖРД, более половины (до 70%) связаны с возникновением негерметичности газовых или жидкостных трактов.
[4]Поэтому весьма важна быстрота реакции на такие случаи, которая должна обеспечиваться системой управления ЖРД. В то же время инерционность известных систем управления зачастую не позволяет осуществить функцию скорейшего отключения ЖРД в случае возникновения такого класса неисправностей.
[5]Известен способ контроля состояния ЖРД, заключающийся в измерении контрольных параметров и сравнении их с допустимыми (пороговыми) значениями, который реализуется с помощью информационно-измерительной системы (см., например, «Испытания ЖРД» под ред. Левина В.Я. Москва, «Машиностроение», 1981 г., с.199).
[6]Данный способ осуществляет контроль состояния объекта и не позволяет диагностировать неисправность, т.е. определять место, степень и наименование неисправности.
[7]Наиболее близким к предлагаемому является способ контроля и диагностирования пневмогидравлического объекта, заключающийся в том, что циклически измеряют параметры в контрольных точках полостей объекта, сравнивают их с расчетными пороговыми значениями (уровнями) и диагностируют (локализуют) неисправность в случае выхода текущего значения параметра за его пороговый уровень (патент РФ №2018900, кл. G05B 23/00, 1990 г.) - наиболее близкий аналог.
[8]В результате анализа известного способа необходимо отметить, что технологические отклонения характеристик узлов и агрегатов, комплектующих ЖРД, приводят к необходимости назначения широких пороговых значений (±6% от номинального уровня), что снижает чувствительность способа и приводит к ошибкам контроля, недостоверности заключения о состоянии объекта, несвоевременному прекращению его функционирования.
[9]Задачей, решаемой изобретением, является повышение чувствительности способа, а также сокращение времени локализации отказа ЖРД для своевременного принятия решения о возможности его дальнейшего функционирования.
[10]Поставленная задача достигается тем, что в способе контроля и диагностирования жидкостного ракетного двигателя, заключающемся в циклическом измерении контролируемых параметров, сравнении их с заданными пороговыми значениями и по результатам сравнения осуществлении контроля и диагностирования двигателя, новым является то, что в качестве измеряемых параметров используют температуру и давление в газовых и жидкостных трактах двигателя, причем дополнительно измеряют давление и температуру среды в двигательном отсеке, сравнивают измеренные параметры с пороговыми значениями и по результатам сравнения фиксируют неисправности в двигателе и его узлах, при этом при возрастании давления и температуры в двигательном отсеке фиксируют негерметичность в газовых трактах двигателя и анализируют информацию с датчиков, установленных на них, увеличивая при этом частоту их опроса за счет снижения частоты опроса датчиков в жидкостных полостях, а при возрастании давления и снижении температуры в двигательном отсеке фиксируют негерметичность в жидкостных трактах, увеличивая частоту опроса датчиков, установленных на них, за счет снижения частоты опроса датчиков в газовых полостях.
[11]Сущность заявленного способа поясняется чертежом, на котором представлена информационно-управляющая система (ИУС) для осуществления способа.
[12]На данной схеме объект контроля и диагностики (ЖРД) обозначен позицией 1. В газовых трактах двигателя установлены датчики давления и температуры 2, а в жидкостных трактах - датчики давления и температуры 3. В двигательном отсеке установлены датчики давления и температуры 4. Датчики 2, 3, 4 связаны со входами коммутирующего устройства 5. Выход коммутирующего устройства 5 связан через устройство сопряжения 6 со входом ЭВМ 7, которая через устройство сопряжения 8 связана с магнитными носителями информации 9 (предназначены для анализа работы системы) и с устройством 10 аварийного выключения ЖРД, входящим в систему управления 11 ЖРД, которая в свою очередь связана со входом устройства 5.
[13]Способ осуществляют следующим образом.
[14]До начала испытания ЖРД известным образом, например, с помощью математической модели формируют пороговые значения измеряемых параметров (температуры и давления в газовых и жидкостных трактах) в зависимости от технологических отклонений характеристик узлов и агрегатов, комплектующих двигатель и программы испытания. При этом пороговые значения измеряемых параметров в полостях двигателя составляют 6-7% (25-40 бар) от номинального уровня, а пороговые значения давления и температуры в двигательном отсеке могут быть приняты на уровне ожидаемых расчетных, полученных с использованием математических моделей, которые заносят в систему управления 11.
[15]При работе ЖРД датчики 2, 3, 4 циклически замеряют текущие значения параметров в жидкостных и газовых трактах двигателя, а также значения давления и температуры в двигательном отсеке. Частота опроса датчиков задается системой управления 11.
[16]Сигналы измеренных параметров и сигналы пороговых значений параметров поступают на коммутирующее устройство 5, где осуществляется операция сравнения измеренных значений каждого параметра со значениями его пороговых уровней, после чего сигналы рассогласования через устройство сопряжения 6 поступают на ЭВМ 7, где сигналы обрабатываются и передаются через блок сопряжения на запись на носители информации 9 и на устройство 10 аварийного отключения ЖРД.
[17]При нахождении всех параметров в диапазоне между пороговыми уровнями принимают состояние двигателя нормальным и ЖРД продолжает работу.
[18]При выходе любого первого из параметров за его пороговый уровень устанавливают факт появления неисправности и переходят к ее диагностированию, которое осуществляется в ЭВМ.
[19]Учитывая узкие пороговые значения допусков на давление и температуру в двигательном отсеке при возникновении негерметичности ЖРД первыми параметрами, значения которых выйдут за пороговые значения, будут давление и температура в двигательном отсеке. Если значения измеренных параметров значительно отличаются от заданных, устройство 10 дает команду на отключение ЖРД, иначе может произойти его разрушение.
[20]Однако задачей настоящего способа является не только контроль работы ЖРД, но и диагностирование состояния его основных узлов.
[21]Экспериментально установлено, что повышение температуры и давления в двигательном отсеке связано с появлением негерметичности в газовых трактах ЖРД, а возрастание давления с одновременным снижением температуры в двигательном отсеке связано с появлением негерметичности в жидкостных трактах ЖРД. Это явление и положено в основу диагностирования узлов и агрегатов ЖРД.
[22]В случае повышения давления и температуры в двигательном отсеке, которые регистрируются датчиками 4, и выходов выхода параметров за пределы установленного интервала, увеличивают частоту опроса датчиков, устанавливаемых в газовых полостях ЖРД (за счет уменьшения частоты опроса датчиков в жидкостных полостях) и на основе данных показаний вычисляют обобщенные характеристики узлов и агрегатов газового тракта двигателя и по результатам сравнения их с пороговыми значениями производят локализацию отказа, определяя отказавший узел.
[23]При возникновении негерметичности в жидкостных трактах, вследствие испарения компонента топлива, в двигательном отсеке происходит снижение температуры среды и увеличение давления, что приведет к выходу температуры в двигательном отсеке за нижний пороговый уровень, а давление за верхний пороговый уровень.
[24]В данном случае увеличивают частоту опроса датчиков, установленных в жидкостных трактах ЖРД за счет снижения частоты опроса датчиков, установленных в газовых трактах, вычисляют обобщенные характеристики узлов и агрегатов гидравлического тракта двигателя, сравнивают их с пороговыми значениями и по результатам сравнения производят локализацию отказа, определяя отказавший узел.
[25]Уменьшение частоты опроса датчиков позволяет не перегружать систему управления и тем самым повысить ее быстродействие и сократить время локализации отказа.
