Спосіб діагностики стану пристроїв транспортних засобів або їх систем

1. Спосіб діагностики технічного стану пристроїв транспортних засобів, переважно повітряних, або їх систем, який включає введення діапазону допустимих значень відхилень контрольованих параметрів пристроїв транспортних засобів, що діагностуються, вимірювання і реєстрацію контрольованих параметрів пристроїв транспортних засобів, що діагностуються, наприклад, за допомогою аварійно-експлуатаційного реєстратора польотної інформації, а також виведення інформації на дисплей і на друк у вигляді відхилень контрольованих параметрів пристроїв транспортних засобів, що діагностуються, від їх допустимих значень відхилень або відмов в режимах експлуатації, який відрізняється тим, що визначають швидкість зміни контрольованих пара C2 2 UA 1 3 відомий зовнішній прояв відмови, але немає об'єкту дослідження або неможливо провести натурне моделювання, наприклад, експерименти, пов'язані з поведінкою ПТЗ у польоті при відмові системи управління. Недолік способу аналога - низька ефективність діагностики унаслідок умовності математичного моделювання контрольованих параметрів пристроїв ПТЗ, що діагностуються, віддалених від реальних параметрів і умов проведення польотів та експлуатаційних режимів пристроїв ПТЗ, що діагностуються. Відомий також спосіб діагностики стану пристроїв ПТЗ, що вибраний як аналог [2], який включає введення діапазону допустимих значень відхилень параметрів пристроїв транспортних засобів, що діагностуються, вимірювання і реєстрацію контрольованих параметрів пристроїв транспортних засобів, що діагностуються, наприклад, за допомогою аварійно-експлуатаційного реєстратора польотної інформації типу БУР 4-1 [3]. Інформація про поточний стан пристроїв, що діагностуються (контрольованих параметрів), у вигляді сигналів поступає з відповідних блоків бортової автоматизованої системи контролю ПТЗ, або в центральну бортову ЕОМ, де перетворюється у цифровий код, обробляється в системі діагностики і поступає на зберігання. Відомості про поточний стан контрольованих пристроїв одночасно виводять на дисплей навчаного екіпажа (розрахунку) у вигляді відхилень параметрів від їх допустимих значень (відмов) в режимах експлуатації. Основна інформація може бути виведена на друк і використана при будь-якому виді технічного обслуговування. Недолік способу найближчого аналога - низька ефективність діагностики унаслідок значного запізнювання видачі інформації про початок відхилення контрольованих параметрів від допустимих параметрів, тобто постфакту реєстрації виходу з ладу контрольованих вузлів і агрегатів ПТЗ, та неможливості проведення надійного і достовірного експрес-контролю їх поточного стану. Задачею винаходу є підвищення ефективності способу діагностики стану пристроїв транспортних засобів, переважно повітряних (ПТЗ), шляхом проведення додаткових вимірювань величин змін контрольованих параметрів, наприклад, в режимі експрес-контролю, і введення нових критеріїв можливості подальшої експлуатації транспортних засобів за їх технічним станом, заснованих на вищезгаданих додаткових вимірюваннях. Вказана задача вирішується тим, що у способі діагностики технічного стану пристроїв транспортних засобів, переважно повітряних, або їх систем, який включає введення діапазону допустимих значень відхилень контрольованих параметрів пристроїв транспортних засобів, що діагностуються, вимірювання і реєстрацію контрольованих параметрів пристроїв транспортних засобів, що діагностуються, наприклад, за допомогою аварійноексплуатаційного реєстратора польотної інформації, а також виведення інформації на дисплей і на друк у вигляді відхилень контрольованих параметрів пристроїв транспортних засобів, що діагносту 88582 4 ються, від їх допустимих значень відхилень або відмов в режимах експлуатації, новим є те, що, визначають швидкість зміни контрольованих параметрів пристроїв транспортних засобів, що діагностуються, у часі, а також величину сумарної зміни контрольованих параметрів пристроїв транспортних засобів, що діагностуються, в режимах експлуатації, а про технічний стан пристрою транспортного засобу, що діагностується, судять або по величині швидкості зміни контрольованих параметрів пристрою, що діагностується, у часі, або по величині сумарної зміни контрольованих параметрів пристрою, що діагностується, у порівнянні з сумарною величиною контрольованих номінальних параметрів цього пристрою, що вимірюють через рівний наперед заданий проміжок часу, при цьому використовують аварійноексплуатаційний реєстратор польотної інформації з Flash-пам'яттю, який постачають спеціальним програмним забезпеченням. Про технічний стан двигуна транспортного засобу, що діагностується, судять або по величині швидкості зміни температури газів перед турбіною компресора і частоти обертання ротора турбокомпресора у часі, або по величині сумарного напрацювання двигуна на злітному режимі за весь період експлуатації двигуна. Про технічний стан гідравлічної системи, паливної системи чи мастильної системи транспортного засобу, що діагностується, судять або по величині швидкості зміни тиску в системі, що діагностується, у часі, або по величині сумарної зміни тиску у порівнянні з сумарною величиною номінального тиску, що вимірюють, наприклад, через кожну годину. Перераховані вище ознаки складають сутність винаходу. При дослідженні льотної події TBC (зокрема, вертольота) одним з найважливіших напрямів досліджень і діагностики є визначення працездатності двигунів у польоті, а також режиму їх роботи. Рішення цієї задачі значно полегшується за наявності даних засобів об'єктивного контролю, характеризуючих зміну параметрів польоту вертольота і режим роботи силової установки в процесі польоту. Так, наприклад, на вертольотах Мі-8 і Мі-24 з числа реєстрованих системою автоматичної реєстрації параметрів польоту тільки два параметри (частота обертання несучого гвинта і величина його кроку) можуть характеризувати режим роботи силової установки. Проте ці параметри є непрямими ознаками працездатності двигунів при розвитку аварійної ситуації. Що стосується, наприклад, гідросистеми, то, відповідно до існуючих настанов, дослідження деталей і агрегатів гідросистеми починається з їх зовнішнього огляду з метою визначення положення штоків, плунжерів, важелів і інших деталей для виявлення режимів роботи агрегатів у момент їх руйнування. Тому не менш важливо не тільки реєструвати факт поломки гідросистеми, що вже відбулася, а й розробляти способи її діагностики та працездатності в процесі експлуатації та для прогнозу на 5 стання аварійної ситуації. У свою чергу, використання аварійноексплуатаційного реєстратора польотної інформації з Flash-пам'яттю забезпечує автоматизацію польотної інформації ПТЗ і розширення функціональних можливостей реєстратора. Спосіб ілюструється Фіг.1-6, де: на Фіг.1 де приведена залежність максимально допустимої температури газів tГ перед турбіною компресора залежно від температури зовнішнього повітря tH при перевірці часткової приймальності (швидкості виходу на робочий режим) вертолітного двигуна ТВЗ-117; на Фіг.2 показана зміна температури газів перед турбіною компресора tГ залежно від часу роботи двигуна tЗЛ на злітному режимі; на Фіг.3 приведена графічна залежність швидкості зміни тиску у часі при нормальній роботі системи (гідравлічної, паливної або мастильної), на Фіг.4 і на Фіг.5 - при передвідмовному стані цих же систем, а на Фіг.6 - графічна залежність зміни температури у часі цих же систем (графічні залежності на Фіг.1-2, 5-6 побудовані за даними об'єктивного контролю). Спосіб здійснюється таким чином. Вводять наперед заданий діапазон допустимих значень відхилень контрольованих параметрів пристроїв транспортних засобів, що діагностуються. Далі здійснюють вимірювання і реєстрацію контрольованих параметрів пристроїв транспортних засобів, що діагностуються, наприклад, за допомогою аварійно-експлуатаційного реєстратора польотної інформації типу БУР 4-1 з Flashпам'яттю. Після цього виводять інформацію на дисплей і на друк у вигляді відхилень контрольованих параметрів пристроїв транспортних засобів, що діагностуються, від їх допустимих значень відхилень або відмов в режимах експлуатації. Далі визначають швидкість зміни контрольованих параметрів пристроїв транспортних засобів, що діагностуються, в часі (по першому критерію), а також величину сумарного часу зміни контрольованих параметрів в режимах експлуатації пристроїв транспортних засобів, що діагностуються (по другому критерію). Про технічний стан пристрою транспортного засобу, що діагностується, судять або по величині швидкості зміни контрольованих параметрів пристрою, що діагностується, у часі (по першому критерію), або по величині сумарної зміни контрольованих параметрів пристрою, що діагностується, у порівнянні з сумарною величиною контрольованих номінальних параметрів цього пристрою, що вимірюють через рівний наперед заданий проміжок часу (по другому критерію). Про технічний стан двигуна транспортного засобу, що діагностується, судять або по величині швидкості зміни температури газів перед турбіною компресора і частоти обертання ротора турбокомпресора у часі, або по величині сумарного напрацювання двигуна на злітному режимі за весь період експлуатації двигуна. Про технічний стан гідравлічної системи, паливної системи чи мастильної системи транспортного засобу, що діагностується, судять або по ве 88582 6 личині швидкості зміни тиску в системі, що діагностується, у часі, або по величині сумарної зміни тиску у порівнянні з сумарною величиною номінального тиску, що вимірюють, наприклад, через кожну годину. Нижче приведені приклади здійснення пропонованого способу. Приклад 1. Діагностика технічного стану двигуна ПТЗ. Безпека польотів напряму пов'язана з технічним станом двигунів ПТЗ. Точне виконання обмежень на контрольовані параметри забезпечує нормальну роботу двигуна в міжремонтний період. Так, міжремонтний ресурс вертолітного двигуна ТВЗ-117 згідно настанов складає 1000ч, а обмеження по злітному режиму складає 5% від міжремонтного ресурсу двигуна, тобто 50 годин (1000⋅5% = 50 год). Допустимий час безперервної роботи вертолітного двигуна ТВЗ-117 на злітному режимі при цьому не повинен перевищувати 6хв. Допускається також безперервна робота двигуна на злітному режимі від 6 до 15хв, але не більш 1,25% від міжремонтного ресурсу, тобто 12,5 год в рахунок вищезгаданого обмеження, що становить, як було вказано вище, 50 год. Також додатково допускається робота двигуна на злітному режимі від 15 до 30хв двічі за ресурс в рахунок 50 год загального обмеження злітного режиму. Відповідно до способу, злітний режим двигуна ПТЗ визначають по значеннях температури газів перед турбіною компресора tГ (°C) (визначають, наприклад, по покажчику температури типа УТ-2Т) і частоти обертання ротора турбокомпресора (визначають, наприклад, по тахометру) nТК (у % щодо заданої частоти обертання ротора). Діапазон параметрів роботи двигуна по температурі газів перед турбіною компресора tГ ВЗЛ складає від 955°C до 990°C, а по частоті обертання ротора турбокомпресора nТК ВЗЛ складає від 99% до 101,15% (у % щодо заданої частоти, що лежить в межах 18900-19100хв-1). Вищенаведені верхні значення є максимально допустимими. Дані обмеження приведені для умов т.зв. міжнародної стандартної атмосфери, тобто при 760мм.рт.ст. і 15°C, а висота і швидкість польоту дорівнюють 0. При зменшенні температури зовнішнього повітря tH обмеження на tГ також мають менше значення і визначаються по Фіг.1. Ця закономірність зберігається і в графічній залежності числа оборотів ротора турбокомпресора nТК від температури зовнішнього повітря tH. Фактично облік роботи двигуна на злітному режимі при експлуатації за способом [2] носить чисто суб'єктивний характер, що негативно позначається на безпеці польотів, особливо в бойових умовах. Навчаний візуально контролює ці параметри (по приладах). Ціна ділення покажчика температури tГ за великою шкалою складає 1000°C, за малою шкалою 50°C. Ціна ділення покажчика частоти обертання ротора nТК рівна 1%, причому відстань між діленнями складає близько 1мм. Беручи до уваги, що діаметр покажчиків складає близько 5см, можливість використання секун 7 доміра при маневруванні виключена, відстань від очей навчаного до покажчиків складає близько одного метра, тобто в наявності усі передумови до помилкових висновків навченого за способом [2]. Згідно польотного завдання, навчаний повинен був на злітному режимі виконати маневрування впродовж часу, не перевищуючому 15хв. По доповіді навчаного, польотне завдання було виконане ним без перевищення максимально допустимих значень параметрів: часу роботи двигуна на злітному режимі у залежності від контрольованих параметрів (tГ max доп, nТК max доп) - час роботи на злітному режимі склав 13хв. Отже, згідно доповіді навчаного, діагностований двигун підлягає експлуатації у звичному режимі. Проте, провівши згідно способу аналіз матеріалів об'єктивного контролю за 16хв максимально складного етапу польоту (Фіг.2), маємо: а) на злітному режимі двигун працював 16хв; б) мають місце три виходи за максимально допустимі (нижній індекс "доп") значення tГ і nТК: по температурах: tГ > tГ max доп: 1 - від 3хв польоту до 4,3хв польоту; 2 - від 10хв польоту до 11хв польоту; по числу оборотів: nТК > nТК mах доп: 3 - від 6,1хв польоту до 9,3хв польоту; в) режим роботи двигуна від 13хв польоту навчаним помилково віднесений до номінального, хоча по nТК - це злітний режим; г) загальний час відхилення від заданого часу складає: 4,3 - 3 = 1,3хв (tГ > tГ max доп); 11 - 10= 1хв (tГ >tГ max доп); 9,3 - 6,1 = 3,2хв (nТК > nТК max доп). Маємо реальний час роботи двигуна на злітному режимі, який майже на 3хв (точніше - на 2,8хв) більше величини часу, що декларується навчаним: tу = 1,3+1+3,2+2,8 = 8,3хв, що складає (у процентному відношенні): (8,3:16)⋅100% = 51,9%. Тому двигун, у зв'язку з відхиленням фактичного часу від заданого часу, підлягає подальшому дослідженню технічного стану за спеціальною програмою, розробленою КБ. Висновок: 1. Доповідь навчаного про те, що двигун працював на злітному режимі саме 13хв, носить суб'єктивний характер на підставі об'єктивних причин, тоді як фактичний час роботи двигуна на злітному режимі склав 16хв, тобто фактичне відхилення часу роботи двигуна становить 3хв, що згідно способу і настанов, свідчить про необхідність проведення досліджень його технічного стану. 2. Перевищення за один політ максимально допустимих значень контрольованих параметрів (tГ > tГ max доп, nТК > nТК max доп) для створення аварійної ситуації маловірогідне. Проте в процесі експлуатації, згідно способу, ці параметри підсумовуються, унаслідок чого вірогідність відмови і виникнення аварійної ситуації складає вже 8595%. 3. Діагностика двигуна за режимом роботи можлива тільки за матеріалами об'єктивного контролю з використанням реєстратора типу БУР-4-1 з 88582 8 Flash-пам'яттю і з відповідним програмним забезпеченням. Таким чином, можливість контролю температури зовнішнього повітря, температури газів перед турбіною компресора, частоти обертання ротора турбокомпресора і підсумовування часу роботи двигуна в заданих діапазонах параметрів дозволяє точно визначити фактичний час роботи двигуна на злітному режимі, який склав для розглянутого прикладу 16хв. Величина швидкості зміни температури газів перед турбіною компресора дорівнює 90%, а величина швидкості зміни частоти обертання ротора турбокомпресора в часі дорівнює 4,5% (у % щодо заданої частоти)/с, що також підтверджує висновок про необхідність проведення досліджень технічного стану двигуна. Таким чином, пропонований спосіб дозволяє визначити фактичний час роботи двигуна на злітному режимі (що становить згідно прикладу 16хв) і забезпечити подальшу безпечну експлуатацію двигуна шляхом введення при необхідності додаткових обмежень для вертольота (як-то: зменшення злітної ваги вертольота, зменшення висоти і швидкості польоту і т.д.). Приклад 2. Діагностика технічного стану гідравлічної системи, паливної системи чи мастильної системи ПТЗ. Тиск і температура в гідро-, паливно-, мастильно- і інших системах ПТЗ має обмеження, тобто нижнє і верхнє значення, що обумовлені їх конструктивними особливостями та режимами експлуатації. На прикладі параметрів мастильної системи двигуна ТВЗ-117 виконаємо діагностику технічного стану мастильної системи двигуна. Умовою справного стану мастильної системи двигуна настановою з технічної експлуатації визначені: допустимий тиск мастила становить від 3МПа до 4МПа; температура мастила: рекомендована від 80°C до 140°C, максимально допустима до 150°C. На Фіг.3 показано нормальний режим експлуатації мастильної системи, де номінальний тиск (Рраб = Рном = 3,8МПа) не змінюється впродовж усього режиму експлуатації. На Фіг.4 показані три можливі швидкості зміни тиску у мастильній системі для передвідмовного стану: від меншої швидкості зміни (поз.1) до більшої швидкості зміни (поз.3). На Фіг.5 і 6 проілюстровані відповідно графічні залежності зміни тиску (швидкості) і температури для справного стану мастильної системи двигуна відповідно до критеріїв. Проте це є фактично передвідмовний стан системи, оскільки по швидкості зменшення тиску мастила (Фіг.5) очевидно, що при напрацюванні двигуна більше 35 год робочий тиск Рраб буде менше мінімально допустимого значення Pmin = 3МПа. Вірогідною причиною може служити засмічення мастильного фільтра (кокс, металева стружка). Наявність коксу характерна для експлуатації протягом довгого часу на підвищених режимах. Низька якість мастила можлива унаслідок його тривалого часу зберігання (понад допустиму норму). У 9 свою чергу, наявність металевої стружки свідчить про початок руйнування вузла котіння. Величина сумарної зміни тиску мастильної системи за 3 години експлуатації становила: 3,6МПа + 3,4МПа + 3,1МПа = 10,1МПа, що менше більше, ніж на 11% сумарної величини номінального тиску, виміряної за той же період (3⋅3,8МПа = 11,4МПа). Це прямо свідчить про наявність передвідмовного стану мастильної системи. Адже згідно проведених розрахунків, максимально допустима швидкість зміни за досліджуваний період не повинна перевищувати 2-3%. На Фіг.6 представлена залежність температури мастила tM у процесі експлуатації двигуна за той же час t. Такий стан мастильної системи двигуна також є передвідмовним, оскільки за 10 год роботи двигуна tM > tM реком (tМ реком дорівнює 140°С), значення часу, де відбулося перевищення температури мастила у порівнянні з tM реком, склало 2 год, тобто 20% (2/10⋅100%), а за 30 год роботи 2+13 = 15 год, тобто 50% (15/30⋅100%). І хоча перевищення максимально допустимої температури мастила немає, існує стійка тенденція, відповідно до якої стан мастильної системи передвідмовний. Звичною причиною є засмічення маслорадіаторов при експлуатації в польових умовах. Таким чином, використання пропонованого способу діагностики технічного стану транспортних засобів, переважно повітряних, дозволяє: - підвищити ефективність навчання і перена 88582 10 вчання льотного і інженерно-технічного складу ефективним методам експрес-діагностики технічного стану транспортних засобів, переважно повітряних; - забезпечити підтримку льотних навиків в умовах обмеженого нальоту; - скоротити витрату матеріалів і ресурсу ПТЗ (вертольота) на учбові і тренувальні польоти; - підвищити безпеку польотів за рахунок підвищення готовності льотчиків до нештатних ситуацій і можливості проводити експрес-діагностику; - підсилити контроль за технічним станом ПТЗ. Спосіб був апробований на базі наукововиробничого підприємства «Енергія 2000» [4] протягом 2007-2008р.р. і показав високу ефективність діагностики технічного стану ПТЗ. Джерела інформації 1. Исследование технического состояния вертолётов типа Ми-8, Ми-24 и Ми-26, потерпевших лётные происшествия. Методические рекомендации. - Издание второе, переработанное и дополненное. - M.: Издательство ВВС, 1989. - С. 4. 2. Современные эксплуатационные технологии технического обеспечения ВВС. Под общей ред. Крутилина А.Г. - Люберцы, 2002 г. - С. 123. 3. БУР-4-1. Аварийно-эксплуатационный регистратор полетной информации для летательных аппаратов. Рекламный проспект ОАО «Електронприлад». - К.: 2007. - 1 С. 4. www.simulator.com.ua 11 88582 12 13 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 88582 Підписне 14 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601