CC BY
39
Ш
¡4
II „
I
Й
t, с
I, мс
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
Рисунок 9 - Вид сигнала биений типового РВ при наличии семи отражателей
Выводы
Для формирования сигнала эквивалентного отражению от протяженных объектов необходимо суммирование множества сигналов с разными задержками, амплитудами, частотными сдвигами. С помощью фацетной модели с одновременным учётом угловых эволюций и скорости летательного аппарата, параметров антенн РВ, можно сгруппировать отражатели, рассчитать параметры заданного количества каналов обработки излученного сигнала и использовать их в имитаторе сигнала на базе модулей ЦОС в реальном масштабе времени. Характеристики имитируемого сигнала во временной и спектральной области будут близки к теоретически
ожидаемым, следовательно, могут быть использованы при испытаниях аппаратуры как в типовых, так и в критических условиях.
Рассмотренный имитатор ИОС-РВ позволяет выполнять имитацию отраженных сигналов с полосой до 200 МГц, с дискретом по сдвигу частоты порядка 9 Гц, по дальности с шагом 2 м для произвольных сигналов или порядка 0,1 м при использовании сдвигов частоты для ЛЧМ-сигналов [7, 8], при общем диапазоне имитируемых дальностей свыше 20 км и переменном ослаблении сигнала в диапазоне до 157,5 дБ.
М
Г
ЛИТЕРАТУРА
1. Перунов, Ю. М. Радиоэлектронное подавление информационных каналов систем управления оружием / Ю. М. Перунов, К. И. Фомичев, Л. М. Юдин ; под ред. Ю. М. Перунова. - Изд. 2-е, испр. и доп. -
Радиотехника, 2008. - 416 с.
2. Зубкович, С. Г. Статистические характеристики радиосигналов, отраженных от земной поверхности / С.Г. Зубкович. М.: Сов.радио, 1968. 224 с.
3. Тверской, Г. Н. Имитаторы эхо-сигналов судовых радиовысотомерных станций / Г. Н. Тверской, К. Терентьев, И. П. Харченко. М.: Судостроение, 1973. 224 с.
4. Кенеди, Р. Каналы связи с замираниями и рассеянием / Р. Кеннеди; пер. с англ. под ред. И.А. Овсеевича. М.: Сов. радио, 1973. 304 с.
5. Пат. 2568899 РФ. Имитатор радиолокационной цели при зондировании преимущественно длительными сигналами / А. С. Боков, В. Г. Важенин, Н. А. Дядьков, В. В. Мухин, Д. Е. Щербаков, Л. И. Пономарев - Опубл. 20.09.2015. - Бюл. № 26.
6. Принципы построения и алгоритмы работы имитатора сигналов бортовых радиовысотомерных систем в режиме реального времени / А. С. Боков, В. Г. Важенин, Н. А. Дядьков, А. А. Иофин, В. В. Мухин // Труды Междунар. симп. Надежность и качество. - 2014. - Т. 1. - С. 108-111.
7. Гришко А.К. Алгоритм верификации электромагнитной устойчивости радиоэлектронных плат / А.К. Гришко, И.И. Кочегаров, Е.С. Каракулов // Инновации на основе информационных и коммуникационных технологий. 2015. Т. 1. С. 301-304.
8. Экспериментальное исследование полунатурного моделирования радиолокационного канала / А. С. Боков, В. Г. Важенин, Н. А. Дядьков, А. А. Иофин, В. В. Мухин // Надежность и качество сложных систем. Пенза : ПГУ, 2015. № 3 (11). С. 91-98.
УДК 629.73.083
Куатов1 Б.Ж., Ергалиев? Д.С.
1Военный институт Сил воздушной обороны, Казахстан
2Евразийский Национальный университет им. Л.Н.Гумилева, Казахстан
МЕТОДЫ ДИАГНОСТИКИ И ВОЗМОЖНОСТИ ВИБРОАКУСТИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ
В процессе диагностирования авиационной техники (АТ) при ее эксплуатации по состоянию можно выделить три основных этапа (рис. 1.). Первый из них - оперативная диагностика, задача которой заключается в определении, можно ли продолжать нормальную эксплуатацию данного объекта АТ («система исправна») или этот объект должен быть подвергнут до очередного полета каким-либо процедурам обслуживания («система неисправна»).
Такая задача в том или ином объеме для всех наблюдаемых объектов АТ должна решаться, как правило, в конце каждого полетного дня, «на завтра». Оперативность достигается надлежащей организацией потока информации и применением компьютерной техники для ее обработки.
Второй этап - дополнительный диагностический анализ, результатом которого является перечень процедур обслуживания элементов и систем АТ, признанных неисправными, без снятия их с самолета («на крыле»).
Третий этап — выполнение указанных процедур обслуживания, после чего принимается решение о дальнейшей эксплуатации объекта АТ или снятии его с самолета и направлении в ремонт.
В настоящее время широко распространены и значительно развиты методы и средства диагностики, основанные на различных физических принципах, позволяющие охватить контролем наиболее ответственные узлы, агрегаты и системы. В качестве примера остановимся на методах диагностики авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) (рис.2.), являющихся наиболее ответственными объектами АТ. Условно их можно разделить на методы прямых измерений структурных диагностических параметров, определяющих техническое состояние ГТД, и методы безразборной (оперативной) диагностики по косвенным параметрам. В качестве косвенных используют диагностические параметры, содержащие информацию об изменении структурных характеристик состояния двигателя
0
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025
0.03
0.035
0
Продолжать эксплуатацию
Рисунок 1 - Общая схема эксплуатационной диагностики
Рисунок 2 - Методы и средства диагностики ГТД
Эти методы [1] позволяют получить достаточно точные результаты оценки, например, износа отдельных элементов. Однако их применение затруднено низкой технологичностью ГТД и в большинстве случаев вызывает необходимость разборки двигателя. Это снижает достоверность контроля, поскольку состояние любого технического объекта после разборки не адекватно его состоянию до этих процедур. Необходимо отметить также, что в процессе эксплуатации разборка ГТД в большинстве случаев не представляется возможной.
Методы оперативной диагностики по косвенным параметрам лишены перечисленных недостатков, хотя в настоящее время они не всегда позволяют
локализовать место дефекта. Использование методов измерений структурных характеристик может оказаться необходимым в случае невозможности применения методов оперативной диагностики или для уточнения результатов контроля.
Контроль виброакустических параметров предполагает применение различных типов вибропреобразователей и сигнальной аппаратуры. Разрабатываются методы оценки напряженности конструктивных элементов с помощью голографических установок (создание т.н. «вибропортретов»).
Подчас обнаружение неисправностей упомянутым методом требует создания достаточно сложного математического аппарата, позволяющего идентифицировать признаки с конкретными дефектами.
В последнее время при вибродиагностике ГТД начал находить применение метод оптической голографии [2], обладающий повышенной информативностью. Условием его эффективного использования также является создание эталонов (библиотеки вибропортретов дефектных состояний ГТД). Сначала получают эталонный вибропортрет исправного двигателя, а затем, вводя известные характерные дефекты, получают вибропортреты, соответствующие конкретным дефектным состояниям. Сравнение последних с эталонным может позволить определить информативные точки на поверхности двигателя, чувствительные к определенным дефектам. Для постановки диагноза достаточно идентифицировать вибропортрет исследуемого двигателя с набором, имеющимся в библиотеке. Однако этот метод пока не достаточно практически отработан и обеспечен аппаратурой.
Менее информативной, но более доступной считается диагностика AT на основе построения диагностических моделей, т.е. связей между пространством состояний и пространством диагностических признаков. При этом не придается значения, в какой форме представлена эта связь. Считают, что диагностическая модель отвечает своему назначению, если она позволяет выполнить следующие условия:
сформулировать принципы разбиения множества ДО на два подмножества - работоспособных №* и неработоспособных ДО** состояний;
определить критерий для оценки степени работоспособности объекта и его принадлежности к одному из классов в подмножестве
установить признаки возникших отказов (различить состояния в подмножестве И**).
В качестве диагностических моделей обычно используют дифференциальные и алгебраические уравнения, логические соотношения, матрицы узловых проводимостей, функциональные, структурные, регрессионные и другие модели, позволяющие связать параметры технического состояния с виброакустическим состоянием объекта. К основным типам моделей можно отнести [3]: структурно-следственные; динамические; регрессионные.
Структурно-следственная модель диагностируемого объекта создается на основе инженерного изучения его устройства и функционирования, статистического анализа показателей надежности и диагностических параметров. Она должна давать наглядное представление о наиболее уязвимых и ответственных элементах, а также связи структурных параметров с диагностическими признаками. Эту задачу необходимо решать при построении модели любого типа. Она решается на основе статистического анализа, что требует значительных затрат времени.
При построении динамической модели диагностирования объект рассматривают как многомерную систему с р входами и п выходами. Уравнение связи вектора входных воздействий Х(1)={х1(1), х2(1) хп(1)} и вектора выходных сигналов У(1)={у1(1),у2(1) уп(1)}
записывают в операторном виде У(Ь) = БХ(Ь)у где В - оператор системы, содержащий в неявном виде данные о параметрах технического состояния Zi системы. На рис. 4. показана простейшая модель "черного ящика". Изменение параметров технического состояния может вызвать изменение оператора при неизменном Х(Ь).
В качестве критерия работоспособности динамического звена принимают степень соответствия действительного оператора Б± оператору нормального функционирования механизма Б±о, которую можно оценить значением невязки в соответствии со схемой, приведенной на рис. 5., где X - возмущающее воздействие, Уо - реакция номинальной модели исследуемого динамического звена, АУ -невязка, и - диагностический признак.
Рисунок 4 - Модель «черного ящика»
Рисунок 5 -Простейшая схема динамического звена
1- динамическое звено объекта контроля; 2-формирующее звено;
3- номинальная математическая модель
С помощью уравнений идентификации можно сформировать модель «черного ящика», диагностические признаки, представляющие собой значения собственных частот, декремент колебаний и т.д. Однако их конкретизация зависит от понимания физики процессов, порождаемых развивающимся дефектом. К этому можно добавить, что использование сложного математического аппарата, необходимого при построении моделей данного типа, для решения практических задач часто представляется затруднительным.
Наиболее эффективным считают метод построения регрессионной модели, базирующийся на использовании математического аппарата планирования эксперимента [3,4]. С помощью этого метода ищут «характерный" диагностический признак, однозначно связанный с каким- либо параметром технического состояния. Задача моделирования сводится к нахождению коэффициентов регрессии и оценке адекватности модели в соответствии с определенными правилами. В процессе обработки результатов эксперимента оценивают следующие величины: дисперсию функции отклика по результатам параллельных опытов; дисперсию воспроизводимости функции отклика по результатам всех опытов; однородность дисперсий по Г - критерию Фишера (коэффициенты регрессии; доверительный интервал коэффициентов регрессии; адекватность модели).
В результате анализа определяют характерный диагностический признак, являющийся функцией одного аргумента. Следует отметить, что несмотря на значительный уровень развития вибрационных диагностических моделей и алгоритмов построения диагностических процессов в целом, в большинстве случаев получают оценки состояния типа "норма -не норма", что в ряде случаев является недостаточным.
При решении задач локализации источников вибрации (повышения информативности), а также установления связей между структурными параметрами и параметрами сигнала, важное место отводится расшифровке последнего. Виброакустический сигнал любого механизма имеет сложную структуру, зависящую от динамики функционирования и набора комплектующих узлов. В настоящее время получен ряд зависимостей изменения характеристик виброакустического сигнала от возникающих дефектов типовых элементов различных механизмов, в том числе и применяющихся в авиационных двигателях [4,6,7]. Спектры вибрации измеряют на нескольких режимах работы ГТД для более надежного сопоставления расчетных частот с реальным частотным спектром вибрации. При обнаружении в некоторой полосе частот источника интенсивной вибрации место его расположения определяют по пространственному распределению уровня вибраций конструкции.
Для некоторых рабочих процессов была найдена определенная связь режимных и виброакустических параметров. Например, в компрессорах вихревой шум пропорционален 3,5-5-й степени относительной скорости потока среды на лопатке, а сплошной шум
подшипников качения в значительно меньшей степени зависит от нагрузки и частоты вращения ротора. Поэтому, если в данном механизме при изменении скоростного режима интенсивность шума нарастает пропорционально, например, 4-й степени частоты вращения ротора, то можно сделать вывод о его аэродинамическом происхождении. В ряде случаев для выявления источников определяют форму колебаний, т.е. измеряют амплитуду и фазу, а также распределение возбуждающих сил.
Таким образом, методы виброакустической диагностики ГТД базируются на общих принципах диагностики технических систем по косвенным (в целом малоинформативным) параметрам. К тому же область их применения ограничена возможностью доступа к двигателю, а также несовершенством
средств диагностирования и математических моделей, связывающих структурные параметры с диагностическими признаками. Тем не менее, в ряде случаев можно получить количественную оценку запаса работоспособности узлов двигателя по результатам измерения виброакустических сигналов, что позволяет прогнозировать величины остаточных ресурсов элементов ГТД.
Итак, для диагностики АТ целесообразно использовать параметры, обладающие максимальной информативностью, дополняющие и уточняющие друг друга. Таким образом, задача оценки информационного потенциала параметров, используемых для целей диагностики AT, является на сегодняшний день очень актуальной.
ЛИТЕРАТУРА
1. Крылов К.А., Хаймзон М.Е. Долговечность узлов трения самолетов. - М.: Транспорт, 1976.
2. Кольер Р., Берхарт Д. Лиин Л. Оптическая голография. - М.: Мир, 1973.
3. Пархоменко П.П., Согомонян Б.С. Основы технической диагностики. - М.: Энегроатомиздат, 1981.
4. Юрков Н.К. К проблеме моделирования риска отказа электронной аппаратуры длительного функционирования / Н.К. Юрков, И.И. Кочегаров, Д.Л. Петрянин // Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии. 2015. № 4 (32). С. 220-231.
5. Стюхин В.В. Выбор оптимального варианта построения электронных средств / В.В. Стюхин, И.И. Кочегаров, В.Я. Баннов // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2014. Т. 2. С. 383-385.
6. Гришко А.К. Структурные компоненты геоинформационных систем и их основные области применения / А.К. Гришко, А.С. Зорькин, В.Я. Баннов, В.А. Трусов // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2010. Т. I. С. 287-288.
7. Машонин О.Ф. Диагностика авиационной техники. - М.: МГТУ ГА, 2007.
УДК 629.73.083 Недорезов В. Г.
ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия
ОБОБЩЕННАЯ МОДЕЛЬ ТЕНЗОРЕЗИСТИВНОГО ЭФФЕКТА
ВВЕДЕНИЕ
Тензорезистивный эффект - это физический эффект, связанный с изменением сопротивления материалов под воздействием деформации. Для количественной оценки тензорезистивного эффекта используется коэффициент тензочувствительности, который определяется как относительное изменение сопротивления от деформации
к =
ак
Я-6
(1)
где 6 - относительная деформация.
Данный эффект широко используется при создании всевозможных датчиков: силы, давления, акселерометров (измерения ускорения) , перемещения и т.д. В перечисленных датчиках сигнал формируется за счет деформации тензорезистивной схемы, в результате тензорезистивного эффекта сопротивление резисторов входящих в данную схему изменяются и в зависимости от типа датчика появляется электрический сигнал пропорциональный измеряемой величине.
Другое использование данного физического эффекта, это термокомпенсация температурного коэффициента сопротивления (ТКС) в прецизионных металлофольговых резисторах. В этих резисторах тензорезистивный эффект возникает из-за разности температурных коэффициентов расширения подложки и резистивной фольги, что позволяет за счет подбора материалов компенсировать ТКС исходного резистивного материала и создавать металлофоль-говые резисторы с ТКС менее ±5 ppm/град.
Тензорезистивные датчики и металлофольговые резисторы имеют подобную конструкцию и представляют собой многослойную планарную структуру (сэндвич) состоящую как минимум три слоев: подложка (основание), резистивный элемент в виде тонкой или толстой пленки, фольги или тонкой пластины, жестко соединенные между собой с помощью различных технологических приемов. Деформация в датчиковых структурах создается за счет внешних воздействий, а в резистивных структурах за счет внутренних температурных деформаций. Данные воздействия (деформации) приводит к воз-
никновению тензорезистивного эффекта, проявляющегося в изменении сопротивления резистивных элементов. Данный эффект определяется не только величиной действующей деформации, но и зависит от расположения резистивного элемента в датчике или резисторе.
Частными случаями таких зависимостей являются продольный и поперечный коэффициент тензочув-ствительности. Расчетные выражения для продольного и поперечного коэффициента тензочувстви-тельности имеют вид [1].
К^ =0(1-2//) + 1 + 2//, Кг =в(1-2^)-1 , (2)
где к - продольный коэффициент тензочувстви-тельности; к* - поперечный коэффициент тензо-
чувствительности; G - коэффициент Бриджмена; ц - коэффициент Пуассона.
Отличие этих двух коэффициентов состоит в том, что при продольном коэффициенте тензочув-ствительности механическая деформация совпадает с направлением протекания тока в проводнике, а при поперечном - направления деформации и тока взаимно перпендикулярные.
Из выражений (2) следует, что величина и знак тензорезистивного эффекта будет определяться не только деформацией, но углом между направлением деформации и направлением протекания тока.
Однако, общей физико-математической модели, описывающей изменение сопротивления в материалах под воздействием деформации, если эта деформация приложена к объемному образцу в произвольном направлении по отношению направлению протекания тока, в литературе не приводится. В связи с этим такая обобщенная модель на основе теории упругости и электрических свойств материалов была разработана.
ОБОБЩЕННАЯ МОДЕЛЬ ТЕНЗОРЕЗИСТИВНОГО ЭФФЕКТА
Вывод формулы производился при следующих допущениях:
материал, подвергаемый деформации, является изотропным;
деформация сжатия (растяжения) находится в упругой области;
