Надежность авиационных двигателей является критически важным фактором, определяющим безопасность полетов. Ключевую роль в обеспечении этой надежности играет система автоматического управления, которая функционирует на основе данных, предоставляемых датчиками. Однако повреждение или отказ датчиков может привести к серьезным сбоям или даже остановке двигателя в полете, что ставит под угрозу безопасность воздушных перевозок.
Исследователи из Пермского политехнического университета совместно с АО «ОДК-Авиадвигатель» разработали инновационный программно-адаптивный наблюдатель, предназначенный для замены традиционного дублирования датчиков и обеспечения оперативного замещения неисправных измерительных каналов в реальном времени. Данная разработка представляет собой значительный шаг вперед в области авиационной инженерии и управления двигателями.
Традиционные методы дублирования датчиков, хотя и обеспечивают определенный уровень надежности, имеют ряд недостатков, включая увеличение массы, энергопотребления и стоимости двигателей. Более того, дублирование не гарантирует полной защиты от одновременных отказов датчиков, что может привести к критическим ситуациям в полете. Новый метод, основанный на математической модели двигателя, позволяет значительно повысить надежность системы управления.
Математическая модель двигателя, разработанная в рамках данного исследования, является адаптивной и способна подстраиваться под реальные условия эксплуатации. Это достигается за счет учета таких факторов, как температура, режим работы и степень износа двигателя. Алгоритм функционирования системы состоит из двух этапов. На первом этапе создается адаптивная модель двигателя, параметры которой постоянно корректируются в зависимости от текущих условий эксплуатации. На втором этапе система осуществляет фильтрацию шумов и помех, обеспечивая высокую точность данных.
В случае отказа датчиков их данные заменяются прогнозируемыми значениями, рассчитанными на основе адаптивной модели двигателя. Это позволяет сохранить работоспособность системы управления и обеспечить безопасность полета даже при отказах измерительных каналов.
Экспериментальные исследования проводились на промышленном стенде в режиме наблюдения, где двигатель подвергался испытаниям во всех режимах работы — от малого газа до взлетного. Результаты экспериментов показали высокую точность работы системы, при этом разница между фактическими данными датчиков и прогнозируемыми значениями составила менее 0,008%. Это значительно превышает требования авиационных стандартов и свидетельствует о высокой надежности разработанного алгоритма.
Инженер АО «ОДК-Авиадвигатель» Артур Плешивых отметил, что система сохранила высокую точность даже при наличии внешних помех, что является важным достижением для авиационной отрасли.
Заведующий кафедрой прикладной математики Пермского политехнического университета Владимир Первадчук подчеркнул важность данной технологии для будущих авиационных двигателей, которые должны соответствовать растущим требованиям к надежности и эффективности управления.
Планируется проведение дальнейших испытаний данной разработки на безмоторном стенде с моделированием отказов датчиков на всех этапах полета. Это позволит более детально оценить надежность и эффективность программно-адаптивного наблюдателя в различных условиях эксплуатации.
