name: Разработка метода диагностирования межроторного подшипника газотурбинных двигателей семейства АЛ-31Ф на основе фрактальной размерности вибросигнала
keyword_list: перспективный регламент диагностического контроля натурные испытания метода вибродиагностирования решающее правило определения технического состояния показатель структуры вибросигнала корреляционная размерность вибросигнала диагностическая модель повреждения моделирование вибросигнала безопасность полётов методы вибродиагностирования проактивный подход
abstract: Цель работы - обеспечение долгосрочного прогноза технического состояния межроторного подшипника двигателей семейства АЛ-31Ф с достоверностью не ниже 0,9 и низкой условной вероятностью ложного отказа на основе одного из показателей нелинейной динамики – фрактальной размерности вибросигнала.
  Для достижения поставленной цели решены следующие задачи: 
  - установлена зависимость значений корреляционной размерности вибросигнала при нахождении межроторного подшипника (МРП) в трех основных состояниях (исправном, промежуточном, предотказном) и определены признаки этих состояний; 
  - разработана диагностическая модель вибросигнала двигателей, у которых МРП может находиться в исправном, промежуточном и предотказном состояниях; 
  - разработан помехоустойчивый алгоритм решающего правила выдачи диагностических сигналов, позволяющего устранить влияние факторов, не относящихся к техническому состоянию подшипника; 
  - разработан метода диагностирования межроторного подшипника газотурбинных двигателей семейства АЛ-31Ф по показателю структуры вибросигнала; 
  - определены направления дальнейших работ в области совершенствования технического вибродиагностирования двигателей семейства АЛ-31Ф на 2024…2032 гг.
  Объект исследования – вибросигналы со штатных датчиков вибрации двигателей семейства АЛ-31Ф, записанные в бортовое устройство регистрации.
  Предмет исследования – модели, методы и алгоритмы вибродиагностики технического состояния межроторного подшипника двигателей семейства АЛ-31Ф.
  В диссертации получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной: 
  - исследован диагностический признак технического состояния («исправен», «перед отказом») межроторного подшипника, которым в отличии от известных является величина размерности вибросигнала. Установлено, что средние значения размерности вибросигнала по 28-ми выборкам в каждом из состояний составляют соответственно 2,77 и 2,38 ед. с доверительной вероятностью различия этих значений 99,8%;
  - разработаны 4 альтернативные диагностические модели вибросигнала, позволяющие в отличии от известных имитировать сигналы с различной корреляционной размерностью. Выбрана наиболее целесообразная основная диагностическая модель, которая подтверждена экспериментально и успешно использована для поиска и применения других перспективных алгоритмов вибродиагностирования; 
  - установлена зависимость разработанного на основе алгоритма корреляционной размерности показателя структуры вибросигнала (Pstr) от времени задержки при его разложении в многомерном пространстве, позволившая осуществить фильтрацию величины Pstr от влияния 10…15 посторонних факторов и реализовать решающее правило диагностирования МРП с высокими качественными характеристиками при ограниченном числе исходных данных.
  - разработан принципиально новый метод диагностирования межроторного подшипника газотурбинных двигателей семейства АЛ-31Ф по показателю структуры вибросигнала, у которого время прогноза отказа двигателя в 4 раза выше (5…8 полётов), чем у используемых ныне методов вибродиагностирования, при достоверности диагностирования 0,94 и удовлетворительной условной вероятности ложного отказа. 
  Теоретическая значимость работы заключается в обнаружении и использовании ранее не известных фундаментальных явлений, которые заключаются в снижении фрактальной размерности вибросигнала и изменении формы закона распределения его амплитуды с нормальной на равномерную при ухудшении технического состояния МРП авиационного двигателя с исправного до предотказного.
  Практическая значимость работы состоит в разработке метода диагностирования МРП двигателей семейства АЛ-31Ф по показателю структуры вибросигнала Pstr, который имеет высокие качественные характеристики (условная вероятность необнаружения отказа 0,06 при вероятности ложного отказа от 0,0 до 0,38 и среднем времени прогноза до разрушения подшипника 5…8 полётов) и удовлетворительное время обработки данных на ПК - 2 мин/полёт, что открывает возможность удалённого диагностирования МРП и прогнозирования отказа двигателя;
  - использует в качестве исходных данных файлы вибросигнала, записанные бортовым устройством регистрации самолёта без дополнительных вложений средств на модернизацию наземного и бортового оборудования;
  - позволяет в отношении МРП ограничить применение других методов диагностирования и снизить стоимость технического обслуживания двигателей за счет «свёртки» дефектов подшипника (трещины, сколы, раковины, величина износа) и показателей других методов диагностирования (акустического, анализа масла, измерений момента расцепления/биения роторов и времени выбега) в один интегральный показатель технического состояния двигателя – Pstr вибросигнала перед его отказом;  
  - подтверждён при обработке данных испытаний шарикового подшипника с осевой нагрузкой 2500 кгс до естественного повреждения на стенде ЦИАМ, что открывает широкие перспективы использования фрактальной размерности вибросигнала при поиске решений в области управления техническим состоянием и оптимизации процедуры технического обслуживания авиационных и конвертированных ГТД любых типов.
  Методы исследований. Результаты работы получены на основе методов нелинейной динамики, теории вероятностей, математической статистики, идентификационных измерений и теории распознавания.
  Результаты работы внедрены для использования в АО «НПП «Топаз», г. Москва, которое является разработчиком и поставщиком аппаратных и программных средств обеспечения объективного контроля полётов воздушных судов государственной и экспериментальной авиации РФ.
chairman_dissertation_council.name: Сергей
chairman_dissertation_council.surname: Филист
chairman_dissertation_council.patronymic: Алексеевич
chairman_dissertation_council.position: Профессор кафедры БМИ
chairman_dissertation_council.degree: Доктор технических наук
chairman_dissertation_council.rank: Профессор
chairman_dissertation_council.wos_research_id: O-4610-2015
chairman_dissertation_council.scopus_author_id: 6603139063
chairman_dissertation_council.rinc_id: 4238-5609
chairman_dissertation_council.orcid: 0000-0003-1358-671X
chairman_dissertation_council.territory: РОССИЯ
organization_supervisor.name: Сергей
organization_supervisor.surname: Емельянов
organization_supervisor.patronymic: Геннадьевич
organization_supervisor.position: Ректор
organization_supervisor.territory: РОССИЯ
rubrics.code: 59.45.71
rubrics.name: Узлы, блоки, элементы, детали приборов неразрушающего контроля изделий и материалов
rubrics.code: 55.37.29
rubrics.name: Паротурбинные и газотурбинные установки
oecds.code: 02.02.AC
oecds.name: AUTOMATION & CONTROL SYSTEMS
oecds.code: 01.02.EW
oecds.name: COMPUTER SCIENCE, SOFTWARE ENGINEERING
speciality_codes.name: Методы и приборы контроля и диагностики материалов, изделий, веществ и природной среды
speciality_codes.code: 2.2.8.
supervisors.fio: Мухин И.Е.
supervisors.scientific_degree: Доктор технических наук
supervisors.speciality_code: Военные науки
supervisors.responsible_type: Научный руководитель
opponents.fio: Попов А.В.
opponents.scientific_degree: Доктор технических наук
opponents.speciality_code: Военные науки
opponents.responsible_type: Оппонент
opponents.fio: Балакин Д.А.
opponents.scientific_degree: Кандидат технических наук
opponents.speciality_code: Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения
opponents.responsible_type: Оппонент
protection_organization.name: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "ЮГО-ЗАПАДНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ"
protection_organization.ogrn: 1034637015786
protection_organization.supervisor_name: СЕРГЕЙ
protection_organization.supervisor_surname: ЕМЕЛЬЯНОВ
protection_organization.supervisor_patronymic: ГЕННАДЬЕВИЧ
protection_organization.organization_type: Организация
protection_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
protection_organization.okopf: Федеральные государственные бюджетные учреждения
author_organization.name: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "ЮГО-ЗАПАДНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ"
author_organization.ogrn: 1034637015786
author_organization.supervisor_name: СЕРГЕЙ
author_organization.supervisor_surname: ЕМЕЛЬЯНОВ
author_organization.supervisor_patronymic: ГЕННАДЬЕВИЧ
author_organization.organization_type: Организация
author_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
author_organization.okopf: Федеральные государственные бюджетные учреждения