Рассмотрена задача классификации состояния роторных элементов газотурбинного двигателя при их стационарном вибрационном возбуждении в процессе виброакустической диагностики малой усталостной трещины одного из элементов. В качестве диагностической информации использованы результаты биспектрального анализа виброакустических сигналов. Задача классификации решена на основе использования искусственных нейронных сетей.

Рассмотрена нестационарная модель, описывающая объект виброакустической диагностики при наличии малой усталостной трещины. Получены аналитические выражения для определения импульсной характеристики и параметрической передаточной функции нестационарной модели. Исследованы зависимости временной и частотной характеристик модели от относительного изменения жесткости как обобщенного параметра трещины.

Розглянуто актуальні проблеми визначення технічного стану (ТС) лопаток газотурбінних двигунів (ГТД) у процесі функціонування двигуна та діагностування в них тріщиноподібних пошкоджень на основі розвитку теоретичних засад віброакустичних методів діагностування, застосування ефективних методів обробки діагностичної інформації та сучасних інформаційних технологій для розпізнавання ТС. Розроблено динамічну модель ГТД як об'єкта віброакустичної діагностики тріщиноподібних пошкоджень лопаток на стаціонарних та нестаціонарних режимах, встановлено закономірності впливу пошкодження на параметри та характеристики вільних і вимушених стаціонарних та нестаціонарних коливань моделей лопатки, а також вплив пошкодження на кореляційні та спектральні характеристики коливань лопатки за умов нестаціонарного вузькосмугового вібраційного збурення. Для обробки діагностичної інформації обгрунтовано застосування методів багатовимірного спектрального аналізу, частотно-часових перетворень, вейвлет-перетворення та безрозмірних амплітудних характеристик віброакустичного сигналу. Розглянуто діагностичні ознаки тріщиноподібного пошкодження, методичні засади використання нейронних мереж для розпізнавання ТС лопаток на стаціонарному та нестаціонарних режимах за кількісними ознаками та ознаками у вигляді контурних зображень. Розроблено методику віброакустичного діагностування тріщиноподібних пошкоджень лопаток на стаціонарних та нестаціонарних режимах експлуатації ГТД.

Наведено результати досліджень коливань системи з кусково-лінійною характеристикою відновлювальної сили за нестаціонарного вібраційного збурення (НВЗ). Зазначено, що дана коливальна система використовується як модель елемента конструкції динамічного об'єкта за наявності пошкодження типу тріщини втоми для теоретичних досліджень та розвитку методів вібраційної діагностики. Проаналізовано вплив нелінійності на вільні та стаціонарні вимушені коливання, характеристики коливань за НВЗ.

Приведены результаты исследований колебаний системы с кусково-линейной характеристикой восстановительной силы при нестационарных вибрационных возмущениях (НВВ). Указано, что данная колебательная система используется как модель элемента конструкции динамического объекта при наличии повреждения типа трещины утомляемости для теоретических исследований и развития методов вибрационной диагностики. Проанализированы влияние нелинейности на свободные и стационарные вынужденные колебания, характеристики колебаний при НВВ.

Наведено огляд методів і засобів діагностування авіаційних двигунів. Проведено аналіз вібраційних збурень роторних елементів авіаційного двигуна в експлуатації. Розглянуто динамічну модель турболопатної машини для формування вібраційних і віброакустичних каналів. Надано загальну характеристику цифрових фільтрів, відомості про фільтри зі скінченною та нескінченною імпульсними характеристиками. Увагу приділено формуванню виду амплітудно-частотної характеристики та розрахунку вузькосмугового фільтру, моделюванню та аналізу алгоритму цифрової фільтрації. Проаналізовано методи обробки інформації для вібраційної діагностики пошкоджень роторних елементів. Наведено приклади застосування методів цифрової обробки сигналів для діагностики пошкоджень елементів робочих коліс авіаційного двигуна.

Сучасні проблеми зі збереження навколишнього середовища ставлять перед дослідниками й інженерами нові завдання, серед яких забезпечення безпечної експлуатації еколого-небезпечних об'єктів, зокрема резервуарів для зберігання пального, що знаходяться на антарктичних станціях. Це обумовлено складними кліматичними умовами, важкодоступністю та жорсткими вимогами до екологічної безпеки в Антарктиці. Таким чином, існує проблема контролю технічного стану резервуару для зберігання пального. На даний момент для її вирішення як найкраще підходять новітні інформаційно-діагностичні комплекси. Щоб забезпечити їх надійну роботу на всіх етапах життєвого циклу необхідно визначити вимоги до таких комплексів відповідно до існуючих законів та нормативно-технічних документів. У роботах інших авторів або взагалі не встановлено вимоги до систем діагностики, або вимоги, що були встановлені ними не відповідають складним умовам експлуатації в Антарктиці. Мета роботи - удосконалення класифікації для систем комплексного моніторингу; встановлення вимог для інформаційно-діагностичних комплексів резервуарів з пальним, що експлуатуються на території Антарктики. Проаналізовано та удосконалено нормативно-технічні документи щодо експлуатації резервуарів, контролю та діагностики будівель і споруд та вимог до систем моніторингу, що експлуатуються на території Антарктики. Досліджено та проаналізовано конструкцію резервуару для зберігання пального. Для моніторингу та визначення поточного технічного стану резервуару з пальним запропоновано інформаційно-діагностичний комплекс, який за своєю структурою, функціональними можливостями та характеристики відповідає встановленим вимогам.

Рассмотрены особенности применения виброакустических методов диагностирования начальных трещиноподобных повреждений неметаллических элементов конструкций авиационной техники на примере изделия из стеклопластика. Представлена измерительная система и методика виброакустической диагностики. Даны рекомендации по использованию методов обработки диагностической информации для раннего обнаружения трещиноподобных повреждений элементов конструкций из стеклопластика.

Рассмотрена возможность использования метода свободных колебаний для виброакустической диагностики усталостной поврежденности образцов из сплава на основе алюминия. Разработаны методики периодического виброакустического контроля образцов и обработки акустических сигналов в процессе циклического нагружения. Получены результаты по изменению безразмерных амплитудных дискриминант акустических сигналов от числа циклов нагружения.

Рассмотрена возможность применения вибрационных методов для диагностики трещин валов роторов ГТД на нестационарных режимах эксплуатации. Поперечная трещина моделируется функцией "дыхания", изменение жесткости ротора зависит от взаимной ориентации сечения с трещиной и областей растяжения-сжатия вала. Для численного определения модальных характеристик поврежденного ротора использован метод конечных элементов.

Рассмотрены особенности синтеза системы виброакустической диагностики трещиноподобных повреждений лопаток как составной части интегрированной автоматической системы мониторинга ГТД, вопросы методики проведения измерений и обработки диагностической информации.

Рассмотрены возможности применения вибрационных методов для диагностики трещин валов роторов ГТД на нестационарных режимах эксплуатации. Поперечная трещина моделируется функцией "дыхания", изменение жесткости вала зависит от взаимной ориентации сечения с трещиной и областей растяжения-сжатия вала. Смоделировано ускоренное вращение поврежденного вала. Для диагностики трещины предложено использовать уровни нелинейности вибрации при субгармонических резонансах порядка 1/2 и 1/3. Показано, что уровни нелинейности вибрации зависят от ориентации сечения с трещиной по отношению к областям растяжения-сжатия и ориентации несбалансированной массы.

Рассмотрена возможность использования микроконтроллера AT91SAM7X семейства ARM в качестве основного вычислительного ядра модуля автоматической защиты двигателя при обрыве вала силовой турбины. Приведены характерные особенности микроконтроллеров с ядром ARM. Разработана блок-схема модуля защиты двигателя, создан макет модуля. Разработано и протестировано технологическое программное обеспечение, предназначенное для приема аналоговых сигналов, преобразования и передачи в микроконтроллер, сохранения значений измерений в буферную переменную, формирования пакетов для выдачи во внешние цифровые системы сопрягаемых устройств.

Для повышения чувствительности и достоверности контроля вибрации авиационных газотурбинных двигателей предложена двухуровневая система контроля вибрации, в состав которой входят: существующая бортовая система контроля вибрации для текущего контроля уровней вибрации на роторных гармониках двигателя и их нормирования (главный уровень); дополнительный микроконтроллер с установленным программным обеспечением для анализа "нормальной" вибрации с целью обнаружения начальных повреждений и дефектов роторных элементов конструкции двигателя. Разработана структура и программная модель двухуровневой системы контроля вибрации, проведено имитационное моделирование ее работы на стационарном и переходном режимах двигателя. Модель системы реализована в виде виртуального прибора в системе NI LabView, отличающейся возможностями расширения и взаимодействия с большим количеством программных и аппаратных средств.

Для расширения функциональных возможностей систем контроля вибрации авиационных двигателей предложено использовать цифровые следящие фильтры на нестационарных режимах эксплуатации двигателей. Проведен синтез цифровых узкополосных фильтров, центральная частота полосы пропускания которых изменяется синхронно с изменением частот вращения ротора на режиме разгона, в качестве аналоговых фильтров - прототипов выбраны фильтры с бесконечной импульсной характеристикой. Проведен анализ эффективности цифровых фильтров, для чего использовались смоделированные сигналы вибрации ротора при его разгоне для случаев наличия и отсутствия повреждения вала. Показано, что все разработанные фильтры выделяют составляющую вибрации на роторной гармонике с изменяющейся частотой, что позволяет диагностировать повреждение вала ротора по наличию нелинейных субгармонических резонансов. Наиболее эффективным является использование цифрового узкополосного эллиптического фильтра.

З метою тестування деяких сучасних методів обробки акустичних сигналів: методу множинної класифікації сигналів, методу Проні, частотно-часового аналізу, вейвлет-перетворення - проведено обробку акустичного сигналу, що являє собою імпульсний відгук бездефектного турбінного колеса за ударного збудження однієї з лопаток. Продемонстровано ефективність розглянутих методів обробки доцільність їх використання в задачах віброакустичної діагностики початкових утомних дефектів у лопатках робочих коліс авіаційних двигунів.

Для підвищення чутливості безрозмірних амплітудних дискримінант, які використовуються як діагностичні ознаки в задачах віброакустичної діагностики втомних тріщин в елементах роторних систем, проведено попередню обробку виміряного акустичного сигналу із застосуванням вейвлет-перетворення. Показано ефективність застосування двох рівнів обробки акустичного сигналу, випромінюваного імітатором роторної системи на стаціонарних і нестаціонарних режимах роботи, для діагностики втомної тріщини.

Викладено методи розпізнавання технічного стану об'єктів. Охарактеризовано нейронні мережи для завдань розпізнавання образів. Здійснено структурно-параметричний синтез нейтронних мереж для розпізнавання технічного стану лопаток газотурбінних двигунів. Проаналізовано діагностичні ознаки. Наведено функціональну схему класифікатора стану лопаток сигналу амплітудними характеристиками віброакустичного сигналу. Розкрито особливості використання результатів біспектрального аналізу для визначення стану лопаток.

Рассмотрены аварийные ситуации и причины их возникновения на некоторых антарктических станциях. Показано, что в регионе Антарктики скорость ветра может достигать значений в 50 - 90 м/сек. Эта нагрузка может оказывать значительное влияние на резервуары с нефтепродуктами, которые установлены вне помещений. Проведен анализ причин выхода подобных резервуаров из строя. Для примера рассмотрен резервуар с Украинской антарктической станции Академик Вернадский. Показано, что рассмотренный резервуар находится в неблагоприятных климатических условиях, которые со временем могут привести к аварийным ситуациям. Предложено средство пассивной защиты от ветровой нагрузки. Проанализированы результаты имитационного моделирования в программном комплексе ANSYS. Рассмотрены поля скоростей и давлений. На примере резервуара с Украинской антарктической станции Академик Вернадский показана эффективность предложенного средства пассивной защиты резервуаров от ветровой нагрузки.

На примере резервуара с дизельным топливом и системы трубопроводов на Украинской антарктической станции Академик Вернадский проведены исследования угроз и рисков, которым в процессе длительной эксплуатации они подвергаются в условиях Антарктики. Показано, что резервуары и трубопроводы являются самыми опасными объектами для окружающей природной среды. Исследованы наиболее опасные воздействия на резервуары со стороны внешней среды. Для надежной эксплуатации резервуаров и трубопроводов топливно-энергетического комплекса станции, оперативного определения их текущего технического состояния и прогноза его изменения в будущем предложено установить на новом резервуаре автоматизированный комплекс измерительной аппаратуры. Комплекс разработан на основе последних достижений в областях приборостроения, информационных систем и вычислительной техники.

Для определения функционального технического состояния противооползневого анкерного сооружения по результатам вибрационной диагностики предложено провести оценку параметра, характеризующего изменение натяжения стержней анкера, с использованием метода максимального правдоподобия. Получены аналитические выражения оценок по двум диагностическим признакам; выполнена оценка параметра; проанализированы статистические характеристики полученных оценок.