Nova rešenja akvizicionog sistema na stanicama za ispitivanje turbomlaznih motora sa smanjenom mernom nesigurnošću

Abstract

Predmet naučne rasprave u doktorskoj disertaciji je realizacija nove savremene stanice za ispitivanje turbo-mlaznih motora, koja predstavlja kompleksnu tehnološku celinu, u koju je ugrađen merno akvizicioni sistem. Merno akvizicioni sistem realizovan je sa novim algoritmom za akviziciju i obradu mernih signala, kao i proračun korigovanih parametara turbo-mlaznih motora, uz pridruživanje odgovarajuće merne nesigurnosti. U uvodnim delovima rada opisane su stacionarne ispitne stanice u kojima se nakon remonta turbo-mlaznog motora vrši ispitivanje u raznim radnim režimima. Tom prilikom se meri veliki broj parametara motora. Većina procesa koji se tom prilikom snimaju su kratkotrajni, pa se jedino rešenje za zapisivanje (registrovanje) fizičkih procesa mora zasnivati na brzom računarski vođenom akvizicionom sistemu. Centralni deo rada posvećen je praktičnoj realizaciji merno akvizicionog sistema, koji se koristi prilikom ispitivanja karakteristika turbo-mlaznih motora koji se ugrađuju u borbene avione Galeb i Orao, i koji predstavlja izuzetno kompleksan tehnički problem. Prikazano je kako se ovim akvizicionim sistemom mora ostvariti istovremeno merenje više desetina signala koji se međusobno razlikuju po prirodi, naponskom nivou i dinamici. Od akvizicionog sistema se zahtevaju visoke performanse što uključuje brojne vidove obrade mernih signala uz ostvarenje male kombinovane merne nesigurnosti. Stručni doprinos predstavlja prezentovanje, odmah nakon obavljenog testa, rezultata ispitivanja svedenih na standardne atmosferske uslove, na osnovu čega se donose zaključci o valjanosti izvršenog remonta, odnosno ispravnosti turbo-mlaznih motora. Posebno poglavlje disertacije posvećeno je određivanju i izražavanju merne nesigurnosti u skladu sa propisima datim od međunarodnih organizacija iz oblasti zakonske metrologije. Predstavljeni su izvori i tipovi merne nesigurnosti. Izvršena je analiza kako funkcija raspodele rezultata merenja utiče na izražavanje merne nesigurnosti. Sa praktičnog stanovišta od posebnog interesa je poglavlje disertacije u kome se prikazuju konkretni primeri proračuna mernih nesigurnosti. Na kraju disertacije opisan je postupak proračuna merne nesigurnosti za sve signale koji se mere akvizicionim sistemima u stabilnim radnim režimima, što predstavlja korak dalje jer se do sada za obradu i izražavanje rezultata primenjivala klasična matematička disciplina, tzv. teorija grešaka. Prikazana je komparativna analiza mernih nesigurnosti za 18 signala koji su snimani u stabilnom radnom režimu maksimal M1 motora MM – 17, sa starim i novim algoritmom za akviziciju i obradu mernih signala. Pokazan je naučni doprinos novog algoritma, koji u poređenju sa starim, ima manju mernu nesigurnost. Praktična vrednost rezultata disertacije potvrđena je eksperimentalno, ispitivanjem više različitih turbo-mlaznih motora na ispitnim stanicama. Glavni naučni doprinos realizacije i primene akvizicionog sistema na ispitnoj stanici za ispitivanje TMM-a je unapređenje procesa ispitivanja i smanjenje vremena ispitivanja. Time se ostvaruju uštede u utrošku goriva, ulja i električne energije. Primena akvizicionih sistema u ispitivanju turbo-mlaznih motora je veoma značajan rezultat, jer tržište danas konstantno zahteva umanjenje cene ispitivanja, ali ujedno i poboljšanje kvaliteta ispitivanja.

The subject of the investigation of this thesis is the installation of new test cells for turbo-jet engines which represent very complex technological units with acquisition systems. Acquisition measurement systems were realized with new algorithms for acquisition and analysis of measurement signals, as well as calculations of corrected parameters of turbo-jet engines. In the introduction parts, stationary testing-cells are described, in which after overhaul of turbo-jet engine is done, it performs an examination of the jet-engine under different operating conditions. During this performance large numbers of engine parameters are monitored. The majority of the measurements are so quick and rapidly fluctuate that it was necessary to use computerized data acquisitions systems.

The central part of this thesis is dedicated to practical applications of measurement acquisition systems which are used during the testing of the characteristics of turbo-jet engines that are built into military aircraft Galeb and Orao and represent very complex challenges. It is shown how these acquisition systems have to obtain simultaneous measurements of several dozen signals which are all different by nature, including tension level and dynamics. The acquisitions system is required to have high performance, which includes analysis and measurement signals, while lowering measurement uncertainty. The results are captured under real atmospheric conditions, which are then represented immediately after testing is done, based on results regarding the conclusion of the validity of the overhaul of the turbo jet-engine. A special thesis is dedicated to the determination and expression of measurement uncertainty according to International Standards for Meteorology. It provided a source of different types of measurement uncertainty; also it describes how the function of distribution of the results of measurement has influence on measurement uncertainty. From the practical point of view the most interesting part of this thesis is one which shows applied examples of calculation measurement uncertainty.

At the end of the thesis is explained the calculation of the measurement uncertainty for all the signals, which are measured by acquisition systems under the stable operating conditions. Also shown is the comparative analysis of measurements uncertainty for 18 signals which are monitored under stable operating conditions maximal M1 engine MM17 with old and new algorithms for acquisition and calculation of measurement signals. The results present that new algorithms have much less uncertainty.

The practical value of the results is proven experimentally after testing several different turbo-engine jets in a testing cell. The realization and application of the high speed acquisition system is that it has significantly improved the testing process and has contributed to the shortening of time for testing turbo-jet engines, and it has also provided enormous savings regarding fuel and electric energy. Application of acquisition systems in the testing of turbo-jet engines have very meaningful results, in that the marketplace today constantly demands lowering the price of the testing while improving quality of the outcome.