pimiПриборы и методы измеренийDevices and Methods of Measurements2220-95062414-0473BNTU10.21122/2220-9506-2017-8-1-7-14pimi-282Research ArticleСредства измеренийMeasuring instrumentsИДЕНТИФИКАЦИЯ НОМИНАЛЬНЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК АВИАЦИОННЫХ ДАТЧИКОВ ТЕМПЕРАТУРЫ ГАЗОВIDENTIFICATION OF NOMINAL DYNAMIC CHARACTERISTICS OF AIRCRAFT GAS TEMPERATURE SENSORSСабитовА. Ф.SabitovA. F.

Адрес для переписки: Сабитов А.Ф. – Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева – КАИ, ул. К. Маркса, 10, г. Казань 420111, Россия    e-mail: alfir-sabitov@yandex.ru

Address for correspondence: Sabitov A.F. – A.N. Tupolev Kazan National Research Technical University, K. Marx str., 10, Kazan 420111, Tatarstan, Russia    e-mail: alfir-sabitov@yandex.ru

alfir-sabitov@yandex.ruСафинаИ. А.SafinaI. A.Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева – КАИРоссияA.N. Tupolev Kazan National Research Technical UniversityRussian Federation20172802201781714Copyright © Сабитов А.Ф., Сафина И.А., 20172017Сабитов А.Ф., Сафина И.А.Sabitov A.F., Safina I.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://pimi.bntu.by/jour/article/view/282

Для эффективной работы каналов регулирования температуры в системе автоматического управления работой авиационных газотурбинных двигателей необходимо настраивать устройства коррекции на номинальные динамические характеристики применяемых датчиков температуры газов с целью оптимального снижения их тепловой инерционности. Существующие методы и средства позволяют определять динамические характеристики только конкретных экземпляров датчиков температур или средние динамические характеристики по результатам испытаний ограниченного числа датчиков конкретного типа в воздушных потоках на аттестованных воздушных установках. Режимы эксплуатации авиационных датчиков температуры газов существенно отличаются от условий испытаний на воздушных установках, поэтому и динамические характеристики датчиков температуры в реальных условиях также будут существенно отличаться от полученных в результате испытаний. Целью работы являлась разработка методики пересчета результатов испытаний ограниченного числа датчиков температур в воздушных аттестованных установках на номинальные динамические характеристики датчиков конкретного типа в ожидаемых условиях эксплуатации.

Предложен алгоритм идентификации номинальных динамических характеристик датчиков, предназначенных для измерения температуры газов в авиационных газотурбинных двигателях. Алгоритм предусматривает регистрацию переходных характеристик отдельных экземпляров датчиков конкретного типа на аттестованных воздушных установках при заданных скоростях воздушного потока, вычисление коэффициентов теплообмена датчика с воздушным потоком при каждой скорости воздушного потока, определение средних переходных характеристик датчиков при каждой скорости воздушного потока, определение постоянных времени выбранной динамической модели датчика по средним переходным характеристикам датчиков и установление параметров гиперболической зависимости номинальных значений постоянных времени выбранной модели датчика от коэффициента теплообмена. В соответствии с ожидаемыми условиями эксплуатации датчиков вычисляют ожидаемый коэффициент теплообмена, с помощью которого по гиперболической зависимости определяют ожидаемые динамические характеристики датчиков конкретного типа.

Методика апробирована с использованием результатов испытаний опытных датчиков температуры газов на аттестованной воздушной установке. Установлены параметры гиперболических зависимостей номинальных значений постоянных времени для динамической модели второго порядка опытных датчиков. Установленные гиперболические зависимости охватывают как режимы испытаний опытных датчиков, так и ожидаемые условия их эксплуатации.

Разработанная методика позволяет прогнозировать номинальные динамические характеристики датчиков температуры газов конкретных типов в ожидаемых условиях эксплуатации по результатам испытаний ограниченного числа экземпляров датчиков в воздушном потоке на аттестованных установках.

The existing methods only allowed to determine the dynamic or average characteristics of specific copies of gas temperature sensors as the airflow test results of a limited number of specific copies of gas temperature sensors were carried out on a certified airflow equipment. The actual operating conditions of aircraft gas temperature sensors significantly differ from those at airflow equipment. The aim of the study was to develop methods of recalculation of a test results of a limited number of gas temperature sensors that were received at certified airflow equipment and to get nominal dynamic characteristics of a particular type of gas temperature sensors in the anticipated operating conditions.

This study offers the algorithm for the identification of the nominal dynamic characteristics of gas temperature sensors that are used to measure the temperature of gases in aircraft gas turbine engines. The algorithm makes it possible to 1) register the transient characteristics of gas temperature sensors of a particular type at a predetermined rate of air flow, 2) calculate the heat transfer coefficient between the gas temperature sensors and the air flow at each airflow rate, 3) measure the average transient characteristics of the gas temperature sensors at each airflow rate, 4) set the parameters of the hyperbolic function of the nominal variables of the time constants of selected gas temperature sensors from the heat transfer coefficient. The heat transfer coefficient is calculated based on the expected operating conditions of the gas temperature sensors.

The result of the study was that the parameters of the hyperbolic function of the nominal variables of the time constants for the dynamic model of the second order gas temperature sensors were found. The developed method makes it possible to predict the dynamic performance of the specific types of gas temperature sensors in the expected operating conditions. 

идентификациядинамические характеристикиноминальные характеристикидатчики температуры газовidentificationdynamic behaviornominal characteristicsgas temperature sensorsReferencesВавировская, С.Л. Автоматизация определения динамических и скоростных характеристик датчиков температуры на установке воздушной УВ-010 ЦИАМ / С.Л. Вавировская, Д.Л. Захаров, М.В. Корнеев // Автоматизация в промышленности. – 2016. – Т. 4. – С. 28–29.Vavirovskaja S.L., Zaharov D.L., Korneev M.V. [Automation determination of dynamic and high-speed characteristics of temperature sensors in the installation of air УВ-010 CIAM]. Avtomatizatsiya v promyshlennosti [Automation industry], 2016, vol. 04, pp. 28–29 (in Russian).Aeronautical research facilities // Heat Transfer Measurements. Temperature Measurement Application Data. – Bulletin 7619. – Appendix E. – 1975. – Rosemount Engineering Company.Aeronautical research facilities. Heat Transfer Measurements. Temperature Measurement Application Data, Bulletin 7619, Appendix E., 1975 Rosemount Engineering Company.Петунин, В.И. Помехоустойчивый самонастраивающийся измеритель температуры газа ГТД / В.И. Петунин, Р.Р. Сибагатуллин, А.И. Фрид // Вестник УГАТУ. – 2015. – Т. 19. – № 1 (67). – С. 147–155.Petunin V.I., Sibagatullin R.R, Frid A.I. [Robust self-adjusting temperature of the gas meter GTD]. Vestnik UGATU [Vestnik Ufa State Aviation Technical University], 2015, vol. 19, no. 1 (67), рр. 147–155 (in Russian).Ярышев, Н.А. Теоретические основы измерения нестационарных температур / Н.А. Ярышев. – 2-е изд., перераб. – Л. : Энергоатомиздат, Ленингр. отдние, 1990. – 254 с.Yaryshev N.A. [Theoretical basis of measurement of unsteady temperature] Teoreticheskie osnovy izmereniya nestatsionarnykh temperatur. Energoatomisdat, Leningrad. Dep-tion, 1990, 254 p. (in Russian).Шербаков, М.А. Восстановление входного сигнала по результатам идентификации динамических характеристик средств измерений / М.А. Шербаков, В.П. Иосифов // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. – 2007. – № 3. – С. 3–8.Sherbakov M.A., Iosifov V.P. [Restoration of the input signal based on the results of identification of dynamic characteristics of measuring instruments]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Povolzhskii region. Tekhnicheskie nauki [Proceedings of the higher educational institutions. Volga region. Technical science], 2007, no. 3, pp. 3–8 (in Russian).Иосифов, В.П. Определение полных динамических характеристик средств измерений с применением рекуррентных процедур / В.П. Иосифов // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. – 2011. – № 1 (17). – С. 126–131.Iosifov V.P. [Determination of the full dynamic characteristics of measuring instruments with the use of recurrent procedures]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Povolzhskii region. Tekhnicheskie nauki [Proceedings of the higher educational institutions. Volga region. Technical science], 2011, no. 1 (17), pp. 126–131 (in Russian).Pao, Г.П. Идентификация порядка и параметров непрерывных линейных систем при помощи функций Уолша / Г.П. Pao, Л. Сивакумар // Труды института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике / пер. с англ. – М. : Мир, 1982. – Т. 70, № 7. – С. 89–91.Pao G.P., Sivakumar L. [Order and Parameter Identification in Continuous Linear Systems via Walsh Functions]. Trudy instituta inzhenerov po elektrotekhnike i radioelektronike (TIIJeR) [Proceedings of the Institute of Electrical and Electronics Engineers], 1982, vol. 70, no. 7, pp. 89–91 (in Russian).Froehlich, T. Temperature-Dependent Dynamic Behavior of Process Temperature Sensors / T. Froehlich, S. Augustin, C. Ament // International Journal of Thermophysics. – 2015. – Vol. 36, no. 8. – P. 2115–2123.Froehlich T., Augustin S., Ament C. TemperatureDependent Dynamic Behavior of Process Temperature Sensors. International journal of Thermophysics, 2015, vol. 36, no. 8, pp. 2115–2123.Патент РФ 2568973, МПК G01K 15/00. Способ определения параметров затухающего переходного процесса термодатчика / А.Ф. Сабитов, И.А. Сабитова; заявитель и патентообладатель Казан. нац. исслед. техн. ун-т. – № 2014130291/28; заявл. 22.07.2014; опубл. 20.11.2015, Бюл. № 32. – 1 с.: ил.Sabitov A.F., Sabitova I.A. Sposob opredeleniya parametrov zatukhayushchego perekhodnogo protsessa termodatchika [The method for determining the parameters of a damped transient thermal sensor]. Patent RF, no. 2568973, 2015.Сабитов, А.Ф. Идентификация динамических характеристик авиационных датчиков температуры газов / А.Ф. Сабитов, И.А. Сафина // Приборы и методы измерений. 2016. – Т. 7, № 2. – С. 211–218. doi: 10.21122/2220-9506-2016-7-2-211-218Sabitov A.F., Safina I.A. [Identification of dynamic characteristics of aircraft gas temperature sensors]. Pribory i metody izmerenii [Devices and Methods of Measurements], 2016, vol. 7, no. 2, pp. 211–218 (in Russian). doi: 10.21122/2220-9506-2016-7-2-211-218.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.