МЕТОДИКА ОТБРАКОВКИ НЕКОНДИЦИОННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ НА ЭТАПЕ ВТОРИЧНОЙ ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ ЛОПАТОЧНЫХ МАШИН

Наукосфера. №10 (2), 2025 Технические науки ISSN 2542-0402 158 http://nauko-sfera.ru/ УДК 621.438; 629.7.036 DOI 10.5281/zenodo.17397064 Научная статья МЕТОДИКА ОТБРАКОВКИ НЕКОНДИЦИОННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ НА ЭТАПЕ ВТОРИЧНОЙ ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ ЛОПАТОЧНЫХ МАШИН METHODICS FOR REJECTING NON-CONFORMING MEASURMENTS AT THE STAGE OF SECONDARY PROCESSING OF BLADE MACHINE TESTING RESULTS КАЛАБУХОВ ДМИТРИЙ СЕРГЕЕВИЧ, кандидат технических наук, инженер-конструктор 1 категории отдела теплофизики и газодинамики, ПАО «ОДК-Кузнецов». ВОЛКОВ АНДРЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ, начальник бригады лопаточных машин отдела теплофизики и газодинамики, ПАО «ОДК-Кузнецов». KALABUKHOV DMTRIY SERGEEVICH, Candidate of Technical Science, first category engineer of the Thermophysics and Gas Dynamics Department, PJSC «Kuznetsov». VOLKOV ANDREY ALEKSEEVICH, Head of the Blade Machine Team of the Thermophysics and Gas Dynamics Department, PJSC «Kuznetsov». Статья посвящена разработке усовершенствованной методики отбраковки некондиционных измерений давлений и температур при газодинамических испытаниях лопаточных машин (компрессоров, турбин). Приведена методика отбраковки некондиционных измерений параметров компрессоров и турбин в измерительных сечениях при испытаниях на автономных стендах, а также в составе газогенератора или всего двигателя. Показано влияние выбора способа отбраковки на смещение напорной ветки характеристики компрессора относительно результатов первичной экспрессобработки измерений. Предлагаемый подход основывается на анализе полей параметров путем сравнения относительных отклонений замеров от средних по окружности значений с заданными пороговыми уровнями. На примере напорной характеристики осевого компрессора показано практическое влияние выбранного способа отбраковки на итоговый вид характеристики. The article is devoted to the development of an improved method for rejecting substandard pressure and temperature measurements during gas dynamic tests of vane machines (compressors, turbines). A method for rejecting substandard measurements of compressor and turbine parameters in measuring sections during tests on stand-alone stands, as well as as part of a gas generator or the entire engine, is presented. The influence of the choice of the rejection method on the displacement of the pressure branch of the compressor characteristic relative to the results of the primary express measurement processing is shown. The proposed approach is based on the analysis of parameter fields by comparing the relative deviations of measurements from the circumferential averages with specified threshold levels. Using the example of the Наукосфера. №10 (2), 2025 Технические науки ISSN 2542-0402 159 http://nauko-sfera.ru/ pressure characteristic of an axial compressor, the practical effect of the selected rejection method on the final type of characteristic is shown. Ключевые слова: лопаточная машина, компрессор, характеристика, отбраковка некондиционных измерений, испытания. Key words: blade machine, compressor, map, rejection of non-conforming measurements, testing. ведение. Особенностью течения газового потока в проточной части лопаточных машин является наличие полей окружной и радиальной неравномерности давлений и температур. Стандартные статистические методы удаления выбросов [3–4; 6; 9–10], применяемые в первичной экспресс-обработке измерений, не всегда исключают неадекватные локальные измерения приемниками давлений и температур с точки зрения ожидаемого уровня окружной неравномерности в измерительных сечениях компрессора. Выброс в экспресс-обработке обычно воспринимается как резкое отклонение некоторой величины, фиксируемой в процессе опроса измерительного канала, от среднего в данной локальной точке на протяжении этого опроса [10]. Однако само это среднее значение, обеспечиваемое приемником в некоторой локальной точке, может также отличаться от средних значений в соседних локальных точках на такие величины, которые не могут быть ожидаемы в данном сечении согласно теоретическим представлениям о характере окружных и радиальных полей параметров потока [1]. Данные отклонения могут быть вызваны инструментальной погрешностью приемника [7]. При этом экспресс-обработка не идентифицирует как выбросы такие измерения, т.к. анализ полей давлений и температур в ней отсутствует. Для опытных изделий действительные и допустимые величины уровней этих неравномерностей могут быть еще доподлинно неизвестны. Поэтому оценка кондиционности величин измеренных газодинамических параметров в измерительных сечениях связана с затруднением в вопросе выбора рационального критерия отбраковки. Предлагаемый в статье подход к отбраковке некондиционных замеров основывается на оценке значений относительных отклонений измеренных избыточных давлений и температур от их средних по окружности значений на i-м поясе и дальнейшем сравнении их с некоторыми допустимыми пороговыми значениями. Методика отбраковки некондиционных измерений. Для проведения корректной отбраковки замеров необходимо определять средние значения параметров, полученные с приемников, расположенных на одном измерительном поясе автономной установки для испытаний компрессора, турбины, газогенератора или всего двигателя:    n jijinXX 1 , (1) где Xij – замеренный параметр на i-м поясе (т.е. на одном радиусе) для j-й гребенки, j = 1…n – количество гребенок. Для определения осредненного значения параметра по площади можно рассчитать среднее арифметическое осредненных вдоль поясов величин i X , т. е.    m iimXX 1 , (2) В Наукосфера. №10 (2), 2025 Технические науки ISSN 2542-0402 160 http://nauko-sfera.ru/ где i = 1… m – количество измерительных поясов. Уровень относительной окружной неравномерности параметров в точках расположения приемников давлений и температур: %.100   i iij ij X XX X (2.1) Далее это значение нужно сравнить с некоторым допустимым значением средней окружной неравномерности. В зависимости от конкретных задач, особенностей и условий проводимых испытаний, пороговые значения могут устанавливаться как единые для измеряемого параметра в некотором сечении (т.е. осредненные по площади сечения), так и отдельные, осредненные по измерительным поясам. С другой стороны, пороговое значение может устанавливается и для определенного массива данных: для каждого отдельного замера, для ветви (изолинии) характеристики, для всей характеристики. На рис. 1 наглядно показана схема установки порогового значения на примере задачи определения напорных характеристик осевого компрессора [8] и выделены рекомендуемые комбинации его задания по двум критериям. Осредненные относительные отклонения для всех приемников i-го пояса вычисляются как среднее арифметическое:    n jijinXX 1 . (3) Рис. 1. Классификация критериев отбраковки некондиционных измерений Для наиболее строгого варианта отбраковки, т.е. установки своего порогового значения для каждого замера и использования средних значений по поясам получаем правило ij X  i X , при неудовлетворении которого измеренное значение должно быть отбраковано. Использование столь жесткого подхода в общем случае может привести к отсеву большого количества кондиционных измерений. Поэтому его допустимо применять только для тех изме- Наукосфера. №10 (2), 2025 Технические науки ISSN 2542-0402 161 http://nauko-sfera.ru/ рительных сечений, уровень окружной неравномерности в которых не превышает погрешности измерений. В таком случае, данный подход с высокой долей вероятности позволит отбраковать явные выбросы. В случае установки порога как общего значения для параметра в данном измерительном сечении возможны следующие варианты определения max X :  mXX m ii    1 max – осредненное по поясам;  i iXX  max max – максимальное на i-м поясе. В первом случае величина порога всегда меньше, чем во втором, т.е. это более строгий вариант отбраковки. Рекомендуется использовать его для тех сечений, в котором по результатам визуального экспертного анализа данных экспресс-обработки наблюдается повышенная неравномерность полей параметров [8], объясняющаяся скорее инструментальной погрешностью, чем физикой рабочего процесса. Если же уровень неравномерности в целом невелик или физически обусловлен, то отбраковка по среднему вдоль радиусов может оказаться излишне строгой. В таких случаях рекомендована отбраковка по максимальному значению на i-м поясе. Отбраковка по индивидуальным max X для каждого замера это наиболее надежный способ из предлагаемых в данной методике, поскольку исключает влияние погрешностей на оценку неравномерностей, связанных с изменением теплового состояния гребенок при изменении режима. Однако практика испытаний компрессорных установок показывает, что в большинстве случаев такое влияние устраняется качественной калибровкой средств измерения, поэтому допустима отбраковка параметра по общему в данном сечении max X либо для всей характеристики, либо для каждой напорной ветки компрессора по отдельности (аналогично для каждой изолинии характеристики турбины). Поэтому отбраковка по каждому замеру целесообразна, когда имеются сомнения в качестве измерений на некоторых режимах. Если испытания по снятию всей характеристики проводились в течении одного или нескольких дней с примерно одинаковыми атмосферными условиями, то можно использовать единое для всей напорной характеристики пороговое значение max X в некотором сечении для измеряемого параметра (давление, температура). В противном случае рекомендуется использовать отдельные max X для каждой напорной ветки, т.е. замеров с nпр = const ( * г Tn при испытаниях турбины). В обоих случаях для установки порогового значения каждого измерительного пояса дополнительно необходимо выбрать некоторую общую для выборки замеров величину i X . По аналогии с определением индивидуального порога для замера:  qXX q kik i   1 ср – среднее значение по ветке или по характеристике, где k = 1…q – выборка замеров;  ik k iXX  max max – максимальное для данной выборки значение. В первом случае есть опасность отбраковки кондиционных измерений, т.к. неравномерность давлений и температур при изменении режима может значительно изменяться. Более надежен второй способ определения i X . Наукосфера. №10 (2), 2025 Технические науки ISSN 2542-0402 162 http://nauko-sfera.ru/ Если используется общее по площади сечения пороговое значение, то применяются описанные выше подходы по определению max X :  m X X m iik k     1 max max – среднее по поясам из максимальных для характеристики (или напорной ветке) отклонений ik X ;  ik ki XX  maxmax max – самое большое из максимальных по поясам отклонений. Выбор подхода следует осуществлять исходя из априорной экспертной оценки предполагаемого уровня окружной неравномерности в конкретном сечении. Приемники статического давления, устанавливаемые в мерном и контрольных сечениях для определения расхода воздуха, расположены на одном поясе [7]. В таком случае при установке индивидуального порога для замера нужно использовать осредненное по приемникам значение nPP n jj    1 , что соответствует самому строгому принципу отбраковки ij X  i X (здесь i = 1). Поэтому при наличии только одного пояса в измерительном сечении рекомендуется устанавливать пороговое значение для напорной ветки или всей характеристики c целью предотвращения отсева корректных измерений по одному из правил:  k kPP  max max – максимальное из средних отклонений по ветке или характеристике;  jk j kPP  maxmin max – минимальное по ветке или характеристике из максимальных отклонений, выявленных для j-х приемников на каждом замере. Рис. 2. Сдвиг напорной ветки осевого компрессора при изменении способа отбраковки некондиционных измерений Наукосфера. №10 (2), 2025 Технические науки ISSN 2542-0402 163 http://nauko-sfera.ru/ При наличии реальной окружной неравномерности поля статического давления правило минимакса обычно оказывается более мягким и предпочтительным вариантом отбраковки, чем правило максимального среднего. Пример влияния способа отбраковки на сдвиг напорной ветви относительно результатов экспресс-обработки представлен на рис. 2. Указаны величины интегрального коэффициента отбраковки некондиционных измерений по всем замерам, проводившимся при снятии характеристики. Заключение. При идентификации математической модели лопаточной машины или всего двигателя [10], желательно учитывать разброс характеристики, определяемый способом оценки некондиционных измерений. Статья выполнена сотрудниками АО «ОДК»/ПАО «ОДК-Кузнецов», полученные результаты являются продуктом деятельности ОДК. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. М.: Наука, 1991. 600 с. 2. Адексеев К.П. Эксплуатационная надежность авиационных силовых установок. М.: Транспорт, 1976. 159 с. 3. Ведрученко В.Р., Крайнов В.В., Финиченко А.Ю. Инженерный эксперимент. Теория и практика. М.: Инфра-Инженерия, 2024. 237 с. 4. ГОСТ Р.8.736-2011 ГСИ. Измерения прямые многократные. Методы обработки результатов измерений. Основные положения. М.: ФГУП Стандартинформ, 2013. 24 с. 5. Григорьев В.А., Кузнецов С.П., Шепель В.Т. Основы доводки авиационных ГТД. 2-е изд., испр. и доп. М.: Инновационное машиностроение, 2017. 191 с. 6. Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений. Л.: Энергоатомиздат, 1985. 304 с. 7. Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы. 3-е изд., перераб. М.: Энергия, 1978. 704 с. 8. Ржавин Ю.А. Осевые и центробежные компрессоры двигателей летательных аппаратов: Теория, конструкция и расчет / под ред. В.И. Локая. М.: Изд-во МАИ, 1995. 344 с. 9. Фаюстов А.А. Еще раз о критериях отсеивания грубых погрешностей / Законодательная и прикладная метрология, 2016. №5. С. 25-30. 10. Шенк Х. Теория инженерного эксперимента / Перевод с англ.: Е.Г. Коваленко / Под ред. Чл.-корр. АН СССР Н.П. Бусленко. Москва: Издательство «Мир», 1972. 384с. Поступила в редакцию: 11.10.2025 © Калабухов Д. С., Волков А. А., 2025. Принята в печать: 25.11.2025