Сборник докладов конференции Aerospace Testing Russia

— 1 —

Содержание


Пленарное заседаниенормативно-правовое регулирование в области обеспечения единства измерений. Внесение изменений в Федеральный закон «об обеспечении единства измерений». ...................................................... 4

аккредитация в области обеспечения единства измерений в области обороны и безопасности государства. ........................................ 8

Вопросы реализации обеспечения единства измерений ...........................11

Перспективы развития метрологического обеспечения космической промышленности .......................................................................................... 18

Метрологической службе ЦаГи 50 лет: достижения и перспективы ....... 22

Секция 1. Организационно-методические вопросы, подготовка кадров и стандартизация в области метрологического обеспечения авиационно-космической промышленности

Вопросы метрологического обеспечения эталонов (аттестация эталонов). ................................................................................. 31

Эталоны и испытательное оборудование применительно к задачам авиационно-космической промышленности. ............................ 32

Вопросы применения в испытаниях метрологических понятий прослеживаемость, погрешность и неопределенность ............................. 35

аттестация программного обеспечения испытательного оборудования, использующегося при измерениях .............................................................. 44

Вопросы организации мониторинга состояния метрологического обеспечения производства рКТ................................................................... 56

Вопросы подготовки инженерных кадров в области метрологического обеспечения ................................................................... 58

новый подход к преподаванию метрологии и стандартизации в Московском авиационном институте ....................................................... 62

Всероссийская научно-техническая конференция «Метрологическое обеспечение испытаний и измерений в авиационно-космической промышленности»

— 2 —

Секция 2. Метрологическое обеспечение стендовых и лабораторных испытаний и измерений

Метрологическое обеспечение средств измерений массово- инерционных характеристик динамически подобных моделей и изделий ракетно-космической техники .................................................... 63

Эталонные приборы для поверки и калибровки средств измерений ....... 68

отраслевая экспериментальная база прочностных исследований авиационных двигателей ............................................................................. 76

испытания авиационной техники на динамическую прочность при ударе посторонними предметами......................................................... 88

опыт применения сенсоров фирмы Keller AG в датчиках для измерения распределения давления при дренажных испытаниях в аэродинамических трубах .................................................... 91

Проблемы измерения локальных температур в высокотемпературных, высокоскоростных течениях газа ...................... 95

развитие средств и методов испытаний авиационных двигателей и элементов Ла в условиях обледенения ................................................. 104

Метрологическое обеспечение наземных (стендовых) испытаний оборонной продукции ..................................................................................119

опыт использования спектрометров Зао «оКБ СПеКТр» для диагностики износа двигателей и анализа различных материалов, перспективы применения в авиации ................................... 121

Метрологическое обеспечение средств измерений и контроля массомоментных характеристик изделий рКТ ...................... 127

Секция 3. Метрологическое обеспечение лётных и полигонных испытаний

особенности метрологического обеспечения при создании бортовых измерительных систем компьютерно-ориентированного типа для лётных испытаний изделий авиационной техники ............................ 130

опыт использования систем контрольно-измерительных СКи «агат» в лётных испытаниях двигательных установок самолётов россии и Украины .................................................................................................... 141

Проблемы управления контрольно-проверочной аппаратурой изделий авиационной техники ................................................................... 150

Перспективные технологии измерений изделий рКТ, методы и средства ................................................................................................... 157

— 3 —


Практический способ определения динамических погрешностей бортовых измерений с учётом нормируемых параметров частотных характеристик средств измерений при лётных испытаниях ................... 163

Метрологический аналог чебышевской интерполяции и его практические приложения ................................................................ 170

Способ поверки акселерометров уравновешивающего преобразования и приборов на их основе ................................................ 180

Состояние метрологического обеспечения лётных испытаний, эксплуатации и утилизации ракетно-космической техники ..................... 185

Секция 4. Метрологическое обеспечение технологических процессов производства

Технологии метрологической аттестации и изготовления стандартных образцов при диагностировании авиационных ГТд по продуктам изнашивания в маслах ............................................................................... 190

обобщение и анализ результатов метрологической экспертизы эксплуатационной и ремонтной документации на авиационную технику ......................................................................................................... 199

Типы и модели тестеров семейства FORMULA для функционального и параметрического контроля ЭКБ/Эри ................................................... 205

об организации и проведении работ по аттестации испытательного оборудования и программного обеспечения при испытаниях узлов и агрегатов авиационной техники ............................................................. 214

К вопросу оптимизации измерений в технологических процессах производства ракетно-космической техники ............................................ 226

особенности обеспечения контроля специальных технологических процессов производства изделий из полимерных композиционных материалов ................................................................................................. 233

обслуживание технологического оборудования на основе безразборных методов диагностики .......................................................... 240

новые европейские стандарты испытаний электронных изделий. оборудование фирмы «Vötsch Industrietechnik» (Германия) для реализации этих испытаний ............................................................... 249


— 4 —

Нормативно-правовое регулирование в области обеспечения единства измерений. Внесение изменений в Федеральный Закон

«Об обеспечении единства измерений»Новиков Н.Ю.

К.т.н., зам. директора Департамента Минпромторга России

Центральное место в стратегии развития российской Федерации зани-мает переход страны на инновационный путь развития на основе генерации знаний высокого уровня, их распространения и эффективного применения, обеспечения необходимых объемов инвестиций и ускорения нововведений, повышение экспортного потенциала отечественной продукции. для дости-жения этих целей на всех этапах от исследований до создания, испытаний и внедрения новых технологий и продукции требуется проведение много-численных высокоточных измерений, метрологическое обеспечение кото-рых потребует значительной модернизации существующих и создания но-вых государственных эталонов, измерительных средств для перспективных отраслей экономики, а также разработки комплекса нормативно-правовых и нормативно-методических документов. В качестве примеров можно при-вести следующие. В 2009-2013 годах были развернуты широкомасштабные работы по метрологическому обеспечению отечественной глобальной на-вигационной спутниковой системы «ГЛонаСС», создание и практическое применение которой позволит в значительной мере обеспечить экономиче-скую независимость, обороноспособность и безопасность россии. россий-ские метрологи подключились к решению и другой важной научно-техниче-ской проблемы по созданию инфраструктуры развивающихся в россии на-ноиндустрии и индустрии композитных материалов, которые в дальнейшем должны составить основу российского высокотехнологического сектора эко-номики. Только на основе достоверных и оперативно получаемых измере-ний может быть обеспечен надёжный контроль за функционированием опасных производственных объектов, выполнением требований техниче-ских регламентов и весьма жёстких экологических требований.

В развитие принятого в 2008 году Федерального закона «об обеспече-нии единства измерений» № 102-ФЗ в Государственную думу Федераль-ного собрания российской Федерации в сентябре 2013 года был внесён проект федерального закона «о внесении изменений в Федеральный за-

— 5 —

Пленарное заседание

кон «об обеспечении единства измерений». Этот проект подготовлен Мин-промторгом россии во исполнение поручений Правительства российской Федерации с учетом результатов правоприменительной практики Феде-рального закона «об обеспечении единства измерений». Законопроект направлен на совершенствование правового регулирования отношений в области обеспечения единства измерений.

Законопроект не меняет общую концепцию действующего Федерально-го закона, предусмотренного пунктом 71р) Конституции российской Феде-рации, и направлен на создание условий для эффективного развития но-вых перспективных направлений в промышленности, энергетике, связи, медицине, поскольку опережающее развитие эталонной базы и приборо-строения является необходимым условием модернизации экономики.

Принятый в 2008 году закон «об обеспечении единства измерений» оказал положительное влияние на развитие эталонной базы и измери-тельных возможностей страны. Возросло до 156 количество государствен-ных первичных эталонов, в два раза сократилось число морально и физи-чески устаревших эталонов. россия в 2012 году признана Международным бюро мер и весов третьей страной мира по калибровочным и измеритель-ным возможностям. В результате открылись возможности создания усло-вий для метрологического обеспечения новых прорывных направлений, но этому нужна соответствующая нормативная правовая база.

Законопроект предусматривает внесение изменений в 14 из 29 статей действующего закона. Уточняются сферы государственного регулирова-ния обеспечения единства измерений и положения закона, связанные с деятельностью государственных региональных центров метрологии, устанавливаются требования, связанные с утверждением и применением референтных методик измерений, отнесением технических средств к тех-ническим системам и устройствам с измерительными функциями.

из действующей редакции Федерального закона предлагается исключить такую сферу государственного регулирования, как осуществление товарооб-менных операций, в связи с достаточностью установления статьей 1 дей-ствующего закона обязательных требований при осуществлении торговли.

на основании предложений федеральных органов исполнительной власти (ФТС россии, МЧС россии, Минкомсвязь россии, Минприроды рос-сии), во исполнение действующих нормативных правовых актов, законо-проектом предусматривается уточнение ряда сфер государственного регу-лирования обеспечения единства измерений. Так проектом Федерального закона предусматривается отнести к сфере государственного регулирова-ния обеспечения единства измерений, определенной Федеральным зако-ном, измерения, выполняемые при осуществлении деятельности в обла-сти гражданской обороны, обеспечения пожарной безопасности, безопас-


— 6 —

ности людей на водных объектах, а также при учете количества энергети-ческих ресурсов, эксплуатации сети связи общего пользования, монито-ринге окружающей среды и ее загрязнения, таможенном контроле и обе-спечении безопасности дорожного движения.

Все эти сферы важны как для государства, так и для населения, пред-приятий. Учет количества энергетических ресурсов важен для любой стра-ны, тем более для россии и система метрологического обеспечения такого учета позволит получать объективную информацию и участникам энерге-тического рынка и государству. ресурсы сети связи общего пользования используются не только в интересах широкого круга пользователей, но и для нужд государственного управления, обороны страны, безопасности государства и обеспечения правопорядка, в том числе при чрезвычайных ситуациях и в условиях чрезвычайного положения и военного положения. Устойчивость и целостность сети связи, а также качество оказания услуг связи при эксплуатации сетей связи обеспечиваются соблюдением эксплу-атационных и метрологических требований и показателей при ее функци-онировании. например, основой основ бесперебойной передачи данных является эффективная система тактовой синхронизации.

данные изменения обусловлены необходимостью повышения объек-тивности и достоверности результатов измерений, которые непосред-ственно влияют на достижение целей, определенных Федеральным зако-ном. ряд изменений вызван необходимостью учета положений таможенно-го законодательства российской Федерации, законодательства в области связи и охраны окружающей среды.

Проектом Федерального закона предлагается ввести новые понятия, такие как «первичная референтная методика измерений», «референтная методика измерений» и «шкала величины», которые являются важными элементами существующей системы обеспечения единства измерений в нефтехимии, медицине, навигационной системе ГЛонаСС, однако в дей-ствующем Федеральном законе не содержатся. Уточняется также ряд дру-гих понятий Федерального закона. Предложенные определения гармони-зированы с международными определениями. Законопроектом устанавли-ваются требования, связанные с утверждением и применением референт-ных методик (методов) измерений.

Проектом Федерального закона предлагается уточнить положения Фе-дерального закона, касающиеся установления обязательных требований к техническим системам и устройствам с измерительными функциями, их разработке, производству и эксплуатации, а также обязанностей долж-ностного лица, осуществляющего федеральный государственный метро-логический надзор, в части запрета применения эталонов единиц величин, не удовлетворяющих установленным обязательным требованиям.

— 7 —


Законопроектом уточняются положения Федерального закона, связан-ные с деятельностью государственных региональных центров метрологии, в том числе определяется их организационно-правовая форма, уточняются их основные задачи, порядок оплаты работ (услуг) в области обеспечения единства измерений, проводимых в пределах установленного государствен-ного задания. В настоящее время в ведении росстандарта находится 86 го-сударственных региональных центров метрологии, имеющих организацион-но-правовую форму федеральных учреждений, которые де-факто с июня 2011 года переведены в статус федеральных бюджетных учреждений.

Проектом федерального закона предусматривается создание юридиче-скими лицами и индивидуальными предпринимателями, осуществляющи-ми деятельность в сфере регулирования Федерального закона, метроло-гических служб в добровольном порядке. Кроме того, проектом федераль-ного закона предусматривается, что федеральными законами может быть установлена обязательность создания метрологических служб юридиче-скими лицами и индивидуальными предпринимателями, осуществляющи-ми деятельность в сфере регулирования Федерального закона.

Законопроектом предусматривается установить, что расходы на разра-ботку и совершенствование государственных первичных референтных ме-тодик (методов) измерений финансируются за счет средств федерального бюджета. Финансирование данных мероприятий планируется осуществлять за счет перераспределения бюджетных ассигнований, предусмотренных в федеральном бюджете росстандарту на финансирование мероприятий в области технического регулирования и обеспечения единства измерений.

Проектом федерального закона предусматривается утверждение фе-деральным органом исполнительной власти, осуществляющим функции по выработке государственной политики и нормативно-правовому регули-рованию в области обеспечения единства измерений, порядка отнесения технических средств к техническим системам и устройствам с измеритель-ными функциями, а также утверждение формы свидетельства об утверж-дении типа стандартных образцов или типа средств измерений.

Предусмотренные проектом федерального закона изменения будут способствовать повышению эффективности реализации правовых норм в области обеспечения единства измерений, направленных на защиту прав и законных интересов граждан, общества и государства от отрица-тельных последствий недостоверных результатов измерений, обеспече-ние потребности граждан, общества и государства в получении объектив-ных, достоверных и сопоставимых результатов измерений, используемых в целях защиты жизни и здоровья граждан, охраны окружающей среды, животного и растительного мира, обеспечения обороны и безопасности го-сударства.


— 8 —

Аккредитация в области обеспечения единства измерений в области обороны

и безопасности государстваС.В. Мигин

заместитель руководителя Федеральной службы по аккредитации

до 1 ноября 2011 года аккредитацию в области обеспечения единства измерений осуществлял росстандарт.

С 1 ноября 2011 года (в соответствии с постановлением Правительства российской Федерации от 17 октября 2011 г. № 845):

Росаккредитация осуществляет проведение аккредитации юридиче-ских лиц и индивидуальных предпринимателей на право выполнения ра-бот и (или) оказания услуг в области обеспечения единства измерений, за исключением обеспечения единства измерений при осуществлении дея-тельности в области обороны и безопасности государства;

Росстандарт на переходный период (ввиду необходимости внесения изменений в акты Президента российской Федерации) осуществляет про-ведение в установленном порядке работ по аккредитации в области обе-спечения единства измерений при осуществлении деятельности в области обороны и безопасности государства.

Росстандарт

ФОИВ в сфере обороны и безопасности (Минобороны России, МВД России, ФСБ

России, МЧС России и др.)самостоятельно проводили аккредитацию в

своих системах.Росстандарт аккредитовал их на право

аккредитации

Росстандарт


России, МЧС России и др.)самостоятельно проводили аккредитацию в

своих системах.Росстандарт аккредитовал их на право

аккредитации

Росаккредитация

РосстандартПодобласть обороны и

безопасности государства:1. Аккредитация в системах ФОИВ в

сфере обороны и безопасности государства;

2. Аккредитация предприятий ОПК


РосстандартПодобласть обороны и

безопасности государства:1. Аккредитация в системах ФОИВ в

сфере обороны и безопасности государства;

2. Аккредитация предприятий ОПК

— 9 —


Аккредитация в области обеспечения единства измерений в уполно-моченных в области обороны и безопасности федеральных органах ис-полнительной власти.

росстандарт делегирует полномочия по аккредитации в области обе-спечения единства измерений уполномоченным в области обороны и без-опасности ФоиВ.

Инструмент – аккредитация в качестве аккредитующей метрологи-ческой службы с предоставлением полномочий по аккредитации под-чиненных организаций.

В соответствии с ГоСТ рВ 8.575-2000 аккредитацию метрологических частей на право поверки средств измерений осуществляет Метрологиче-ская служба ВС рФ, а также другие метрологические службы сферы обо-роны и безопасности в области своей ответственности.

научно-техническое и методическое обеспечение в области аккредита-ции метрологических частей осуществляет 32 Государственный научно –


— 10 —

исследовательский испытательный институт Министерства обороны рос-сийской Федерации (32 Гниии Мо рФ), который ведет реестр аккредито-ванных метрологических служб и метрологических частей. для аккредита-ции в качестве аккредитующей метрологическая служба направляет за-явление в 32 Гниии Мо рФ.

Аккредитация в области обеспечения единства измерений предпри-ятий ОПК в сфере обороны и безопасности

Проблемы:• отсутствуют критерии отнесения деятельности организаций к области

обороны и безопасности государства;• для предприятий оПК, производящих продукцию двойного назначения,

необходимо получать аккредитацию в росстандарте (для деятельности в области обороны и безопасности государства) и росаккредитации (для производства продукции гражданского назначения).Предлагаемая модель

решение обозначенных выше проблем с аккредитацией в области обе-спечения единства измерений в области обороны и безопасности государ-ства:

• аккредитацию в области обеспечения единства измерений осуществля-ет росаккредитация (отсутствуют дублирование для предприятий оПК и трудности с отнесением деятельности организаций к области оборо-ны и безопасности государства);

• федеральные органы исполнительной власти осуществляют аккреди-тацию организаций исключительно внутри своих систем (в отношении органов в системах) в порядке, определяемом Правительством россий-ской Федерации (утверждается в соответствии со статьей 19 Федераль-ного закона «об обеспечении единства измерений), что согласуется с подходом, принятым к осуществлению метрологического надзора в данных органах (Указ Президента российской Федерации от 2 января 2011 г. № 21 «о государственном метрологическом надзоре в области обороны и обеспечения безопасности российской Федерации»).



России, МЧС России и др.)уполномочены на проведение аккредитации в

рамках своих систем



России, МЧС России и др.)уполномочены на проведение аккредитации в

рамках своих систем

— 11 —


Вопросы реализации обеспечения единства измерений

С.С. Голубев И.о. начальника Управления метрологии, Росстандарт

работы в области обеспечения единства измерений проводятся рос-стандартом во взаимодействии с участниками российской системы изме-рений (рСи), представленных в ее структуре.

В целях совершенствования регулирующих мер в области обеспечения единства измерений и функционирования рСи Минпромторгом россии в 2012 году разработан и внесен в Правительство рФ проект ФЗ «о внесе-нии изменений в Федеральный закон «об обеспечении единства измере-ний». В настоящее время проект находится в Государственной думе рФ.


— 12 —

разработаны изменения в постановление Правительства рФ от 20 апреля 2010 года № 250, касающиеся поверки средств измерений в Государственных региональных метрологических центрах. изменения утверждены постановлением Правительства рФ № 1270 в декабре 2012 года.

Эталонная база Российской Федерации

основой для совершенствования государственных эталонов являются результаты работ по Государственным контрактам на выполнение фунда-ментальных, прикладных исследований и оКр, проведенных метрологиче-скими институтами росстандарта.

для создания современной эталонной базы, основанной на новых фи-зических принципах и использующей новейшие технологии, по поручению Правительства рФ совместно с Минпромторгом россии в 2012 году рос-стандартом был разработан проект Ведомственной целевой программы (ВЦП) «Проведение фундаментальных исследований в области метроло-гии, разработки государственных (в том числе, первичных) эталонов еди-ниц величин» на 2012-2014 годы. аналогичные программы имеют про-мышленно развитые страны – СШа, Германия, Япония и другие.

одной из задач 2013 года является актуализация проекта ВПЦ на 2014-2016 годы и включение ее в состав Государственной программы.

— 13 —


В 2012 году в метрологических институтах росстандарта усовершенствова-но 9 и создано 6 новых государственных первичных эталонов (ГПЭ). Эти эта-лоны позволили существенно повысить достоверность измерений в приори-тетных инновационных направлениях развития промышленности, науки и тех-нологий.

В целом эталонная база россии, насчитывающая 156 ГПЭ, по своему уровню не уступает эталонным базам развитых стран.

одним из основных способов оценки состояния эталонной базы стра-ны являются результаты сличений государственных первичных этало-нов с эталонами единиц величин Международного бюро мер и весов (МБМВ) и национальными эталонами единиц величин иностранных госу-дарств.

В 2012 году метрологические институты приняли участие в 339 ключе-вых и дополнительных сличениях (322 сличения – в 2011 году). По этому показателю россия входит в семерку стран после Германии, Великобрита-нии, СШа, Франции, Японии и Кореи.

По количеству калибровочных и измерительных возможностей (1572 по-зиций), зарегистрированных в базе данных МБМВ на начало 2013 года, рос-сия находится на 3-м месте после СШа (2282 позиций) и Германии (1616 позиций).


— 14 —

Метрологическая служба РосстандартаПо состоянию на 1 января 2013 года аккредитовано 56 государственных

центров испытаний средств измерений. ими проведены испытания 4060 ти-пов средств измерений, что почти в полтора раза больше, чем в 2011 году (2996). российскими производителями разработано и вне-сено в Государственный реестр 2405 типов средств измерений, зарубеж-ными производителями – 1655. В целом, реестр средств измерений по со-стоянию на 1 января 2013 года включает более 64 тыс. типов средств из-мерений.

Поверку средств измерений осуществляет 86 государственных регио-нальных центров метрологии, 7 государственных метрологических институ-тов и 1559 аккредитованных на право поверки метрологических служб юри-дических лиц.

динамика объемов выполненных поверочных работ представлена на слайде.

результаты работ в области метрологической службы отражены в ин-формации, хранящейся в Федеральном информационном фонде по обе-спечению единства измерений.

— 15 —


Государственная служба времени, частоты и определения параметров вращения Земли

(ГСВЧ)Функционирование Государственной службы времени, частоты и опре-

деления параметров вращения Земли (ГСВЧ) с применением усовершен-ствованного государственного эталона единиц времени, частоты и нацио-нальной шкалы времени.

начаты работы по новой ФЦП «ГЛонаСС» на 2012-2020 годы в ча-сти разработки хранителя частоты и времени на холодных атомах рубидия с повышенными точностными характеристиками.

ГСВЧ проводится комплекс работ по повышению точности определе-ния параметров вращения Земли. В частности, создаются новые измери-тельные средства, например радиометр водяного пара, система синхро-низации.


— 16 —

Государственная служба стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ

и материалов (ГСССД)области применения стандартных справочных данных представлены

на слайде.В прошедшем году завершено выполнение межгосударственной «Про-

граммы работ по разработке аттестованных данных о физических констан-тах и свойствах веществ и материалов по конкретным тематическим на-правлениям на 2007-2012 годы». В рамках Программы приняты в катего-рии стандартных справочных данных 10 проектов.

По состоянию на 1 января 2013 года фонд таблиц ССд составляет 290 документов, фонд методик ГСССд – 203 документа; общий фонд докумен-тов – более 900 единиц.

Государственная служба стандартных образцов (ГССО)

Утверждена обновленная структура Государственной службы стан-дартных образцов состава и свойств веществ и материалов.

— 17 —


В качестве научного методического центра ГССо ФГУП «УнииМ» со-вместно с заинтересованными министерствами и ведомствами выполне-ны следующие основные работы:

• разработан проект «Ведомственной целевой программы создания стандартных образцов для метрологического обеспечения измерений параметров продукции, представленных в технических регламентах Та-моженного союза». Программа направлена на рассмотрение в Мин-промторг россии. Число планируемых к созданию стандартных образ-цов утвержденных типов – более 250 для 17 технических регламентов Таможенного союза;

• подписано 5 Соглашений о сотрудничестве между ФГУП «УнииМ» и участниками ГССо. По состоянию на 30.12.2012 год в состав ГССо федеральные органы исполнительной власти назначили 60 органи-заций.


— 18 —

Перспективы развития метрологического обеспечения космической промышленности

В.С. Чапоргин главный метролог, Роскосмос,

Д.В. Панов генеральный директор ФГУП «НПО «Техномаш»

Масштабность и уникальность решаемых задач в области космических исследований обуславливают сложность ракетно-космической техники (рКТ), отличающейся большой кооперацией участвующих в ее создании предприятий-разработчиков и изготовителей систем и агрегатов, примене-нием самых современных материалов и технологических процессов, мето-дов контроля и испытаний, длительным циклом проектирования и отра-ботки, высоким уровнем неопределенностей условий эксплуатации и вли-яния внешних воздействующих факторов.

роль метрологического обеспечения в решении задач космической дея-тельности переоценить трудно, т. к. основным источником информации о со-стоянии изделий рКТ при ее разработке, производстве, испытаниях и эксплу-атации являются измерения. достоверность информации, точность и един-ство проводимых измерений непосредственно влияют на уровень техниче-ских характеристик и качество решаемых ракетными комплексами задач.

Повышение роли и масштаба измерений в процессах разработки и про-изводства изделий рКТ требует комплексного развития и совершенствова-ния системы метрологического обеспечения, представляющую собой це-лостную совокупность средств, исполнителей и объектов метрологическо-го обеспечения, взаимодействующих по установленным правилам в целях достижения единства, требуемой точности, полноты и своевременности проводимых измерений, а также достоверности контроля параметров и ха-рактеристик изделий рКТ.

В течение нескольких десятилетий на предприятиях отрасли была соз-дана мощная метрологическая база, включающая широкий парк измери-тельной техники, в том числе эталоны, уникальные высокоточные рабочие средства измерений и измерительные системы, научные заделы техниче-ские проекты контрольно-измерительных средств, организационные струк-

— 19 —


туры метрологической службы и высококвалифицированные кадры специ-алистов, мощности по производству средств измерений.

Все это позволяло и позволяет обеспечивать единство и требуемую точ-ность измерений, достоверность контроля и таким образом получать, объек-тивно оценивать измерительную информацию, управлять ею и использовать при создании и эксплуатации техники требуемого качества и надежности.

организацию работ по метрологическому обеспечению создания, про-изводства, эксплуатации и утилизации рКТ осуществляет Метрологиче-ская служба Федерального космического агентства, приказ о создании ко-торой подписан руководителем роскосмоса 4 октября 2010 года. Этим же приказом утверждено Положение о Метрологической службе Федерально-го космического агентства, определяющее назначение, структуру, задачи и функции всех звеньев МС.

для рассмотрения проблем метрологического обеспечения рКТ и раз-работки рекомендаций по их решению при главном метрологе роскосмоса функционирует Совет главных метрологов организаций рКП, функции и порядок работы которого определяются Положением о нем, утвержден-ным руководством роскосмоса.

Помимо Совета главных метрологов организаций рКП в головных орга-низациях метрологической службы роскосмоса созданы научно-техниче-ские советы, в состав которых включены главные метрологи и специалисты организаций, входящих в сферу ответственности головной организации.

Большой объем работ метрологической службой роскосмоса посвяща-ется вопросам совершенствования нормативно базы метрологического обеспечения создания рКТ.

на сегодняшний день нормативную базу документов по стандартиза-ции рКТ в области метрологии составляют около 70 основополагающих стандартов отраслевой системы метрологического обеспечения качества (оСМоК), а также более 150 нормативных и методических документов на нормы, методы и средства измерений, контроля и испытаний, в том числе на методики (методы) измерений параметров.

для решения стоящих перед метрологией в рКП задач, в т. ч. в области нормативной базы метрологического обеспечения рКТ, особое внимание сегодня уделяется вопросам разработки документов программно-целевого планирования развития системы метрологического обеспечения рКТ: Про-граммы развития системы метрологического обеспечения ракетно-косми-ческой техники на период до 2020 г.; планов проведения мероприятий по метрологическому обеспечению рКТ; планов метрологического обеспече-ния создания ракетных и космических комплексов и др.

данные документы разрабатываются на основе федеральных целевых программ, планов-графиков создания рКТ и других плановых документов


— 20 —

с учетом мероприятий контрольно-проверочной работы роскосмоса, ин-спекционного контроля систем менеджмента качества и контроля за со-блюдением лицензионных требований, при участии головных организаций и метрологических служб интегрированных структур рКП.

Метрологической службой роскосмоса систематически проводится мо-ниторинг состояния и применения средств метрологического обеспечения, по результатам которого корректировалась программа по модернизации и развитию средств метрологического обеспечения, проводился анализ предложений в планы научно-исследовательских и опытно-конструктор-ских работ (ниоКр) по разработке рабочих эталонов и других средств ме-трологического обеспечения рКТ в рамках федеральных целевых про-грамм.

особое внимание уделяется проведению фундаментальных и приклад-ных научных исследований и работ в области обеспечения единства из-мерений по следующим базовым направлениям развития системы метро-логического обеспечения рКТ.

За последнее десятилетие в рамках проводимых ниоКр ведущими предприятиями отрасли (ФГУП «нПо «Техномаш», ФГУП Цниимаш, ФГУП «ЦЭнКи», оао «нииФи», ФГУП «нПЦ аП», ГнЦ ФГУП «Центр Кел-дыша», оао «нии ТП» и др.) созданы уникальные рабочие эталоны и сред-ства измерений, разработаны и актуализированы большое число норма-тивных документов по стандартизации рКТ, проведен большой комплекс мероприятий по анализу состояния метрологического обеспечения на всех стадиях жизненного цикла изделий рКТ.

В качестве приоритетных задач ниоКр на ближайшее время метроло-гической службы роскосмоса выделяются следующие:

• разработка проекта отраслевого перечня измерений, относящихся к сфере государственного регулирования обеспечения единства изме-рений;

• разработка и последующая корректировка Программы развития систе-мы метрологического обеспечения рКТ до 2020 года;

• переработка и аттестация в соответствии с требованиями ГоСТ р 8.563-2009 методик (методов) измерений параметров рКТ, содержа-щихся в отраслевых стандартах;

• проведение углубленного мониторинга и анализа состояния измерений в организациях рКП.В качестве основных системных направлений и приоритетных задач

развития метрологического обеспечения ракетно-космической промыш-ленности, можно выделить следующие направления:

• поэтапная оптимизация системы метрологического обеспечения рКТ с исключением дублирования и сокращением всех видов затрат, увя-

— 21 —


занная с развитием метрологической службы роскосмоса;• качественное повышение уровня технической оснащенности метроло-

гических служб предприятий рКП и информационного сопровождения при решении задач метрологического обеспечения рКТ;

• повышение автоматизации выполняемых функций при решении задач метрологического обеспечения, обеспечивающей установленный поря-док и методологию работ, а также сокращение времени их выполнения;

• разработка комплекса нормативных документов по метрологическому обеспечению рКТ, гармонизированных с документами по обеспечению единства измерений в российской Федерации;

• развитие научных исследований в области метрологического обеспече-ния рКТ;

• организация системы подготовки, переподготовки и повышения квали-фикации специалистов метрологических служб организаций рКП.очевидно, что решение данных задач невозможно без конструктивного

взаимодействия с организациями и общественными объединениями, осу-ществляющими деятельность по обеспечению единства измерений, спо-собными оказать содействие в решении задач метрологического обеспе-чения рКТ.

реализация рассмотренных направлений развития и совершенствова-ния метрологического обеспечения рКТ в условиях современного произ-водства позволит обеспечить требуемую точность и достоверность изме-рений параметров изделий рКТ и, как следствие, повысить их качество.


— 22 —

Метрологической службе цаги 50 лет: достижения и перспективы

В.В.Петроневич к.т.н., главный метролог ЦАГИ, начальник отделения ЦАГИ, доцент

А.И.Самойленко заместитель начальника отделения ЦАГИ

исполнилось 50 лет метрологической службе Центрального аэрогидро-динамического института им. проф. н.е.жуковского (ЦаГи) – одной из первых в стране метрологических служб предприятия. Многие годы метро-логическая служба ЦаГи исполняет функции головной и базовой органи-зации метрологической службы авиационной отрасли и несет ответствен-ность за метрологическое обеспечение экспериментальных исследований аэродинамики и прочности создаваемых летательных аппаратов при на-земных испытаниях. Метрологическая служба ЦаГи поддерживает более 100 рабочих эталонов, располагает рядом уникальных специальных эта-лонов, укомплектована опытным квалифицированным персоналом, аккре-дитована на право поверки, калибровки и сертификационных испытаний Си при их включении в Госреестр, а также аттестации методик измерений.

достоверность и метрологическая надежность измерений при проведе-нии экспериментальных исследований в ЦаГи стали приоритетным на-правлением деятельности института с момента его основания в 1918 году, поскольку именно измерительная информация, получаемая в результате опытов, лежит в основе познания большинства известных фундаменталь-ных законов природы. измерительная информация и сегодня является ос-новной продукцией уникальной экспериментальной базы ЦаГи, использу-емой при отработке конкретных типов летательных аппаратов. необходи-мость тщательной подготовки и высокой культуры проведения экспери-мента хорошо понимали отцы-основатели ЦаГи. одним из первых ученых института, систематически занимавшийся вопросами метрологического обеспечения измерений, был ученик н.е. жуковского Мусинянц Г.М., став-ший научным руководителем отделения измерительной техники и метро-логии после его создания в 1944 году. Важным этапом формирования ме-трологической службы ЦаГи стало образование в 1962 году научно-иссле-довательского отдела метрологии в составе отделения. отдел возглавил

— 23 —


д.т.н. Б.С. дубов [1], назначенный первым в стране главным метрологом предприятия (этот институт был введен в это время по решению коллегии Госстандарта СССр). Период бурного развития авиации сопровождался интенсивным ростом эталонной, методической и кадровой базы метроло-гической службы ЦаГи. В отделе работало 120 специалистов, ежегодно поверялось более 30 тысяч приборов. ЦаГи являлся головной и базовой организацией ведомственной метрологической службы по основным ви-дам измерений. Были достигнуты лидирующие позиции в области тензо-метрии, специализированных измерительных систем и оптико-физических методов. В области метрологии газовых потоков большой вклад внесли работы профессора а.н. Петунина [2]. При его активном участии разрабо-таны основополагающие нормативные документы, а в 1985 году был соз-дан Государственный эталон единицы скорости воздушного потока.

Принятие в 1993 г. Федерального Закона «об обеспечении единства измерений» потребовало существенной перестройки системы метрологи-ческого обеспечения измерений в ЦаГи [3]. Главной задачей стало по-строение эффективной организационной, правовой и технической основ метрологического комплекса ЦаГи, отвечающего нормативным требова-ниям законодательства и обеспечивающего повышение качества экспери-ментальных исследований в современных условиях. В соответствии с тре-бованиями международных стандартов серии иСо 9001 аккредитована система менеджмента качества (СМК) института. ее важным разделом яв-ляется процесс мониторинга измерений, регламентируемый рядом разра-ботанных документированных процедур (дП):

• Порядок ввода в эксплуатацию, консервации, утилизации средств из-мерений и испытательного оборудования. Перевод в индикаторы средств измерений;

• Порядок испытаний средств измерений с целью утверждения типа;• Порядок поверки и калибровки средств измерений;• Порядок аттестации испытательного оборудования;• Порядок аттестации методик выполнения измерений;• Порядок метрологической экспертизы технической документации;• Порядок метрологического контроля и надзора.

для оценки результативности процесса мониторинга измерений разра-ботан интегральный количественный критерий достигнутого уровня метро-логического обеспечения измерений.

1

1 ;n

MO i i ii

Y K Cn

s=

= D ⋅D ⋅Då

∆Кi =Кнов – относительное изменение количества эталонов в группе;Кбаз


— 24 —

∆C =Cнов – относительное изменение стоимости i-ой группы эталонов ме-

трологического комплекса;Cбаз

∆σ =σнов – относительное изменение стоимости i-ой группы эталонов ме-

трологического комплекса;σбаз

К – количество эталонов в группе;n – количество групп эталонов по видам измерений.

расчет критерия за отчетный период ведется относительно базовых по-казателей групп эталонов (видов измерений) метрологического комплекса по относительному изменению количества (номенклатуры) эталонов, их стоимости (новизна) и погрешностей (среднеарифметические значения по каждой группе). Полученное относительно единицы значение критерия на-глядно характеризует степень происшедших изменений. В данный момент руководством ЦаГи поставлена задача подготовки СМК института к аккре-дитации в системе международного авиационного стандарта аS 9100.

на рисунке 1 представлены состав, структура и основные функции ме-трологического комплекса ЦаГи, обеспечивающего реализацию постав-ленных задач. Созданный метрологический комплекс ЦаГи может стать базой отраслевого метрологического центра коллективного пользования. его организационную основу составляют:

• Метрологическая служба (на базе отделения измерительной техники и метрологии), аккредитованная на право поверки и калибровки 87 ти-пов средств измерений (Си), аттестации методик измерений и метроло-гической экспертизы технической документации;

• Государственный центр испытаний средств измерений (ГЦи Си), аккре-дитованный на право сертификационных испытаний Си с целью ут-верждения их типа (в стадии пролонгации);

• Центр аттестации испытательного оборудования (Цаио), аккредито-ванный на право аттестации 14 видов испытательного оборудования в интересах обороны и безопасности (в стадии пролонгации);

• отдел технического контроля (оТК), в состав которого входит централь-ная измерительная лаборатория (ЦиЛ), осуществляющие контроль ка-чества производственной продукции института и необходимые техни-ческие измерения.Правовой основой метрологического комплекса являются представлен-

ные на схеме аттестаты аккредитации по направлениям деятельности. ежегодно выполняется комплекс работ по их поддержанию и при необхо-димости пролонгации:

— 25 —


• аттестат аккредитации росстандарта на право поверки Си, впервые по-лученный метрологической службой ЦаГи в 1997 году, одной из первых среди предприятий страны. Поверочная деятельность организована в со-ответствии с документированной процедурой. ежегодно составляется перечень и график поверки Си, насчитывающий порядка 3000 единиц ис-пользуемых приборов. имеется 14 аттестованных поверителей. Создана автоматизированная информационная система планирования и учета по-верочной деятельности (аиС-М), с помощью которой формируются еже-месячные отчеты для исполнения контрольной и надзорной функций;

• аттестат аккредитации российской системы калибровки на право вы-полнения калибровочных работ в соответствии с областью аккредита-ции на право поверки Си. По результатам работ оформляются Серти-фикаты о калибровке установленной формы;

• аттестат аккредитации на право аттестации методик измерений (МВи) и метрологической экспертизы технической документации. Впервые

рисунок 1. Метрологический комплекс ЦаГи.


— 26 —

был получен в 2007 году. работа организована в соответствии с доку-ментированной процедурой. При разработке МВи по аналогии с мо-дульным программированием используется технология создания слож-ных – составных МВи, в которых используются простые – ординарные МВи. реестр используемых МВи насчитывает 20 аттестованных и 3 стандартизованных МВи. В соответствии с потребностью планиру-ется существенно расширить объем работ по этому направлению.

• аттестат аккредитации росстандарта на право сертификационных ис-пытаний Си с целью утверждения их типа по пяти видам измерений, впервые полученный в 2005 году (в стадии пролонгации). работа орга-низована в соответствии с документированной процедурой. За это вре-мя проведены испытания и включены в Госреестр более 20 типов Си;

• аттестат аккредитации ГнМЦ Мо рФ на право аттестации испытатель-ного оборудования, впервые полученный в 2005 году (в стадии пролон-гации). область аккредитации включает 14 видов испытательного обо-рудования: трубы аэродинамические; пилотажные стенды для испыта-ний систем управления; стенды ресурсных испытаний; установки ви-броусталостных испытаний; стенды статических и повторно статиче-ских испытаний; безэховые камеры; стенды по измерению характери-стик отражения материалов; камеры климатические для статических и повторно-статических испытаний; стенды-копры; установки для экс-периментального определения нестационарных характеристик; возбу-дители электродинамические с усилителями мощности для частотных испытаний конструкций; скоростные гидростенды; катапульты плаваю-щие; стенды для определения массы, координат центра масс и момен-тов инерции физических тел. работа организована в соответствии с до-кументированной процедурой по специальным методикам. на данный момент реестр аттестованного испытательного оборудования включает более 30 единиц. В соответствии с потребностью планируется суще-ственно расширить объем работ по этому направлению.Технической основой метрологического комплекса является база рабо-

чих исходных эталонов физических величин и специальных эталонов. В на-стоящее время она насчитывает 118 единиц, которые распределены на восемь групп. В таблице 1 представлена общая характеристика эталонной базы и высшие разряды по каждой группе.

Эталоны являются объектом государственного метрологического кон-троля и надзора, который регулярно проводится комиссиями росстандар-та. ежегодно выполняется комплекс работ по их техническому обслужива-нию, сличению с вышестоящими эталонами, которые хранятся в учрежде-ниях росстандарта, актуализации нормативной документации. В послед-нее время произошло существенное обновление исходных эталонов фи-

— 27 —

ПЛенарное ЗаСедание

зических величин. на базе современных прецизионных средств измерений созданы автоматизированные рабочие места (арМ) поверителей средств измерения давления, температуры и электрических величин, обновляются и модернизируются эталонные силоизмерительные машины. на рисунке 2 показан зал эталонных силоизмерительных машин 1-го разряда на 50, 500, 1000 и 5000 кн.

рисунок 2 Зал эталонных силоизмерительных машин 50, 500, 1000 и 5000 кн

Таблица 1Рабочие эталоны

Всего 118 единиц, в том числе Высшие разряды

Параметры по-тока

7 Государственный эталон – копия скоро-сти воздушного потока до 100 мс

Геометрические величины

25 Штрих–мера 1 разряда:L=1 м; D= 0,3 мкм

Масса 12 набор гирь и весов до 300 кг;D=0,0001г (AF-R220CE)

Сила 23 Силоизмерительные машины 1 разрядана 50, 1000 и 5000 кн

давление 18 Манометр абсолютного давления 1 разряда Мад 8; d=0,005%

Температура 13 Термостат ТПП-1.1 D=0,01°С;Термометр 1 разряда ПТС-10М , D=0,005°С;

Влажность 3 Генератор влажности родник-2 d=0,5%оВЭлектрические величины

17 Калибратор универсальный 1 разряда н4-12:Тензокалибратор BN-100, класс точности 0,0005


— 28 —

особенностью экспериментальных исследований в ЦаГи является ши-рокое использование специально разработанных, уникальных средств из-мерений, которые обеспечивают основной объем экспериментальных ис-следований института. для воспроизведения и передачи единиц физиче-ских величин таким рабочим средствам измерения были созданы специ-альные эталоны, не имеющие аналогов в институтах росстандарта:

• Комплекс стендов для метрологических исследований и паспортизации многокомпонентных аэродинамических тензовесов, измеряющих аэро-динамические нагрузки на модели летательных аппаратов (Ла) при ис-пытаниях в аэродинамических трубах (рисунок 3). Стенды позволяют задавать необходимые для получения рабочих формул весов сочета-ния компонентов нагрузок одновременно по трем осям силы в диапазо-не от 10 н до 40 кн и трем моментам сил с погрешностью 0,05…0,1%.

• Стенды для метрологических исследований и паспортизации многото-чечных модулей давления (ММд). Созданы малогабаритные модули на 24, 32, 48, 64 и 128 точек измерения давления. измерительные систе-мы на базе ММд позволяют исследовать распределение давления на поверхности моделей Ла более чем в 1000 точек. Метрологические стенды обеспечивают автоматизацию всех процессов задания давле-ния, измерения сигналов ММд, обработки и представления результа-тов. диапазоны давления (0,05…5)×105 Па, погрешность ±10 Па;

• Стенд СТа-1 для метрологических исследований, поверки и кали-бровки тензометрической аппаратуры и систем. Стенд обеспечивает автоматизацию трудоемкого процесса метрологических исследований и паспортизации многоканальной широкополосной (до 100 кГц) аппа-ратуры;

• Установки для метрологических исследований и калибровки люминес-центных преобразователей давления (ЛПд). Преобразователи пред-ставляет собой покрытие чувствительное к давлению и температуре и позволяет панорамно исследовать распределение давления на по-верхности моделей Ла без дренажа модели. Перед нанесением на по-верхность модели Ла образец ЛПд на пластине помещают в специаль-ную кювету метрологической установки и калибруют в заданном диа-пазоне давления и температуры;

• Средства для метрологических исследований и калибровки видеограм-метрических систем. Системы обеспечивают бесконтактные измерения (до сотен тысяч точек) геометрических параметров формы, движения и деформации испытываемых объектов с пространственным (от мкм) и временным (от мкс) разрешением. Калибровка систем основана на применении специальных реперных устройств, методик и математиче-ских моделей;

— 29 —

ПЛенарное ЗаСедание

• Установка для воспроизведения единиц деформаций УГТ-1. Установка обеспечивает метрологические исследования, сертификационные ис-пытания и паспортизацию тензорезисторов и оптоволоконных датчиков деформации. основные технические характеристики: воспроизводи-мая деформация 3000×млн-1; дискретность задания 2 млн-1; погреш-ность 0,5%, габариты балки чистого изгиба 16´20´350 мм.

рисунок 3 Комплекс стендов для калибровки аэродинамических тензовесов

развитие и сохранение базы рабочих исходных и специальных этало-нов, являющихся основой обеспечения единства измерений и необходимо-го уровня качества экспериментальных исследований, является приоритет-ным, стратегическим направлением работ метрологического комплекса ЦаГи. необходимо подчеркнуть, что накопленный в течение многих деся-тилетий научно-технический потенциал ЦаГи в области метрологического обеспечения измерений может быть востребован не только авиационно-космической, но и другими отраслями промышленности. одним из конкрет-ных примеров таких работ в области метрологии газовых потоков является создание рабочего эталона единицы скорости воздушного потока «ЭМС-0,1/60» для диапазона скоростей 0,1…60 м/с [4] (рисунок 4).

рисунок 4 – общий вид рабочего эталона единицы скорости воздушного потока «ЭМС-0,1/60»


— 30 —

Подводя итоги презентации метрологического комплекса ЦаГи, необ-ходимо отметить, что по мере развития уровня техники и технологии, в ус-ловиях модернизации экономики авиационно-космической и других отрас-лей промышленности, необходимости создания более эффективных инте-грированных организационных структур вопросы метрологического обе-спечения исследований по созданию новой техники становятся одними из наиболее приоритетных. При этом для достижения адекватного современ-ным требованиям уровня достоверности, качества измерений и обеспече-ния их единства крайне важно гармоничное сочетание рассмотренных ор-ганизационных, правовых и технических основ. В перспективе для наибо-лее полного учета отраслевой специфики и оптимизации ресурсов осно-вой метрологического обеспечения измерений могут стать отраслевые центры коллективного пользования ведущих институтов и предприятий по отраслям промышленности.

Литература1. дубов Б.С. основы обеспечения качества испытаний в аэродинами-

ческих трубах. М., БГ, 2003.2. Петунин а.н. Методы и техника измерений параметров газового по-

тока. М., Машиностроение, 1996.3. Богданов В.В., Маскаев В.К., Самойленко а.и. Метрологическое обе-

спечение измерений. датчики и системы. 2004. № 34. Самойленко а.и., Маскаев В.К. рабочий эталон единицы скорости

воздушного потока «ЭМС-0,1/60». датчики и системы. 2010. № 5

— 31 —

СеКЦиЯ 1

Вопросы метрологического обеспечения эталонов (аттестация эталонов)

Лахов В.М. заместитель директора ФГУП «ВНИИМС», к.ф.-м. н., профессор.

Эталоны единиц величин являются важнейшим звеном в централизо-ванных схемах прослеживаемости результатов измерений, получаемых с помощью средств измерений или методик измерений.

Требования к эталонам единиц величин приводятся во многих докумен-тах международных метрологических организаций, прежде всего в доку-ментах Международной организации законодательной метрологии (МоЗМ) и в национальных нормативных и нормативно-правовых актах.

В нашей стране требования к эталонам единиц величин в концентриро-ванном виде сформулированы в статье 7 Федерального закона от 26 июня 2008г. № 102-ФЗ ,, об обеспечении единства измерений ‘’.

В целях реализации положений статьи 7 Федерального закона ,, об обеспечении единства измерений ‘’ и внедрения в стране метрологических международных документов, и дальнейшего развития эталонной базы россии, Правительство российской Федерации 27 сентября 2010 года за № 734 приняло постановление ,, об эталонах единиц величин, используе-мых в сфере государственного регулирования обеспечения единства из-мерений ‘’.

Минпромторгу россии и росстандарту было поручено организовать ре-ализацию данного Постановления. для этого росстандарт своим приказом № 379 от 31 мая 2012 года утвердил ,, Временный порядок аттестации и утверждения эталонов единиц величин, используемых в сфере государ-ственного регулирования обеспечения единства измерений ‘’.

В данном докладе приводятся и анализируются результаты работ по реализации Постановления № 734 и Временного порядка, а также рассма-триваются выявленные при проведении работ по аттестации эталонов проблемы для всех видов эталонов: государственных первичных эталонов единиц величин, государственных эталонов единиц величин и эталонов юридических лиц и индивидуальных предпринимателей, применяемых в сфе-ре государственного регулирования обеспечения единства измерений.


— 32 —

Эталоны и испытательное оборудование применительно к задачам авиационно-космической

промышленностиЕ.П. Кривцов

К.т.н., ФГУП «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева»

Обзор возможностей и перспектив развития эталонной базы ВНИИМ им. Д.И. Менделеева для решения задач метрологического обеспече-ния измерительного и испытательного оборудования аэрокосмиче-ского комплекса.

ФГУП «ВнииМ им. д.и. Менделеева» является старейшим метрологи-ческим учреждением россии. он основан в 1842 г. и к началу 20 века здесь сформировалась эталонная база, соответствующая уровню промышленно развитого государства. В настоящее время в рФ функционируют еще 6 ме-трологических институтов и общее число государственных первичных эта-лонов (ГПЭ) превысило 150. Эталоны разрабатываются в соответствии с задачами науки, промышленности и технологического потенциала стра-ны. аэрокосмическая отрасль выдвигает наиболее жесткие требования к ма-териалам, конструкциям и технике, в том числе измерительной. Метроло-гические требования в первую очередь касаются экстремальных условий эксплуатации аппаратуры и точности измерений, которая в ряде случаев является предельно достижимой.

Уровень национальных эталонов, как правило, оценивается по резуль-татам их участия в международных сличениях, в которых определяется степень их эквивалентности эталонам других стран и в базе данных МБМВ регистрируются калибровочные и измерительные возможности. В то же время аэрокосмическая сфера долгое время развивалась ограниченным числом стран, в которых разрабатываемые для решения метрологических задач установки не всегда приобретали статус национальных эталонов. Соответственно, для ряда ориентированных на аэрокосмическую про-мышленность российских эталонов ключевые сличения не проводятся, возможности сравнения с зарубежными аналогами ограничены. Это, тем не менее, не снижает уровень таких ГПЭ, а само использование для реше-ния задач авиационно-космической отрасли характеризует их значимость в составе эталонной базы рФ.

— 33 —

СеКЦиЯ 1

ВнииМ им. д.и. Менделеева является хранителем 53 ГПЭ единиц ве-личин. По российской классификации видов измерений [1] эталонная база ВнииМ представлена в семи из 11 групп. Вне сферы интересов института остаются лишь измерения времени и частоты, радиотехнические и радио-электронные измерения, измерения акустических величин, а также опти-ко-физические измерения. По классификации МБМВ институт представ-лен в семи из девяти его консультативных комитетов [2].

Возможности и перспективы эталонной базы ВнииМ можно предста-вить в соответствии с задачами, решаемыми аэрокосмическим комплек-сом. Учитывая, что речь идет о первичных эталонах, рассмотрим лишь задачи, требующие высшего уровня точности.

инерциальная навигация требует предельно достижимой точности в области линейной акселерометрии. Существующий ГПЭ в настоящее время обеспечивает достаточный запас точности при калибровке средств измерений (Си), используемых в составе инерциальных навигационных систем (инС). Тем не менее, проработаны научно-технические решения для модернизации ГПЭ и создания эталонно-испытательного комплекса, обеспечивающего расширение диапазона и дополнительные функцио-нальные возможности.

Угловая ориентация является второй важнейшей задачей инС подвиж-ных объектов, угловые перемещения в неинерциальных системах отсчета обеспечивают работу многочисленных систем управления. При этом, хотя гироскопические приборы и прецизионные преобразователи угла, как пра-вило, не являются Си, для их разработки и производства необходимо эта-лонное и испытательное оборудование, отдельные экземпляры которого созданы и успешно эксплуатируются.

Важнейшим направлением авиационно-космической промышленности является двигателестроение. новые возможности для этого направления дает завершившаяся модернизация ГПЭ единицы силы, в результате кото-рой при увеличении точности диапазон передачи единицы расширен почти на порядок в область больших значений и проработаны методические во-просы дальнейшего увеличения верхнего предела измерений. Среди пер-спективных метрологических задач необходимо отметить обеспечение единства измерений в области переменных сил.

При разработке, испытаниях и эксплуатации изделий аэрокосмической промышленности всегда есть потребность в высокоточных измерениях температуры и теплового расширения конструкционных материалов в ши-роком диапазоне температур. Существующие ГПЭ ВнииМ обеспечивают единство таких измерений, а завершающаяся в настоящее время модер-низация ГПЭ единицы ТКЛр позволяет расширить верхнюю границу тем-пературного диапазона до 2000 К.


— 34 —

Эталоны ВнииМ наиболее широко представляют виды измерений, ис-пользуемые в аэрокосмической промышленности, являются верхним зве-ном системы обеспечения единства измерений в этих видах, разработки на основе ГПЭ успешно применяются в ведомственных метрологических и испытательных центрах и могут быть основой для их развития.

Литература1. Ми 2222-92 рекомендация. ГСоеи. Виды измерений. Классификация.2. http://www.bipm.org/en/committees/cc/.

— 35 —

СеКЦиЯ 1

Вопросы применения в испытаниях метрологических понятий

прослеживаемость, погрешность и неопределенностьА.С.Дойников

Д.т.н., Главный метролог ФГУП «ВНИИФТРИ»

Сделан обзор определений основных метрологических понятий и по-ложений по современным нормативным документам, которые реко-мендуется использовать при испытаниях и подтверждении соответ-ствия продукции. Определения понятий дополнены комментариями, уточняющими их смысл для правильного применения в различных рас-смотренных процедурах.

Целью настоящего доклада является концептуальный обзор современ-ных понятий и положений нормативных документов, которые рекоменду-ется использовать при испытаниях и подтверждении соответствия продук-ции. далее приведены определения основных понятий и комментарии, уточняющие их смысл для правильного применения.

Испытания – экспериментальное определение количественных и (или) качественных свойств объекта испытаний как результата воздействия на него, при его функционировании, при моделировании объекта и (или) воз-действий [1]. определение свойств объекта может осуществляется путем измерений. Положения по классификации количественных и качественных измеряемых свойств и соответствующих шкал измерений, имеются в [2-5]. Важнейшим признаком любых испытаний является принятие на основе их результатов решений о соответствии продукции установленным требовани-ям. общие принципы по оценке соответствия установленным требованиям изложены в стандарте [6]. отметим, что стандарт [7] не соответствует со-временным общим принципам [6], по которым решение о соответствии при-нимается с учетом неопределенности измерений. другим признаком испы-таний является задание определенных условий испытаний – совокупность воздействий на объект и режимов функционирования объекта.

Средство испытаний – техническое устройство, вещество и (или) ма-териал для проведения испытаний. Этим понятием охватываются любые технические средства, применяемые при испытаниях (рис. 1). Испыта-тельное оборудование – техническое устройство для воспроизведения


— 36 —

условий испытаний. В средства испытаний включаются средства измере-ний, как встроенные в испытательное оборудование, так и применяемые при испытаниях для измерений свойств объекта или контроля условий ис-пытаний. К средствам испытаний относят также вспомогательные техниче-ские устройства, вещества и материалы , применяемые при испытаниях.

Результат испытаний – оценка характеристик свойств объекта, уста-новления соответствия объекта заданным требованиям по данным испы-таний, результатов анализа качества функционивания объекта в процессе испытаний.

Аттестация испытательного оборудования [8] – определение нор-мированных точностных характеристик испытательного оборудования (ио), их соответствия требованиям нд и установление пригодности этого ио к эксплуатации. основная цель аттестации ио – подтверждение воз-можности воспроизведения условий испытаний в пределах допускаемых отклонений. Подтверждение соответствия ио этому требованию тоже не-обходимо выполнять, руководствуясь принципами [6] с учетом неопреде-ленности измерений величин, характеризующих условия испытаний.

Средства испытаний

Средства измерений Поверка, калибровка

Вспомогательные средства испытаний

Испытательное оборудование Аттестация

Средства испытаний

Средства измерений Поверка, калибровка

Вспомогательные

средства испытаний

Испытательное оборудование Аттестация

рисунок 1. Классификация средств испытаний [1].

Современный смысл метрологических понятий уточнен и опреде-лен в [4, 5, 9-14] и в проекте новой редакции рекомендации [15].

Прослеживаемость – свойство эталона или средства измерений, заклю-чающееся в документально подтвержденном установлении их связи с госу-дарственным первичным эталоном посредством поверки или калибровки. [9]. Эталон [4, 5, 9, 10] – устройство, предназначенное и утвержденное для воспроизведения и (или) хранения и передачи шкалы или размера единицы измерений средствам измерений. Эталоном в некоторых случаях может быть не искусственно созданное устройство, а естественный объект [5, 14]. используются также следующие понятия, связанные с прослеживаемостью

— 37 —

СеКЦиЯ 1

[5, 10]. Метрологическая прослеживаемость – свойство результата изме-рения, в соответствии с которым результат может быть соотнесен с основой для сравнения (реализацией единицы или методики измерений) через доку-ментированную непрерывную цепь калибровок, каждая из которых вносит вклад в неопределенность измерений. Цепь метрологической прослежи-ваемости – последовательность эталонов и калибровок, которые использу-ются для соотнесения результата измерения с основой для сравнения.

Опорное значение величины [10] – значение величины, используе-мое как основа для сравнения со значением величины того же рода. опор-ным значением величины может быть истинное значение измеряемой ве-личины, в таком случае оно неизвестно, или приписанное (стандартизо-ванное) значение величины, в таком случае оно известно. опорное значе-ние величины, со связанной с ним неопределенностью измерения, обычно сопровождается ссылкой на: материал, например, стандартный образец; прибор, например, стабилизированный лазер; исходную процедуру изме-рений; сличение эталонов. По смыслу обобщенное понятие «приписанное значение величины» охватывает понятие «действительное значение вели-чины» ─ настолько близкое к истинному экспериментальное значение, что в поставленной измерительной задаче может быть использовано вместо него. По отношению к качественным свойствам применим термин «опор-ное значение качественного свойства». например, опорным значением местоположения является значение координат, приписанных геодезиче-скому пункту в заданной системе координат [14].

Термин «принятая опорная шкала» [10] практически необходимо при-менять не только к измеряемым величинам, но и к качественным свой-ствам. Принятыми опорными шкалами измерений одномерных величин являются стандартизованные шкалы времени: национальная шкала атом-ного времени Та, национальная шкала координированного времени UTС(SU), системная шкала времени ГЛонаСС. Принятыми опорными шкалами измерений местоположении, векторов скорости и ускорения дви-жения являются принятые в навигации общеземные, региональные и ло-кальные системы координат.

Погрешность измерения [10] – разность между измеренным значени-ем величины и опорным значением величины. Погрешность измерения качественных свойств, порядковых и многомерных величин – отклонение результата измерения от опорного значения качественного свойства или измеряемой величины. В двухмерных шкалах и шкалах большей мерности погрешность характеризуется отклонением точки шкалы, соответствую-щей результату измерения, от точки шкалы, соответствующей опорному значению в соответствующем модельном пространстве [4, 14]. В коорди-натных (навигационных) измерениях при описании погрешностей измере-


— 38 —

ний местоположения необходимо указывать к какой шкале относятся ре-зультаты измерений и что принимается за опорное значение измеряемого качественного свойства – местоположения. Можно говорить о разностях измеренных и истинных координат местоположения. Такая погрешность не может быть выражена одним числом (их три).

Понятие погрешность измерения может использоваться двояко. Когда имеется единственное опорное значение величины, как в случае кали-бровки по эталону, у которого измеренное значение величины имеет пре-небрежимо малую неопределенность измерений, или когда дано принятое значение величины, погрешность измерения известна. В других случаях, когда предполагается, что измеряемая величина представлена единствен-ным истинным значением величины или совокупностью истинных значе-ний в пренебрежимо малом диапазоне, погрешность измерения неизвест-на. истинное значение величины не может быть определено. Это понятие применяют только в теоретических исследованиях. на практике использу-ют опорное значение величины Xо и погрешность измерения Δ определяют по формуле Δ = Xизм – Xо , где Xизм – значение величины, полученное путем измерения (результат измерения); Xо – значение, приписываемое конкрет-ной величине и принимаемое, часто по соглашению, как имеющее неопре-деленность, приемлемую для данной цели.

Таким образом, по определению, понятие «погрешность измерения» от-носится только к конкретному результату измерения, полученному с ис-пользованием конкретного экземпляра средства измерений. Погрешность измерения величины имеет конкретное положительное или отрицательное значение. Это неизвестное или оцениваемое значение получается в ре-зультате сложения в эксперименте со своими положительными или отрица-тельными знаками систематической погрешности и реализованной случай-ной погрешности. нет оснований придавать погрешности измерения смысл статистического параметра какого-либо множества реальных или предпо-лагаемых значений. «Погрешность» и «неопределенность» представляют собой различные понятия; их не следует путать друг с другом или непра-вильно использовать.

В соответствии с [14] «погрешность навигационного определения» есть пространственный вектор, характеризующий отклонение измеренного с использованием ГнСС местоположения потребителя от его истинного местоположения в заданной системе координат. Пределами погрешностей измерений местоположения является замкнутая ограничительная поверх-ность вокруг точки пространства, соответствующей опорному значению местоположения этой точки в соответствующей системе координат. нео-пределенностью измерений местоположения точки является соответству-ющая возможному рассеянию результатов измерений местоположения об-

— 39 —

СеКЦиЯ 1

ласть пространства, в которой предположительно находится эта точка в соответствующей системе координат.

Относительная погрешность – отношение Δ/Xо погрешности измере-ния Δ к опорному значению измеряемой величины Xо. Заменять в этом от-ношении опорное значение на результат измерения не рекомендуется, так как это противоречит определению понятия «погрешность измерения».

Систематическая погрешность измерения – составляющая по-грешности измерения, которая в повторных измерениях остается посто-янной или изменяется предсказуемым образом. Систематическая по-грешность измерения равна погрешности измерения минус случайная погрешность измерения [10]. необходимо иметь в виду, что при опреде-лении разности указанных погрешностей каждую из них берут со своим положительным или отрицательным знаком. опорным значением вели-чины для систематической погрешности измерения является истинное значение величины или измеренное значение величины эталона с не-значительной неопределенностью измерения, или приписанное (стан-дартизованное) значение величины. Систематическая погрешность из-мерения и ее причины могут быть известны или неизвестны. Поправка может быть применена для компенсации известной систематической по-грешности измерения.

Случайная погрешность измерения – составляющая погрешности измерения, которая в повторных измерениях изменяется непредсказуе-мым образом. Случайная погрешность измерения – погрешность измере-ния минус систематическая погрешность измерения [10]. необходимо иметь в виду, что при определении разности указанных погрешностей каж-дую из них берут со своим положительным или отрицательным знаком. опорным значением величины для случайной погрешности измерения яв-ляется среднее значение, получаемое в результате бесконечного числа повторных измерений одной и той же измеряемой величины. Случайная погрешность измерения ряда повторных измерений образует распределе-ние, которое может быть описано его математическим ожиданием, обычно предполагаемым равным нулю, и дисперсией.

Неопределенность измерения – неотрицательный параметр, харак-теризующий разброс значений величины, приписываемых измеряемой ве-личине на основе используемой информации. неопределенность измере-ния включает в себя составляющие, обусловленные систематическими эффектами, связанными с поправками и приписанными эталонам значе-ниями величин, а также с неопределенностью определения измеряемой величины. иногда оцененные систематические эффекты не исключают из связанных с ними составляющих неопределенности измерений. Параметр может быть, например, стандартным отклонением, называемым стан-


— 40 —

дартной неопределенностью измерения или половиной ширины интер-вала, имеющего установленную вероятность охвата. В общем случае не-определенность измерения содержит много составляющих. некоторые из этих составляющих могут быть оценены по типу а из статистического рас-пределения значений величины в серии измерений и охарактеризованы стандартным отклонением. другие составляющие, которые могут быть оценены по типу В, также могут быть охарактеризованы стандартным от-клонением, оцененным по другой информации. Расширенная неопреде-ленность – произведение суммарной стандартной неопределенности на коэффициент охвата.

неопределенность измерения, как параметр, характеризует рассеяние множества возможных значений результатов измерений в рассматривае-мой измерительной ситуации, но не погрешность конкретного результата измерения. например, возможен случай, когда результат измерения имеет пренебрежимо малую погрешность при большой неопределенности.

В приведенных выше определениях и комментариях к ним подчеркнуто принципиальное различие понятий «погрешность измерения» и «неопреде-ленность измерения». рекомендации по корректному применению этих по-нятий в конкретных метрологических ситуациях изложены в [11]. некоррект-ность применения понятия «погрешность» проявляется при смешении его с другими по смыслу понятиями, такими как «характеристики погрешности результата измерения», «доверительные границы погрешности», «пределы погрешности». При этом забывается, что конкретная погрешность не явля-ется статистическим параметром и всегда имеет определенный (положи-тельный или отрицательный) знак. В рекомендациях [11] предложено общее правило: результаты измерений в большинстве метрологических ситуаций характеризуются неопределенностью, а нормативы точности средств изме-рений, измерительных и контрольных процедур характеризуются параме-трами, опирающимися на погрешность [16-19]. Таким образом, понятия «не-определенность» и «погрешность» рекомендуется гармонично использо-вать без взаимного противопоставления и исключения одного из них.

Конкретные результаты измерений в любых метрологических ситуа-циях однозначно могут быть охарактеризованы неопределенностью. При-менение понятия погрешности к результатам измерений возможно только в теоретических рассуждениях.

Государственные (национальные) первичные эталоны характеризуют-ся по [17] границами составляющих погрешностей, которые используются для оценки неопределенности результатов измерений на них при сличе-нии и при передаче от них размеров единиц.

В аттестованных методиках измерений (Ми) устанавливают совокуп-ность операций и правил, выполнение которых обеспечивает получение

— 41 —

СеКЦиЯ 1

результата измерения с погрешностью, не превышающей установленных пределов (норм) погрешностей измерений. результаты измерения по этим Ми не требуется сопровождать конкретной характеристикой точности. ре-зультаты измерения по Ми, точность которых определяют в процессе их применения, рекомендуется сопровождать оценками неопределенности измерения.

При калибровке средств измерений (Си) устанавливают при опреде-ленных условиях соотношение между значением величины по показаниям Си и соответствующим значениям, реализуемым с помощью эталона. Ка-либровка не является процедурой подтверждения соответствия. По ре-зультатам измерений, характеризуемых неопределенностью, при кали-бровке могут быть оценены поправки (систематические составляющие погрешностей) к показаниям конкретных экземпляров Си или уточнены реализуемые Си значения. Это относится и к результатам градуировки Си в процессе калибровки.

Нормирование метрологических характеристик СИ осуществляют, опираясь на понятие «погрешность» и, руководствуясь стандартами [18, 19]. При этом используют пределы допускаемых погрешностей разных эк-земпляров Си данного утвержденного типа.

При поверке СИ (подтверждении их соответствия установленным тре-бованиям) используют эталоны и оперируют установленными для Си нор-мами пределов их погрешностей. Поэтому в методиках рекомендуется ука-зывать, в каком соотношении (см. рис. 2) должны находиться интервал, охватываемый расширенной неопределенностью измерений при поверке, и области недопустимых значений, обусловленные допустимыми предела-ми погрешностей Си, а также критерии годности Си с учетом неопреде-ленности измерений при поверке в соответствии с общими принципами подтверждения соответствия по [6].

U U

X Xи Xд

Xи+U Xи-U

Xд-Δн Xд+ Δв

рисунок 2. Схема учета неопределенности при подтверждении соответ-ствия: Хд – опорное (действительное) значение (эталона); Хи – показания поверяемого прибора (номинальные значения); Dн, Dв – нижний и верхний

пределы допускаемой погрешности поверяемого средства измерений (обычно Dн = Dв = D); U – расширенная неопределенность.


— 42 —

При аттестации испытательного оборудования (ио) необходимо определять находится ли результат измерения исследуемого параметра ио в пределах поля допустимых отклонений задаваемых значений этого параметра с учетом расширенной неопределенности измерения по прин-ципам, изложенным в [6].

При подтверждении соответствия продукции по [6] определяют на-ходится ли результат измерения исследуемого параметра в пределах поля допустимых значений этого параметра (см. рис. 3) с учетом расши-ренной неопределенности измерения, в которой должны быть учтены со-ставляющие неопределенности, обусловленные допустимыми отклоне-ниями параметров условий испытаний. для оценки неопределенностей измерений рекомендуется использовать способы, изложенные в стандар-тах [20-22].

rдоп l rнд a) ─────────────────┼─────────────── rнд l rдоп b) ─────────────────┼─────────────── rнд l1 rдоп l2 rнд c) ────────────┼─────────┼────────── rдоп l1 rнд l2 rдопd) ────────────┼─────────┼──────────

рисунок 3. Варианты разделения значений измеряемой величины на области допустимых Rдоп и недопустимых Rнд значений.

L, L1, L2 – пределы поля допуска.

Литература1. ГоСТ 16504─81. Система государственных испытаний продукции. ис-

пытания и контроль качества продукции. основные термины и определения.2. дойников а.С. измеряемые свойства//измерительная техника. 2002.

№ 11. С. 50–56; Doynikov A. S. Measurable Properties//Measurement techniques. 2002. V. 45. N. 11. P. 1183–1191.

3. Брянский Л.н., дойников а.С., Крупин Б.н. Метрология. Шкалы, этало-ны, практика. М: изд-во ВнииФТри, 2004. (см. [офиц. сайт] www.vniiftri.ru /новости, Публикации).

4. рМГ 83–2007. ГСи. Шкалы измерений. Термины и определения. (см. также рекомендацию КооМеТ R/GM/20:2009 [офиц.сайт] www.coоmet.org./RU/doc/r 20-2009).

5. дойников а.С., Брянский Л.н., Крупин Б.н. Справочник по метроло-гии. – М: ФГУП «Стандартинформ», 2010. – 144 с.

6. ГоСТ р иСо 10576-1-2006. Статистические методы. руководство по оценке соответствия установленным требованиям. Часть 1. общие принципы.

— 43 —

СеКЦиЯ 1

7. ГоСТ р 51672–2000. Метрологическое обеспечение испытаний про-дукции для целей подтверждения соответствия. основные положения.

8. ГоСТ р 8.568-97. ГСи. аттестация испытательного оборудования. основные положения.

9. Федеральный закон рФ «об обеспечении единства измерений» от 26.06.2008 г. № 102-ФЗ.

10. Международный словарь по метрологии: основные и общие поня-тия и соответствующие термины: пер. с англ. и фр. / Всерос. науч.-исслед. ин-т метрологии им. д.и. Менделеева, Белорус. гос. ин-т метрологии. – СПб.: нПо «Профессионал», 2010. – 84 с.; International vocabulary of metrology: Basic and general concepts and associated terms (VIM). JCGM 200:2008 (E/F).

11. рМГ 91–2009. ГСи. Совместное использование понятий «погреш-ность измерения» и «неопределенность измерений». общие принципы. (см. также рекомендацию КооМеТ R/GM/21:2011 [офиц. сайт] www.coоmet.org./ RU∕doc∕r 21-2011).

12. ГоСТ р 8.699–2010. ГСи. Величины, единицы, шкалы измерений, используемые в глобальной навигационной спутниковой системе.

13. р 50.2.079–2011. ГСи. Координатно-временные измерения. Терми-ны и определения.

14. ГоСТ р 8.739–2011. ГСи. Эталоны для координатно-временных из-мерений. основные положения. Способы выражения погрешностей.

15. рМГ 29-99. ГСи. Метрология. основные термины и определения.16. ГоСТ 8.567–99. ГСи. измерения времени и частоты. Термины

и определения.17. ГоСТ 8.381–2009. ГСи. Эталоны. Способы выражения точности.18. ГоСТ 8.401–80. ГСи. Классы точности измерений. общие требования.19. ГоСТ 8.009–84. ГСи. нормируемые метрологические характеристи-

ки средств измерений.20. ГоСТ р 54500.1-2011/ руководство иСо/МЭК 98-1:2009. неопреде-

ленность измерения. Часть 1. Введение в руководства по неопределен-ности измерения.

21. ГоСТ р 54500.3-2011/ руководство иСо/МЭК 98-3:2008. неопреде-ленность измерения. Часть 3. руководство по выражению неопределен-ности измерения.

22. ГоСТ р 54500.3.1-2011/ руководство иСо/МЭК 98-3:2008/ дополне-ние 1: 2008. неопределенность измерения. Часть 3. руководство по вы-ражению неопределенности измерения. дополнение 1. Трансформирова-ние распределений с использованием метода Монте-Карло.

автор дойников александр Сергеевич, Главный метролог ФГУП «Вни-иФТри», д.т.н., действительный член метрологической академии.


— 44 —

Аттестация программного обеспечения испытательного оборудования, использующегося при измерениях

Д.П. Бачурин ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России

А.В. Яшин Д.т.н., ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России

В докладе рассмотрены подходы, методы и опыт проведения атте-стации программного обеспечения информационно-измерительных си-стем, входящих в состав испытательного оборудования.

Сегодня подавляющее большинство образцов испытательного обору-дования, применяемого для испытаний изделий в интересах авиапрома, обеспечивает высокий уровень автоматизации процесса испытаний. В со-став такого испытательного оборудования, как правило, включаются ин-формационно-измерительные системы (ииС). Функции автоматизации из-мерений, проводимых в процессе испытаний, обработки и представления результатов измерений выполняет программное обеспечение (По) ииС.

наличие По в составе ииС, помимо повышения эффективности ее це-левого применения, привело и к появлению ряда проблем, таких как оцен-ка влияния По на метрологические характеристики ииС, защита измери-тельной информации от искажений, несанкционированного доступа, вза-имного влияния программ друг на друга и др. актуальность решения ука-занных проблем вызвала появление в российской Федерации целого ряда нормативных документов, среди которых следует выделить ГоСТ р 8.654-2009. «ГСи. Требования к программному обеспечению средств из-мерений. основные положения», Ми 3286-2010 «рекомендация. Проверка защиты программного обеспечения и определение ее уровня при испыта-ниях средств измерений в целях утверждения типа», Ми 2955-2010 «Госу-дарственная система обеспечения единства измерений. Типовая методи-ка аттестации программного обеспечения средств измерений», р 50.2.077-2011 «Государственная система обеспечения единства измере-ний. испытания средств измерений в целях утверждения типа. Проверка обеспечения защиты программного обеспечения» которые были разрабо-

— 45 —

СеКЦиЯ 1

таны с учётом международного опыта проведения аттестации По, нашед-шего отражение в WELMEC 7.2. «руководство по программному обеспече-нию», май 2008 (основано на директиве по измерительным приборам 2004/22/еС). отметим, что в приведенных отечественных нормативных документах По ииС рассматривается как составная часть более общего понятия – программное обеспечение средств измерений (Си).

В данной работе под По Си понимаются программы (совокупность про-грамм), предназначенные для использования в средствах измерений, и реализующие, в том числе, сбор, передачу, обработку, хранение и пред-ставление измерительной информации, а также программные модули и ком-поненты, необходимые для функционирования этих программ [1].

С точки зрения поставки потребителю По Си можно разделить на встроенное в Си и По, являющееся предметом самостоятельной поставки (рис. 1).

Программное обеспечение средств измерений

ПО в СГРОЕИ

Встроенное ПОПО

самостоятельной поставки

Оценка соответствия ПО при испытаниях

в целях утверждения

типа СИ

Оценка соответствия ПО

в форме обязательной

аттестации

рисунок 1. Классификация По Си

К программному обеспечению самостоятельной поставки относят пре-жде всего По вычислительных компонентов измерительных систем, из-мерительных каналов технических систем и устройств с измерительными функциями, автоматизации процесса измерений, в том числе, разрабаты-ваемое (закупаемое) пользователями средств измерений и др.

В соответствии с классификацией (рис. 1) можно выделить следующие формы оценки соответствия По.

В случае, если встроенное По используется в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений (СГроеи) [2], то оценка


— 46 —

соответствия По проводится при испытаниях в целях утверждения типа Си, проводимых в соответствии с порядком, утверждённым Приказом ми-нистра промышленности и торговли российской Федерации от 30 ноября 2009 г. № 1081 [3]. данным документом определено, что программа испы-таний должна предусматривать:

• идентификацию По Си и оценку его влияния на метрологические ха-рактеристики Си;

• анализ конструкции испытываемого Си на наличие ограничений досту-па к По Си с целью предотвращения несанкционированной настройки и вмешательства, которые могут привести к искажению результатов из-мерений;

• при наличии обязательных требований к По Си проверку их выполнения.По, являющееся предметом самостоятельной поставки, применяемое

в СГроеи, подлежит обязательной аттестации при наличии установлен-ных государственными заказчиками обязательных требований к нему.

Как следует из вышесказанного, одной из форм оценки соответствия По Си является его аттестация. Под аттестацией программного обеспече-ния в работе понимается оценка соответствия значений характеристик По, получаемых при тестировании По, установленным требованиям с по-следующей регистрацией полученных результатов в свидетельстве об ат-тестации По Си.

Введение аттестации По, применяемого в области обороны и безопас-ности государства, как формы его оценки установленным требованиям должно планироваться документом по стандартизации оборонной продук-ции (ГоСТ рВ), устанавливающим уполномоченные организации по атте-стации По, порядок аттестации По и оформление её результатов. разра-ботка такого стандарта необходима в ближайшее время.

В большинстве практических случаев при проведении оценки соответ-ствия По Си разделяют на метрологически значимое и метрологически незначимое По [1, 4, 5].

К метрологически незначимому По можно отнести:• операционные системы;• подпрограммы, библиотеки, процедуры взаимодействия с операцион-

ной системой;• подпрограммы, библиотеки, процедуры взаимодействия с периферий-

ными устройствами и др.Такое По не подлежит оценке и может быть впоследствии модифици-

ровано разработчиком.К метрологически значимому программному обеспечению относят про-

граммы и программные модули, выполняющие функции сбора, передачи, обработки, хранения и представления измерительной информации, а так-

— 47 —

СеКЦиЯ 1

же параметры, характеризующие тип средства измерений и внесенные в программное обеспечение.

В дальнейшем, говоря о По Си, будем понимать только метрологиче-ски значимое По.

объектом оценки соответствия метрологически значимого По могут яв-ляться:

• алгоритмы обработки данных, представляющие собой самостоятель-ные объекты использования;

• программы обработки данных, реализующие выбранный алгоритм обра-ботки и представляющие собой самостоятельный программный продукт;

• алгоритмы и программы обработки данных в составе прикладного про-граммного обеспечения конкретных измерительных устройств, инфор-мационно-вычислительных комплексов, информационно-измеритель-ных систем, методик измерений.В общем случае требования, предъявляемые к По Си, могут включать

в себя требования к [1, 6, 7]:• документации;• структуре По Си;• влиянию По Си на метрологические характеристики Си;• защите По и данных от случайных и несанкционированных изменений;• разделению По Си и его идентификации;• специальные*.

наибольшую трудность представляет собой задача оценки влияния По Си на метрологические характеристики Си.

источниками погрешности программного обеспечения могут служить [6, 7]:

• перевод чисел из десятичной системы счисления в двоичную и наоборот;• округление на промежуточных этапах вычислений;• обрыв бесконечных рядов, являющихся представлениями большинства

используемых при вычислениях библиотечных функций;• неудачный выбор алгоритмов вычислений, в частности, использование

так называемых неустойчивых (необусловленных) алгоритмов и др.При определении характеристик погрешностей, вносимых По Си, в со-

ответствии с [4] могут применяться следующие методы:• сравнительных испытаний с применением опорного (эталонного) По;• в отсутствие опорного (эталонного) По либо при невозможности его

создания – сравнительных испытаний с использованием моделей ис-ходных данных либо с применением метода генерации опорных дан-ных;

* Специальные требования к По Си применяются в тех случаях, когда в нем используются такие информационные технологии, как загрузка, долговременное сохранение данных, их передача и программное разделение По.


— 48 —

• при наличии нескольких По сопоставимого уровня вычислительных возможностей и в отсутствие опорного (эталонного) По – сличения, по-добно сличению эталонов одного уровня точности;

• испытаний на основе анализа исходного кода По, а также комбинации указанных методов.В качестве опорного По может выступать как существующее По, ана-

логичное по функциям аттестуемому По, так и специально разработанное в ходе аттестации По, реализующее, как правило, вычислительную компо-ненту аттестуемого По. Признание По в качестве «опорного» является предметом соглашения между заказчиком и исполнителем работ по атте-стации.

Методы сравнительных испытаний с использованием моделей исход-ных данных и генерации опорных данных применяются тогда, когда из-вестна функция отклика аттестуемого По на входное воздействие. иными словами, известны (могут быть получены) входные данные и соответству-ющие им выходные данные.

Методы сравнительных испытаний с использованием моделей ис-ходных данных рекомендуется для аттестации алгоритмов обработки результатов измерений. Метод позволяет оценивать возможности алго-ритмов сравнением результатов обработки тестируемыми алгоритма-ми моделей исходных данных с заданными параметрами этих моде-лей.

Метод моделей исходных данных является разновидностью метода ге-нерации эталонных данных, когда эти данные не генерируются специаль-но разработанной программой, а программно задаются на входе тестируе-мого По. Модели исходных данных выбираются таким образом, чтобы они максимально соответствовали частной измерительной задаче, решаемой тестируемыми алгоритмами. При этом модели исходных данных должны охватывать как можно больший диапазон возможных значений, поступаю-щих на обработку.

В модели исходных данных могут быть включены:• данные, полностью перекрывающие диапазон возможных значений;• данные, близкие к наибольшим и наименьшим значениям, а также ряд

промежуточных значений;• особые значения входных переменных – точки резкого возрастания или

разрыва производных, нулевые, единичные и предельно малые чис-ленные значения переменных и т. п.Метод генерации эталонных данных, как и метод моделей исходных

данных, применяется как альтернатива использованию опорного По в слу-чае его отсутствия или невозможности использования при оценке отдель-ных функций, реализуемых испытываемым По. одним из необходимых

— 49 —

СеКЦиЯ 1

условий применения метода генерации эталонных данных является нали-чие априорной информации о модельном решении соответствующей из-мерительной задачи. С этим модельным решением проводится сравнение тестовых результатов.

Эталонные данные получают путем генерации таких данных с помо-щью специально разработанной программы – генератора эталонных дан-ных, который представляет собой алгоритм, предназначенный для моде-лирования эталонных данных на основе выбранных (заданных) исходных данных.

Генератор эталонных данных реализуют на одном из языков програм-мирования или при помощи стандартного математического или статисти-ческого программного пакета. разработка генератора эталонных данных может потребовать серьезных усилий со стороны программистов центра испытаний Си.

исходные данные для тестирования, в том числе и для генерации эта-лонных данных, формируются с учетом свойств программно реализован-ных алгоритмов.

отдельно следует отметить метод испытаний По, основанный на анализе исходного кода. В отличии от остальных методов он не предпо-лагает получения выборки разностей результатов функционирования испытуемого По и результатов функционирования опорного По при од-них и тех же входных данных. Применение указанного метода позволяет оценить, насколько точно (правильно) реализованы конструкторские ре-шения (алгоритмы) в По Си. на практике это наиболее редко применя-емый метод, поскольку требует очень высокой квалификации програм-мистов, анализирующих исходный код, и, как правило, привлечения раз-работчиков По. В то же время данный метод обладает рядом преиму-ществ по сравнению с остальными методами, такими как, например, выявление логических ошибок, закладок, недокументируемых возмож-ностей и т. д.

на практике в большинстве случаях применяются методы сравнитель-ных испытаний с применением опорного По и использованием моделей исходных данных, которые направлены на получение выборки разностей результатов функционирования испытуемого и опорного По при одних и тех же входных данных, либо разностей результатов функционирования ис-пытуемого По и набора опорных выходных данных. далее полученная вы-борка обрабатывается с целью определения степени влияния По на ме-трологические характеристики (МХ) Си.

Существует два подхода к оценке степени влияния По на МХ Си.Первый из них, нашедший отражение в [5], подразумевает вычисление

исполнительной характеристики:


— 50 —

( )

( )1( ) lg(1 ),( ) ( )

y xP x

k x y xh

D= +

эт (1)

где ( )k x

–коэффициент обусловленности (устойчивости) (для устойчи-вых алгоритмов ( ) 1k x »

);

η – предельная относительная вычислительная точность (вычис-лительная точность η понимается как наименьшее положи-тельное число υ такое, что значение 1 + υ, рассчитанное ком-пьютером с использованием представления чисел с плаваю-щей запятой, становится больше единицы). для большинства компьютеров

52 162 2 10 ;h - -= » ⋅

( )k x

–набор исполнительных параметров (параметры исходных данных в методе моделей исходных данных, объем выборки, математи-ческое ожидание и СКо в методе генерации эталонных данных);

( )y xD

–

норма (длина) вектора отличия тестовых результатов от опорных.например, если в процессе вычислений получено m тестовых результатов y1

(тест), y2(тест),..., ym

(тест), и опорных y1(эт), y2

(эт),..., ym(эт),

то норма вычисляется по формуле:( ) ( ) 2 ( ) ( ) 2 ( ) ( ) 21 1 2 2( ) ( ) ... ( )m my y y y y y yD = - + - + + -

тест эт тест эт тест эт

( ) ( )y x эт

– норма вектора опорных результатов, т. е.

( ) ( )2 ( )2 ( )21 2 ...y y y y= + + +

эт эт эт этт

рассчитанная в соответствии с (1) исполнительная характеристика по-казывает количество значащих разрядов, отбрасываемых при обработке результатов измерений. В самом деле, если вычислительные возможности тестируемой и опорной программ совпадают, то ( ) 0y xD =

, и исполни-

тельная характеристика также равна нулю, т. е. никакой потери вычисли-тельной точности не происходит. если же ( ) 0y xD ¹

, то исполнительная

характеристика отлична от нуля и это отличие будет тем больше, чем сильнее будет выполняться написанное неравенство.

исполнительная характеристика зависит, в частности, от величины

( )

( ),

( )эт

y x

y xd

D=

которая характеризует относительное отличие тестовых ре-

зультатов вычислений от опорных. Эта величина может рассматриваться как одна из количественных характеристик алгоритмов. иногда ее удобно выражать в процентах.

исполнительная характеристика может применяться также для нахож-дения числа потерянных цифр точности в тестовых результатах по сравне-

— 51 —

СеКЦиЯ 1

нию с любыми другими результатами, используемыми для сравнения с ними (модельными, сгенерированными и т. п.).

другой подход, применяемый в ФГКУ «ГнМЦ» Минобороны россии, ос-нован на оценке методической погрешности, вносимой По в результаты из-мерений (далее – погрешность По), которая проводится в соответствии со схемой обработки результатов измерений (рис. 2). Кратко рассмотрим ее.

НЕТ

ДА

НЕТ

НЕТ

Формирование исходных данных (ИД)

Проверка независимости ИД

Проверка стационарности ИД в широком смысле

Проверка стационарности ИД в

узком смысле

НЕТ

ДА

НЕТДА

ДА

Проверка симметричности распределения ИД

Топографическая идентификация

параметрического семейства (класса) распределений ИД

Построение непараметрической оценки ФПР ИД

Построение точечных оценок погрешностей

на основе параметрической

Построение точечных оценок погрешностей, исходя из вида ФПР

Построение интервальных оценок

погрешностей

Построение точечных оценок погрешностей

методами непараметрической

статистики

рисунок 2. Схема обработки результатов измерений


— 52 —

известно, что одним из условий применимости большинства статисти-ческих критериев обработки выборочных данных является выполнение условия независимости элементов анализируемой выборки, поэтому эле-менты сформированной при помощи вышеописанных методов выборки разностей проверяются на независимость с помощью непараметрического критерия Хёфдинга [8].

для проверки стационарности в широком смысле анализируемой вы-борки разностей применяются непараметрические критерии Крамера-Уэл-ча (для математического ожидания) и Мозеса (для дисперсии) [9].

Проверка стационарности в узком смысле проводится при помощи кри-терия, показанного в [10].

В случае, когда анализируемая выборка стационарна в узком смысле, проводится оценка симметричности функции плотности распределения (ФПр) анализируемой выборки при помощи непараметрического критерия Гупта, которая необходима для последующей идентификации класса закона распределения модифицированным методом топографической идентифика-ции [11]. Указанный метод предполагает построение доверительных областей для оценок энтропийного коэффициента и контрэксцесса, на основании кото-рых определяется класс закона распределения анализируемой выборки.

При выполнении вышеуказанных условий проводится оценка параме-тров положения и масштаба оптимальными (квазиоптимальными) по ми-нимуму дисперсии методами для полученного класса распределения. В случае невыполнения условия симметричности оценка параметров по-ложения и масштаба определяется на основе непараметрической оценки ФПр, полученной методом весовых функций [12].

на основании рассчитанных значений параметров положения и мас-штаба известными методами определяются систематическая и случайная составляющие погрешности с заданной доверительной вероятностью.

Проверку защиты По Си проводят с целью установления наличия средств защиты метрологически значимой части По Си и измеренных данных и определения уровня защиты По Си от непреднамеренных и пред-намеренных изменений.

Под проверкой защиты программного обеспечения понимается [4, 5]:• проверка защиты метрологически значимой части По Си и измеренных

данных от случайных или непреднамеренных изменений;• проверка защиты метрологически значимой части По Си и измеренных

данных от преднамеренных изменений.При проверке защиты проводится анализ документации, сопровождаю-

щей По, структуры По и реализации необходимых мер защиты По и дан-ных. По результатам выполнения проверок определяется уровень защи-щённости По и данных.

— 53 —

СеКЦиЯ 1

В соответствии с действующими нормативными документами [4, 5] в на-стоящее время возможны следующие уровни защищённости По и данных:

• уровню «а» защиты По Си от непреднамеренных и преднамеренных из-менений соответствует такой уровень защиты метрологически значимой части По Си и измеренных данных, при котором не требуется специаль-ных средств защиты, исключающих возможность несанкционированной модификации, обновления (загрузки), удаления и иных преднамеренных изменений метрологически значимой части По Си и измеренных данных;

• уровню «В» защиты По Си от непреднамеренных и преднамеренных изменений соответствует такой уровень защиты метрологически значи-мой части По Си и измеренных данных, при котором примененные спе-циальные средства защиты не исключают возможность несанкциониро-ванной модификации, обновления (загрузки), удаления и иных предна-меренных изменений метрологически значимой части По Си и изме-ренных данных;

• уровню «С» защиты По Си от непреднамеренных и преднамеренных изменений соответствует такой уровень защиты метрологически значи-мой части По Си и измеренных данных, при котором примененные спе-циальные средства защиты в достаточной мере исключают возмож-ность несанкционированной модификации, обновления (загрузки), уда-ления и иных преднамеренных изменений метрологически значимой части По Си и измеренных данных.Под идентификацией По Си понимают установление идентификацион-

ных признаков (данных) По Си.К идентификационным признакам (данным) По относятся [1, 9] призна-

ки (данные), подтверждающие подлинность и целостность программного обеспечения, выраженные в символах (буквах, цифрах), однозначно свя-занные с По. К таким признакам относятся:

• наименование По Си – полное наименование программного обеспечения;• идентификационное наименование По Си – наименование По Си, по-

лучаемое посредством интерфейса пользователя;• номера версий По и его метрологически значимых частей;• контрольные суммы метрологически значимых частей По.

расчёт контрольных сумм рекомендуется проводить согласно алгорит-ма расчёта хэш-суммы MD-5 как одного из наиболее защищённых от вскрытия.

анализ результатов аттестации По показал, что основные недостатки, выявляемые при проведении аттестации По Си, связаны, с низким каче-ством отработки документации на По Си и, в некоторых случаях, не вы-полнением требований, предъявляемых к По, в части идентификации и защиты.


— 54 —

В заключении отметим, что решение задачи аттестации программного обеспечения средств измерений является актуальной сложной научно-прак-тической задачей, которую в настоящее время необходимо решать как в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений, так и вне ее. особенность данной задачи заключается в новизне как с норма-тивной, так и с методической точки зрения, что потребует существенных ор-ганизационных усилий метрологов для ее качественного решения.

Литература1. ГоСТ р 8.654-2009. «ГСи. Требования к программному обеспечению

средств измерений. основные положения».2. Федеральный закон российской Федерации «об обеспечении един-

ства измерений» от 26 июня 2008 г. № 102-ФЗ.3. Приказ Минпромторга россии от 30 ноября 2009 г. № 1081 «об ут-

верждении Порядка проведения испытаний стандартных образцов или средств измерений в целях утверждения типа, Порядка утверждения типа стандартных образцов или типа средств измерений, Порядка выдачи сви-детельств об утверждении типа стандартных образцов или типа средств измерений, установления и изменения срока действия указанных свиде-тельств и интервала между поверками средств измерений, требований к знакам утверждения типа стандартных образцов или типа средств изме-рений и порядка их нанесения».

4. Ми 3286-2010. «рекомендация. Проверка защиты программного обеспечения и определение ее уровня при испытаниях средств измерений в целях утверждения типа».

5. Ми 2955-2010. «Государственная система обеспечения единства из-мерений. Типовая методика аттестации программного обеспечения средств измерений».

6. Слаев В.А., Чуновкина А.Г. аттестация программного обеспечения ис-пользуемого в метрологии. – Санкт-Петербург: Профессионал, 2009. – 320 с.

7. Кудеяров Ю.А. аттестация программного обеспечения средств из-мерений. – Москва, ФГУП «ВнииМС», 2006 – 97 с.

8. Холиндер М., Вульф Д.А.. непараметрические методы статистики. – Москва: Финансы и статистика, 1983. – 518 с.

9. Яшин А.В., Клеопин А.В., Бачурин Д.П. исследование стационарно-сти результатов измерений амплитудно-временных параметров сигналов с помощью непараметрических критериев. // измерительная техника. – 2008. – № 11. – С. 3-6.

10. Яшин А.В. о проверке стационарности в узком смысле для времен-ных рядов результатов измерений. // Метрология. – 2008. – № 9. – с. 23-29.

11. Минлигареев В.Т., Яшин А.В., Бачурин Д.П. Экспериментальное определение границ и условий применимости метода попарного комплек-

— 55 —

СеКЦиЯ 1

сирования радиометрических средств обнаружения источников ионизиру-ющих излучений. // Метрология. – 2010. – № 10. – С. 34-41.

12. Лазарев В.М., Яшин А.В. Практическая реализация метода весовых функций для построения оценок функции плотности распределения. // из-мерительная техника. – 2008. – № 9. – С. 39-41.

Яшин Андрей Валерьевич, д.т.н.ФГКУ «ГнМЦ» Минобороны россии

141006, г. Мытищи, Московская областьE-mail: [email protected]Тел.: 8 (495) 583-99-58.

Yashyn Andrey Valerievich, doctor of technical sciencesFSPI МSнС RF MD

141006, Mytischi, Moscow area.E-mail: [email protected]: 8 (495) 583-99-58.

Бачурин Дмитрий ПетровичФГКУ «ГнМЦ» Минобороны россии

141006, г. Мытищи, Московская областьE-mail: [email protected].

Тел.: 8 (498) 684-75-67.

Bachurin Dmitriy PetrovichFSPI МSнС RF MD

141006, Mytischi, Moscow area.E-mail: [email protected]: 8 (496) 684-75-67.


— 56 —

Вопросы организации мониторинга состояния метрологического обеспечения производства РКТ

П.М.Поморцев ФГУП «НПО «Техномаш»

для обеспечения сбалансированного развития системы метрологиче-ского обеспечения ракетно-космической техники (рКТ) с ее перспективны-ми образцами большое внимание уделяется вопросам организации про-цессов мониторинга состояния метрологического обеспечения производ-ства рКТ в организациях ракетно-космической промышленности (рКП).

Перспективным средством организации процессов мониторинга метро-логического обеспечения производства рКТ может стать создание отрас-левой информационно-аналитической системы (оиаС), целевым назна-чением которой является организация информационного обмена данными и обеспечение информационной поддержки деятельности метрологиче-ских служб организаций рКП, путем использования средств автоматизиро-ванного сбора, обработки, анализа, представления и хранения данных о ме-трологическом обеспечении рКТ.

Главными задачами, решаемыми оиаС, являются:• извлечение из многих источников разнородных данных по направлени-

ям метрологического обеспечения рКТ, представленных в различных форматах и приведение их к единому формату и единой структуре;

• организация хранения и предоставления пользователям необходимой для принятия решений информации;

• анализ, в том числе оперативный и интеллектуальный, и подготовка плановой или регулярной оценки состояния управляемого объекта в документах или экранных форм;

• подготовка результатов оперативного и интеллектуального анализа для эффективного их восприятия потребителями и принятия на ее основе взвешенных решений.В основу замысла организации технологии мониторинга состояния ме-

трологического обеспечения производства рКТ, легла модель информаци-онно-аналитической системы с многоуровневой, открытой и простран-ственно-распределенной структурой.

облик системы строится на взаимодействии ряда подсистем: операци-онные базы; информационные хранилища; витрины данных; специализи-

— 57 —

СеКЦиЯ 1

рованных программно-технических средств сбора предварительной обра-ботки данных и преобразования к формату единого хранилища; программ-но-технических средств сбора предварительного анализа данных; систе-мы поддержки и принятия решений.

для обеспечения функционирования оиаС рассматривается вопрос о создании специализированного центра обработки данных по метрологи-ческому обеспечению производства рКТ.

Создание центра обусловлено как стремлением к общей реорганиза-ции процесса мониторинга состояния и характеристик системы обеспече-ния единства измерений в рКП, так и желанием снизить риски отказов из-делий рКТ и необходимостью поддержки программно-целевого планиро-вания развития системы метрологического обеспечения рКТ.

Специализированный центр аналитической обработки данных состоя-ния метрологического обеспечения производства рКТ выделяется как са-мостоятельная структура, выполняющая аналитические работы в сфере обеспечения единства измерений, контроля качества и надежности выпу-скаемой продукции в условиях масштабной кооперации организаций-про-изводителей рКТ.

Принцип функционирования центра заключается в обработке заказов на вид аналитических работ (исследований) и требований, предъявляе-мых к объекту анализа, срокам предоставления аналитической отчетно-сти, качества и безопасности информации.

Помимо основных задач специализированным центром аналитической обработки данных по метрологическому обеспечению производства рКТ может осуществляться научно-методическое сопровождение аналитиче-ских работ и других научных исследований, а также обучение, подготовка и переподготовка пользователей оиаС.

Задачи, решаемые оиаС, охватывают широкий спектр вопросов ин-формационного обеспечения в области обеспечения единства измерений в организациях рКП. Помимо основных задач в перспективном облике оиаС заложен потенциал решения сложных, неоднозначных или частных задач, что определяет необходимость проведения дополнительных иссле-дований и разработок с целью повышении эффективности автоматизации мониторинга состояния системы метрологического обеспечения производ-ства рКТ.


— 58 —

Вопросы подготовки инженерных кадров в области метрологического обеспечения

Пронякин В.И. д.т.н., профессор, заведующий кафедрой

«Метрология и взаимозаменяемость» МГТУ им. Н.Э. Баумана

Кафедра «Метрология и Взаимозаменяемость» МГТУ им. н.Э. Баумана создана в 1931 году в Московском механико-машиностроительном инсти-туте (ныне МГТУ им. н.Э.Баумана), факультет «Точной механики», кафе-дра «допуски и технические измерения». Кафедра бала создана в эпоху индустриализации нашей страны, когда требовался массовый выпуск про-дукции в различных отраслях промышленности и обеспечение обороно-способности государства.

Страна должна была пройти индустриализацию максимум за 10 лет, а другие страны затрачивали на это сотню и более лет. для промышлен-ности были необходимы инженеры для организации массового производ-ства взаимозаменяемых деталей, сборочных единиц и изделий. необходи-мо было реализовать подготовку инженеров с навыками применения ме-трологии в производстве, так и метрологии фундаментальной и теоретиче-ской. Такое сочетание фундаментальной и практической профессиональ-ной подготовки характерно для научно-педагогической школы МГТУ им. н.Э. Баумана, основанной, как известно, на «русском методе подготовки инженеров», получившем всемирное признание ещё в XIX веке.

В послевоенные годы получили развитие стандартизация, системы ка-чества, оценка соответствия продукции в соответствии с нормативной до-кументацией, благодаря которым метрологическое обеспечение получило широкое распространение в различных отраслях промышленности.

В 90-годах 20-го века снизились темпы обновления оборудования в про-мышленности и, в первую очередь, – в энергетике и на транспорте, что обусловило необходимость метрологической оценки медленно протекаю-щих процессов при деградации машин и механизмов.

Коллектив кафедры постоянно совершенствует содержание и методи-ческое обеспечение учебного процесса. Создаются курсы лекций новых учебных дисциплин, выпускаются учебники, методические пособия для выполнения лабораторных и курсовых работ. оказывается помощь и дру-

— 59 —

СеКЦиЯ 1

гим вузам. Учебный процесс, реализуемый кафедрой, обеспечивает сту-дентам сочетание глубокой подготовки в области фундаментальных дис-циплин: физики, математики, механики, химии, философии, с не менее углубленной подготовкой по профилирующим дисциплинам при обяза-тельном обеспечении владением компьютером и электроникой.

на кафедре разработан ФГоС ВПо по направлению 221700 «Стандар-тизация и метрология» для подготовки бакалавров и магистров. Совмест-но с различными ведущими вузами разработаны примерные учебные пла-ны и образовательные программы дисциплин.

С 1994 года кафедрой проводятся Всероссийская научно-техническая конференция «Состояние и проблемы измерений» и с 1990 года Всерос-сийское научно-техническое совещание-семинар «инженерно-физиче-ские проблемы новой техники».

особенности подготовки инженеров-метрологов определяются в насто-ящее время следующими факторами:

• интенсивное обновление эталонной базы на основе возможностей кан-товой физики,

• развитие новых направлений в науке и технике (например, нанотехно-логии),

• гармонизация отечественной нормативной базы с международными стандартами,

• расширенные требования промышленности к информационно-метро-логическому сопровождению жизненного цикла машин и механизмов.развитие новой эталонной базы потребовало корректировки учебного

плана и введения новых дисциплин:• введение в теорию самоорганизации,• введение в теорию управления квантово-механическими процессами

и системами,• основы нерелятивистской квантовой механики,• квантовая метрология.

Также в содружестве с кафедрой «Компьютерные методы физики» МГУ им. М.В. Ломоносова читается дисциплина «измерительно-вычислитель-ные системы сверхвысокого разрешения». излагаемые методы позволяют для обычного средства измерения значительно повысить уровень точности.

В настоящее время метрологи активно участвуют в индустриально-про-мышленном производстве, в науке, в торговле, в здравоохранении и в эко-логии. В последнее десятилетие бурно развиваются нанотехнологии, яв-ляющиеся частью нового этапа научно-технической революции. на кафе-дре имеется необходимое оборудование для работы в области метроло-гии нанометрового диапазона, открывающее развитие направления под-готовки специалистов в области нанометрологии. Введена новая дисци-


— 60 —

плина «основы нанометрологии». Учебный процесс в данном случае на-правлен на перестройку инженерного мышления, так как при работе в об-ласти нанометрового диапазона, где преобладают квантовые закономер-ности, необходимо опираться не на интуицию, а на логику законов кванто-вой физики и математическое моделирование процесса измерения. При подготовке специалистов необходимо гармоничное сочетание в учебном процессе естественно-научных и гуманитарных начал, целостное воспри-ятие изучаемого материала и окружающего мира. Поэтому в эпоху интен-сивного развития информационных технологий кафедра готовит метроло-гов, работающих на стыке машиностроения и информатики [1].

особенностью настоящего времени является то, что четырехлетний курс обучения бакалавров не обеспечивает подготовку специалистов как творческих участников разработки новой техники. В университетах базо-вая и общепрофессиональная подготовка неизбежно занимают до 75-80% учебного плана, для обеспечения возможности дальнейшего обучения ба-калавра и получения квалификации магистра. известно, что значительная часть бакалавров завершает учёбу и идёт в промышленность, где не соз-даны условия для повышения их профессионального уровня в виде до-полнительных программ обучения. В связи с этим приходится искать под-ходы к интенсификации учебного процесса и обеспечивать студентов ме-тодическими указаниями.

Проводимая активно в настоящее время гармонизация отечественной нормативной документации с международными стандартами привела к возникшим противоречиям и многообразию вариантов решения измери-тельных задач и нормативных понятий, например, погрешность измере-ний, правильность, повторяемость, сходимость, воспроизводимость, нео-пределённость результата измерений, доверительные границы погрешно-сти и расширенная неопределённость и др. В связи с этим необходимо в учеб-ном процессе расширить преподавание научных основ метрологии для подготовки специалиста, который должен ориентироваться в нормативной базе и выбирать оптимальный вариант решения задач.

В течение последних 20-ти лет из-за резкого снижения темпов обновле-ния оборудования в промышленности, на транспорте и, особенно, в энерге-тике значительная часть технических объектов подошла к полному физиче-скому износу. Следствием этого являются крупные техногенные аварии на Каширской и рефтинской электрических станциях, катастрофа на Саяно-Шушинской ГЭС. В связи с этим стала необходимой разработка средств и методов метрологического обеспечения оценки технического состояния постоянно деградирующей материальной части сложных технических си-стем. от метролога сейчас требуется не только получение измерительной информации, но и обеспечение её метрологического уровня, пригодного

— 61 —

СеКЦиЯ 1

для принятия решений, использования в оценке технического состояния машин и механизмов, применения в системах управления. Поэтому на ка-федре развивается научное направление под руководством доктора физи-ко-математических наук, профессора Киселёва М.и. «информационно-ме-трологическое сопровождение жизненного цикла машин и механизмов» с вве-дением в учебный процесс соответствующей дисциплины. Преподавателя-ми ведётся разработка научных основ и создание средств и методов оценки технического состояния синхронных генераторов большой мощности, ги-дроагрегатов ГЭС путем применения фазохронометрических систем, обе-спечивающие возможность постоянного измерительно-вычислительного прогнозирующего мониторинга технического состояния и аварийной защи-ты машин и механизмов циклического действия [2,3,4,5,6,7,8].

Таким образом, в эпоху интенсивного развития информационных тех-нологий кафедра готовит специалистов-метрологов, работающих на стыке машиностроения и информатики, обеспечивая их активное участие в соз-дании новой техники.

Литература1. Киселев М.и. 80 лет кафедре ’’Метрология и взаимозаменяемость’’

МГТУ им. н.Э. Баумана // Мир измерений. 2011. № 9. с. 44-50.2. Киселёв М.и., новик н.В, Пронякин В.и. регистрация параметров

крутильных колебаний валопровода турбогенератора // измерительная техника. -2000. -№ 12. -С. 34-36.

3. Киселёв М.и., Пронякин В.и. Фазовый метод исследования цикличе-ских машин и механизмов на основе хронометрического подхода // изме-рительная техника. 2001. № 9. С. 15-18.

4. Киселёв М.и., Пронякин В.и. Проблема точности при метрологиче-ском обеспечении производства и эксплуатации машин и механизмов // Проблемы машиноведения: точность, трение и износ, надёжность, пер-спективные технологии / Под ред. В.П. Булатова. СПб: наука, 2005, С. 7-24.

5. Киселёв М.и., Зройчиков н.а., Пронякин В.и., Чивилёв Я.В. Прецизи-онное исследование работы турбоагрегата оптико-электронными сред-ствами // Теплоэнергетика. 2006. № 11. С. 10-13

6. Пронякин В.и. Проблемы диагностики циклических машин и механиз-мов // измерительная техника. 2008. № 10. С. 9-13.

7. Киселёв М.и., Пронякин В.и. Поле и вещество, информация – этапы эстафетной гонки на выживание // оборонный заказ. Морская газета. 2010. № 28-29. С.53-55.

8. Пронякин В.и. Фазохронометрия в обеспечении информационно-ме-трологического сопровождения жизненного цикла машин и механизмов // Мир измерений. 2011. № 9. С. 57-61.


— 62 —

Новый подход к преподаванию метрологии и cтандартизации в Московском авиационном институте

Е.П. Мышелов к.т.н, профессор, МАИ

В Московском авиационном институте разработан и апробируется но-вый подход к преподаванию курса метрологии и стандартизации на основе общей теории измерений и научных основ оптимизации и унификации.

Методика базируется на процессном принципе, в рамках которого из-мерения и стандартизация определяются как основные инструменты управления качеством продукции и эффективностью процессов.

Проблема качества по-прежнему является одной из основных для оте-чественной экономики.

дисциплина, предметом которой являются измерения и стандартиза-ция как основные инструменты управления качеством продукции и эффек-тивностью процессов, требует постоянного обновления.

Стремительное развитие компьютерных технологий, возникновение но-вых форм организации производства привели к созданию и развитию новых средств и методов измерений, расширению диапазона анализируемых вели-чин. Это является объективным требованием к переходу на более широкие понятия величины и измерительного процесса на основе терминов общей теории измерений, введения понятия величины как латентной переменной (т. е. непосредственно неизмеряемой), её индикатора, непосредственно из-меряемого, инвалидности логико-математической связи между ними.

С появлением и широким использованием стандартов качества, вне-дрением в практику процессного подхода к управлению качеством возник-ла необходимость более глубокого изложения основ стандартизации: па-раметрической оптимизации и унификации.

Литература1.и.Пфанцагль. Теория измерений. Москва, «Мир»,1976.2.н.Г.назаров. основные понятия и математические модели. Москва,

«Высшая школа», 2002.3.С.д.Хайтун. Количественный анализ социальных явлений. Москва,

«КомКнига», 2005. .

— 63 —

СеКЦиЯ 2

Метрологическое обеспечение средств измерений массово-инерционных характеристик

динамически подобных моделей и изделий ракетно-космической техники

О.В. Довыденко Инженер по метрологии ФГУП «ЦАГИ»

В докладе рассмотрены вопросы метрологического обеспечения нового вида измерительного оборудования производства ФГУП «ЦАГИ», пред-назначенного для измерений массы, координат центра масс и моментов инерции летательных аппаратов. Особенность метрологического обе-спечения этого оборудования заключается в сложности осуществления его калибровки или поверки из-за отсутствия эталона момента инер-ции. Предложения по решению данной проблемы изложены в докладе.

для эффективного регулирования параметров движения летательных аппаратов, необходимо иметь информацию о значениях их массы, коорди-нат центра масс и моментов инерции. для определения указанных пара-метров специалистами ФГУП «ЦаГи» разработана и запатентована уни-кальная методология измерения массово-инерционных характеристик движущихся объектов. Созданы и успешно эксплуатируются на ряде пред-приятий автоматизированные стенды для взвешивания, измерения коор-динат центра масс и моментов инерции изделий авиационной и ракетно-космической техники, не имеющие аналогов в мире [1]. Характеристики объектов измерений: высота изделий до 5 м, масса – от 10 до 5000 кг. Преимущество новых стендов по сравнению с ранее существовавшими заключается в автоматизированном измерении на одном стенде семи ста-тодинамических параметров объекта за одну установку, при этом длитель-ность эксперимента сокращается до двух-трех часов вместо нескольких дней, а обработка результатов измерений автоматически происходит в процессе эксперимента.

Погрешности измерений параметров на стенде:Координаты центра масс по вертикальной оси оХ, мм ........................... ± 2Координаты центра масс по горизонтальным осям оУ и оZ, мм ........... ± 1Масса, кг ......................................................................................................± 1Моменты инерции относительно осей OX, OY, OZ, % ............................. ± 1


— 64 —

Ввиду отсутствия первичного эталона момента инерции и эталона дли-ны в области измерений координат центра масс существенно затрудняет-ся обеспечение прослеживаемости стендов к государственным эталонам, а также к национальным эталонам иностранных государств, отсутствуют также поверочные схемы передачи соответствующих единиц рабочим средствам измерений. Спрос на стенды возрастает, многие предприятия, как российские, так и зарубежные, проявляют интерес к разработкам ФГУП «ЦаГи» в данной области, вследствие чего повышается актуальность за-дачи усовершенствования метрологического обеспечения стендов, в том числе и в части создания соответствующей нормативной базы для стан-дартизации поверочной схемы на отраслевом и федеральном уровне. ре-шением этой задачи в настоящее время вплотную занимается метрологи-ческая служба института.

Прослеживаемость стендов к государственным эталонам предлагается осуществлять посредством набора эталонных мер массы, длины в обла-сти измерений координат центра масс и момента инерции, используя де-централизованную схему воспроизведения единиц величин [2]. При этом применяется локальная поверочная схема для передачи единиц величин от государственных первичных эталонов единицы массы и единицы длины посредством косвенных измерений к разработанному эталонному набору мер. Передача единиц величин от эталонного набора стендам осущест-вляется методом прямых измерений. Применение этой схемы требует раз-работки системы технических требований к эталонным мерам массы, дли-ны в области измерений координат центра масс и момента инерции, по-зволяющим снизить дисперсию объекта косвенных измерений (эталонных мер) при воспроизведении единиц.

Предлагаемый эталонный набор мер имеет модульную конструкцию, что позволяет воспроизводить единицы в заданном диапазоне значений (рисунок 1). Точность воспроизведения единиц обусловлена двумя основ-ными факторами: точностью эталонов, от которых осуществляется пере-дача единиц величин набору мер, и точностью методов измерений, кото-рые при этом применяются. Точность методов измерений характеризуется методической составляющей погрешности измерений при передаче еди-ниц величин от эталонов и зависит от соблюдения при изготовлении тре-бований к форме и расположению поверхностей мер, входящих в эталон-ный набор.

Точность воспроизведения единиц величин набором мер обеспечена применением аттестованной методики косвенных измерений, которые осу-ществляются с целью установления действительных значений параметров набора в заданных конфигурациях. Элементы, из которых собирается эта-лонный набор мер, имеют форму, образованную простыми телами враще-

— 65 —

СеКЦиЯ 2

ния. Зная линейные размеры и массу элементов, из которых со-стоит эталонный набор мер, можно вычислить координаты центра масс и моменты инерции каждого элемента в отдельности и эталон-ного набора мер, собранного в за-данной конфигурации. измерения проводятся относительно трех ор-тогональных осей, проходящих че-рез центр масс набора, и включают в себя большой объем трудоемких расчетов, в том числе и показателей точности измерений. Правильность вычисления самих параметров, а значит, и правильность используемых для расчета формул, дополнительно подтверждается определением дан-ных параметров с помощью специального приложения Cosmos к програм-ме Solid Works.

С целью выбора оптимальных средств измерений, обеспечивающих за-данную точность, и оценки инструментальной составляющей погрешности был проведен анализ влияния погрешности прямых измерений линейных размеров и массы на границы погрешности измерения координат центра масс и моментов инерции эталонного набора мер [3], [4]. Точность изготов-ления мер, входящих в эталонный набор, от которой зависит методиче-ская составляющая погрешности измерений при передаче единиц величин от эталонов, обеспечивается установлением технических требований к ме-рам эталонного набора. С этой целью проведено оценивание влияния ме-тодической составляющей погрешности измерений, вызванной отклонени-ем формы поверхностей, на погрешность измерений требуемых величин, результаты которого были представлены в работе [5].

итогом исследований стендов для измерений массово-инерционных характеристик изделий и возможностей организации их метрологического обеспечения являются предложения по разработке локальной поверочной схемы (рисунок 2).

Стандартизация и утверждение локальной поверочной схемы для средств измерений массово-инерционных характеристик изделий на от-раслевом уровне, а также аттестация эталонного набора мер массы, дли-ны в области измерений координат центра масс и момента инерции в ка-честве государственного эталона позволит обеспечить утверждение типа стендов как средства измерений в рамках закона «об обеспечении един-ства измерений» [6]. Эти мероприятия, направленные на обеспечение прослеживаемости стендов к государственным эталонам и совершенство-

рисунок 1 – Эталонный набор мер массы, длины в области измерений координат центра масс и момента

инерции


— 66 —

рисунок 2 – Локальная поверочная схема для стендов ФГУП «ЦаГи»

— 67 —

СеКЦиЯ 2

вание всей системы метрологического обеспечения стендов, позволят производителям подобного оборудования выйти на качественно новый уровень, осуществлять периодическую калибровку и поверку стендов в про-цессе их эксплуатации.

Литература1. В.В. Богданов, В.С. Волобуев, а.и. Кудряшов, В.В. Травин. Комплекс

для измерения массы, координат центра масс и моментов инерции маши-ностроительных изделий // измерительная техника 2 (2002). – С. 37–39.

2. Б.Г. артемьев, Ю.е. Лукашов. Справочное пособие для специалистов метрологических служб. – М.: ФГУП «СТандарТинФорМ», 2009. – С. 688.

3. о.В. довыденко. расчет на точность методики измерений массы, цен-тра масс и моментов инерции контрольного приспособления для аттеста-ции испытательного стенда. Сборник трудов пятой Всероссийской конфе-ренции молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроения рос-сии». – 2012. – С.57-58.

4. о.В. довыденко. автоматизированная система управления аттеста-цией спецстенда для определения моментов инерции объектов с исполь-зованием метрологического контрольного приспособления модульного типа // Материалы девятой Всероссийской научно-технической конферен-ции «Метрологическое обеспечение обороны и безопасности в российской Федерации». – 2012. С. 48-51.

5. о. довыденко, Ю. Карташев, В. Петроневич, а. Самойленко. Метро-логическое обеспечение стендов для измерений массово-инерционных характеристик изделий // 23th National scientific symposium with international participation Metrology and metrology assurance 2013. Proceedings of the symposium. – 2013. – С. 459-464.

6. Федеральный закон от 26 июня 2008 г. № 102-ФЗ «об обеспечении единства измерений».


— 68 —

Эталонные приборы для поверки и калибровки средств измерений

С.Н.Степанов К.т.н., Технический директор ООО ИМЦ «МИКРО».

Краткий обзор сферы деятельности Инженерно-метрологического центра «МИКРО» специализирующегося в области линейно-угловых измерений. Обзор эталонных импортозамещающих приборов для по-верки и калибровки средств линейно-угловых измерений, выпускае-мых инженерно-метрологическим центром «МИКРО» и перспективы дальнейшей его работы.

инженерно-метрологический центр «Микро» создан в 1995 году и спе-циализируется в области линейно-угловых измерений.

Сферы деятельности центра:1. разработка и производство импортозамещающих, эталонных средств

измерений2. Метрологическое оснащение лабораторий ЦСМ, заводских лабора-

торий и производств средствами линейно-угловых измерений, в том числе эталонными

3. Поставка запчастей и сервисное обслуживание4. разработка и изготовление приборов специального назначенияУстановка для поверки концевых мер длины УКМ100Современная высокопроизводительная установка УКМ100 предназна-

чена для поверки плоскопараллельных концевых мер длины 3 и 4 разря-дов и рабочих классов 1 – 5 с номинальным размером от 0,5 до 100 мм.

Метод измерения – метод сравнения измеряемой меры со срединной длиной эталонной меры с помощью двух датчиков.

Технические характеристики:дискретность показаний, мкм 0,01Пределы показаний, мкм ±20Погрешность измерений, не более, мкм ±(0,1 + L)где L – длина концевой меры в мУстановка представляет собой компьютеризированное рабочее место

поверителя в виде лабораторного стола, в столешницу которого встроена плита из гранита. В плиту вмонтирована колонка с двумя кронштейнами –

— 69 —

СеКЦиЯ 2

верхним и нижним. В кронштейны установлены измерительные датчики с вакуумным арретированием. Верхний кронштейн перемещается по ко-лонке с помощью микровинта вращением маховичка. арретирование обо-их датчиков осуществляется автоматически.

Перемещение эталонных и поверяемой мер под измерительными на-конечниками производится с помощью манипулятора. Кассета, в которой установлены меры, имеет копир для перемещения поверяемой меры со-гласно схемы поверки. В манипулятор встроена кнопка, с помощью кото-рой осуществляется управление измерением. Кассета имеет специальную форму, благодаря которой меры не касаются гранитной плиты. Загрузка и выгрузка мер производится вакуумным пинцетом.

Программное обеспечение установки позволяет: автоматически арретировать индуктивные датчики; оценивать по размаху качество изме-рения в каждой поверяемой точке меры; подсказывать поверителю после-довательность поверки; печатать протокол поверки (калибровки) и прило-жение к свидетельству; хранить в памяти результаты поверки.

Установка позволяет:1. Повысить производительность поверки КМд примерно в 2 раза.2. Снизить утомляемость поверителя.


— 70 —

3. Устранить субъективные погрешности поверителя.4. исключить необходимость доводки стола.7. исключить истирания мер.Установка отмечена Знаком качества “Сделано в Санкт-Петербурге”, награж-

дена Золотой медалью “За единство измерений” выставки-конкурса “Метроло-гия2007”, награждена дипломом программы “100 лучших товаров россии”.

Индуктивные преобразователи и системы М200индуктивная измерительная система состоит из линейных индуктив-

ных преобразователей и электронного блока Бин2 для подключения двух преобразователей или Бин8 для подключения 8ми преобразователей.

индуктивные системы при сравнительно низкой стоимости способны решить многие метрологические задачи:

• Заменить снятые с производства трубки оптиметра, микрокаторы, опти-каторы, микаторы, миникаторы.

• Проводить точные измерения линейных размеров дифференциальным или абсолютным методом, как в лабораторных, так и в цеховых условиях.

• измерять отклонение формы и взаимного расположения поверхностей деталей.

• Проводить измерения в труднодоступных местах.• обеспечивать компьютерную обработку результатов измерений.• обеспечивать статистическое управление производством (SPC).

Технические характеристики индуктивных систем с различными преобразователями

Наименование,характеристики

Модель преобразователяМ021 М022 М023 М024 М025 М026

1 2 3 4 5 6 7диапазон показаний, мм ±0,2 ±1 ±5 ±2,5 ±0,3 ±0,2диапазон измерений, мм ±0,2 ±0,02 ±1 ±0,5 ±5 ±0,5 ±2,5 ±0,5 ±0,3 ±0,15 ±0,2 ±0,02

— 71 —

СеКЦиЯ 2

1 2 3 4 5 6 7дискретность отсчета, мкм

0,1 0,01 1,0 0,1 1,0 0,1 1,0 0,1 0,1 0,1 0,01

Предел допускаемой погрешности, мкм

±0,2 ±0,05 ±3,0 ±1,0 ±10,0 ±2,0 ±5,0 ±1,5 ±1,0 ±0,5 ±0,2 ±0,05

размах показаний, мкм, не более

0,3 0,05 3,0 3,0 3,0 0,3 0,3 0,05

измерительное усилие, сн, не более

от 0 до+120*

100 200 120 15 30 100

Присоединительныйдиаметр, мм

28 или 27 8 8 8 8 28

* измерительное усилие регулируемое

Преобразователи М022, М023, М024 имеют исполнение с осевым или боковым подводом кабеля, механическое, пневматическое или вакуумное арретирование измерительного стержня.

Преобразователи М021, М022, М023, М024 комплектуются механиче-ским арретиром.

Преобразователь М025 имеет наконечник бокового действия и предна-значен для измерения в труднодоступных местах.

длина кабеля преобразователей выполняется из ряда: 0,15; 0,30; 0,45; 0,9; 1,2; 1,5.

Электронный блок Бин2и имеет два входа а и Б и позволяет подклю-чать до двух любых преобразователей. он имеет следующие функции:

• индикация показаний датчиков;• алгебраическое суммирование сигналов: от двух преобразователей

а + Б или вычитание а – Б;• обнуление показаний в любой точке диапазона показаний;• подключение к компьютеру;• фиксирование наибольших и наименьших отклонений при измерении

погрешностей формы и биений;• динамические измерения с быстродействием 10 измерений в секунду.

Электронный блок имеет индикатор аналогового сигнала для визуаль-ного поиска экстремумов при измерении погрешностей формы и биений.

Электронный блок Бин2и может устанавливаться на подставке или крепиться на корпус преобразователя М021.

индуктивная система М200 награждена Знаком качества “Сделано в Санкт-Петербурге” и дипломом программы “100 лучших товаров россии”.

Уровень электронный М050Электронный уровень предназначен для контроля горизонтального

расположения поверхностей.


— 72 —

Уровень позволяет быстро и просто с высокой точностью и стабильностью выставлять горизонтально рабочие поверхности, измерять отклонения от прямолинейности и плоскостности поверхностей направляющих станков, сто-лов и различных плит, определять взаимное расположение в пространстве одноименных поверхностей, измерять отклонение от перпендикулярности.

Электронный уровень поставляется в трех комплектациях:В комплектации М05001, состоящей из уровня, электронного блока

и измерительной каретки, уровень может использоваться для определе-ния отклонения объекта от горизонтальной плоскости.

В комплектации М05002 в состав входит два уровня, электронный блок

и измерительная каретка. В этой комплектации электронный уровень ис-пользуется для определения взаимного расположения объектов или эле-ментов одного объекта.

Комплект М05003 предназначен для поверки отклонения от плоскост-ности гранитных плит классов точности 00 и 0, чугунных плит классов точ-ности 1, 2, а также для поверки отклонения от прямолинейности повероч-ных линеек. Комплект включает в себя два уровня, электронный блок, ка-ретку измерительную, ноутбук, программу Plate Checker для расчета от-клонения от плоскостности плит и прямолинейности линеек.

Технические характеристикидиапазон измерений ±1500 мкм/мдискретность отсчета 1 мкм/м (0,2 угл.сек.)Пределы допускаемой абсолютнойпогрешности измерений

±(2+0,01a)мкм/м,a- диапазон измерений, мкм

Программное обеспечение прибора в диалоговом режиме руководит дей-ствиями оператора по перемещению уровня по плите согласно стандартной схе-мы поверки (Ми 200789). обработку результатов измерений выполняет компью-тер, на дисплее которого отображается 3D картинка отклонения от плоскостно-сти и соответствующие таблицы расчётов отклонения от плоскостности.

— 73 —

СеКЦиЯ 2

Таким образом, работа поверителя сводится только к перемещению уровня по плите согласно указаниям компьютера. результаты поверки и свидетельство о поверке могут быть распечатаны с компьютера на лю-бом принтере.

Прибор для поверки индикаторов ППИ50Технические характеристики

диапазон измерений, мм 0-50дискретность отсчета, мкм 1,0Предел допускаемой по-грешности, мкм, не более

1,5

Принцип измерения оптоэлек-тронный

Прибор ППи50 предназначен для по-верки индикаторов часового типа, ры-чажно-зубчатых индикаторов, нутроме-ров, микрометрических головок.

Прибор представляет собой компьютеризированное место поверителя и состоит из поверительного устройства с WEB-камерой, электронного блока Бин2, компьютера и оснастки.

WEB-камера передает в увеличенном виде изображение шкалы пове-ряемого индикатора на монитор компьютера.

Поверитель совмещает на мониторе стрелку индикатора с соответству-ющим штрихом шкалы согласно указаниям компьютера и вводит инфор-мацию в компьютер.

По результатам поверки выводится на печать протокол поверки и кри-вая погрешности поверяемого индикатора.

Применение прибора:• повышает производительность поверки в 23 раза;• снижает утомляемость поверителя;• предотвращает субъективные ошибки, в том числе от параллакса;• позволяет регистрировать результаты поверки.

Прибор для поверки квадрантов ППКПриборы для поверки квадрантов ППК предназначены для поверки ква-

дрантов оптических Ко10, Ко30, Ко60, Ко60М и клинометров (инклиноме-тров) в измерительных лабораториях.

основными частями приборов для поверки квадрантов ППК являются ос-нование с регулируемыми опорами и прецизионное поворотное устройство, соединенное с опто-электронным круговым преобразователем. Вращение шпинделя осуществляется с помощью рукояток грубой и тонкой подачи.


— 74 —

Принцип работы прибора заключается в сле-дующем: шпиндель поворотного устройства устанавливается в нулевое положение по пока-заниям кругового преобразователя, после чего на столик устанавливается поверяемый ква-дрант, шкала которого выставлена точно в нуле-вое положение, а уровень квадранта находится в среднем положении.

Технические характеристикидиапазон измерений, угл. град. 0 – 360дискретность отсчета, угл. Сек. 1,0Предел допустимой абсолютной по-грешности, угл, сек

±3

Затем, вращением наружного лимба и наводящего винта квадранта, по оптической шкале квадранта выставляется угол αi соответствующий пове-ряемой точке. После этого вращением рукоятки грубой и тонкой подачи прибора столик с установленным квадрантом тоже поворачивается на угол αi пока пузырек основного уровня квадранта не вернется среднее положе-ние. Угол поворота шпинделя, к которому прикреплен столик с установлен-ным на нем квадрантом, отсчитывается оптоэлектронным круговым преоб-разователем, который непосредственно подключен к компьютеру для ре-гистрации углов поворота шпинделя. Таким образом, погрешность ква-дранта определяется как разность показаний квадранта и прибора.

Экзаменаторы эталонные I разряда М055

Технические характеристикидиапазон измерений, мкм/м ±3000(±600”)дискретность отсчета, мкм/м 0,2(0,04”)Предел допустимой абсолютной погрешности измерений, мкм/м ±(0,6 +2а·10 -4)

где а – измеряемая величина в мкм/м.

Экзаменаторы эталонные I раз-ряда М055 предназначены для по-верки пузырьковых и электронных уровней, и автоколлиматоров в из-мерительных лабораториях различ-ных отраслей промышленности

Экзаменатор состоит из гранитно-го основания с тремя регулируемы-ми опорами, гранитного стола в виде

— 75 —

СеКЦиЯ 2

одноплечего рычага с упругим шарниром, механизма поворота стола с руч-ками грубой и тонкой подачи, оптоэлектронного преобразователя и устрой-ства цифровой индикации.

на столе закреплена планка для ограничения положения поверяемых объектов. Устройство цифровой индикации (УЦи) предназначено для об-работки электрических сигналов, поступающих от оптоэлектронного пре-образователя линейных перемещений, и осуществляет визуализацию на цифровом табло полученной информации.

на лицевой панели УЦи расположены цифровое табло и кнопки управ-ления, позволяющие осуществить выбор параметров, обнуление текущего значения показаний, установление режимов измерений. Благодаря возмож-ности задания и изменения параметров на цифровом табло выдается ин-формация об изменении углового положения стола экзаменатора в мкм/м.

Прибор для поверки угольников ППУ 630Технические характеристики

Принцип действия индуктивныйМетод измерения перекладываниедиапазон номинальных значений высот н поверяемых угольников 60-630дискретность отсчета 0,1диапазон показаний индикатора ±100Предел допускаемой погрешности, ±0,5Габаритные размеры прибора 1100х400х1100масса прибора, кг 62

Прибор предназначен для поверки уголь-ников типов УЛП, УП, УШ с высотой Н от 60 до 630 мм в лабораторных и производственных условиях в машиностроении. Поверка проис-ходит по параметру «отклонение от перпенди-кулярности измерительных поверхностей к опорным поверхностям угольников».

Существенным преимуществом является от-сутствие необходимости применения при на-стройке и поверке прибора эталонных угольни-ков. Прибор имеет двухканальное цифровое от-счетное устройство, совместимое с вычисли-тельной техникой. опорная поверхность выполнена из гранита, а измеритель-ные наконечники из твердого сплава, что обуславливает высокую износостой-кость. для работы на приборе не требуется высокой квалификации поверителя.

ООО ИМЦ «МИКРО» г. С-Петербург, Политехническая, 29. т/ф (812) 5916661.


— 76 —

Отраслевая экспериментальная база прочностных исследований авиационных двигателей

Ю.А. Ножницкий Д.т.н., профессор, ЦИАМ имени П.И. Баранова

Б.А. Балуев К.т.н., ЦИАМ имени П.И. Баранова

Дан анализ проблем экспериментального исследования прочности и ресурса авиационных газотурбинных двигателей. Рассмотрены возможности созданной в ЦИАМ экспериментальной базы прочност-ных исследований двигателей.

Прочностные испытания занимают весьма значительное место в до-водке и сертификации авиационных газотурбинных двигателей (ГТд). По данным фирмы роллс ройс, прочностные испытания составляют более 80% от общего объема испытаний при создании авиационных двигателей.

Сложность подтверждения прочности деталей двигателей обусловлена условиями работы и конструкцией этих деталей. например, рабочая ло-патка турбины высокого давления работает при температуре, существен-но превышающей температуру плавления металла, из которого эта лопат-ка сделана. Лопатка вращается с высокой скоростью и действующая при этом центробежная сила эквивалентна силе, действующей на подвеску автобуса. При этом миниатюрная по размерам лопатка имеет сложную аэродинамическую форму и чрезвычайно сложную конструкцию. При взле-те самолета одна лопатка развивает такую же мощность, как гоночный ав-томобиль Формулы 1, а до замены лопатка проходит путь в 15 млн. миль [1]. Лопатка подвержена циклическому действию температуры и механи-ческих нагрузок. она работает в нестационарном потоке газа с существен-ной неравномерностью давлений и температуры, что приводит к интенсив-ным вибрациям лопатки и высокотемпературной коррозии материала.

Поэтому прочностные испытания деталей ГТд – не только наука, но и искусство, где важную роль играют оригинальные решения, разрабаты-ваемые на основе большого опыта работы.

В ЦиаМ более 80 лет проводятся прочностные испытания двигателей (в первые годы существования института – поршневых, а уже более 65 лет – газотурбинных) и накоплен уникальный опыт проведения проч-

— 77 —

СеКЦиЯ 2

ностных испытаний [2]. Принципиально важно, что в институте, наряду с ме-ханическими испытаниями, проводятся расчеты и физические исследова-ния, направленные на обеспечение и подтверждение прочностной надеж-ности газотурбинных двигателей. При необходимости осуществляются междисциплинарные исследования (например, для оценки птицестойко-сти двигателя). В институте проводится широкий спектр прочностных ис-пытаний на всех стадиях жизненного цикла изделий, начиная от испытаний образцов при исследовании конструкционной прочности материалов и за-канчивая прочностными исследованиями, проводимыми в процессе стен-довых и летных испытаний газотурбинных двигателей различного назначе-ния, а также агрегатов трансмиссий вертолетов, исследованием причин возникающих в процессе эксплуатации дефектов и разработкой меропри-ятий по предотвращению появления этих дефектов. разработанные и ис-пользуемые в институте оригинальное оборудование и методы прочност-ных испытаний защищены большим количеством авторских свидетельств и патентов на изобретения.

основными задачами прочностных испытаний авиадвигателей являют-ся подтверждение прочностной надежности двигателя в процессе его сер-тификации, верификация и валидация методов расчета, проверка проч-ности в трудно поддающихся расчетам условиях, оптимизация конструк-тивно-технологических решений, установление причин дефектов, форми-рование базы (банка) данных по конструкционной прочности материалов, отработка методов диагностики технического состояния двигателя и его деталей в процессе эксплуатации [3].

В 70-ые годы прошлого века в ЦиаМ была создана уникальная отрас-левая база прочностных испытаний авиационных двигателей. основу этой базы составили разработанные непосредственно в институте или специа-лизированными советскими предприятиями по техническим заданиям ин-ститута испытательные машины, установки и стенды для испытаний об-разцов, моделей деталей и натурных деталей и узлов (лопаток, дисков, корпусов, подшипников, зубчатых колес и т. д.). особое внимание уделя-лось разработке методов и оборудования для прочностных испытаний специальных образцов, вырезаемых из натурных деталей с сохранением поверхностного слоя материала, зон концентрации напряжений и т. д. Ме-ханическая часть этого оборудования во многих случаях продолжает эф-фективно использоваться, однако, в современных условиях необходимы его модернизация (прежде всего, в части управления и измерений) имею-щегося оборудования и оснащение новым современным оборудование. При этом должны учитываться такие тенденции в развитии эксперимен-тальных прочностных исследований двигателей как необходимость более полного воспроизведения эксплуатационных условий работы детали; пе-


— 78 —

ренос «центра тяжести» при экспериментальных исследованиях с испыта-ний двигателей на испытания узлов, деталей и образцов; повышение ин-формативности эксперимента за счет его сопровождения расчетным мо-делированием (для выбора условий и интерпретации результатов испыта-ний), совершенствование измерений с вводом сигналов непосредственно в ЭВМ, развитие методов обработки данных, в том числе в темпе экспери-мента, автоматизации.

на протяжении довольно длительного времени отраслевая экспери-ментальная база прочности авиадвигателей должным образом не раз-вивалась. однако, в последние годы активно стали развиваться опытные конструкторские работы по новым двигателям. При этом удалось выпол-нить не только ряд серьезных работ по модернизации имеющегося ис-пытательного оборудования (ряда машин для испытаний образцов мате-риалов, установок для испытаний на термоусталость, подшипниковых стендов и др.), но и оснастить лабораторию новым оборудованием, вклю-чая швейцарские машины для испытаний образцов на малоцикловую усталость и трещиностойкость при заданных цикле механического нагру-жения (жестком, мягком) и температуре, немецкие машины для испыта-ний на многоцикловую усталость при осевом нагружении, заданных асимметрии цикла и температуре, малогабаритные индийские машины для испытаний на многоцикловую усталость, английские электродинами-ческие вибростенды с лазерными виброметрами, английские приставки к электронному сканирующему микроскопу для электродисперсионной микроскопии и анализа дифракции отраженных электронов, японские растровые стационарный и настольный электронные микроскопы, ан-глийские испытательные машины для испытаний образцов и деталей из композиционных материалов, американские разгонные стенды (в т. ч. один – динамический) и др. В настоящее время модернизация экспери-ментальной базы прочности двигателей продолжается. основное обору-дование аттестовано и входит в состав аккредитованных авиарегистром Межгосударственного авиационного Комитета (ар МаК) и ростехрегули-рованием для проведения сертификационных испытаний испытательных лабораторий.

Участок исследований конструкционной прочности сплавов включает парк машин для кратковременных испытаний, испытаний на мало-, много-цикловую усталость, трещиностойкость, длительную прочность и ползу-честь при осевом нагружении в требуемом диапазоне условий нагруже-ния. имеется также установка для испытаний образцов при сложном на-пряженно-деформированном состоянии (растяжени-сжатие, кручение, внутреннее давление). В институте разработаны и утверждены ар МаК нормативные технические документы по специальной квалификации спла-

— 79 —

СеКЦиЯ 2

вов для обеспечения сертификации двигателей; разработаны методики испытаний, соответствующие применяемым зарубежными двигателестро-ительными фирмами стандартам; проведены перекрестные испытания с зарубежными лабораториями, разработана математическая оболочка для базы данных. одновременно выполнен комплекс работ по модерниза-ции и аккредитации испытательных участков оао «авиадвигатель» и ФГУП «ВиаМ». В отрасли интенсивно ведутся исследования конструкционной прочности сплавов, прежде всего в интересах создания двигателя Пд14. Сформированы условия для создания отраслевой базы данных по кон-струкционной прочности сплавов. Вместе с тем для создания такой базы необходима закупка дополнительного оборудования, прежде всего машин для испытаний на многоцикловую усталость при осевом нагружении. для обеспечения возможности проведения испытаний перспективных матери-алов (в частности, интерметаллидов) при температуре выше 1100°С не-обходима соответствующая оснастка (печи, захваты, экстензометры). не-обходимы разработка отечественных стандартов по механическим испы-таниям, гармонизированных со стандартами ASME, и активное вовлече-ние отечественных лабораторий в систему проводимых в разных лабора-ториях периодических перекрестных испытаний.

Значительно сложнее ситуация со специальной квалификацией компо-зиционных материалов. Здесь необходимо уделять внимание испытаниям компонентов, из которых создается материал; разрабатывать отсутствую-щие пока в необходимом объеме стандарты по проведению испытаний различных материалов (как компонентов материалов, так и конструкцион-ных материалов разных типов). необходимо также учитывать трудности переноса полученных на образцах результатов на реальные конструкции, что связано с различиями в схемах армирования, технологии влияния из-готовления, масштабного фактора. Участок ЦиаМ для испытаний с целью специальной квалификации полимерных композиционных материалов бу-дет аккредитован в 2013 г.

для создания конкурентоспособных перспективных двигателей необхо-димо иметь возможность проведения испытаний при высоких температу-рах, при сверхвысоких температурах в вакууме, в защитной среде и на воздухе (некоторые примеры показаны на рис. 1) [4]. Более 20 лет назад в институте была разработана оснастка для проведения испытаний образ-цов из керамических углерод-углеродных и других высокожаропрочных не-металлических материалов, что связано как с повышением термодинами-ческих параметров двигателей, так и с возможностью применения новых материалов, существенно превосходящих существующие материалы по предельной рабочей температуре.


— 80 —

а б врисунок 1. а – короткозонная печь и образец для испытания жаропрочных неметаллических материалов на растяжение при температуре до 1600 °C в воздушной среде; б – установка и захваты из углерод-углерода для опре-деления прочности при изгибе и растяжении в защитной среде при темпе-ратуре до 2200 °C; в – вольфрамовый захват для последовательного ис-пытания на изгиб пяти образцов при температуре до 2300 °C в вакууме.

К сожалению, в современных условиях воспроизведение подобной или разработка новой аналогичной оснастки является трудноразрешимой за-дачей.

оригинальное оборудование для испытаний на термоусталость позво-ляет проводить испытания образцов, моделей деталей и натурных дета-лей при температуре до 1600°С с использованием газопламенного нагре-ва, нагрева прямым пропусканием тока и нагрева током высокой частоты. При этом, что применение высокочастотного генератора с частотой 440 кГц позволяет получать требуемое изменение температур по толщине метал-лического образца с теплобарьерным керамическим покрытием [5].

В соответствии с современными сертификационными требованиями ресурс основных (критических по последствиям разрушения) деталей (од) двигателей должен подтверждаться с учетом возможного наличия в этих деталях дефектов. В лаборатории неразрушающего контроля проводятся комплексные исследования, позволяющие установить возможное содер-жание в детали разных дефектов и оценить выявляемость этих дефектов применяемыми методами неразрушающего контроля (нК). В 2012 г. выпу-щен оСТ с общими требованиями к нК од ГТд. Создан банк образцов с де-фектами для оценки выявляемости дефектов при нК различными метода-

— 81 —

СеКЦиЯ 2

ми. для отработки обоснованных методов подтверждения ресурса од при наличии дефектов, для выявления причин дефектов, определения оста-точного ресурса и периодичности инспекции од в процессе эксплуатации большое значение имеет фрактографическая реконструкция кинетики тре-щин в сочетании с расчетами кинетики трещин. институт имеет несомнен-ные достижения в этой области.

основной причиной дефектов современных отечественных и зарубеж-ных двигателей является разрушение от многоцикловой усталости, что связано с трудностями обеспечения вибрационной прочности деталей. При создании двигателей нового поколения эта проблема станет еще бо-лее острой из-за повышения нагруженности ступеней лопаточных машин; применения широкохордных лопаток с плотным спектром частот собствен-ных колебаний, использования блисков, в которых отсутствует демпфиро-вание колебаний в замковых соединениях лопаток, увеличения наработки двигателей до съема в ремонт. В связи с этим возрастает роль исследова-ний вибрационной прочности двигателей.

для экспериментальных исследований форм собственных колебаний эф-фективно используются методы голографической интерферометрии. В на-стоящее время для модального анализа широкое применение находят лазер-ные виброметры. для информации о вибрационном состоянии деталей ис-пользуются динамическое тензометрирование и вибрографирование (в т. ч. с применением векторных акселерометров), а в последние годы – бесконтакт-ные системы с датчиками пульсаций давления, датчиками радиальных зазо-ров, датчиками (лазерными, вихретоковыми контроля колебаний торцев ло-паток (tip timing). для исследования динамических процессов применяются методы, основанные на применении преобразования Фурье, преобразования Прони, методы вейвлет-анализа, анализа 3D-функций когерентности.

для анализа вибрационных характеристик и определения сопротивле-ния деталей многоцикловой усталости при симметричном цикле нагруже-ния, в основном, используются электродинамические вибростенды, а так-же вибростенды, на которых возбуждение колебаний детали осуществля-ется благодаря воздействию на неё модулированной (пульсирующей) струи воздуха (воздушные вибростенды). для оценки качества поверх-ностного слоя детали, оказывающего важнейшее влияние на её сопротив-ление многоцикловой усталости, используются рентгеновские дифракто-метры, профилографы-профилометры и другая специальная аппаратура.

испытания на многоцикловую усталость с асимметрией цикла нагруже-ния в некоторых случаях могут проводиться на машинах для испытаний на многоцикловую усталость при осевом нагружении (при отсутствии враще-ния лопаток) и рабочей температуре. В частности, по такой схеме механи-ческого нагружения проводятся испытания лопаток турбин.


— 82 —

Существенное расширение возможностей для исследований вибраци-онной прочности деталей роторов обеспечивается при использовании ди-намических разгонных стендов [7], (рис. 2). Такие стенды давно использу-ются для исследований вибрационных характеристик вращающихся лопа-ток, оптимизации методов конструкционного демпфирования колебаний этих лопаток. В последние годы появилась возможность проведения уста-лостных испытаний вращающихся лопаток. для этой цели динамические разгонные стенды оснащаются устройствами для эффективного (доста-точного для получения разрушения лопатки) возбуждения колебаний вра-щающихся лопаток (струями масла, импульсами сжатого воздуха и т. д.), системой прецизионного регулирования и контроля частоты вращения ис-следуемого ротора (для поддержания в процессе испытаний резонансного режима колебаний лопаток), высокооборотными токосъемниками и систе-мами для бесконтактного измерения колебаний (для получения информа-ции о напряженном состоянии лопатки) Применение системы бесконтакт-ного измерения колебаний позволяет получить информацию о колебаниях каждой лопатки испытываемого рабочего колеса (рис. 3).

рисунок 2. динамический разгонный стенд.

— 83 —

СеКЦиЯ 2

а б

в г

рисунок 3. результаты исследования вибрационного состояния блиска компрессора: а – амплитудно-частотная характеристика лопатки; б – ко-эффициенты демпфирования лопаток; в – амплитуды резонансных коле-баний лопаток; г – частоты резонансных колебаний лопаток блиска.

Помимо вибрационных испытаний, разгонные стенды широко исполь-зуются при разработке, сертификации и производстве авиадвигателей для подтверждения несущей способности и циклической долговечности (ре-сурса) роторов, повышения качества роторов (при технологической рас-крутке или автофретировании), проведения специальных испытаний по оценке локализации фрагментов роторов в корпусах, оценки стойкости


— 84 —

двигателя к попаданию посторонних предметов и др. испытаний. институт располагает комплексом разгонных стендов, позволяющих испытывать ро-тора различных масс и размеров. для привода исследуемого ротора во вращение используется электродвигатель или воздушная турбина. имеют-ся стенды для раскрутки ротора (с целью снижения необходимых для рас-крутки затрат энергии) в вакууме и стенды для раскрутки в атмосферных условиях.

При проведении циклических испытаний для подтверждения ресурса детали её нагружение осуществляется циклами, соответствующими нагру-жению в эксплуатации. для нагрева объекта испытания используются печи сопротивления; вихревые токи; тепло, выделяемое при трении о воздух вращающегося колеса с лопатками (при раскрутке этого колеса при атмос-ферном давлении воздуха или частичном вакуумировании камеры, в кото-рой раскручивается ротор). для облегчения возможности проведения ис-пытаний на термомеханическую усталость деталей роторов из перспек-тивных неметаллических материалов целесообразно оснастить стенд си-стемой нагрева объекта испытаний кварцевыми лампами и системой бы-строго охлаждения этого объекта.

Применение разгонных стендов нового поколения позволяет суще-ственно сократить время испытаний за счет применения в качестве приво-да малоинерционный реверсивной воздушной турбины и обеспечения глу-бокого вакуума в разгонной камере. Большая длительность и высокая сто-имость циклических ресурсных испытаний обусловлена также необходи-мостью периодической разборки установки для контроля отсутствия в ис-пытуемом роторе трещин (с последующей повторной балансировкой рото-ра и его установкой на стенде). В новых стендах для решения этих вопро-сов используется система контроля за появлением и развитием трещин в роторое в реальном времени, которая позволяет остановить экспери-мент, избежав опасного разрушения и сохранив фрагменты ротора для фрактографических исследований. имеется система балансировки рото-ра, установленного на стенде. автоматизация управления стендом позво-ляет воспроизводить требуемые циклы нагружения. Применение высоко-скоростной видеокамеры и датчиков увеличения диаметра ротора в про-цессе его раскрутки позволяет существенно повысить информативность испытания.

обрыв лопатки при проверке на разгонном стенде возможности лока-лизации ее фрагментов в корпусах двигателя обычно осуществляется с помощью взрыва. В институте разработаны способ и устройство, позво-ляющие обеспечить управляемый обрыв лопатки в требуемом её сечении на заданной частоте вращения без использования взрыва [8]. разрушен-ная лопатка и установка для испытания показаны на рис. 4.

— 85 —

СеКЦиЯ 2

а б

врисунок 4. Установка для испытаний с обрывом лопатки: а – корпус венти-лятора с подготовленной лопаткой; б – схема устройства для обрыва ло-патки (1 – лопатка, 2 – хвостовик лопатки, 3 – нагреватель внутри лопатки, 4 – зазор между нагревателем и лопаткой, заполненный высокотемпера-турным наполнителем-клеем, 5 – сечение обрыва, 6 – прорези, 7 – токосъ-емник, 8 – блок питания); в – оборвавшаяся лопатка после испытаний.

опыт эксплуатации авиационных двигателей свидетельствует о необ-ходимости усиления внимания к обеспечению прочностной надежности подшипников и зубчатых колес.

институт обладает комплексом стендов для испытаний подшипников качения различных типоразмеров, в том числе межвальных и межротор-ных подшипников с независимым приводом во вращение внутреннего и наружного колец подшипников. Эти стенды широко используются при проведении как сертификационных, так и доводочных испытаний, в част-ности, для проведения испытаний подшипников из перспективных, в том числе керамических материалов, для проведения исследований проскаль-зывания подшипников, исследований тепловыделения в подшипнике, оценке долговечности при перекосе осей колец подшипников, а также для испытания подшипника скольжения [9].

Стенд для испытаний зубчатых колес позволяет проводить испытания на контактную и изгибную выносливость зубчатых колес с различными ви-дами зацепления и различной химико-термической обработкой рабочих поверхностей, моделировать дефекты и отрабатывать методы диагности-ки технического состояния зубчатых колес, подшипников, шлицевых сое-динений, оценивать работоспособность зубчатых колес при использова-нии различных масел.

Планируется создание стенда для испытаний конических зубчатых ко-лес и стенда для испытаний редуктора привода вентилятора.


— 86 —

Методы диагностики технического состояния деталей двигателей, от-работанные с использованием данных, полученных на лабораторных уста-новках, успешно применяются при эксплуатации авиационной техники.

отраслевая база прочностных испытаний двигателей обладает широ-кими возможностями и модернизируется для решения задач, связанных с созданием перспективных газотурбинных двигателей различного назна-чения. При модернизации экспериментальной базы большое внимание должно быть уделено решению метрологических вопросов, прежде всего, вопросов, возникающих при измерении быстропротекающих процессов, подтверждении вибропрочности деталей двигателей, оценке прочности образцов и деталей при высоких рабочих температурах.

Выводырассмотрены современное состояние и тенденции развития отрасле-

вой базы экспериментальных прочностных исследований авиационных двигателей. обращено внимание на метрологические проблемы, возника-ющие при модернизации экспериментальной базы, необходимой для обе-спечения разработки и сертификации двигателей нового поколения.

Литература1. Value = the sum of all parts// The Magazine, Rolls Royce, Issue 128,

March 2011. P.4-6.2. ЦиаМ 75 лет. Под ред. Скибина В.а., Пономарева Б.а., Соркина

Л.и., Шорра Б.Ф., М. «авиамир», 2005. –С.414-520.3. Энциклопедия «Машиностроение», Том IV-21, Книга 3 «авиацион-

ные двигатели Под ред Скибина В.а., Темиса Ю.М. и Сосунова В.а., М. «Машиностроение», 2010. С.719.

4. Nozhnitsky Y., Smirnov L. Ceramic, Carbon-carbon and Other Composite Materials Tests at High Temperature. In «Ultra High Temperature Mechanical Testing» Ed. By R.D. Lohr and M. Streen Wood head Publishing Limited. Cambridge, 1995. P.184-192.

5. Bychkov N.G., Lukash V.P., Nozhnitsky Yu.A., Perchin A.V., Rekin A.D. Investigations of Thermomechanical Fatique for Optimization of Design and Production Process Solutions for Gas-turbine Engine Parts. Int. J. of Fatigue, 30, 2008. P.305-312.

6. Nozhnitsky Yu.A., Tumanov N.V. Prevention of Low Cycle Fatigue Fracture of Aviation Engine Critical Parts. Pr. Of the 28th Int. Congress of Aeronautical Sciences (ICAS) Australia, Brisben, 2012. CD. P.8.

7. ножницкий Ю.а., Федина Ю.а., Шадрин д.В., Милатович Б. исследо-вания вибрационной прочности вращающихся лопаток турбомашин на ди-намическом разгонном стенде. Вестник УГаТУ, т.15, № 4 (44), Уфа, УГаТУ, 2011. С.86-89.

— 87 —

СеКЦиЯ 2

8. Балуев Б.а., Бычков н.Г., ножницкий Ю.а., Першин а.В. обеспече-ние управляемого обрыва лопатки при проверке локализации фрагментов разрушенной лопатки в корпусах двигателя. В кн. Современные методы обеспечения прочностной надежности деталей авиационных двигателей. М. Торус Пресс, 2010. С.134-145.

9. Петров н.и., ножницкий Ю.а. Повышение надежности подшипников качения . В сб. новые технологические процессы и надежность ГТд. Вып.9, М. ЦиаМ, 2013. С.3-12.


— 88 —

Испытания авиационной техники на динамическую прочность при ударе

посторонними предметамиП.В. Воробьев инженер, К.В. Моргачев программист,

В.С. Никифоров начальник стенда, С.Б. Петров начальник отделения, С.М. Шершаков конструктор, начальник сектора

Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова

В настоящее время получение материалов для подтверждения дина-мической прочности конструкции авиационной техники при ударе посто-ронними предметами является неотъемлемым требованием для сертифи-кации и последующей эксплуатации воздушных судов.

В 2009 году в ЦиаМ был создан и аттестован стенд SO117/118 по ис-пытаниям элементов аТ на удар крупной птицы (1,81 и 3,63 кг) при скоро-стях 100…170 м/с. однако скоро выяснились, не только высокий уровень востребованности данного вида испытаний, но и чрезвычайно широкий спектр работ данного направления. например, испытания по паданию пти-цы в элементы планера и на вход в двигатель, испытания критических эле-ментов крыла самолета при ударе фрагмента пневматика, испытания, имитирующие слет льда и попадание его на лопатки двигателя, удар круп-ным градом и т. д. Поэтому, практически каждой новой программе испыта-ний предшествовали работы по расширению экспериментальных возмож-ностей стенда, по совершенствованию стендового оборудования и техно-логий подготовки и проведения испытаний. другими особенностями этого вида испытаний являются высокие требования к точности настройки и ре-гистрации параметров, характеризующих условия эксперимента, быстро-течность самого процесса выстрела (несколько микросекунд) и особенно большое значение видео материалов в общем информационном обеспе-чении испытания.

для получения данных, которые бы отражали реальные условия при проведении испытаний на стенде применяются высокоточные измери-тельные инструменты. Функциональная схема информационной системы стенда Т15-П показана на рисунке. В состав измерительной системы стен-да входят следующие устройства:

— 89 —

СеКЦиЯ 2

• первичные преобразователи (термопары хромель-капель), термисторы для компенсации холодного спая, датчики давления «Сапфир-22ди», «Метран-100дд», манометр цифровой прецизионный МЦП-2М, датчики влажности и температуры иПТВ-206/М1-01 фирмы «Элемер», акселе-рометры, тензометры, скоростомеры);

• крейтовое оборудование фирмы National Instruments для регистрации статических параметров, в состав которого входит: – шасси NI PXIe-1082; – контроллер NI PXIe-8108; – плата для регистрации параметров по каналам температуры NI PXIe-4353 с клемником NI TB-4353 (32 канала регистрации (до 90 Гц) с восьмью каналами компенсации холодного спая);

– две универсальные токовые платы NI PXIe-6238 с клемниками (по 8 каналов регистрации аналоговых токовых сигналов (до 250 кГц), по два выходных аналоговых канала, по четыре выходных и шесть входных цифровых каналов (до 80 МГц));

– блок синхронизации; – компьютер для управления сбором, регистрации и отображения ин-формации;

– преобразователь RS232->USB Moxa UPort 2410.

рисунок. Функциональная схема информационной системы стенда Т15-П


— 90 —

на мониторах в «пультовой» стенда отображаются значения всех из-меряемых параметров. Кроме этого регистрируется момент нажатия кноп-ки «ВЫСТреЛ», сигнал от которой поступает непосредственно на плату NI PXIe-6238.

Программное обеспечение аииС и аСУ ТП стенда Т15-П разработано с помощью среды разработки компании National Instruments LabView Developer Suite 2012. Программный комплекс состоит из прошивок, выпол-няемых на крейтовом оборудовании и приложения, исполняемого на про-мышленном компьютере.

В режиме измерения производится запись измеряемых токовых значе-ний и значений напряжений с датчиков измерения статических параметров непосредственно на крейте с одновременным вычислением значений тем-ператур и передачей этих значений на промышленный компьютер посред-ством Ethernet с помощью Shared Variables. на нем производится вычис-ление значений давлений, влажности и температуры, прием базового дав-ления с МЦП-2М, прием значений с измерителей скорости с одновремен-ным их отображением на экранах операторов стенда и записью на жесткий диск в формате *.tdms. Кроме того производится запись сигнала с кнопки «Выстрел» для однозначного сопоставления метки времени выстрела с зна-чениями температур, давлений, влажности. По этому же сигналу начина-ется фиксация динамических параметров на втором крейте с отображени-ем ключевой информации на экране оператора динамических измерений. Управление работой скоростных видео камер осуществляет блок синхро-нихации.

В 2011 году Комиссия Центра сертификации «Качество» провела по-вторное обследование стенда и приняла решение выдать новый аттестат № иС 12/11 позволяющий проводить на стенде сертификационные испы-тания по определению динамической прочности элементов авиационной техники на попадание посторонних предметов – птицы, льда, града, про-тектора шины.

В конце 2011 года на стенде были проведены сертификационные ис-пытания элементов планера самолёта RRJ-95 на удар птицы и на удар фрагментом шины, а в 2012 г. выполнены еще пять программ испытаний.

В 2013 года стенд SO117/118 был перенесен в более просторное поме-щение стенда Т-15/10, что позволит испытывать объекты больших разме-ров таких, как элементы планера самолета МС-21. При этом были внедре-ны новое оборудование и технологии, позволяющие расширить спектр вы-полняемых задач.

— 91 —

СеКЦиЯ 2

Опыт применения сенсоров фирмы Keller Ag в датчиках для измерения распределения давления

при дренажных испытаниях в аэродинамических трубахИ.В. Загоскин

директор ООО «Измерение и контроль»

В связи с усложнением моделей, используемых для исследования аэро-динамических свойств объектов авиационно-космической техники, ужесто-чаются требования, предъявляемые к датчикам, обеспечивающим измере-ние соответствующих параметров в процессе аэродинамических испытаний.

рисунок 1 Фрагмент Экспериментальная установка ФГУП Цниимаш.

В полной мере это относится и к преобразователям давления, предна-значенным для измерения распределения давления при дренажных ис-пытаниях в аэродинамических трубах предприятия ФГУП Цниимаш.

Применительно к этим видам испытаний ужесточаются, прежде всего, требования к точности и к габаритным размерам.


— 92 —

Как показал анализ существующие датчики давления таких известных фирм как Kulite, Trafag, ADZ-Nagano, а также KELLER AG и др. не обеспе-чивают выполнения совокупности таких требований как:

• суммарная погрешность ± 0,25%ВПи (в диапазоне температур минус 10…50oС),

• габаритные размеры ∅15 * 50 мм при низком уровне измеряемого абсо-лютного давления 0 … 60 кПа и выходном сигнале 4 … 20 ма.В связи с этим ФГУП Цниимаш было принято решение о разработке

нового датчика давления, удовлетворяющего выше перечисленным требо-ваниям, с проведением сертификационных испытаний и внесением в Гос-реестр средств измерений.

рисунок 2. Чувствитель-ный элемент датчика.

рисунок 3. Схематичный чертеж датчика раа-5.

рисунок 4 ПдМ5а.

В ответ на обращение ФГУП Цниимаш ооо «измеркон», как офици-альный представитель фирмы KELLER AG (Швейцария), предложило ис-пользовать модернизированный под требования ФГУП Цниимаш (штуцер с внешней резьбой М8 и внутренней резьбой М3) оеМ-датчик раа5, ис-пользующий пьезорезистивный сенсор в качестве чувствительного эле-мента (см. рис. 2). Завод KELLER AG специализируется исключительно на измерении давления и уже более 40 лет, и является одним из новаторов в этой области, предлагая своим потребителям по всему миру огромное количество исполнений и возможностей по адаптации.

В качестве разработчика преобразователя давления ооо «измерение и Контроль» предложило услуги своего партнёра ооо «Вильва» как пред-приятия, имеющего значительный опыт в разработке вторичных преобра-зователей для датчиков давления.

достоинствами сенсора Pаа5 являются:• малые габаритные размеры (максимальный диаметр 12 мм);• высокий уровень выходного сигнала (∼100мВ) при номинальном значе-

нии измеряемого давления и токе питания 1ма.

— 93 —

СеКЦиЯ 2

на основе этого сенсора ооо «Вильва» был разработан и сертифици-рован преобразователь дав ления измерительный малогабаритный ПдМ5а.

основные технические характеристики преобразователей приведены в таблице 1 и в описание типа или рЭ.

Таблица 1 Основные технические характеристики преобразователей

Наименование характеристики МодификацияПМД5А

диапазоны измерений, кПа 060 0100 0160 0250Пределы допускаемой основной приведенной погрешности γ, % от диапазона измерений

±0,2

Максимально допустимая перезагрузка по дав-лению, % от ВПи

250

Выходной сигнал, ма 420Параметры электропитания:– напряжение постоянного тока, В

1832

Потребляемая мощность, ВТ, не более 0,85Предел допускаемой вариации выходного сиг-нала,% от диапазона измерения

0,1

Пределы допускаемой дополнительной приве-денной погрешности, вызванной изменением температуры окружающего воздуха, % от диа-пазона измерения на каждые 10˚С

±0,05

Масса, г, не более 30Габаритные размеры, мм, не более:– длина– диаметр

5015

Средний срок службы, лет 12Средняя наработка, ч, не менее 80000Условия эксплуатации:– диапазон рабочих температур окружающей

среды, ˚С– давление окружающего воздуха, кПа– относительная влажность, %– вибрация (в диапазоне частот от 10до 600 Гц)

от минус 10 до 50от 10 до 300от 30 до 80

до 10 g

интервал между поверками 2 года

Учитывая хорошую чувствительность сенсора раа5 и высокую точ-ность электронной части преобразователя ПдМ5а, ооо «Вильва» уда-лось разработать модификацию датчика с кратностью программирования диапазона измерения более 4х (покрываются диапазоны от 0 … 60 кПа до 0 … 250 кПа) без потери точности измерения.


— 94 —

По результатам разработки преобразователя ПдМ5а и с учётом необ-ходимости обеспечения испытаний перспективных многоточечных моде-лей специалистами ФГУП Цниимаш было сформулировано пожелание о разработке модификации ПдМ5а с уменьшенным диаметром корпуса до 12 мм с сохранением всех метрологических характеристик преобразо-вателя.

для решения данной задачи предполагается использовать одно из са-мых высокотехнологичных решений фирмы KELLER AG – сенсор серии 81905, имеющий диаметр 6,2 мм.

ВыводыБлагодаря совместным усилиям специалистов ФГУП Цниимаш, фир-

мы Keller, ооо «измеркон» и ооо «Вильва» удалось в сжатые сроки раз-работать и сертифицировать преобразователь давления ПдМ5а, полно-стью удовлетворяющий требованиям, предъявляемым к современным датчикам давления, предназначенным для решения задачи высокоточного измерения распределения давления при дренажных испытаниях в аэро-динамических трубах.

Создан вариант малогабаритного датчика давления с программирова-нием диапазонов измерения.

По предложению ФГУП Цниимаш начаты работы по дальнейшей ми-ниатюризации преобразователя давления ПдМ5а.

Литература1. Техническая документация Keller на сенсоры давления 252. Техническая документация ооо «Вильва» на преобразователь дав-

ления ПдМ5а3. Свидетельство об утверждении типа средств измерений № 51336 с

описанием.

— 95 —

СеКЦиЯ 2

Проблемы измерения локальных температур в высоко-температурных, высокоскоростных течениях газа

Б.И. Минеев К.ф.-м.н., ФГУП «ЦИАМ им. П.И. Баранова»

В камерах сгорания перспективных авиадвигателей реализуются тем-пературы на уровне 2000 °С, локальные значения которых, в соответствии с существующими в авиационном двигателестроении нормативными тре-бованиями, должны измеряться с погрешностями менее 10 °С. Указанная погрешность должна обеспечиваться в условиях высокой турбулентности и неравномерности течения, наличия вибраций несущих конструкций, при-сутствия сажистых частиц в многокомпонентном потоке с протекающими реакциями. Принципиальные трудности измерения локальных температур газа в этих условиях связаны с:

(а) отличием измеряемой температуры, реализуемой на чувствитель-ном элементе контактного термодатчика, от температуры газа,

(б) малым ресурсом контактных датчиков,(в) трудностью использования оптических методов измерения в услови-

ях двигательного испытательного стенда с загрязненным исследуемым по-током, характеризующимся большими градиентами и пульсациями пара-метров течения,

(г) отсутствием необходимой эталонной базы.отличие температуры чувствительного элемента от температуры газа

обусловлено его охлаждением из-за конвективного отвода тепла в охлажда-емую часть термодатчика и из-за лучистого теплового потока в окружающее пространство, а также вследствие невозможности реализовать в области чувствительного элемента полностью заторможенный высокоскоростной поток или условия, необходимые для измерения статической температуры контактным датчиком. Возникающие при этом погрешности измерения тем-пературы газа могут достигать десятков и сотен градусов. Существуют мето-ды учета указанных факторов, существенно повышающие достоверность измерений, однако не обеспечивающие требуемую точность измерения.

Малые ресурсы термодатчиков, изготавливаемых из драгметаллов, приводят к существенному удорожанию измерений и низкой информатив-ности измерений из-за частого выхода из строя термодатчиков.


— 96 —

Существующие оптические методы требуют «тепличных» условий экс-плуатации и пока не могут обеспечить необходимых погрешностей изме-рения даже в «чистых» лабораторных условиях.

наконец, отсутствуют эталонные установки, на которых можно было бы проводить поверку (калибровку) термодатчиков при температурах до 2000…2100 °С, в заданной газовой среде с необходимой точностью.

В ЦиаМ некоторое время назад начались работы по преодолению ука-занных трудностей. Эти работы направлены, главным образом, на созда-ние новых контактных и бесконтактных средств измерения высоких темпе-ратур, на поиск и исследование новых высокотемпературных и дешевых материалов, необходимых для создания высокотемпературных термодат-чиков, на внедрение расчетно-экспериментальных процедур измерения высоких температур газа для повышения достоверности измерений, на создание высокотемпературных калибровочных установок и стендов. Предполагается создать эталонную экспериментальную установку, с «об-разцовым» высокотемпературным потоком, на которой можно будет про-водить калибровку рабочих средств измерения в условиях, приближенных к натурным. Это позволит существенно уменьшить дополнительные по-грешности, обусловленные упомянутыми выше факторами. Предполага-ется одновременное использование на этой установке средств измерения, построенные на разных физических принципах, что повысит достовер-ность определения температуры «образцового» потока за счет различной чувствительности этих средств измерения к указанным факторам.

В данной статье представлены некоторые результаты исследований, направленные на решение проблем измерения температур в высокотем-пературных потоках, полученные в работах, проводимых под руководством сотрудников ЦиаМ В.и. Зори, а.В. Кудрявцева, В.Б. Сахарова, В.а. Степа-нова, а также в сотрудничестве с ниУ МЭи и фирмой «Термокерамика».

1. Исследование новых высокотемпературных материаловдатчики температуры для измерения температуры газовых потоков

свыше 1000 °С в настоящее время представляют собой конструкцию, со-стоящую из металлического водоохлаждаемого корпуса и неохлаждаемой керамической камеры торможения с чувствительным элементом (термо-парой). изучается возможность применения новых материалов для созда-ния датчика с неохлаждаемым корпусом из частично стабилизированного диоксида циркония (ЧСЦ). ЧСЧ отличается высокой температурой плавле-ния (до 2900 °C), высокими прочностными характеристиками, химической стойкостью к агрессивным средам, низкой теплопроводностью, сохране-нием механических свойств в широком температурном интервале. ЧСЧ пригоден для механической обработки и имеет коэффициент термическо-го расширения, близкий к стали, что упрощает сочленение стальных дета-

— 97 —

СеКЦиЯ 2

лей датчика с деталями из ЧСЧ и значительно увеличивает ресурс датчика в условиях высоких температур. Кроме того, этот материал является диэ-лектриком при низких температурах (20 0C – 2,2.1010 ом∙м) и проводником при высоких температурах (1000 0C – 10 2 ом∙м), что позволяет рассматри-вать его не только как конструкционный материал, но также и в качестве материала для изготовления чувствительного элемента.

на первом этапе работ с ЧСЦ этот материал был применен для изготов-ления камеры торможения высокотемпературного датчика. Были проведе-ны тепловые испытания такого датчика, которые показали, что в условиях отсутствия охлаждения камера торможения из неметаллического матери-ала – кристаллического диоксида циркония, выдерживает температурное воздействие до температур свыше 2000 ºС без изменения своих свойств.

Как упоминалось выше, чистый диоксид циркония является изолято-ром, ионная проводимость в нем практически отсутствует. Стабилизация диоксида циркония ZrO2 примесями, имеющими степень ионизации ниже, чем у циркония, приводит к возникновению кислородных вакансий. В ре-зультате, при нагреве стабилизированный диоксид циркония начинает проводить электрический ток. При этом зависимость проводимости σ от температуры имеет довольно сложный экспоненциальный характер:

2 2( )/ 2 2E Em kTnq a e a b

kTnn

s - += +

где a – постоянная решётки, q – эффективный заряд вакансии, ν – ча-стота собственных колебаний вакансии в решётке, n – плотность положи-тельных ионов в кристалле на 1м3 , Ev -энергия активации вакансии, Em – энергия активации её движения.

из-за влияния температуры на σ была проведена проверка наличия утечек «на корпус» сигнала термопары. Камера торможения из ЧСЧ, пре-парированная термопарой типа ТПр30/6, помещалась в эталонную печь, обеспечивающую нагрев до температур 1600 °С. Было показано, что каме-ра торможения из ЧСЦ не оказывает воздействия на номинальные стати-ческие характеристики термопар типа ТПр.

Создание высокотемпературных средств измерения невозможно без на-личия высокотемпературной (до 2400 °С) эталонной базы, позволяющей проводить метрологические исследования новых средств измерения в воз-душной среде, или среде газа заданного состава. имеющиеся высокотем-пературные печи не обеспечивают такие исследования. Поэтому, с учетом свойств ЧСЦ, в ЦиаМ совместно с фирмой «Термокерамика» начаты рабо-ты по созданию высокотемпературной образцовой печи, работающей в чи-стой воздушной среде с применением диоксида циркония в качестве на-


— 98 —

гревательного элемента. для этого высокотемпературная печь должна со-стоять из низкотемпературного блока, содержащего обычный нагреватель для предварительного нагрева рабочей области печи до 1200 ºС и высоко-температурного блока с вторичным нагревателем из ЧСЦ, включающемся затем для достижения рабочей температуры в ядре печи до температур 2400 ºС. для исследования проводящих свойств ЧСЦ были изготовлены проб-ные образцы нагревателей и изучалась зависимость сопротивления нагре-вателей от температуры при температурах до 1600 ºС. результаты, пред-ставленные на рис. 1, демонстрируют изменение сопротивления от сотен ом при низких температурах до долей ом при температурах выше 1200 ºС.

рис. 1. Сопротивление нагревательного элемента из ЧСЦ в зависимости от температуры

несмотря на сложную зависимость сопротивления нагревательных элементов от температуры, зависимость переменного тока через нагрева-тельный элемент из ЧСЦ от приложенного напряжения имеет линейный характер.

В результате проведенных исследований установлено, что предложен-ный нагревательный элемент, изготовленный из кристаллического ЧСЦ, имеющего достаточную ионную проводимость при температуре свыше 1200 ºС и линейную вольтамперную характеристику, обеспечивает увеличе-ние температурного диапазона до 2400 ºС и может быть использован для создания высокотемпературных печей, работающих в воздушной среде.

2. Создание новых средств измерения высоких температур

2.1 Пирометрический инфракрасный термодатчикПроводятся работы по созданию пирометрического инфракрасного

(иК) термодатчика, который содержит погружаемый в высокотемператур-

— 99 —

СеКЦиЯ 2

ный поток чувствительный элемент и оптическую систему, обеспечиваю-щую измерение температуры этого чувствительного элемента пирометри-ческим методом. на первом этапе создан датчик с керамическим стаканом из окиси магния в качестве чувствительного элемента (рис. 2). Проведены его исследования на модели абсолютно черного тела (аЧТ). однако, из-за большой постоянной времени, иК термодатчик с керамическим стаканом можно применять только для измерения стационарных температур. для уменьшения инерционности датчика необходимо изменить чувствитель-ный элемент. для этих целей предложен сапфировый стержень диаме-тром 1…3 мм с организованной на его конце моделью аЧТ. для датчика с сапфировым стержнем в конструкцию внесены дополнительные измене-ния. добавлено воздушное охлаждение, изменена оптическая схема, кре-пление сапфирового стержня осуществляется в цанге, что позволяет ме-нять расположение сапфирового стержня как по высоте, так и по углу. рас-сматривается также возможность применения описанного выше частично стабилизированного диоксида циркония в качестве чувствительного эле-мента термодатчика.

рис. 2. Пирометрический датчик с керамическим стаканом

2.2 Измерение высоких температур газа с помощью газодинамического насадкаПредложена конструкция охлаждаемого газодинамического насадка

для определения температуры высокотемпературного потока через пара-метры, измерение которых осуществляется более надежно. насадок со-держит два последовательно установленных жиклера, на входе и выходе, и устанавливается навстречу высокотемпературному потоку, так что на входе переднего жиклера реализуются параметры заторможенного пото-ка. из уравнения сохранения расхода газа через жиклеры следует, что от-ношение температур на входе первого и второго жиклеров является сте-пенной функцией отношения давлений, измеренных в этих точках:


— 100 —

1 1

2 2

nT p

KT p

* *

* *

æ ö÷ç ÷= ç ÷ç ÷÷çè ø

Показатель степени и коэффициент K определяются в результате тари-ровки насадка при известных значениях р*

1 и Т*1 , а так же р*

2 и Т*2. Таким

образом, измерив давления р*1, р

*2 и температуру Т*

2 можно определить температуру торможения высокотемпературного потока Т*

1.Такой газодинамический насадок был спроектирован и изготовлен. Со-

брана установка для исследования его метрологических характеристик с по-догревом воздуха до 1250 К. Экспериментально показана принципиальная возможность измерения высоких температур газового потока таким методом.

В настоящее время проводятся расчетные и экспериментальные ис-следования, результаты которых позволили бы дать конкретные рекомен-дации по выбору основных параметров насадка и методике выполнения измерений температуры газа с его помощью.

2.3 Цилиндрический охлаждаемый насадок для измерения температуры газаоригинальность предложенного метода заключается в замене прямых

измерений высоких температур газового потока на их определение по бо-лее низким температурам, измеряемым двумя термопарами, установлен-ными вдоль охлаждаемого цилиндрического насадка, выполненного из теплопроводного материала и устанавливаемого в поток (см. рис. 3).

рис.3. Принцип метода измерения температуры газа

Выбрана принципиальная конструкция датчика, проведен её числен-ный анализ, на основе которого выбран материал для цилиндрического насадка (медь) и показана принципиальная работоспособность такого

— 101 —

СеКЦиЯ 2

средства измерения. из серии расчетов получен вид калибровочной за-висимости для охлаждаемого датчика температуры:

11 2

1 2

* 1 ( )TTTK a T T

T b M c T= = + ⋅ -

⋅ +,

где a, b, c – экспериментальные коэффициенты, T* – температура тор-можения потока, T1 – показания первой термопары, Т2 – показания второй термопары, KT – калибровочный коэффициент цилиндрического датчика, M – число Маха.

Также проведена серия экспериментов, по результатам которых под-твержден вид калибровочной зависимости и оценена погрешность изме-рения температуры. Показано, что для определения температуры тормо-жения потока с погрешностью 1% в диапазоне температуры набегающего потока 1500…3000 К необходимо измерять температуру насадка с погреш-ностью » 0,1% (3 К), а число Маха потока – с погрешностью » 1%.

После проведенных оценок выполнен уточняющий расчет охлаждаемо-го датчика температуры в трехмерной постановке. решалась совместная задача: расчет поля течения (решение осредненных по рейнольдсу урав-нений навье-Стокса RANS) и расчет передачи тепла в термодатчике (ре-шение уравнения теплопроводности в твердом теле).

результаты расчета показали, что при заданном охлаждении и числах Маха в потоке более 0,4 датчик может работать до температур порядка 2500 К. из расчета также следует, что установка четырех термопар вместо двух позволит повысить точность определения температуры. дополни-тельно проведено расчетное исследование термодатчика с нанесенным на него защитным керамическим напылением. Применение напыления значительно уменьшает тепловую нагрузку на датчик.

В качестве дальнейшего развития этого направления проведены рас-четно-экспериментальные исследования, направленные на разработку конструкции гребенки из 5 охлаждаемых датчиков, работающих по такому же принципу, что и одиночный.

2.3 Усовершенствование пирометра спектрального отношения (ПСО)известен пирометрический метод измерения температуры газового по-

тока по отношению излучений одной и той же компоненты газа в двух спек-тральных линиях. отношение интенсивностей излучения b в этом случае

не зависит от концентрации и зависит только от температуры: n BA Tb = + .

Коэффициенты А и В определяются в результате градуировки ПСо на аЧТ.


— 102 —

В практических задачах измерение высоких температур продуктов сго-рания углеводородных топлив с помощью ПСо затруднено из-за наличия в потоке частиц сажи. Пролет конгломератов сажистых частиц может су-щественно влиять на измерения, приводя к «всплескам» сигнала, что хо-рошо видно на рис. 4 для интервала времени 161…161,5 с.

рис. 4. Пример регистрируемого сигнала ПСо.а) регистрируемый сигнал, б) lnβ, в) температура

для устранения влияния сажи были проведены работы по усовершен-ствованию ПСо, направленные на улучшение его технических характери-стик и введение дополнительного канала для измерения интенсивности излучения сажи. использовав градуировки всех трех каналов ПСо на аЧТ, можно оценить сигнал, вносимый излучением частиц сажи. В частности, для условий проведенного эксперимента излучение частиц сажи составля-ло 5…6% от сигнала, создаваемого парами воды.

Главным недостатком ПСо является невозможность измерений ло-кальных значений температур (измеряется интегральное излучение вдоль оптического пути). для определения локальных значений температур не-обходима многоракурсная пирометрия и томографические методы рас-шифровки сигнала. Совместно с ниУ МЭи проводится разработка мето-дики измерения пространственного температурного поля газовой струи с по-

— 103 —

СеКЦиЯ 2

мощью одного сканирующего пирометра или нескольких датчиков, реги-стрирующих температуру с разных направлений. В частности, разработа-на методика обработки экспериментально получаемых результатов для построения трехмерного поля температур в выбранном сечении объекта исследования. для осуществления сканирования перемещается объект исследования в горизонтальной и вертикальной плоскостях. осуществля-ется цифровая регистрация получаемых сигналов и передача их на персо-нальный компьютер для дальнейшей обработки. Эта работа находится пока на начальной стадии разработки.

Выводыосновные проблемы измерения локальных температур газа в высоко-

температурных ( 2000 °С), высокоскоростных турбулентных потоках свя-заны с:

• большими дополнительными погрешностями измерения, достигающи-ми десятков и сотен градусов;

• малым ресурсом используемых термодатчиков и высокой стоимостью применяемых в них драгметаллов;

• отсутствием необходимой эталонной базы.для преодоления этих проблем предложены: новые контактные и бес-

контактные средства измерения, новые материалы для создания высоко-температурных термодатчиков, расчетно-экспериментальные процедуры для определения высоких температур газа, пути создания высокотемпера-турных калибровочных установок и стендов.

Минеев Борис Иванович, начальник отдела измерительной техники и метрологии,

Главный метролог, к.ф.-м.н., с.н.с., ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ

«Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова» (ГНЦ ФГУП «ЦИАМ им. П.И. Баранова»)


— 104 —

Развитие средств и методов испытаний авиационных двигателей и элементов ЛА в условиях обледенения

А.В.Горячев, к.т.н., начальник отдела 303, Жулин В.Г., начальник сектора 30303,

Павлюков Е.В. к.т.н, . заместитель директора НИЦ ЦИАМ, Петров С.Б., начальник отделения 418,

Лянзберг Ю.П., начальник сектора 30403, Савенков В.В., научный сотрудник,

Гребеньков С.А., инженер ФГУП «ЦИАМ им. П.И. Баранова»

В ЦИАМ им. П.И. Баранова выполнена модернизация стендов Ц-1А, Ц-2, У-9М, позволившая на современном уровне проводить испыта-ния в условиях “классического”обледенения различных объектов в оп-тимальных с технико – экономической точки зрения условиях. Уста-новки позволяют имитировать условия максимально длительного и максимально кратковременного обледенения в соответствии с Российскими и Зарубежными нормативными документами в диапа-зоне скоростей от 15 до 250 м/с, температурах до –40ОС, высотах до 15 км, влажности до 100%, водности до 3 г/м3, медианном диаме-тре капель от 15 до 50 мкм.Проводимая в настоящее время модернизация указанных стендов по-зволит обеспечить проведение испытаний различной авиационной техники в условиях имитации облаков, содержащих ледяные кристал-лы и крупные переохлаждённые капли, а также условия града и дождя.

При создании новых образцов авиационной техники важнейшей зада-чей является обеспечение её надёжности и безопасности эксплуатации. Поскольку при выполнении полёта воздушное судно может попадать в сложные климатические условия, то должно быть показано, что воздей-ствие данных условий на самолет и двигатель не может привести к нега-тивным последствиям. В частности, к таким негативным атмосферным яв-лениям, влияющим на работу самолёта и двигателя, относятся условия “классического” обледенения (облака, содержащие жидкие переохлаждён-ные капли), условия облака, содержащего ледяные кристаллы и крупные переохлаждённые капли, условия града и дождя. При воздействии указан-

— 105 —

СеКЦиЯ 2

ных условий на двигатель могут возникать такие негативные явления, как срыв пламени в камере сгорания, останов двигателя, потеря возможности управления двигателем. Указанные климатические условия оказывают не-гативное воздействие также на элементы планера: систему обзора пилот-ской кабины, винты, воздухозаборник, систему индикации воздушной ско-рости, систему измерения статического давления и угла атаки.

Подобные нарушения в работе двигателя и планера могут привести к ава-риям и катастрофам. для предотвращения подобных явлений необходимо проверить устойчивость работы авиационного двигателя и элементов пла-нера в наиболее неблагоприятных климатических условиях. Проведение экспериментальных проверок авиационного двигателя и элементов плане-ра возможно путём испытаний на специальном стенде с применением мо-делирования соответствующих атмосферных условий.

для этих целей в ЦиаМ им. П.и. Баранова, как в основном испытатель-ном центре россии, на основе высотных термобарокамер создана и на протяжении длительного времени функционирует специальная экспери-ментальная база, предназначенная для проведения сертификационных испытаний авиационной техники в условиях “классического” обледенения. В качестве научной основы работы положены исследования предшеству-ющих лет, обобщенные в книге [1]. Экспериментальная база включает стенды для испытаний полноразмерных двигателей, а также их моделей и элементов Ла. В настоящее время выполнена аттестация стендов и ве-дется их модернизация с целью обеспечения возможности имитации усло-вий града, дождя, а также облаков, содержащих ледяные кристаллы и крупные переохлаждённые капли.

Параметры стендов У-9М, Ц-2 и Ц-1а приведены в табл. 1.Табл. 1.

Параметры стендов для испытаний объектов в условиях обледенения

СтендТемпера-

турапотока, ОС

Имитиру-емая

высота, км

Число Маха

потока

Во-дность,

г/м3

Дисперс-ность,

мкм

Имитируемыеусловия

обледенения

У-9М - 40 7 0,3 до 3 15 – 50 Максимально длительные и максимально кратковремен-ные

Ц-2 -30 15 0,85Ц-1а -30 15 0,6Ц-22 окр. среда земля 0,3

Все стенды имею аналогичную конструкцию, на рис. 1 представлена компоновка стенда Ц-1 при испытаниях двигателя по схеме с присоеди-ненным трубопроводом.


— 106 —

рис. 1 Компоновка двигателя на стенде Ц-1а

рис. 2 общий вид водораспылительного коллектора

охлажденный воздух от ВКС подается в аэродинамическую трубу ТБК стенда. необходимая высота имитируется путем отсоса воздуха эксгау-стерами.

измерение расхода воздуха на участке присоединенного трубопровода до водораспылительного коллектора проводится с использованием обо-греваемых трубок Пито-Прандтля. для этой цели предварительно, при аэ-родинамической калибровке присоединенного трубопровода, проводится определение коэффициента расхода воздуха расходомерного устройства. расход воздуха через двигатель определяется как сумма расхода на входе в подвижную часть присоединенного трубопровода и расхода воздуха, по-даваемого в водораспылительный коллектор.

Водность потока создается путем инжектирования капельной влаги в по-ток через пневматические форсунки, установленные в специальном кол-

— 107 —

СеКЦиЯ 2

лекторе, рис. 2 В конструкции коллектора стенда Ц-1а используются 85 форсунок. для обеспечения равномерности распыления воды по сечению потенциальной части струи потока на форсунках могут быть установлены генераторы локальных вихрей.

Водораспылительный коллектор служит для равномерного распреде-ления воды по сечению потока при заданном значении водности и задан-ном размере капель. на основании проведенных расчетов для охлажде-ния капель воды до температуры воздушного потока расстояние от водо-распылительного коллектора до входа в двигатель выбрано 6,2 м.

дистиллированная вода подается в коллектор по специальной системе включающей бак для хранения воды, насос, фильтры, аппараты для ох-лаждения и нагрева воды, трубопроводную арматуру, контрольно – изме-рительную и другую аппаратуру.

Всё испытательное оборудование и системы измерения стенда прошли аттестацию и поверку в соответствии с действующими нормативно-техни-ческими и эксплуатационными документами.

Стенды Ц-2 и У-9М имеют примерно такую же конструкцию. В основном они отличаются размерами, а также конструкцией коллектора. Таким об-разом, данные стенды образуют ряд, позволяющих проводить испытания объектов разной размерности в оптимальных с технической и экономиче-ской точки зрения условиях.

испытания в климатических условиях имеет ряд особенностей, что тре-бует выполнения специфических измерений и соответствующего метроло-гического обеспечения.

Прежде всего, при проведении испытаний используется поток воздуха с влажностью близкой к 100%, что обеспечивается с помощью специально разработанной технологии [2]. При этом, должно быть обеспечено измере-ние величины влажности потока. для этого применяется датчик Honeywell метрологические характеристики которого представлены в Табл. 2.

Табл. 2 Метрологические характеристики модуля измерения

относительной влажности воздуха Наименование

параметра Тип датчика Диапазон измерений

Фактическая погрешность

Модуль измерения отно-сительной влажности воз-духа – 1 канал

Сенсор HIH-3602

(Honeywell)

0¸100% ±2%ВП

Тяга двигателя определяется косвенным методом с использованием силы, измеренной на динамометрической платформе (дМП). При этом для обеспечения свободы перемещения дМП с установленным на ней двига-телем используется лабиринтное уплотнение присоединенного трубопро-


— 108 —

вода. Метрологические характеристики тягоизмерительной системы пред-ставлены в Табл. 3.

Табл. 3 Метрологические характеристики тягоизмерительной системы

Наименование параметра Тип датчика Диапазон

измеренийФактическая погрешность

Модуль измерения силы от тяги двигателя

МиС (ТВС+весов. терминал)

до 120кн ±0,3%ВП

Перед проведением испытаний объекта проводится калибровка стенда по аэродинамическим характеристикам и по условиям обледенения.

аэродинамическая калибровка включает:• определение размеров потенциального ядра потока;• определение интенсивности пульсаций полного давления;• определение способа установки объекта относительно адТ (при испы-

таниях с отсоединённым трубопроводом).В процессе выполнения аэродинамической калибровки потока исполь-

зуются гребёнки полного давления совместно с датчиками давления, ха-рактеристики которых приведены в Табл. 4.

Табл. 4 Метрологические характеристики датчиков давления



Модуль измерения давления газа

дВБЧ-У 25¸120 кПа ±0,01% ВП


Мдд-16 0¸10 кПа0¸20 кПа

±0,04% ВП±0,04% ВП


Мд-16 -0,75¸3,6 МПа ±0,05% ВП

В результате выполнения аэродинамической калибровки было получе-но, что коэффициент неравномерности поля полного давления

s(p*)= pF*max - pF*min × 100% в потенциальном ядре потока не превышает 1,2% pF*среднее

для значений приведенной скорости потока от 0,1 до 0,5 (где pF*max, pF*min и pF*среднее – максимальное, минимальное и среднее значения полного дав-ления соответственно в пределах потенциального ядра потока в сечении перед объектом испытаний).

Толщина пограничного слоя не превышает 173 мм для l = 0,1, 155 мм для l = 0,3 и 147 мм для l = 0,5. Величина интенсивности продольных пульсаций в потоке перед объектом испытаний для этих режимов состав-ляет 0,07% и 0,91%.

— 109 —

СеКЦиЯ 2

При испытаниях с отсоединённым трубопроводом проводится допол-нительная калибровка, позволяющая продемонстрировать, что обтека-ние объекта испытания в струе адТ соответствует картине обтекания этого объекта в безграничном потоке, полученной расчётным путём. Та-кие калибровки производятся, например, при испытаниях аэродинами-ческих профилей. Калибровка выполняется методом масляной плёнки. Положение передней критической точки определяется по растеканию масла, нанесенного на переднюю поверхность аэродинамического про-филя. Так в процессе проведения испытаний модели крыла самолёта было получено, что линии растекания, определенные по масляно-саже-вому следу и полученные расчётным путём, совпадают с погрешностью, не превышающей ± 1,2 мм, что соответствует отклонению угла установ-ки объекта испытаний в адТ Daв адТ ≤ 1° для характерных режимов ис-пытаний.

Калибровка условий обледенения включает:• проверка равномерности распределения водности в ядре потока;• оценка степени переохлаждения капель;• калибровка потока по величине водности LWC и размеру капель MVD.

Проверка равномерности распределения водности потока на входе в исследуемый объект производится с помощью специальной решетки (рис. 3), устанавливаемой на выходе из адТ. решётка была изготовлена из прутка 5,0 мм с ячеёй 150 мм. Компоновка оборудования представлена на рис. 4.

рис. 3. Мерная решётка


— 110 —

рис. 4. Компоновка стенда для проведения испытаний равномерность обводнения потока

Во время испытаний решётка обдувалась охлажденным воздушным по-током с распыленными в нем каплями воды. После завершения процесса обледенения решётки проводился обмер толщины слоя льда, выросшего на прутках решётки, по центру сторон квадратов, образующих решётку. Толщина слоя льда пропорциональна локальному значению водности по-тока, так как испытания проводились при низких температурах потока – ниже -20○С. измерения проводились с помощью штангенциркуля, погреш-ность измерения ±0,5 мм.

В результате выполнения калибровок были получены распределе-ния толщин льда по поверхности решётки, которые пропорциональны величинам водности потока. на рис. 5 а представлены распределения толщин льда и относительных значений водности рис. 5 б при скоро-сти потока V = 36 м/с. Величина неравномерности не превышает ±20% в большей части ядра потока (на рисунках выделено зелёной окружно-стью).

Калибровка стенда по величине водности (LWC) и размерам капель (Dср и MVD) проводилась на стенде с использованием прибора ФдаЧ в компоновке, представленной на рис. 6, 7. Контроль указанных параме-тров производился в зоне, расположенной в сечении перед исследуемым объектом.

Целью калибровки является определение условий, при которых коллек-тор для распыления воды генерирует капли необходимого размера с за-данной водностью равномерно по сечению потока. для измерения водно-сти LWC и размеров капель использовался прибор фазо-доплеровский анализатор частиц (ФдаЧ). Пределы измерения Dср и MVD прибором ФдаЧ – от 5 до 250 мкм, а LWC – до 3 г/м3. Метрологические характеристи-ки ФдаЧ представлены в Табл. 5.

— 111 —

СеКЦиЯ 2

а)

б) рис. 5. равномерность распределения водности потока.


— 112 —

рис. 6. оптическая схема измерения1 – лазер, 2 – зеркало, 3 – формирующая оптика, 4 – линза, 5 – окно в стенке ТБК, 6 – волоконно-оптический приёмный блок, 7 – кабель, 8 – процессор, 9 – компьютер

рис. 7 Схема расположения аппаратуры в термобарокамере (ТБК)

— 113 —

СеКЦиЯ 2

Табл. 5. Метрологические характеристики ФДАЧ



Модуль измерения параметров обводненного воздушного пото-ка – размер сферических частиц

Фазо-допплеров-ский анемометр PDA фирмы TSI

5¸250 мкм ±1,5% от ВП

Модуль измерения параметров обводненного воздушного потока – скорость сферических частиц


20¸200 м/с ±0,6% от ВП

Модуль измерения параметров обводненного воздушного пото-ка – удельный объемный расход сферических частиц


2×10-6¸ 4×10-4

м3/(м2×с)

±22% от ВП

рис. 8 Зависимость LWC, измеренная прибором ФдаЧ от LWCcalc

данные по LWC, замеренные прибором ФдаЧ, в зависимости от LWCcalc представлены на рис. 8, где LWCcalc –значения водности, вычис-ленные по величинам расходов воды и воздуха. на основании проведен-ных измерений рекомендовано проводить расчёт величины водности в по-токе по формуле LWCcalibr = LWCcalс,

где Wcalc

GLWCV F

=⋅

,

V, F – скорость потока и площадь сечения адТ перед исследуемым объектом,

Gw – расход воды через водораспылительный коллектор.


— 114 —

рис. 9 результаты калибровки по размеру капель при скорости потока V = 90 м/с

Калибровка стенда по размеру капель (Dср и MVD) проводилась на стенде с использованием прибора ФдаЧ в аналогичной компоновке (рис. 6, 7). В процессе обработки результатов измерений вычисляется медианный MVD и среднеарифметический диаметр капель Dср. результаты представ-лялись в виде зависимости размера капель (MVD или Dср) от расхода воды через одну форсунку Gw, отношения давлений PBK/PAI (PBK – стати-ческое давление воздуха в ТБК за водо-воздушным коллектором, PAI – давление воздуха перед форсунками) и скорости набегающего потока. для каждой скорости потока данные обобщались зависимостью:

nm

ср WPBKD A G BPAI

æ öæ ö ÷ç ÷ ÷çç= ⋅ ⋅ +÷ ÷çç ÷ ÷ççè ø ÷çè øгде A, B, m, n – коэффициенты.Пример результатов калибровки по размеру капель приведен на рис. 9.Калибровка стенда по степени переохлаждения капель.При выполнении этой калибровки определяются условия, при которых

капли, генерируемые форсунками, достигают переохлаждённого состоя-ния в месте установки объекта испытаний (оставаясь при этом в жидкой фазе).

Цель калибровки – определение условий, Проверка отсутствия вымер-зания капель при их полёте от водораспылительного коллектора до объ-екта испытаний.

— 115 —

СеКЦиЯ 2

определение степени переохлаждения капель воды производилось рас-чётным путём, математическая модель процесса описана в работах [1, 3].

а)

б) рис. 10. изменение температуры капель при их движении

по каналу аэродинамической трубы, а) – температура потока -8°С, температура воды в коллекторе +10°С,

б) – температура потока -30°С °, температура воды в коллекторе +35°С

на рис. 10 показаны два сценария переохлаждения капель, движущих-ся по каналу испытательного стенда. При температуре потока -8°С (рис. 10а) удаётся добиться переохлаждения капель в потоке, не допуская их вымерзания. При температуре потока -30°С часть мелких капель в по-токе подвергается вымерзанию, происходит изменение спектра жидких ка-


— 116 —

пель, содержащихся в потоке, что приводит к нарушению условий прове-дения испытаний, определяемых нормативными документами.

для предотвращения этих последствий расчётным путём производится поиск оптимального сочетания условий испытаний с целью недопущения вымерзания капель в потоке. В процессе этих расчётов могут варьировать-ся: температура воды в коллекторе, расстояние от водораспылительного коллектора до объекта испытаний и др.

Экспериментальное подтверждение степени вымерзания капель про-изводится с помощью фазо-доплеровского анализатора частиц. Метроло-гические характеристики представлены в Табл. 5.

рис. 12. распределение количества воды, содержащейся в каплях разного размера Vi в зависимости от диаметра капель Dp

(при различных температурах воздушного потока)

на рис. 12 представлено распределение количества воды, содержа-щейся в каплях разного размера Vi в зависимости от диаметра капель Dp. Прибор ФдаЧ измеряет только жидкую фазу, содержащуюся в потоке, при этом происходит отбраковка сигнала, соответствующего кристаллическим частицам. Все три испытания выполнены в одинаковых параметрах водо-воздушного потока. различается только температура воздушного потока.

Поведение кривых, изображенных на рис. 12, свидетельствует о том, что в диапазоне температур потока воздуха -8÷-30°С не происходит вы-мерзания мелких капель воды. В диапазоне температур потока воздуха – -30÷-52°С наблюдается существенное вымерзание мелких капель диаме-тром мене 30 мкм.

— 117 —

СеКЦиЯ 2

работы по модернизации стендов в настоящее время продолжаются в направлении обеспечить проведение испытаний различной авиационной техники в условиях имитации облаков, содержащих ледяные кристаллы и крупные переохлаждённые капли, а также условия града и дождя.

для этого существующую компоновку стенда предлагается дополнить новым коллектором для ввода в поток ледяных кристаллов. Схема прове-дения испытаний представлена на рис. 13.

рис. 13 Схема компоновки стенда

Проводимая модернизация потребует дополнительной работы по ме-трологическому обеспечению испытаний. Перечень аэродинамических ка-либровок и состав используемого при этом оборудования не изменятся, но добавятся некоторые калибровки условий обледенения. например, потре-буется дополнительное оборудование для измерения величины содержа-ния ледяных кристаллов в потоке воздуха IWC, а также оборудование для измерения спектра размеров ледяных кристаллов и их медианного диа-метра MVD.

При имитации потока, содержащего крупные переохлаждённые капли (ледяная изморозь и ледяной дождь), предполагается изготовление нового водораспылительного коллектора, содержащего два типа форсунок. один тип форсунок предназначен для генерирования мелких капель, другой – крупных. При работе обоих типов форсунок предполагается моделирова-ние требуемого спектрального распределения капель. При калибровке та-кого потока потребуется дополнительное метрологическое обеспечение. для моделирования условий ледяной измороси необходимо проводить


— 118 —

измерения диаметров капель в диапазоне от 100 mм до 500 mм. При моде-лировании условий ледяного дождя требуется измерять диаметры капель более 500 мкм.

аналогичное метрологическое обеспечение потребуется и для кали-бровки условий дождя.

При проведении испытаний в условиях шквального града потребуется метрологическое обеспечение для контроля равномерности распределе-ния града по сечению входа в двигатель.

ВыводыВ ЦиаМ им. П.и. Баранова выполнена модернизация стендов У-9М,

Ц-2, Ц-1а, позволившая на современном уровне проводить испытания в ус-ловиях “классического”обледенения различных объектов в оптимальных с технико – экономической точки зрения условиях. Установки позволяют имитировать условия максимально длительного и максимально кратко-временного обледенения в соответствии с российскими и Зарубежными нормативными документами в диапазоне скоростей от 15 до 250 м/с, тем-пературах до –40оС, высотах до 15 км, влажности до 100%, водности до 3 г/м3, медианном диаметре капель от 15 до 50 мкм.

Проводимая в настоящее время модернизации указанных стендов по-зволит обеспечить проведение испытаний различной авиационной техни-ки в условиях имитации облаков, содержащих ледяные кристаллы и круп-ные переохлаждённые капли, а также условия града и дождя.

Литература1. антонов а.н., аксенов н.К., Горячев а.В., Чиванов а.В. основы рас-

чета, конструирования и испытаний противообледенительных систем ави-ационных газотурбинных двигателей. М: ЦиаМ, 2001, 268 с.

2. антонов а.н., Горячев а.В. и др. Экспериментальная отработка мо-делирования атмосферного облака при 100% влажности воздуха и обе-спечения в испытаниях равномерного распределения водности на входе в двигатель: То/ЦиаМ, 2002, 28 с.

3. Горячев а.В., Павлюков е.В., Петров С.Б. и др. исследование воз-душно-тепловой противообледенительной системы (ВТПоС) консольной части крыла самолёта RRJ в условиях искусственного обледенения на стенде. Технический отчёт ЦиаМ, № 13371, 2008, 161 с.

— 119 —

СеКЦиЯ 2

Метрологическое обеспечение наземных (стендовых) испытаний оборонной продукции.

Л.П. Кабанова главный метролог Филиала ОАО «Компания «Сухой» «ОКБ Сухого»

оборонная продукция до ее передачи государственному заказчику под-лежит оценке соответствия, формы которой устанавливаются в государ-ственном контракте (договоре).

работы по оценке соответствия проводятся государственными заказчи-ками, представительствами заказчика и другими аккредитованными на данный вид деятельности организациями. Приемка оборонной продукции и ее поставка государственному заказчику осуществляется в случае по-ложительных результатов оценки соответствия.

исходя из выше сказанного, при производстве оборонной продукции обеспечение единства измерений подпадает под сферу государственного регулирования и надзора (ФЗ «об обеспечении единства измерений» № 102-ФЗ от 26 июня 2008 г.)

Согласно Постановлению Правительства рФ № 780 от 02 октября 2009 г. «об особенностях обеспечения единства измерений при осущест-влении деятельности в области обороны и безопасности рФ», деятель-ность по обеспечению единства измерений в организациях промышлен-ности, выполняющих государственный оборонный заказ, осуществляется их метрологическими службами.

одним из этапов разработки оборонной продукции являются наземные (стендовые) испытания.

Целью метрологического обеспечения наземных испытаний военной техники является обеспечение достоверной измерительной информации о значениях параметров испытываемых изделий.

для этого в рамках метрологического обеспечения предполагается ре-шение следующих задач:

Установление точностных требований к измеряемым параметрам ис-пытываемых изделий.

Установление требований к метрологическому обеспечению и норми-рование характеристик испытательного оборудования (ио).

разработка программ и методик испытаний, обеспечивающих получе-ние достоверных данных о параметрах испытываемых изделий.


— 120 —

организация аттестации испытательного оборудования с учетом ГоСТ р 8.568 и ГоСТ рВ 52 149:

разработка программы (методики) аттестации испытательного обору-дования;

Проведение метрологической экспертизы программы и методики атте-стации ио;

организация работ по испытаниям с целью утверждения типа средств измерений по ГоСТ рВ 8.560 (при необходимости);

организация поверки средств измерений, встроенных в ио и использу-емых для аттестации ио;

аттестация методик (методов) измерений по ГоСТ р 8.563 (при необхо-димости).

5. Подготовка персонала для проведения:5.1 Метрологической экспертизы Кд;5.2 Поверки средств измерений;5.3 Первичной (периодической) аттестации;5.4 аттестации методик (методов) измерений.6. разработка стандартов предприятий, определяющих процедуры:6.1 Проведения МЭ Тд;6.2 организации и проведения аттестации ио;6.3 организации и проведения поверки средств измерений;6.4 организации (и проведения) аттестации методик (методов) измерений.

— 121 —

СеКЦиЯ 2

Опыт использования спектрометров ЗАО «ОКБ СПЕКТР» для диагностики износа двигателей и анализа различных

материалов, перспективы применения в авиацииСыркин В.А.,

ведущий специалист по эмиссионным спектрометрам. ЗАО «ОКБ Спектр»

«оКБ СПеКТр» более 20 лет успешно сотрудничает со многими пред-приятиями авиационно-космического комплекса по вопросам контроля хи-мического состава различных материалов. Среди наших заказчиков такие крупные предприятия отрасли как:

• «нПо им. С.а. Лавочкина»• Гос. космический научно-производственный центр имени

М.В.Хруничева»• открытое акционерное общество «Туполев»• «нПЦ газотурбостроения «СаЛЮТ»• «Государственный научно-производственный ракетно-космический

центр• «ЦСКБ-Прогресс», Самара• оао «Пермский моторный завод»• оао «МПо им.румянцева»

и другие.на всех этих предприятиях работают спектрометры производства «оКБ

СПеКТр» или спектрометры прошлых лет выпуска, модернизированные нашими специалистами. С помощью этих приборов решается целый ряд задач: экспресс-анализ по ходу плавки, входной контроль, разбраковка, контроль качества продукции. Мы принимаем самое активное участие в оснащении лабораторий и разработках методик анализа различных ма-териалов, исходя из нужд предприятия.

В этом докладе мы бы хотели рассказать о нашем новом приборе МФС11, предназначенном для анализа моторных, трансмиссионных, ги-дравлических масел на продукты износа деталей двигателей и других ме-ханизмов в процессе их эксплуатации.

Контроль содержания продуктов износа механизмов в машинном мас-ле является одним из важнейших видов измерений параметров работы различных устройств как в машиностроении в целом, так и в авиационно-


— 122 —

космической отрасли в частности. Этот вид анализа позволяет по содер-жанию несвойственных собственно маслу примесей элементов (как ме-таллических, так и неметаллических) проконтролировать состояние от-дельных узлов или деталей механизмов.

Трудности построения эффективных методик анализа масла на продук-ты износа проявляются в виде принципиально большого разброса концен-траций исследуемых элементов как при переходе от элемента к элементу, так и для различных узлов механизмов или различных областей примене-ния. например, предельно допустимые концентрации металлических при-месей в масле при переходе от авиационных двигателей к двигателям же-лезнодорожной техники изменяются в сотни раз. Подобным образом могут меняться допустимые концентрации при переходе от двигателей к транс-миссии и другим узлам одного и того же механизма. Кроме того, в значи-тельной степени (в десятки раз) может изменяться размер частиц контро-лируемых элементов.

одним из наиболее универсальных методов контроля примесей в мас-ле продолжает оставаться атомно-эмиссионный спектральный. В частно-сти, эмиссионные спектрометры серии МФС3 МФС5 и МФС7 на протяже-нии многих лет успешно использовались и используются в настоящее вре-мя для анализа масел двигателей различных видов транспорта. их рас-пространенность объясняется как общими достоинствами спектрального метода анализа – простотой возбуждения эмиссии элементов, несложно-стью аппаратного обеспечения – так и особенностями самого прибора – надежностью, удобством работы, практически полным отсутствием про-боподготовки, высокой скоростью анализа.

Можно утверждать, что именно в оптико-эмиссионном методе анализа наиболее высока достоверность, так как проба вводится в разряд в макро-скопических количествах и в виде, наиболее близком к естественному со-стоянию масла. Более сложная пробоподготовка в других методах может не только значительно усложнить процедуру анализа, но и внести значи-тельную систематическую погрешность. В качестве примера назовем ос-новные трудности, возникающие в двух наиболее распространенных, по-сле дугового, методах анализа масел.

В родственном дуговому атомно-эмиссионному методу с индуктивно-связанной плазмой (аЭСа-иСП), проба вводится в разряд в микроскопиче-ских количествах. Предварительная фильтрация и растворение осадка в кис-лоте могут привести к упущению из рассмотрения достаточно крупных ча-стиц, не до конца растворенных или потерянных при фильтрации и выпав-ших в осадок уже на стадии подачи пробы в распылитель. Также следует отметить существенно более высокую стоимость этих приборов.

В также распространенном в последнее время рентгеновском методе

— 123 —

СеКЦиЯ 2

анализа масло предварительно пропускается через специальный фильтр, на котором происходит осаждение взвешенных в масле частиц. При этом может происходить фракционирование частиц по размеру и связанное с этим разделение по элементам. Следовательно, расчет результата ана-лиза, основанный на предположении однородности осадка, будет вносить систематическую ошибку. Кроме того, рентген-флюоресцентному методу присущи проблемы с анализом легких элементов.

Указанные обстоятельства позволяют считать, что эмиссионный метод нельзя считать устаревшим. Примером тому может служить развитие это-го метода не только в россии, но и выпуск новых приборов ведущими за-рубежными производителями.

Новый спектрометр для анализа масел – МФС11МФС11 – компактный надежный современный прибор для анализа мо-

торных, гидравлических и трансмиссионных масел на продукты износа де-талей двигателей и других механизмов самолетов, локомотивов, грузови-ков, тракторов и т. д. в процессе их эксплуа-тации. Это прибор нового поколения, сочета-ющий достоинства хорошо зарекомендовав-шего себя спектрометра МФС7 с самыми современными техническими решениями.

Важным преимуществом данного спек-трометра является возможность регистриро-вать весь спектр анализируемого образца, что позволяет, помимо анализа содержания заранее определенных элементов, быстро обнаруживать новые включения и примеси, а так же, используя спектральные линии раз-ной чувствительности одного и того же эле-мента определять содержания от < 0,1 до тысяч ppm этого элемента.

Оптическая системаоптическая система построена по схеме Пашена-рунге с диаметром

круга роланда 0.5 м. для обеспечения пространственной стабильности спектра все оптические элементы установлены на единой платформе, имеющей хорошую теплопрово-дность.

В качестве приемников излуче-ния используются линейные CCD детекторы. оригинальная конструк-


— 124 —

ция установки детекторов без мертвых зон позволяет регистрировать весь спектр целиком во всем диапазоне работы прибора. регистрация всего спектра, а не отдельных линий, как в случае использования фотоумножи-телей, открывает практически неограниченные возможности по анализу различных материалов на одном приборе.

ШтативМФС11 снабжен оригинальным по конструк-

ции штативом, который позволяет анализировать различные машинные масла на продукты изно-са. Этот тип диагностики позволяет определять механические составляющие моторных, транс-миссионных масел и т. д. для ввода в штатив об-разцов масел используется кварцевый дозирую-щий диск, расположенный на подвижном коро-мысле под нижним вращающимся (3300 об/мин) сменным угольным электродом, нижней своей частью погруженный в ванночку с анализируе-мым образцом. Во время предварительного на-грева (начинается разряд между верхним под-ставным электродом и нижним вращающимся) коромысло отводит диск вниз, создавая зазор между ним и нижним элек-тродом. По окончании времени предварительного нагрева (515 с.), нижний электрод имеет достаточную температуру для испарения жидкой состав-ляющей анализируемого масла. Затем начинается обжиг (530 с.). Коро-мысло с кварцевым диском автоматически поднимается, дозирующий диск прижимается к вращающемуся электроду и за счет трения сам начинает вращаться и «наматывать» масло на электрод. За время обжига на ниж-нем электроде образуется достаточное для анализа количество сухого остатка. далее идет регистрация сигналов по заданным методикой эле-ментам. Благодаря большому диапазону скоростей вращения нижнего электрода, что позволяет анализировать масла любой вязкости, подбору соответствующих режимов генератора порог чувствительности прибора снижен < 0,1 ppm. Скорость вращения, мощность разряда, времена пред-варительного нагрева нижнего электрода, обжига и экспозиции программ-но варьируется в зависимости от вязкости масел и концентраций анализи-руемых в них элементов для разных аналитических методик.

Источник возбуждения спектраКомпактный, высокостабильный источник низковольтной искры

“Спарк500” с цифровым управлением. амплитуда и форма тока в разряде, а также длительность и частота следования разрядных импульсов могут

— 125 —

СеКЦиЯ 2

регулироваться в большом диапазоне. Благодаря этому источник обеспе-чивает элементный анализ самых разнообразных масел, металлов, спла-вов и других материалов.

Управление всеми параметрами генератора от компьютера обеспечи-вает:

• выбор оптимальных параметров разрядного контура и частоты импуль-сов;

• переключение режимов разряда в ходе одной экспозиции, возможно ис-пользование до 5 различных режимов, включая обжиг, в течение одного анализа;

• дополнительное обострение переднего фронта разрядного импульса;• автоматическое задание параметров генератора при выборе аналити-

ческой программы.Все это повышает точность анализа и расширяет аналитические воз-

можности спектрометра

Программа WinCCDWinCCD представляет собой мощную программу для управления и об-

работки данных в современных эмиссионных спектрометрах с регистраци-ей на многоэлементных приемниках, которые обеспечивают регистрацию не отдельных спектральных линий, а всего спектра анализируемого образ-ца. WinCCD включает в себя как средства работы со спектрами в целом, так и все средства получения и обработки аналитических результатов, раз-витые ранее в программе WinQuant.

Широкие функциональные возможности в сочетании с универсально-стью и простотой делают программу WinCCD прекрасным инструментом аналитика, позволяющим проводить как качественный, так и точный коли-чественный анализ образцов. Программа содержит разнообразные сред-ства для разработки аналитических методик с использованием различных приемов обработки спектроаналитических данных.

Программа WinCCD может функционировать автономно. Это позволяет знакомиться с работой программы, не включая прибора (и даже при его отсутствии) или обрабатывать ранее полученные результаты.

Программа содержит обширные базы спектральных линий элементов.Программа WinCCD позволяет:регистрировать спектр анализируемого образца во всем диапазоне ра-

боты спектрометра.Проводить качественный анализ неизвестных образцов.детально рассматривать контур отдельной аналитической линии.Выбирать для количественного анализа любые аналитические линии

либо аналитические пары с учетом рекомендаций ГоСТ и собственного опыта.


— 126 —

Производить учет влияния соседних линий и фона в окрестности вы-бранной аналитической линии.

Строить градуировочные графики в линейном или логарифмическом масштабе, с учетом взаимных влияний элементов, учетом разбавления ос-новы и т. д.

К отличительным особенностям программы WinCCD относится:Простота и удобство работы оператора, позволяющие работать с про-

граммой неопытным пользователям.анализа одного элемента по нескольким аналитическим линиям, в за-

висимости от концентрации этого элемента, с автоматическим переходом с одной линии на другую.

Корректировка градуировочных графиков различным способом, наибо-лее удобным для решения конкретной аналитической задачи.

Подбор линии сравнения без повторного экспонирования образца.автоматический контроль положения спектра и (при необходимости)

автоматическая корректировка шкалы длин волн.на рис. 1, 2 и 3 приведены примеры градуировки по абсолютным значе-

ниям сигнала для линий Fe 2599, Si 2882, Сu 3248.из приведенных графиков видно, что спектрометр МФС11 обеспечива-

ет надежный анализ при концентрациях менее 0,1 ppm (г/т).В настоящее время спектрометры МФС11 успешно эксплуатируется на

ряде угольных разрезов россии и Казахстана, где обеспечивает диагности-ку состояния двигателей большегрузного транспорта. Это позволяет с уве-ренностью утверждать, что он найдет свое место и в аэрокосмической от-расли для контроля состояния двигателей и других механизмов.

ЗАО «ОКБ СПЕКТР», Санкт-Петербург ул. Чугунная д. 20, т/ф (812) 7407915,

[email protected], www.okb-spectr.ru

рис. 1. Градуировочный график для линии

Fe 2599 Ȧ


Si 2882 Ȧ


Cu 3248 Ȧ

— 127 —

СеКЦиЯ 2

Метрологическое обеспечение средств измерений и контроля массомоментных характеристик

изделий РКТП.В. Власов, Д.Г. Киреев, ФГУП «НПО «Техномаш»

Практика создания космических аппаратов (Ка), подтверждает необхо-димость и актуальность исследований методов и способов повышения эф-фективности используемых систем управления и стабилизации. для раз-работки алгоритмов функционирования подобных систем необходима до-стоверная информация о целом ряде параметров и характеристик объекта управления, позволяющих строить модели движения Ка, в том числе и в безвоздушном пространстве. основными из них являются параметры и характеристики геометрии масс Ка:

• параметры центрального эллипсоида инерции;• координаты центра масс и масса;• характеристики осей вращения и др.

Задача повышения эффективности систем управления и стабилизации Ка приводит к ужесточению требований к допускам на параметры и харак-теристики геометрии массы этих Ка, и, как следствие, к погрешностям (не-определенностям) их измерений.

В настоящее время средством измерений и контроля инерционных ха-рактеристик и параметров геометрии масс Ка являются балансировочные стенды. они применяются на завершающих этапах сборки Ка при контро-ле соответствующих характеристик, по результатам которого осуществля-ется их коррекция с помощью балансировочных грузов или изменения вза-имного расположения бортового оборудования.

Методология и конструктивные особенности применяемых в нашей стране и за рубежом балансировочных стендов была заложена еще в 6070 года прошлого века и не претерпела принципиальных изменений. для обеспе-чения требуемых погрешностей (неопределенностей) измерений инерци-онных характеристик и параметров геометрии масс Ка, необходимо иссле-дование их погрешностей измерений.

обобщая опыт ФГУП «нПо «Техномаш» по разработке и эксплуатации балансировочных стендов можно сделать вывод, что в суммарной погреш-ности измерений инерционных и масса-моментных характеристик Ка пре-


— 128 —

обладающей является систематическая составляющая методической по-грешности измерений, обусловленная наличием технологических погреш-ностей изготовления стендов и отличием реализуемой в них методики (метода) измерений от теоретической. Экспериментальная оценка этой составляющей погрешности показала, что она составляет более 7080% суммарной погрешности измерений.

Учет и исключение отдельных составляющих погрешностей измерений инерционных и масса – моментных характеристик Ка, осуществляется в сле-дующем порядке:

• для реализации метода замещения изготавливаются имитаторы (кон-трольные приспособления, далее – КП) инерционных характеристик и ха-рактеристик геометрии массы исследуемых (контролируемых) Ка, с нор-мированными с высокой точностью метрологическими характеристиками;

• проводятся измерения масса – моментных характеристик КП при по-мощи балансировочных стендов по методикам измерений характери-стик КП;

• разности между измеренными и нормированными параметрами КП яв-ляются используемыми при измерениях поправками;

• полученная таким образом поправка уточняется с периодичностью не реже 12 месяцев.недостатком полученной таким образом поправки является ее приме-

нимость только для измерений характеристик конкретного Ка для которого изготавливалось КП и определялась поправка, вследствие реализованно-го балансировочными стендами метода замещения.

При необходимости проведения измерения характеристик Ка другого типа (или модернизированного Ка, для которого его характеристики изме-нились) дорогостоящую процедуру выполнять повторно.

дальнейшую модернизацию стендов для определения характери-стик Ка с целью повышения точности измерений целесообразно прово-дить по пути выявления составляющих методической погрешности и их закономерностей. Это позволит научно обосновать состав номиналь-ных значений основных характеристик КП, необходимый для определе-ния поправки во всех требуемых диапазонах характеристик Ка, сокра-тить затраты за счет отказа от производства КП под каждый конкрет-ный Ка.

Полученные в ходе исследований результаты могут быть использованы для устранения несоответствия статуса рассматриваемых балансировоч-ных стендов предъявляемым к ним метрологическим требованиям, так как по своему назначению, техническим и метрологическим характеристикам стенды являются средствами измерений, но по сложившейся на предпри-ятиях ракетно-космической промышленности практике их относят к кон-

— 129 —

СеКЦиЯ 2

трольному или испытательному оборудованию. Такой подход является вы-нужденной мерой, вызванной отсутствием:

• КП утвержденного типа;• методик аттестации (поверки, калибровки) КП;• методик поверки стендов и поверочных схем соответствующих величин.

Успешное проведение указанных исследований и работ в области обе-спечении единства измерений, обобщение полученных результатов и их использование при разработке систем управления и стабилизации Ка, по-зволит повысить эффективность работы этих систем, за счет оптимизации расхода рабочего тела Ка и повышения срока его активного функциониро-вания.


— 130 —

Особенности метрологического обеспечения при создании бортовых измерительных систем

компьютерно-ориентированного типа для лётных испытаний изделий авиационной техники

В.В. Бондарцев заместитель генерального директора по качеству –

главный метролог ОАО «ЛИИ им. М.М. Громова», к.т.н., СНС

Д.А. Сидоров заместитель начальника СМиИИС ОАО «ЛИИ им. М.М. Громова»

О.В. Машкова начальник СМиИИС ОАО «ЛИИ им. М.М. Громова»

Постоянное развитие и совершенствование аппаратуры для обеспе-чения лётных испытаний, ставшее приоритетным направлением в экспериментальных исследованиях изделий авиационной техники института, требует внедрения и разработки перспективных мето-дов и средств по метрологическому обеспечению бортовых систем измерений. Это обстоятельство позволило в дальнейшем выделить вопросы метрологического обеспечения и качества измерений как отдельные направления работ по достижению единства и обеспече-ния требуемой точности и достоверности их результатов. Всё это в итоге является гарантией качества и эффективности лётного эксперимента.

Лётные испытания и исследования занимают существенное место в соз-дании летательных аппаратов. В настоящее время методология лётных исследований является самостоятельной областью авиационной науки. Значительную роль в развитии методов лётных испытаний, как и любых экспериментальных методов исследований, играет уровень технических средств измерений, совершенство и правильность методов измерений.

основным источником получения исходных данных, необходимых для оценки результатов лётных испытаний и исследования летательных аппа-ратов, является информационно-измерительная система компьютерно-ориентированного типа (ииС-КТ), включающая комплекс технических средств измерений, сбора и обработки; при этом технические средства об-разуют систему только в том случае, если они объединены для создания

— 131 —

СеКЦиЯ 3

структуры, функционирующей по определённым правилам. ииС, предна-значенным для использования при лётных испытаниях, предъявляются жёсткие требования, как по точности, так и по надёжности.

Технические средства, составляющие ииС, работают в довольно жёст-ких условиях. В таких условиях любая, даже самая надёжная система спо-собна дать сбой или изменить свои характеристики. Поэтому необходимо периодически контролировать ииС и её подсистемы на соответствие кри-териям точности и надёжности.

В настоящее время испытания ииС является обязательным мероприя-тием, направленным на повышение эффективности и качества выполняе-мых измерений.

Важнейшей составляющей метрологического обеспечения является этап испытаний и аттестации (поверки), как вновь созданного измеритель-ного средства, так и периодические испытания и аттестации эксплуатируе-мых средств измерения в течение всего жизненного цикла их использова-ния. Этот этап регламентируется Законом рФ «об обеспечении единства измерений» и в нормативных документах Государственной системы обе-спечения единства измерений (ГСи).

на современном этапе развития методов и средств измерения, с по-стоянно усложняющимися методическими и техническими реализациями самым серьёзным образом ставится задача автоматизации метрологиче-ского испытания и аттестации, при котором не только устраняются субъек-тивные ошибки и сокращаются сроки испытания, но и повышается полно-та, надежность и единство испытания и документирования.

В 70-е годы приказами Министра авиационной промышленности «Лии им. М.М. Громова» был определён как головной институт отрасли по ме-трологическому обеспечению летных испытаний авиационной техники (ГоМС) на базе головного отделения измерительной техники и метрологии № 6[1]. Согласно этим приказам, институт отвечает за комплекс измерений при лётных испытаниях самолётов, вертолётов, двигателей, самолётного оборудования и экспертизу технологических процессов лётных испытаний. При этом функции, возложенные на ГоМС института по вопросам измере-ний параметров изделий авиационной техники при их лётных испытаниях, подтверждаются и выполняются по настоящее время. Эти мероприятия позволили повысить организацию метрологической службы (МС), которая совместно с научными подразделениями института осуществляла ком-плекс работ, направленных на решения основной задачи метрологическо-го обеспечения – по единству измерений и повышения точности измере-ний. Были установлены связи с метрологическими институтами страны и укреплены отношения института с приборостроительными предприятия-ми отрасли.


— 132 —

В последующие годы метрологической службой института совместно со специалистами приборного направления, внешними организациями от-расли и Заказчика были решены вопросы принципиального обеспечения измерений при испытаниях средствами магнитной записи. разработанная в то время аппаратура реализовала два метода регистрации с использова-нием кодовоимпульсной (цифровой) модуляции для записи процессов до 5 Гц и частотной модуляции для записи сигналов в более широком частот-ном диапазоне. Такой методический подход, разделяющий средства из-мерений по частотным полосам, обеспечивал регистрацию высокочастот-ных сигналов (до 10÷20кГц), что позволило автоматизировать послеполёт-ную обработку всех видов информации, характерной для летных испыта-ний и, что особенно важно, внедрить в анализ результатов трудоёмкие статистические методы.

В соответствии с организационно-правовыми требованиями вышедшего в 1993г. Федерального Закона рФ об обеспечении единства измерений и си-стемы нормативно-правовых актов, а также в целях решения возложенных на ГоМС института задач по метрологическому обеспечению лётных испы-таний и исследований авиационной техники (Ли аТ), потребовало от «Лии им.М.М.Громова» решить очень широкий круг организационных, научно-тех-нических и финансовых проблем, направленных на обеспечение техниче-ской компетентности в области обеспечения единства измерений.

Таким образом:В 1999 г. МС «Лии им. М.М. Громова» была аккредитована на право по-

верки средств измерений. В соответствии с приказом Госстандарта рФ № 546 от 16.12.1999 г. Служба зарегистрирована в реестре аккредитован-ных метрологических служб юридических лиц под № 0703. При этом были обучены и аттестованы органами Госстандарта 10 поверителей; область аккредитации содержит порядка 12 видов измерений, что обеспечивает решение основных задач метрологического обеспечения Ли аТ и жизнеде-ятельности института.

В 2002 г. МС «Лии им. М.М. Громова» была аккредитована в органах ростехрегулирования рФ в качестве испытательной лаборатории средств измерений военного назначения с целью получения сертификатов соот-ветствия и типа в ГЦи Си «Воентест». Служба зарегистрирована в рее-стре испытательных лабораторий Си военного назначения под № 30047-11. При этом область аккредитации включает более 25 видов воспроизводи-мых параметров при испытаниях изделий и средств измерений.

В 2005 г. МС «Лии им. М.М. Громова» была аккредитована в органах ростехрегулирования рФ на право аттестации методик выполнения изме-рений и проведения метрологической экспертизы проектной, конструктор-ской и технологической документации. Служба зарегистрирована в рее-

— 133 —

СеКЦиЯ 3

стре аккредитованных метрологических служб юридических лиц под № 01.00096-2010. область аккредитации охватывает обширный перечень методик выполнения измерений различных параметров (более 30 наиме-нований), что практически полностью закрывает всю номенклатуру изме-ряемых сигналов.

В последующие годы техническая компетентность ГоМС Лии им. М.М. Громова в указанных аккредитациях института проверяется ежегодным инспекционным контролем и подтверждается с периодичностью в (3 – 5) лет по настоящее время в органах ростехрегулирования.

В 2007 г. метрологическая служба была выделена в самостоятельное структурное под-разделение института. Правовыми основами деятельно-сти подразделения являются Федеральный Закон рФ об обеспечении единства измерений № 102 ФЗ от 26.06.2008 г., система ГоСТов группы СрПП ВТ и отраслевых стандартов группы оСоеи по метрологическому обеспечению работ по созданию авиационной техники.

В настоящее время МС института базируется в Службе метрологии и ис-пытаний из-мерительных систем (СМиииС) института и состоит из двух лабораторий: Центральной лаборатории измерительной техники (ЦЛиТ) и лаборатории Метрологического обеспечения испытаний информацион-но-измерительных систем (Мо иииС), общей численностью 30 человек, включая 3 кандидатов технических наук и 9-ти аттестованных поверите-лей, находящейся в непосредственном подчинении у зам. Генерального директора по качеству – Главного метролога оао «Лии им. М.М. Громо-ва». основная задача: лаборатории ЦЛиТ – метрологическое обеспече-ние жизнедеятельности института; лаборатории Мо иииС – метрологиче-ское обеспечение ииС для ЛиаТ.

Метрологическая служба института за всё время своего существова-ния выполнила огромный объём работ по метрологической аттестации и ис-пытаниям самых разнообразных средств измерений от датчика до слож-ных систем магнитной записи. Эти работы выполняются в тесной коопера-ции со специалистами научных подразделений института и организация-ми Заказчика. Эти работы включали испытания измерительных средств на климатические и механические воздействия, доводку Си на соответствие требованиям ТЗ на их разработку, определение основных метрологиче-ских характеристик.

За многие годы работы метрологи испытали и рекомендовали к приме-нению:

• первичных преобразователей различной конструкции и назначения;• согласующих устройств для преобразования и усиления сигналов;• бортовых накопителей магнитной записи, включая системы 14СЧМ,

12СКП, 16СМЗ, что в сочетании с работами приборостроительных КБ


— 134 —

отрасли позволило обеспечить летные испытания современными сред-ствами, улучшить метрологические и эксплуатационные характеристи-ки систем бортовых измерений.За последние годы метрологическая служба «Лии им. М.М. Громова»

совместно с 929ГЛиЦ и 32Гниии Мо рФ (в настоящее время ГнМЦ) про-вели государственные приёмочные испытания твердотельных накопите-лей измерительной информации Тн1, Тн1аЦ и согласующего устройства для измерений статодинамических деформации 16СУ-27В; утверждён тип аппаратуры для динамических измерений с применением тензометрии 16СУ-28, виброизмерительной аппаратуры 16иП с датчиками абсолютных перемещений даП-008 и комплекс бортовых траекторных измерений ма-невренных самолётов КБТи-М; проведены сертификационные испытания и получены сертификаты соответствия Государственного центра ипытаний «Воентест» на виброаппаратуру 16СВ3-022 с датчиками дВ3-022, термо-метрический модуль 32СТ5-02.000, модуль сбора и преобразования сигна-лов разовых команд 64Мр-002, малогабаритный бортовой хранитель вре-мени МБХВ-1, манометрический модуль 8Мд3-101, модуль сбора и преоб-разования низкочастотных аналоговых сигналов 32Ма-001, модуль сбора и преобразования сигналов сельсинов и СКТ 8МС-002, модуль управления и сбора низкочастотной информации МУС-001, модуль сбора и преобразо-вания частотных сигналов 8МЧ-001, аппаратуру для измерения аэродина-мических углов атаки, скольжения и приборной скорости летательного ап-парата 3аМ3-008, согласующее устройство 16СУ-27Ф; готовятся к серти-фикации ещё ряд измерительных средств.

Методические разработки метрологической службы публикуются в на-учных трудах, докладываются на конференциях и совместно со специали-стами по тематическим направлениям испытаний включаются в руковод-ства по лётным испытаниям.

Так материалы по метрологическому обеспечению средств измерений для лётных испытаний были использованы при создании восьми книг по руководству испытаниями аТ (риаТ) и касались практически всех вопро-сов обеспечения измерений.

основное содержание риаТ включало рекомендации по выбору средств измерений, подготовке аппаратуры для установки на борт, техни-ческое обслуживание средств измерений.

Участие специалистов метрологической службы сводилось не только к решению аппаратурных вопросов для обеспечения испытаний. Требова-ния Федерального Закона об обеспечении единства измерений, в котором вводится обязательная метрологическая экспертиза работ по оборонной тематике, привело к необходимости проведения экспертиз широкого круга нТд. Так в обеспечение работ по испытаниям изделия Т-50 в «Лии им. М.М.

— 135 —

СеКЦиЯ 3

Громова» было разработано 17 методик по испытаниям различных систем. Метрологическая служба приняла в этих работах самое активное участие, выполнив метрологическую экспертизу всех методик, и выдала свидетель-ства об их аттестации. Была разработана методика метрологической экс-пертизы научно-технической документации (нТд), а результаты работы по-зволили выпустить на эту тему стандарт организации и руководящие доку-менты с обширными рекомендациями по проведению экспертизы.

Метрологическая служба института располагает экспериментально-стендовой базой, которая обеспечивает выполнение основных метрологи-ческих операций по поверке, градуировке и испытаниям на механические и климатические воздействия средств бортовых измерений для широкой номенклатуры измеряемых сигналов.

В состав базы входят:• комплекс эталонных установок для передачи единиц физических вели-

чин (17 единиц);• комплекс испытательных установок на воздействие климатических

и механических факторов (13 единиц)Технико-эксплуатационные характеристики комплексов, которые в ос-

новном созданы в период 1956÷1992 гг., позволяют воспроизводить диа-пазоны измерений примерно на 80% от требуемого; уровень автоматиза-ции: ручное и полуавтоматическое управление, проводятся работы по ав-томатизации результатов обработки и самого процесса испытаний.

В представленной таблице приведен неполный перечень оборудования стендовой базы с указанием назначения установок и их кратких метроло-гических характеристик.

В метрологическом сопровождении работ по созданию новой авиацион-ной техники особое место занимают вопросы метрологии летных испытаний.

Этап летных испытаний является завершающим в жизненном цикле но-вого Л.а. и необходимое для его выполнения метрологическое обеспече-ние создается и отрабатывается на предыдущих этапах эскизного и техни-ческого проектирования и производства.

Метрология летных испытаний, однако, имеет свои особенности и со-держит работы, направленные на обеспечение единства измерений и по-лучение качественных конечных результатов в оценке лётно-технических характеристик и возможностей Л.а.

основная задача, решаемая на этом этапе, – создание на борту систе-мы бортовых измерений. Технология подготовки и решение этой задачи предусматривает следующие работы:

• разработка и согласование перечня измеряемых параметров;• разработка системы бортовых измерений и её создание на самолёте

с последующей отладкой;


— 136 —

• градуировка измерительных каналов и разработка необходимого про-граммно-математического обеспечения послеполётной обработки.Метрологический контроль при выполнении этих работ решает не толь-

ко задачи обеспечения единства измерений, но и задачи повышения без-опасности полётов в условиях учёта особенностей измерений на борту.

нормативно-правовая база работ этого этапа формируется системой государственных и отраслевых стандартов, регламентирующих содержа-ние работ по метрологическому обеспечению, а учёт методических отли-чий измерений на борту в сравнении с измерениями в машиностроении обеспечивается разработкой руководств по испытаниям авиационной тех-ники, выпускаемых совместно с Заказчиком. Как уже отмечалось по обе-спечению метрологии летных испытаний в части измерений на борту было выпущено восемь книг риаТ, охватывающих вопросы аппаратурного обе-спечения и метрологии измерений.

В рамках действующих нормативных документов разработана методи-ка метрологической экспертизы научно-технической документации, регла-ментирующая метрологическое обеспечение измерений при лётных испы-таниях, которая была использована в работах по сопровождению испыта-ний изделия Т-50. По результатам метрологической экспертизы был актуа-лизирован стандарт организации СТо 688.008-2010 «Система менеджмен-та качества. Метрологическая экспертиза технической документации».

Вместе с тем в рамках проведения работ по метрологическому контро-лю и надзору за состоянием и применением средств измерений и методик выполнения измерений был актуализирован стандарт организации СТо 688.008-2010 «Система менеджмента качества. Метрологический надзор. Порядок проведения».

Метрологическая экспериментально-стендовая база «ЛИИ им. М.М. Громова»

№ п/п

Наименование установки Назначение

Метрологиче-ская характе-

ристикаПримеча-

ние

1 2 3 4 51. образцовая силоизме-

рительная машина 2-го разряда до-II-5

Градуировка датчиков силы

до 5000 кгс <1%

2. Экзаменатор уровня Градуировка линей-ных и угловых акселе-рометров

до 1 м/с2 <1%

3. аэродинамическая труба аТГ-2

Градуировка датчиков скорости

до 300 м/с -

4. Ударная труба ТУ-4 Градуировка пьезодат-чиков и микрофонов

170÷200 двотнос.2·105 Па

6%

— 137 —

СеКЦиЯ 3

1 2 3 4 55. Щелевой участок аэро-

динамической трубы УГТ-2

Градуировка датчиков трения

0÷70 Па -

6. Установка пульсирую-щих давлений газа УПдГ-4

Градуировка пьезодат-чиков

250 ГПа 2500 Гц

7. Стенд пульсирующих давлений и скоростей потока рЦ-2

определение динами-ческих характеристик датчиков температуры

- -

8. ТермобарокамераКТХБ-016-155 № 346

испытания СБи на пониженные давления

8÷800 мм рт. ст.

-

9. ТермобарокамераКТХБ-016-155 № 187

Климатические испы-тания СБи

-60÷+155ºС -

10. Камера тепла и влаги КТВ-04-155

испытание СБи на воздействие влаги

влажность до 98%

Т=35ºС

-

11. Установка пульсирую-щих давлений УПдГ-5

Градуировка пьезо-преобразователей

до 250 Гпа500 Гц

-

12. испытательный удар-ный стенд типа 3.16.02

испытания СБи на линейные ударные ускорения

до 20 g 20 м/с

13. Электродинамический вибростенд ВЭдС-020

испытания СБи на вибрации

до 10 gдо 300 Гц

до 20 кг

14. Электродинамический вибростенд ВЭдС-005

испытания СБи на вибрациипри повы-шенной температуре

до 10 gдо 1000 Гц

до 150 ºС

15. Вибростенд электроди-намический низкоча-стотный ВЭдСн-008

Градуировка датчиков вибраций

до 1 g3÷25 Гц

5%

16. Установка поверочная вибрационная 2-го раз-ряда ВЭдСК-002

Градуировка вибро-датчиков

до 15 g10÷5000 Гц

<3%

17. Установка поверки ге-нераторов стандарт-ных сигналов

Поверка генераторов 12 МГц÷1,2 ГГц

-

18 Центробежный испыта-тельный стенд Ц4505

испытания на линей-ные перегрузки

до 10000 g -

19. Стенд постоянных угловых ускорений (па-дающий винт) СПУ-2

Градуировка угловых акселерометров

до 100 рад/с2 -

20. Стенд центробежных перегрузок СЦП 800-2

испытания на пере-грузки

1÷800 g -

21. Центрифуга УГа-Ц-002 Градуировка датчиков 5÷25 м/с2

3÷25 рад/с20,05%


— 138 —

1 2 3 4 522. Электродинамический

вибростенд ВЭдС-040испытания СБи на вибрации

10 g3000 Гц

40 кг

23. Виброустановка пове-рочная повышенной точности ПУВ-0

Градуировка вибро-преобразователей

до 15 g10÷10000 Гц

-

основные направления деятельности метрологической службы инсти-тута в части методического обеспечения и метрологического сопровожде-ния летных испытаний следующие:

• метрологический надзор и контроль научно-технической документации, регламентирующей летные испытания на соответствие нормативным документам;

• совершенствование методов метрологических экспертиз и аттестации методик измерений и испытаний пилотируемой авиационной техники;

• анализ состояния и разработка методического подхода к установлению норм погрешностей измерений в соответствии с рекомендациями стан-дартов;

• исследования методов и способов оценки значимости для динамиче-ских искажений полетной информации с целью установления количе-ственных критериев.Современный уровень методик летных испытаний и исследований ха-

рактеризуется широким внедрением в практику информационно-измери-тельных систем и отдельных измерительных средств, создаваемых на базе передовых технологий радиоэлектроники с включением в структуру микропроцессорных устройств. Такой способ создания средств измерения позволяет перестраивать конфигурацию системы в зависимости от реша-емых задач.

Появление измерительных средств расширяет задачи метрологическо-го обеспечения, при сохранении ранее приписанных функций. Это новое направление в метрологии должно обеспечивать:

• внедрение новых средств измерения и средств их контроля и поверки в практику испытаний;

• разработку программно-аппаратных средств для проведения испыта-ний и аттестации структурных элементов с ориентацией этих средств для автоматизации послеполетной обработки;

• разработку методов и средств метрологической аттестации измери-тельных каналов цифровых систем;

• совершенствование испытательного оборудования на климатические, механические воздействия и на электромагнитную совместимость.Такой подход послужил основой нового направления в области авто-

матизации лабораторно-стендовой базы и создания эталонно-испыта-

— 139 —

СеКЦиЯ 3

тельных средств и метрологического программно-аппаратного обеспе-чения.

Таким образом, начиная с 2001 года МС «Лии им. М.М. Громова» про-водит исследования по автоматизации процессов испытаний средств из-мерений, а также по разработке перспективных методов и программно-ап-паратных средств определения метрологических характеристик модулей бортовых информационно-измерительных систем, используемых при лёт-ных испытаниях и исследованиях.

данное направление работ ведётся совместно с кафедрой информа-ционно-измерительной и биомедицинской техники рязанского Государ-ственного радиотехнического Университета.

В результате этих работ был разработан и введён в строй структурно-реконфигурируемый стенд для проведения испытаний измерительных мо-дулей бортовых информационно-измерительных систем компьютерного типа, представленный на рисунке

рисунок – архитектура структурно-реконфигурируемого стенда для проведения испытаний измерительных модулей бортовых измерительных систем компьютерно- ориентированного типа


— 140 —

В развитие указанного направления метрологическая служба проводит ряд научно-исследовательских работ по созданию эталонного комплекса нового поколения, содержащий аппаратно-программные средства для проведения сертификационных испытаний и аттестации измерительных каналов бортовых информационно-измерительных систем[2]. Этот ком-плекс обеспечит возможность получения наиболее полной оценки метро-логических характеристик испытываемых средств измерений.

Модифицированная архитектура комплекса использует унифицирован-ные модули метрологического специального программного обеспечения. Это значительно расширяет возможности по последующему включению в состав эталонного комплекса новых испытательных средств. Таким об-разом, с помощью возможности гибкой структурной реконфигурации моди-фицированной архитектуры метрологического специального программно-го обеспечения, эталонный комплекс можно использовать при испытаниях практически любых средств измерений, в том числе и с цифровой реали-зацией[3].

результаты, полученные при разработке эталонного комплекса выяви-ли возможность его использования для автоматизации лабораторно-стен-довой базы. В настоящее время про-водятся исследования по использова-ния эталонного комплекса совместно с новой температурно-вибрационной установкой для обеспечения максимальной автоматизации при климати-ческих и механических испытаниях модулей бортовых информационно-из-мерительных систем.

Литература1. Бондарцев В.В., Сидоров д.а. «Головная организация метрологиче-

ской службы авиационной отрасли» научно-информационный журнал «Вестник метролога» № 1 2011.

2. Бондарцев В.В., Сидоров д.а. «особенности построения программ-но-аппаратных средств эталонного комплекса для автоматизации процес-сов испытаний информационно-измерительных систем компьютерно-ори-ентированного типа» VIII Всероссийская нТК «Метрологическое обеспече-ние обороны и безопасности в рФ», Пос. Поведники Московской обл., 2010 г.

3. Бондарцев В.В., Прошин е.М., Сидоров д.а., и др. «основы компью-терной автоматизации метрологического испытания средств измерений». Перспективные проекты и техно-логии., г. рязань 2008 г.

— 141 —

СеКЦиЯ 3

Опыт использования систем контрольно измерительных СКИ «Агат» в летных испытаниях двигательных

установок самолетов России и УкраиныМ.П. Владов,

д.т.н. «Comelpro» SRL, г.Кишинев

Д.И. Добров, к.т.н. «Comelpro» SRL, г.Кишинев

Представлен краткий обзор систем контрольно-измерительных типа СКИ «АГАТ», предназначенных для сбора измерительной инфор-мации от датчиков деформации и температуры в различных частях авиационных двигательных установок. Рассмотрены некоторые во-просы метрологического обеспечения измерительных каналов во время вращения СКИ на испытательном стенде.

В течение более десяти лет, начиная с конца 2002 и по 2013 год компа-нией «COMELPRO» SRL (г. Кишинев) были разработаны и серийно выпу-скаются девять типов систем контрольно-измерительных СКи «агат» для стендовых и летных испытаний авиационных двигателей летательных ап-паратов. За это время было поставлено более 30 комплектов СКи семей-ства «агат» в следующих предприятиях, конструкторских бюро и отрасле-вых институтах:

1. ФГУП ММПП “Салют”, россия, г. Москва;2. оКБ им. «а. Люльки», россия, г. Москва;3. оао «Климов», россия, г. Санкт-Петербург;4.ГнЦ рФ ЦиаМ им. «П.и. Баранова», россия, г. Москва;5.оао нПП «аэросила», россия, г. Ступино, Московской обл.;6. оао «нПП «Мотор», россия, г. Уфа, Башкирия;7. КБ им а.С. Яковлева, россия, г. Москва;8.КБ антонов, Украина, г. Киев.В литературных источниках [1-8] приведено описание выпускаемых

СКи семейства «агат». измерение уровня механического напряжения ло-паток турбин авиационных двигателей в СКи «агат» проводится расчет-ным путем, на основе измерения уровня напряжения (мВ) на тензорези-


— 142 —

сторах, подключенных к измерительным каналам СКи «агат» [2]. В основу расчета уровня напряжения материала (σ) взята формула закона Гука. для нашего случая, когда имеют место питание тензорезистора от источ-ника напряжения и значение входного сопротивления усилителя является конечным, более точным является выражение для расчета σ:

,i

U SE

K U Ss e= ⋅ ⋅ ⋅

⋅изм ном

номном реальн

(1)

где Uизмi – измеренное значение уровня сигнала от тензодатчика, мВ;Uном – значение уровня сигнала от датчика для σ = σном, мВ;E – модуль Юнга для материала;Sном – номинальное значение чувствительности тензодатчика;Sреальн – реальное значение чувствительности тензодатчика;εном – номинальное значение амплитуды относительной деформации,

в случае напряжения материала Sном.K – коэффициент, учитывающий влияние сопротивления тензорезисто-

ров и входного сопротивления при деформации, равной εном.U

KU

= реальн

ном

Можно показать [9], что окончательное выражение для расчета напря-жения в материале приобретает вид:

( )( )

2

2i

R RU RSE

U S R R Rs e

é ù+ê úê ú= ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ê ú+ê úë û

тр. реальн вхизм тр. номномизм ном

ном реальн тр. реальн тр. ном вх

где Rтр реальн – реальное значение сопротивления тензорезистора, ом;Rтр ном – номинальное значение сопротивления тензорезистора, ом;Rвх – входное сопротивление канала системы, Rвх= (940 ± 0,1%) ом.εном – номинальное значение относительной деформации, для напряже-

ния материала Sном.В проводимых расчетах Sном= 2.Значение номинального входного напряжения от тензодатчика Uном

определяется по формуле:

( )1 2 nE R R

U U UR R

´ ´= - =

+тр. ном вх

ном

тр. вх

где:

1 nE RU

R R´

=+

тр.

тр. вх – напряжение на тензорезисторе при ΔRтр = 0;

( )2 nE R R

UR R R

´ D=

+ Dтр. тр.ном

тр. вх тр.ном

– напряжение на тензорезисторе при его из-менении на ΔRтр.ном.

— 143 —

СеКЦиЯ 3

если DRтр.ном заменим согласно формуле DR = εном Sном Rном, то получим:

( )2,nE S R R

UR R

e⋅ ⋅ ⋅ ⋅=

+

ном ном тр.ном вхном

тр.ном вх

(11)

Здесь Eп - напряжение питания потенциометрической схемы в СКи «агат» Eп = (5,00 ± 0,01) В.

Уровень механического напряжения σизм лопаток турбин авиационных двигателей в СКи «агат» рассчитывается согласно формуле (1) измерени-ем значения напряжения на тензорезисторах, которые являются входными контролируемыми параметрами. остальные значения аргументов в фор-мулах (1) и (2) известны из паспортных данных применяемых тензорези-сторов и материала лопаток компрессора и турбины авиационного двига-теля и записываются, перед началом эксплуатации в базу данных для рас-чета Uвх.ном и σизм.

Предложенная методика проверена специалистами ЦаГи и апробиро-вана многолетней эксплуатацией систем контрольно измерительных се-мейства «агат» на моторостроительных предприятиях россии и Украины.

В ЦаГи им. н.е. жуковского в 2005 году проводилисть исследование основных метрологических характеристик систем контрольно-измеритель-ный КиС «агат-1.1» и СКи «агат-Л на основании заявки ФГУП «ММПП Са-ЛЮТ» и по поручению Управления метрологии Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии № 120/34-3512 от 05.07.2005 [9]. Целью испытаний являлось проведение проверочных испытаний на со-ответствие параметров СКи «агат-1.1» и СКи «агат-Л» требованиям, уста-новленным в ТЗ, конструкторской документации и программе испытаний с целью утверждения типа средств измерений.

В результате установлено:1. основная приведенная погрешность находится в пределах (0,447 –

0,95) %.2. Приведенная погрешность от неравномерности амплитудно-частот-

ной характеристики (аЧХ) лежит в пределах:для высокочастотных каналов с аЧХ до10 кГц:

• в диапазоне частот (0,05 -0.1) кГц (0,196-7.041) %• в диапазоне частот (0,1 -5) кГц (0361-0.969) %• в диапазоне частот (5 -10) кГц (0.45-1.148) %

3. дополнительная погрешность от влияния температуры составила менее 0,8% на каждые 10 °С повышения температуры корпуса ротора.

В результате проведенных испытаний ГЦи Си ЦаГи установил, что представленные образцы системы КиС соответствуют требованиям, уста-новленным техническими условиями.


— 144 —

Система КиС «агат-1.1» сертифицирована в россии: Сертификат об ут-верждении типа средств измерений MD.е.34.082.а № 24728 зарегистриро-ван в Государственном реестре средств измерений под № 32248-06 и до-пущен к применению в российской Федерации.

Это позволило в конце 2005 года провести шесть полетов на летающей лаборатории СУ-27 № 3711 летного испытательного института (Лии) им. М.М. Громова (г. жуковский, Московской области) с двигателем 99М1, ло-патки первой ступени компрессора низкого давления которого препариро-ваны 32 тензодатчиками, а в передней опоре двигателя установлен бес-контактный токосъемник СКи «агат-Л», как на рис. 1.

информация с бесконтактного токосъемника СКи «агат-Л» записыва-лась в накопительное устройство с объемом памяти до 10 Гбайт, которое размещалось в центральной зоне фюзеляжа самолета СУ-27, смотри рис. 2.

рис. 1. Вид спереди двигателя аЛ-31Ф

рис. 2. накопительное устройство с установленным в центре СКи

«агат-Л» в центральной зоне фюзеляжа самолета СУ-27

ЦаГи в своих работах по проверке основных метрологических характе-ристик семейства СКи «аГаТ» оценивали дополнительную погрешность СКи «аГаТ» от центробежного ускорения косвенно. В связи с этим специ-алистами COMELPRO разработали и изготовили аппаратуру, имитирую-щая сигналы датчиков (иСд) механического напряжения (тензорезисто-ры). имитатор иСд представляет собой источник синусоидальных элек-трических колебаний с высокой стабильностью частоты и амплитуды и кон-

аппаратура СКи «агат-Л»

— 145 —

СеКЦиЯ 3

структивно способен выдерживать усилия центробежного ускорения при вращении на оборотах до 44 000 об/мин. использование стандартных из-мерительных приборов (прецизионных генераторов переменного напря-жения, набора прецизионных сопротивлений и цифровых вольтметров с погрешностью менее 0,1%) невозможна из-за того, что измерительные каналы в роторной части СКи «аГаТ» вращаются со скоростью до 44000 об/мин. использование иСд с относительной погрешностью не более 0,3% достаточно для проведения проверок метрологических характеристик ап-паратуры СКи «аГаТ», при условии, что суммарная погрешность не пре-высит значения 1,5 – 2%. иСд применяется для поверки, аттестации и при проведении заводских приемо-сдаточных испытаниях СКи «аГаТ» при вращении на скоростях до 44000 об/мин. Внешний вид имитатора сигна-лов датчиков представлен на рис. 3.

рис. 3. Внешний вид иСд

Корпус микросхемы генератора конструктивно расположен на плате по оси вращения иСд, что позволяет исключить влияние центробежного уско-рения на имитатор сигналов.

Проверка и аттестация метрологических характеристик иСд проводи-лась на предприятии ооо «COMELPRO» г. Кишинев в июне-июле 2010 года совместно с представителями Государственного Центра испытаний Средств измерений «Воентест» 32 Гниии Мо рФ г. Мытищи. Проверя-лись относительная погрешность амплитуды напряжения (Uн, мВ) имити-руемых сигналов датчиков механического напряжения, относительная по-грешность задаваемой частоты (Fн, Гц) в нормальных климатических ус-ловиях. Эти проверки также были проведены при температуре +40 °C. Максимальное значение относительной погрешности амплитуды напряже-ния составило 0,027%, частоты 0,042%.

В испытаниях при вращении иСд совместно с СКи «аГаТ-500» снима-лись экспериментальные кривые δвр зависимости приведенной погреш-ности измерения амплитуды напряжения переменного тока, соответствую-щего значениям механического напряжения лопаток турбины для 12 из 24


— 146 —

измерительных тензометрических каналов, в диапазоне частот вращения валов двигателя от 0 до 44000 об/мин. на рис. 4 показаны кривые зависи-мости приведенной погрешности измерения амплитуды напряжения пере-менного тока для каналов К4, К7, К13, К18 и К23 от частоты вращения СКи «аГаТ-500» совместно с иСд. Максимальное значение погрешности со-ставило ±0,17%, в канале К23.

0

0,02

0,040,06

0,08

0,1

0,120,14

0,16

0,18

5000 15000 25000 35000 44000

Частота вращения, об/мин

При

веде

нная

погре

шно

сть

%

K23K4K7K13K18

рис. 4. Зависимость приведенной погрешности измерения амплитуды напряжения от частоты вращения СКи «аГаТ» совместно с иСд

если предположить что дополнительные погрешности вносимые иСд и СКи «аГаТ» одинаковы, тогда, для иСд дополнительная погрешность, от влияющего фактора вращения, составит 0,049%. определяем дополни-тельную погрешность, вызванную влиянием вибрации, изменения напря-жения питания и вращения по формуле :

2 2 2 2( )d d d d d= + + +ввф доп пит вибр пит вр

расчеты показали, что относительные погрешности каналов иСд вос-произведения амплитуды и частоты датчиков механического напряжения и датчиков температуры меньше допустимого ± 0,2%, поэтому иСд мож-но использовать, в качестве нестандартного средства, для определения основной и дополнительной погрешности от воздействующего фактора –

— 147 —

СеКЦиЯ 3

вращения измерительных каналов СКи «аГаТ» на скоростях до 44000 об/мин.

надо отметить, что первые работы с использованием иСд по провероч-ным испытаниям на соответствие параметров СКи «агат-117» требовани-ям, установленным в ТЗ, конструкторской документации и программе ис-пытаний с целью утверждения типа средств измерений, проводились спе-циалистами 32 Гниии Мо рФ в феврале – июле 2008 года на базе испы-тательной станции оао «нПо Сатурн». По результатам проведенных ис-пытаний ГЦи Си «Воентест» 32 Гниии Мо рФ установил:

• тип систем контрольно- измерительных СКи «агат-117» утвердить и внести его в спецраздел Государственного реестра Си;

• допустить применение в российской Федерации систем контрольно- из-мерительных СКи «агат-117», изготовленных ооо «Comelpro» SRL, республика Молдова;

• выдать ооо «Comelpro» SRL, республика Молдова сертификат об ут-верждении типа средств измерений по форме ГоСТ рВ 8.560-95.СКи «агат-анТ», в отличие от вышеуказанных систем контрольно-из-

мерительных, кроме тензодинамических каналов имеет статодинамиче-ские каналы, что даёт ей возможность проводит измерение динамических процессов и статодинамических процессов. СКи «агат-анТ» использова-лась при ЛКи винтовентилятора (ВВ) СВ-27 самолета ан-70 в г. Киев, анТК «анТоноВ» и МСи в г. Ступино, оао нПП «аэросила», так же ис-пользовалась для тензометрии ВВ аВ-60Т при МСи и ЛКи на самолёте Ту-95МС. В настоящий момент проведено более 10-ти наземных гонок си-ловой установки с ВВ аВ-60Т и идут ЛКи в г. жуковский. СКи «агат-анТ» использовалась (только в части статодинамических каналов) в стендовых и летных испытаниях двигателя аи-222-25 для самолёта ЯК-130. Проведе-но более 50 полётов, общая наработка СКи «агат-анТ» составила более 50 часов. По результатам полетов с использованием СКи «агат-анТ» была определена причина наличия ложных срабатываний системы противопом-пажной защиты. Метрологическое обеспечение СКи «агат-анТ» Заказчик проводил самостоятельно на базе методик поверок ооо «Comelpro» и ру-ководствуясь документами [10,11].

одна из последних разработок ооо «Comelpro» является СКи «агат-48», которая в настоящий момент используется на ФГУП ММПП «Салют» при выполнении работ по проверке на высотном стенде Ц-4н ЦиаМ отсутствия автоколебаний рабочих лопаток первой ступени, кон-трольного тензометрирования рабочих лопаток 2-й ступени и бесконтакт-ной диагностики колебаний лопаток вентилятора изделия аЛ -31Фн серии 3. Эти работы проводились при температурах на входе в двигатель от 100 до 200 град!


— 148 —

Выводы1. Впервые, в практике летных испытаний разрабатываемых и модер-

низируемых авиационных двигателей моторостроительных предприятий российской Федерации, в Лии им. М.М Громова было проведено 6 поле-тов на летающей лаборатории СУ-27 № 3711 с двигателем аЛ-31Ф, в пе-редней опоре которого установлена аппаратура «аГаТ-Л» с накопитель-ным устройством.

2. СКи аГаТ-анТ обеспечила оперативное и с высоким качеством про-ведение летных испытаний двигателя аи-222-25 на самолете ЯК-130 по оценке эффективности функционирования опытной системы противопом-пажной защиты.

Литература1. добров д.и., Колотников М.е. Эксплуатация систем контрольно-из-

мерительных семейства «агат» на ФГУП ММПП «Салют» III международ-ная научно-техническая конференция „аВиадВиГаТеЛи XXI ВеКа“. ЦиаМ 30.11.10 – 3.12.10, Москва.

2. Михаил Владов, дмитрий добров, даниил Украинцев архитектура се-мейства СКи «агат» Сборник статей 1-й МнТК ао СП завод «Топаз» г. Кишинев, октябрь 2008г.

3. Владов М.П., добров д.и., Конструкторско-технологические решения семейства СКи «агат» Сборник статей 1-й МнТК ао СП завод «Топаз» г. Кишинев, октябрь 2008г.

4. М. Владов. обзор цифровой аппаратуры семейства „агат” для кон-троля и испытаний авиационных двигателей „Современные информацион-ные и электронные технологии” 18-22 мая 2009г. Украина, г. одесса.

5. М. Владов. архитектура цифровой аппаратуры семейства „агат” для контроля и испытаний авиационных двигателей „Современные ин-формационные и электронные технологии” 18-22 мая 2009г. Украина, г. одесса

6. М. Владов. Конструкторско-технологические решения цифровой ап-паратуры семейства „агат” „Современные информационные и электрон-ные технологии” 18-22 мая 2009г. Украина, г. одесса

7. Владов М.П., добров д.и. обзор контрольно-измерительных систем ооо «COMELPRO» для двигателестроительных предприятий рФ. III меж-дународная научно-техническая конференция «аВиадВиГаТеЛи XXI ВеКа». ЦиаМ 30.11.10 – 3.12.10, Москва, ЦиаМ

8. Vladov М. Metods of self-training of the adaptive telemetry monitoring system of engines of flight venicles. Труды шестой научной конференции с меж-дународным участием „Космос, экология, нанотехнологии, безопасность” SENS 2010, София, 2-4 ноября 2010г.

— 149 —

СеКЦиЯ 3

9. Техническая справка № 09. 94. 3290 от 28.11.05г. результаты исполь-зования контрольно-измерительной системы КиС 1.1 («агат- Л») в составе двигателя 99М1 – Т99-006 на летающей лаборатории СУ-27 № 3711 Лии им. М.М. Громова.

10. рМГ 51-2002 ГСи. документы на методики поверки средств измере-ний. основные положения

11. Пр 50.2.006-94 «ГСи. Поверка средств измерений. организация и по-рядок проведения».

Сведения об авторах:1. Владов Михаил Павлович, директор, д.т.н., ооо «Comelpro» SRL,

г. Кишинев2. добров дмитрий иванович, технический директор, к.т.н., ооо «Comelpro»

SRL, г. Кишинев


— 150 —

Проблемы управления контрольно-проверочной аппаратурой изделий авиационной техники

В.А. Агупов Д-р. тех. наук, ОАО «Туполев»

В работе рассматриваются проблемы управления контрольно-про-верочной аппаратурой изделий авиационной техники, обусловленные несоответствиями отраслевых требований, предъявляемых к вы-шеуказанной аппаратуре, современным требованиям, предъявляе-мым к управлению оборудованием для мониторинга и измерений в рамках сертифицированных систем менеджмента качества орга-низаций авиационной промышленности, выполняющих государствен-ный оборонный заказ. Показаны основные формы управления кон-трольно-проверочной аппаратурой, применяемой в процессах изме-рений и контроля параметров изделий авиационной техники.

деятельность метрологических служб (МлС) организаций авиационной промышленности, выполняющих государственный оборонный заказ (ГоЗ) направлена на обеспечение единства и требуемой точности измерений, достоверности контроля параметров (характеристик) и испытаний продук-ции в целях достижения эффективности процессов создания и заданного уровня качества оборонной продукции. для реализации комплексного под-хода к обеспечению качества продукции подавляющее большинство орга-низаций авиационной промышленности внедрили у себя системы менед-жмента качества (СМК), соответствующие требованиям ГоСТ р иСо 90012008 (с 1 января 2013 года ГоСТ ISO 90012011[1]), отраслевым требо-ваниям ГоСТ р ен 91002011[2] и дополнительным требованиям государ-ственного заказчика, установленным в ГоСТ рВ 15.0022003 (с 1 января 2013 года в ГоСТ рВ 0015 – 002 – 2012 [3]).

Являясь частью организационной основы СМК МлС во взаимодействии с другими структурными подразделениями (СП) решают комплекс задач по метрологическому обеспечению изделий авиационной техники (аТ) на всех этапах (стадиях) жизненного цикла. При этом одной из основных за-дач МлС согласно требованиям п.7.6.11[3] является задача организации и обеспечения управления оборудованием для мониторинга и измерений (оМи). В состав оМи включаются технические средства, используемые

— 151 —

СеКЦиЯ 3

в процессах измерений, испытаний и контроля, а именно: эталоны единиц величин (ЭеВ); стандартные образцы (Со); испытательное оборудование (ио); средства контроля (СК) и индикаторы (и). К Си отнесены меры, из-мерительные приборы, измерительные преобразователи, включая датчи-ки, измерительные каналы, измерительные системы, средства измери-тельного контроля и диагностики и другие технические средства, предна-значенные для измерений и имеющие нормированные метрологические характеристики (показатели точности).

отнесение технических средств к различным видам оМи должно осу-ществляться в соответствии с определениями их терминов, приведенных в таблице 1.

Управление оМи предусматривает реализацию МлС во взаимодей-ствии с другими СП следующих функций:

• разработку и ведение перечней различных видов оМи (ЭеВ, Си, Со, ио, СК и и);

• идентификацию статуса пригодности к применению оМи (поверку или калибровку для Си, аттестацию для ио, проверку для СК и и);

• организацию и обеспечение управления ЭеВ, Си, Со;• участие в управлении ио, СК и и совместно со СП, организующими

и осуществляющими эксплуатацию указанных технических средств;• участие в организации эксплуатации и восстановления (обслуживания)

оМи.

Таблица 1 Определения основных видов ОМИ

Виды ОМИ Определения1 2

Си Техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводя-щее и (или) хранящее единицу величины, размер которой принима-ют неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени.

ЭеВ Техническое средство, предназначенное для воспроизведения, хранения и передачи единицы величины

Со образец вещества (материала) с установленными по результатам испытаний значениями одной и более величин, характеризующих состав или свойство этого вещества (материала)

ио Средство испытаний, представляющее собой техническое устрой-ство для воспроизведения условий испытаний и эксперименталь-ного определения количественных и (или) качественных характери-стик объекта в процессе его испытаний


— 152 —

1 2СК

(контроль-ное обору-дование)

Техническое устройство, программное средство, вещество или ма-териал, предназначенные для проведения контроля, не основанно-го на измерениях характеристик продукции и посредством исполь-зования и на основании результатов выполнения которого прини-мается решение о соответствии (несоответствии) продукции уста-новленным требованиям

и Техническое средство, предназначенное для установления наличия какой-либо физической величины или превышения уровня ее поро-гового значения, а также для выработки сигнала, воздействующего на объект без оценки его параметров с нормированной точностью.

наряду с рассмотренными выше техническими средствами, в процес-сах создания изделий аТ, широко используются технические средства, классифицированные авиационным стандартом оСТ 1 003362008 [4] как контрольно-проверочная аппаратура (КПа).

для установления процедур управления КПа, соответствующих совре-менным требованиям сертифицированной СМК [3], необходимо рассмо-треть требования, предъявляемые к метрологическому обеспечению КПа в оСТ 1 004832006 [5].

По определению КПа – технические устройства, предназначенные для проверки функционирования изделий аТ и контроля их параметров на со-ответствие значениям, заданным в технической документации.

В назначении КПа отсутствуют напрямую функции «измерений», в то время как реализация функций «проверки» и «контроля» однозначно сви-детельствует о том, что в её составе применяются СК и (или) и.

Стандартом [5] устанавливаются различные категории (1й, 2й и 3й) КПа, определения которых приведены в таблице 2.

Таблица 2 Определения различных категорий КПА

Категория КПА ОпределениеКПа 1й категории (измерительная КПа)

аппаратура, предназначенная для количественной оценки с нормированной точностью параметров изделия аТ и предъявления результатов контроля с помощью измери-тельных приборов и (или) устройств регистрации

КПа 2й категории (допусковая КПа)

аппаратура, предназначенная для оценки нахождения зна-чений параметров изделия аТ в заданных пределах и предъявления результатов контроля с помощью индика-торных приборов (устройств) и (или) устройств регистрации

КПа 3й категории аппаратура, предназначенная для качественной оценки пара-метров изделия аТ (или оценки его функционирования) и предъявления результатов контроля с помощью сигнальных (индикаторных) устройств и (или) устройств регистрации

— 153 —

СеКЦиЯ 3

В составе КПа 1й категории предусмотрено применение Си (измери-тельных приборов) для оценки параметров изделий аТ с нормированной точностью, что позволяет классифицировать её как «измерительная КПа» и отнести к разновидности Си.

реализация функций контроля параметров изделий аТ с использовани-ем сигнальных (индикаторных) устройств позволяет однозначно отнести КПа 3й категории к СК и (или) и.

наибольшие трудности вызывает вопрос отнесения КПа 2й категории к определённым видам оМи. если следовать определению в составе КПа 2й категории применяются индикаторные приборы (устройства) и (или) устройства регистрации которые напрямую не относятся к Си. Согласно требованиям оСТ 1 004832006 [5] КПа 2й категории реализует функции допускового контроля на основе количественной оценки значений параме-тров изделий аТ в заданных пределах. К числу нормированных техниче-ских характеристик отнесены допускаемые погрешности КПа на границах заданных допусков контролируемых параметров.

В общем случае получение количественной оценки значений параме-тров изделий аТ с заданной погрешностью возможно только по результа-там измерений. Следовательно, состав КПа 2й категории не должен огра-ничиваться СК и и, а должен предусматривать использование Си. Вместе с тем, согласно требованиям п.4.3.1 [5] КПа 2й категории не обладает ме-трологическими характеристиками.

Таким образом, противоречие между требованиями, установленными к составу оборудования и реализации с его помощью функций по допуско-вому контролю, основанному фактически на измерениях, делает проблем-ными вопросы организации управления и обслуживания КПа 2й категории.

Понимая, что в большинстве своём КПа может реализовывать несколько функций: контроль параметров изделий аТ, с применением средств измери-тельного контроля и (или) средств диагностики (без использования измере-ний), проверку работоспособности отдельных узлов и частей изделий аТ с при-менением индикаторных (сигнальных) устройств актуальными являются во-просы отнесения технических средств КПа 2й категории к двум видам оМи – к контрольно-измерительным системам (КиС), в случае если в составе име-ются Си (измерительные каналы) и контрольное оборудование (СК и (или) и) одновременно или к контрольному оборудованию (СК и (или) и).

При отнесении технических средств к Си необходимо руководствовать-ся административным регламентом [12], а в случаях включения КПа в со-став оборонной продукции – особенностями отнесения технических средств к средствам измерений военного и специального назначения, установленными федеральными органами исполнительной власти (ФоиВ) – государственными заказчиками оборонного заказа.


— 154 —

В условиях действующего законодательства в области обеспечения единства измерений [6] управление КиС, включающей КПа 1й категории, должно осуществляться исходя из знания сферы государственного регули-рования обеспечения единства измерений (СГр оеи) к которой относятся измерения параметров оборонной продукции в процессе оценки её соот-ветствия (контроля качества и испытаний) обязательным требованиям. Под обязательными требованиями следует понимать обязательные для применения и исполнения требования к оборонной продукции (работам, услугам), а также к процессам, установленные в соответствии с законода-тельством российской Федерации о техническом регулировании и обеспе-чении единства измерений и иными нормативными правовыми актами российской Федерации, решениями государственного заказчика оборон-ного заказа, принятыми в пределах его полномочий, устанавливающими указанные требования, технической документацией и (или) государствен-ным контрактом (договором) [7].

Вся КПа, применяемая для выполнения ГоЗ, должна иметь полный комплект эксплуатационной документации (Эд) на каждую единицу, быть укомплектованной и эксплуатироваться в соответствии с Эд, обеспечивать мониторинг и измерения параметров и характеристик продукции (процес-сов) в заданных условиях и диапазонах измерений (испытаний), с необхо-димой точностью измерений (достоверностью контроля (испытаний)) и со-ответствовать обязательным требованиям.

одним из требований государственного заказчика [3] в рамках серти-фицированных СМК является разработка соответствующих документиро-ванных процедур (дП), устанавливающих распределение ответственности и полномочий должностных лиц МлС, других СП по реализации вышеука-занных функций управления оМи, включая КПа. При создании дП по управлению оМи порядок выбора КПа устанавливается исходя из решае-мых измерительных задач, задач контроля и испытаний. В рамках дП так-же целесообразно установить порядок приобретения, учёта, идентифика-ции, поверки (калибровки), проверки КПа, а также их обслуживания, хра-нения, ремонта и списания.

Управление измерительной КПа в СГр оеи осуществляется в форме испытаний в целях утверждения типа (иЦУТ) и утверждения типа в соот-ветствии с Порядками [9], утверждёнными приказом Минпромторга россии от 30.11.2009 № 1081. При этом если в СГр оеи применяется только часть из общего числа измерительных каналов КПа, а другая часть ис-пользуется для измерений вне СГр оеи, то иЦУТ подвергают только пер-вую часть измерительных каналов. В процессе эксплуатации КПа с изме-рительными каналами утверждённых типов поверяют, остальные измери-тельные каналы допускается калибровать по методикам, приведенным

— 155 —

СеКЦиЯ 3

в Эд. При организации метрологического обслуживания измерительной КПа можно учитывать требования ГоСТ р 8.5962002 [10] в части не проти-воречащей [6].

отдельно хочется отметить порядок управления, так называемой спе-циальной нестандартизованной измерительной КПа, имеющейся в орга-низациях авиационной промышленности в достаточном количестве. С от-меной требований ГоСТ 8.32689 «Метрологическая аттестация средств измерений» применение данного класса измерительной КПа при выпол-нении ГоЗ стало нелегитимным, если она не прошла иЦУТ. однако в слу-чаях, когда разработка и эксплуатация таких КПа осуществлены до июня 1993 года и они работоспособны, допускается их применение в СГр оеи, включая ГоЗ, при условии подтверждения метрологической пригодности по процедурам поверки, установленным в стандартизованных методиках или методиках, приведенных в Эд.

основной проблемой нормативно-правового регулирования в области обеспечения единства измерений при организации и проведения поверки КПа является отсутствие до настоящего времени соответствующего при-каза Минпромторга россии, которым бы устанавливался такой порядок и тре-бования к содержанию свидетельства о поверке. При этом согласно [11] установлены форма и порядок нанесения знака непригодности измери-тельной КПа.

Управление КПа, отнесённой к контрольному оборудованию, должно быть направлено на поддержание её в работоспособном состоянии путём своевременной проверки в соответствии с Эд. Проверка работоспособно-сти таких КПа обычно организуется силами эксплуатирующих СП с обяза-тельным ведением соответствующих записей в паспортах (формулярах). для перевода измерительных КПа (измерительных каналов) в разряд КПа 3й категории (индикаторных каналов), должна быть разработана отдель-ная дП, устанавливающая ответственность за обоснованность такого пе-ревода и регламентирующая порядок её реализации.

Выводырассмотрены современные требования, предъявляемые к управлению

оМи заказчиками ГоЗ в рамках сертифицированных СМК, и технические проблемы в части КПа, применяемой организациями авиационной про-мышленности. Предложено устранить выявленные несоответствия между установленными отраслевыми стандартами требованиями к составу и функциям КПа 2й категории. Показаны все формы управления действу-ющей КПа в документально оформленных сертифицированных СМК ис-ходя из решаемых задач измерений и контроля параметров изделий аТ.


— 156 —

Литература1. ГоСТ ISO 90012011 Системы менеджмента качества. Требования.2. ГоСТ р ен 91002011 Системы менеджмента качества организаций

авиационной, космической и оборонных отраслей промышленности. Требования.

3. ГоСТ рВ 00150022012 Система разработки и постановки на производ-ство военной техники. Системы менеджмента качества. общие требо-вания.

4. оСТ 1 003362008 авиационный стандарт. Метрологическое обеспече-ние изделий авиационной техники. общие требования.

5. оСТ 1 004832006 авиационный стандарт. аппаратура контрольно-проверочная изделий авиационной техники. Требования к метрологи-ческому обеспечению.

6. Федеральный закон от 26 июня 2008 года № 102ФЗ «об обеспечении единства измерений».

7. Постановление Правительства рФ от 11 октября 2012 г. № 1036 «об особенностях оценки соответствия оборонной продукции (работ, ус-луг), поставляемой по государственному оборонному заказу, процес-сов проектирования (включая изыскания), производства, строитель-ства, монтажа, наладки, эксплуатации, хранения, перевозки, реализа-ции, утилизации и захоронения указанной продукции».

8. административный регламент исполнения росстандартом государ-ственной функции по отнесению технических средств к средствам из-мерений. Утвержден приказом Минпромторга россии от 15 февраля 2010 года № 122.

9. Порядок проведения испытаний стандартных образцов или средств измерений в целях утверждения типа. Порядок утверждения типа стандартных образцов или типа средств измерений. Утвержден при-казом Минпромторга россии от 30 ноября 2009 года № 1081.

10. ГоСТ р 8.5962002 ГСи. Метрологическое обеспечение измеритель-ных систем. основные положения.

11. Приказ Министерства промышленности и торговли рФ от 30.09.2011 г. № 1325 «об утверждении Формы знака непригодности средств изме-рений и Порядка нанесения знака непригодности средств измерений».

— 157 —

СеКЦиЯ 3

Перспективные технологии измерений в изделиях РКТ, методы и средства

Целикин А.А., главный метролог ОАО «НИИФИ», г. Пенза, Россия

Современные технологии создания и эксплуатации космической техни-ки предъявляют новые требования к автоматизации измерительных про-цедур, точности, миниатюризации и быстродействию измерительных пре-образователей, эксплуатационной стойкости средств измерений.

опыт создания рКТ показал, что без опережающего развития средств метрологического обеспечения невозможно выполнять работы с требуе-мыми показателями качества и в запланированные сроки.

Целью развития и совершенствования средств метрологического обе-спечения создания, производства, эксплуатации и утилизации рКТ явля-ются разработка, модернизация и внедрение в производство методов, си-стем и средств измерений (в том числе эталонов), соответствующих уров-ню перспективных образцов рКТ и обеспечивающих требуемую точность изготовления и достоверность измерительного контроля параметров и ха-рактеристик изделий на всех этапах их жизненного цикла. основные уси-лия для достижения этой цели должны быть направлены на решение сле-дующих задач:

• создание высокоточной датчико – преобразующей аппаратуры и раз-работка рекомендаций по ее использованию;

• разработка специальных рабочих эталонов.Эти задачи взаимоувязаны, требуют проведения единой научно-техниче-

ской политики и могут быть решены только в рамках разработки единых для рКП требований, правил и норм по обеспечению единства измерений (еи).

научно-исследовательский институт физических измерений на протя-жении многих лет разрабатывает и поставляет широкую номенклатуру датчиков и преобразующей аппаратуры (дПа) для средств выведения, космических аппаратов, наземной космической инфраструктуры. Кроме того, нииФи проводит большой комплекс научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ (ниоКр) по созданию дПа с использова-нием современных технологий для перспективной ракетно-космической техники (рКТ). В связи с этим метрологическая деятельность, являясь важ-нейшей составляющей системы обеспечения качества продукции, немыс-


— 158 —

лима без некого генерального замысла, определяющего стратегию, на-правления, цели, перспективы развития и дальнейшего совершенствова-ния метрологического обеспечения.

общая концепция метрологического обеспечения разработки и произ-водства датчиков и преобразующей аппаратуры (дПа) для рКТ была пред-ложена нами в 1996 г. [1]. В настоящее время она реализуется в виде про-цедур сертифицированной системы менеджмента качества. Все процессы метрологической деятельности на этапах жизненного цикла изделий опре-делены и описаны во внутренних нормативных документах.

деятельность по метрологическому обеспечению охватывает основные стадии жизненного цикла продукции и по своему содержанию характеризу-ется большим разнообразием работ, участием в их проведении многих подразделений (разработчиков, технологов, конструкторов, программи-стов и т. д.), а самое главное – их определяющим значением для обеспе-чения качества проектирования, производства и испытаний изделий.

нами принято решение разрабатывать план метрологического обеспе-чения оКр по каждому изделию в виде раздела «Программы обеспечения надежности (качества)». Типовыми мероприятиями такого плана являются:

• формирования перечня контролируемых параметров изделия, выбор методик и средств измерений (СТП «Методика выбора средств измере-ний по точности»);

• исследование метрологических характеристик проектируемого изделия целью установления конкретных моделей нормируемых характеристик и методов их оценки (контроля), (СТП «исследование метрологических характеристик при проектировании»);

• подготовка технических средств метрологического обеспечения изго-товления и испытаний изделий (СТП «Порядок разработки, изготовле-ния, метрологического контроля, эксплуатации и учета измерительного и испытательного оборудования», СТП «Средства измерений и испыта-тельное оборудование. организация учёта и эксплуатации»);

• метрологическая экспертиза конструкторской и технологической доку-ментации (СТП «Метрологическая экспертиза Кд и Тд»).нииФи аккредитован на право поверки средств измерений. В область

аккредитации помимо средств измерений, поверяемых для Мо производ-ства и испытаний, включены датчики, выпускаемые собственным произ-водством.

Утверждение типа средств измерений является завершающим этапом Мо создания датчиков. Порядок проведения работ по испытаниям в целях утверж-дения типа средств измерений установлен в соответствующем стандарте.

В марте 2011 г. оао «нииФи» аккредитован в статусе Государственно-го центра испытаний средств измерений.

— 159 —

СеКЦиЯ 3

Таким образом, действующая на предприятии система метрологическо-го обеспечения, во-первых, направлена на повышение качества продукции и процессов в составе сертифицированной системы менеджмента каче-ства, во-вторых, на выполнение требований законодательства рФ.

Метрологическое обеспечение – это деятельность по установлению и при-менению научных и организационных основ, технических средств, правил и норм, необходимых для достижения единства, требуемой точности, пол-ноты, своевременности, оперативности измерений. Само определение Мо ставит на одно из первых мест применение технических средств, обе-спечивающих оперативность и достоверность измерений.

Совершенствование технических средств определяется опережающим развитием систем управления, контроля и диагностики информационно-измерительных и телеметрических систем рКТ, важнейшими элементами которых как источники первичной информации являются датчики физиче-ских величин.

Технический уровень, качество и конкурентоспособность дПа в этих ус-ловиях полностью определяется состоянием Мо – наличием рабочих эта-лонов, воспроизводящих физические величины с точностью, определяе-мой государственными поверочными схемами и испытательного оборудо-вания, воспроизводящего весь комплекс влияющих факторов в полном диапазоне их воздействия.

Вопросы создания технических средств Мо, их поддержания и совер-шенствования достаточно успешно решались в нашей стране в 50х-80х годах прошлого столетия. разрабатывались новые государственные и ра-бочие эталоны физических величин, в измерении которых остро нужда-лась рКТ – сила, линейное ускорение, динамическое давление, деформа-ция и др. наряду с этим в стране было освоено серийное производство основного испытательного оборудования – климатических камер, термо-барокамер, камер дождя, пыли и солнечной радиации, вибростендов и удар-ных стендов, испытательных центрифуг.

В настоящее время износ эталонно-испытательного оборудования ни-иФи достиг 60-70% и его ремонт из-за отсутствия запчастей и электротех-нических компонентов экономически не целесообразен. Также недостатка-ми имеющейся эталонно-испытательной базы являются малая произво-дительность, отсутствие автоматизации съема и обработки информации, сравнительно невысокая точность воспроизведения.

для решения этих проблем в рамках «Федеральной космической про-граммы россии», в оао нииФи проводились следующие работы:

• разработка эталонов силы, акустического давления и портативных ка-либраторов быстропеременных и акустических давлений для метроло-гического обеспечения разработки и производства дПа;


— 160 —

• создание автоматизированной калибровочно-испытательной системы для оценки действительных значений метрологических характеристик тензоре-зисторных датчиков на базе модернизации установок УВид, УнТ, УТ-600;

• создание двойной и эталонной центрифуг для обеспечения наземных испытаний элементов систем управления летательных аппаратов.датчики при измерениях на изделиях рКТ работают в экстремально

жестких условиях воздействующих факторов. При этом их метрологиче-ская и механическая надежность должны быть подтверждены эксперимен-тально на моделирующих установках.

Как показывает опыт работы наиболее трудоемкими и длительными яв-ляются испытания на воздействие климатических факторов, вибрацион-ных и ударных ускорений. При этом требования по параметрам всех воз-действий имеют экстремальные значения, что объясняется условиями работы дПа на изделиях рКТ.

Проведенный анализ показал:• продолжительность испытаний составляет 50-70% от общей продолжи-

тельности разработки дПа;• трудоемкость испытаний составляет до 50% в общей трудоемкости из-

готовления дПа.опыт нииФи подтверждает необходимость системного подхода в обо-

сновании перспектив не только развития датчиков, но и средств Мо их разработки и производства. Такой подход позволит обеспечить программ-но-целевой принцип планирования, при котором цели увязываются с име-ющимися ресурсами. исходя из этого, можно определить основные цели метрологического обеспечения проектирования, производства и испыта-ний дПа для перспективных образцов рКТ:

• повышение эффективности научно-исследовательских и опытно-кон-структорских работ;

• повышение качества технологических процессов и выпускаемой продукции.для достижения поставленных целей необходимо решение следующих

задач:• оснащение предприятия современным эталонным и испытательным

оборудованием;• снижение длительности испытаний (путем совмещения испытаний на

воздействие дестабилизирующих факторов (температура-вибрация, давление – температура);

• создание и совершенствование методов и методик измерений и оценки соответствия параметров дПа предъявляемым требованиям;

• автоматизация измерений параметров дПа, позволяющая повысить точность и достоверность контроля, а также снизить трудоемкость из-мерений;

— 161 —

СеКЦиЯ 3

• автоматизация разработки дПа, позволяющая оценить стойкость дат-чиков к внешним воздействующим факторам с использованием много-факторного математического моделирования;

• разработка новых нормативных документов в области метрологии;• подготовка высококвалифицированных специалистов в области зако-

нодательной и прикладной метрологии, испытаний.реализацию указанных направлений предполагается осуществить в рам-

ках Федеральной космической программы и других федеральных и целе-вых программ.

основными мероприятиями для решения проблем Мо проектирова-ния, производства и испытаний дПа можно определить:

1) Проведение ряда ниоКр, направленных на создание нового класса эталонов, а также новых технологий подтверждения характеристик датчи-ков физических величин предъявляемым требованиям.

• разработка автоматизированного рабочего эталона периодических дав-лений.Технические характеристики рабочего эталона:1. амплитуда периодического давления, МПа от 0,1 до 1,02. диапазон статического давления, МПа от 0,2 до 2503. Частотный диапазон, Гц от 300 до 200004. Погрешность воспроизведения, % ±1

• создание автоматизированного комплекса рабочих эталонов крутящего момента силы в диапазоне от 2 до 2500 н·м.Технические характеристики автоматизированного комплекса рабочих

эталонов крутящего моментасилы:1. диапазон воспроизведения крутящего момента силы не менее, н·м

(2…2500);2. Пределы допускаемой относительной погрешности не более, % 0,1;3. дискретность воспроизведения:в диапазоне до 250 н·м не более, н·м 2;в диапазоне от 250 н·м до 2500 н·м не более , н·м 10.решаемые задачи:а) разработка основных направлений повышения точности и достовер-

ности контроля значений периодических давлений при наземной экспери-ментальной отработке изделий рКТ, формирование требований к сред-ствам и методам контроля значений периодических давлений;

б) разработка предложений по совершенствованию средств и методов метро-логического обеспечения средств контроля значений периодических давлений;

в) обоснование рациональной структуры, разработка схемно-конструк-торских решений по созданию рабочего эталона периодических давлений в диапазоне от 0,1 до 1,0 МПа;


— 162 —

г) разработка исходных данных для контроля характеристик средств контроля значений периодических давлений в диапазоне от 0,1 до 1,0 МПа и алгоритмов их обработки в составе рабочего эталона.

2) оснащение испытательным оборудованием, которое совместно с программным обеспечением позволит создать автоматизированный ис-пытательный комплекс, приведет к значительному сокращению сроков ис-пытаний (в 1,5-2 раза).

Список литературы1. Макаров Ю., Соколов а. Эффективная метрология для космической

отрасли // аэрокосмический курьер, 2010 – № 1.2. Мокров е.а., Каршаков В.П., Чернявский С.а., Яншин В.н. Государ-

ственный метрологический контроль и сертификация датчиков для косми-ческой техники // Законодательная и прикладная метрология, 1996-№ 4.

3. Каршаков В.П. организация работ по метрологическому контролю и сертификации датчиков // датчики и системы, 2000 – № 7

— 163 —

СеКЦиЯ 3

Практический способ определения динамических погрешностей бортовых измерений с учётом нормируемых параметров частотных характеристик средств измерений

при лётных испытанияхВ.В. Бондарцев

Зам.Генерального директора ОАО «ЛИИ им.М.М. Громова» по качеству – Главный метролог, КТН, СНС

Л.А. Баранов начальник сектора СМиИИС, КТН, СНС

А.А. Бордуков инженер 1 категории СМиИИС, аспирант

Разработан практический способ определения динамических погреш-ностей с учётом нормируемых параметров частотных характери-стик аналоговых средств измерений при лётных испытаниях.

динамические погрешности в измерительной информации сводятся к искажениям амплитудного состава регистрируемого сигнала и к задерж-ке прохождения информации в измерительном канале. Влияние этих при-чин на качество эксперимента различно, и особенно проявляются в случа-ях, когда время, как измеряемая величина, участвует в формировании ко-нечного результата измерений.

Среди задач, в которых участвуют динамические ошибки и прямым об-разом влияют на результат, являются:

• косвенные измерения, в которых результат находиться путем расчета по нескольким параметрам, измеряемым в полете;

• измерения с высокой скоростью изменения параметров, определяю-щих особенности исследуемых процессов;

• многоканальные измерения ансамбля входных параметров, которыебудучи зарегистрированными, оказываются рассинхронизированными

вследствие различия фазовых характеристик каналов.В соответствии с ГоСТ 8.009-84 и методическими рекомендациями по

его применению рд 50-453-84 основной задачей измерений является определение физической величины x(t) по известному выходному сигналу y(t) и известной динамической характеристики W(p) используемого сред-


— 164 —

ства или измерительного канала. Такая процедура нахождения параметра x(t) предусматривает нахождение динамической ошибки измерения, кото-рая определяется как разность между входной и выходной величины, взя-тых в один момент времени

Δдин(t)= y(t) – x(t),

Применительно к испытаниям на борту такая методика будет реализо-ваться следующей схемой

x(t) y(t)

Аналоговая часть дин(t)

Д W(р) Бортовой регистратор

W Δдин(p)

рисунок 1. Схема определения динамической ошибки в ходе лётного эксперимента

на рисунке 1 обозначены x(t) и y(t) – входной физический параметр и вы-ходной сигнал y(t)

W(p) – передаточная функция измерительного устройстваW Δдин(p) – передаточная функция устройства вычисления Δдин(t).используя известное преобразование Лапаласа для передаточной

функции ошибки, имеем выражение

WΔдин(р)=1 – 1 / W(p),

которое позволяет найти частотную характеристику устройства вычис-ления динамической ошибки.

измерительные средства в подавляющем случае относятся к следя-щим системам, т. е. их передаточная функция представляет дробно – ра-циональную функцию, числитель которой не содержит комплексного аргу-мента р и WΔдин(р), будет представлять полином по p, степень которого за-висит от степени знаменателя W(p)

W Δдин(p)=1 + A1р + A2р2 + A3р

3 +…………

По известным частотным характеристикам измерительного средства находятся нормируемые параметры и вычисляются коэффициенты Ai для WΔдин(p). Путём замены р=iω по передаточной функции W(p) получим ча-стотную характеристику WΔдин(iω). на рисунке 2 показана схема определе-ния нормируемых параметров, характеристики измерительных средств с аЧХ типа ФнЧ (статодинамическая аппаратура).

— 165 —

СеКЦиЯ 3

рисунок 2 определение нормируемых параметров частотных характеристик средств измерений.

на рисунке обозначены:M – нормируемая неравномерность аЧХ в полосе пропускания

аппаратуры(0-ω гр)φгр- значение ФЧХ аппаратуры при ω гр и С- время группового запазды-

вания, при представлении фЧХ линейной функцией.для частотной характеристики вычислительного устройства имеем вы-

ражение2 2

2W (i ) ....1 1 (1 ) 2!M iM M MD

f v f vw = + - +

+ + +гр гр

дин

где ϖ =ω/ωгр ≤ 1,0 ряд сходиться при ω≤1,0 то есть в полосе пропуска-ния аппаратуры

расчёты аЧХ для WΔдин(iω) показывают, что с ростом количества членов рядов коэффициент передачи стабилизируется и при n ≥ 3-4 практически постоянен для любых значений ω/ωгр в полосе пропускания. Это позволяет сократить учитываемое количество членов ряда и для практической реа-лизации принять алгоритм вычисления Δдин(t) в виде:

(t) y(t ) cy´(t )1 2 2

M c cM

D = - + -+дин

ошибка составит

2

(t)2 2c cy t

æ ö÷ç¢¢D £ - ÷ç ÷çè øдин


— 166 —

на рисунке 3 показана схема аппаратурной реализации алгоритма вычиcления Δдин(t), которую можно применять при лётных испытаниях. В этом случае на носитель информации синхронно будет регистрироваться как выходной сигнал, так и динамическая ошибка её измерения.

Д W(p) регистратор

нормализаторК

d/dt

d2/dt

+

X(t) Y(t)

рисунок 3. аппаратурная реализация алгоритма вычисления динамической ошибки

на схеме пунктиром показана возможность регистрации и погрешности усечения ряда (если это необходимо). алгоритм допускает и программную реализацию на земле при обработке полётной информации.

на рисунке 4 приведены примеры определения Δдин(t) при выполнении измерений в полёте при испытаниях летательного аппарата на прочность.

Полученные экспериментальные данные позволяют установить, что ди-намическая ошибка имеет все признаки случайного процесса и, вместе с вы-ходной величиной образуя случайную систему двух случайных процессов.

Предварительный анализ статистических свойств этой системы пока-зал целесообразность применения для оценки свойств этой системы ста-тистических методов. на рисунке 5 показаны области совместного распре-деления y(t) и Δдин(t) характеризующие нагружение стабилизатора само-лёта Ту- 154 изгибающим моментом.

1- Вираж стабилизатор) дин 2- взлёт – посадка (шасси)

Мизг

рисунок 5. области совместного распределения выходного сигнала и динамической ошибки.

— 167 —

СеКЦиЯ 3

рисунок 4. Примеры определения Δдин (ΔМ) при проведении лётного эксперимента


— 168 —

на рисунке 6 приведены результаты анализа зависимости среднеква-дратических отклонений ошибки и выходного сигнала, полученные при из-мерениях изгибающих моментов на крыле маневренного самолёта .

рисунок 6 – Зависимость СКо ошибки от СКо измеренного сигнала

Приведенные данные свидетельствуют о тесной статистической связи между параметрами Y(t) и Δдин(t).

В частности, не смотря на очевидную связь между ними, существует ко-эффициент корреляции, далёкий от единицы. используя некоторые модели выходных сигналов были проведены расчёты энтропийных оценок инфор-мационной эффективности введения в измерение динамических ошибок. Приращение энтропии для рассматриваемого случая выражено формулой

2 2

0

1H H Hx log ( ) ( )2

W i W i dw

D DD = - = w w ww ò

гр

гр

результаты расчётов показаны на рисунке 7

рисунок 7- Зависимость информационной эффективности при учёте Δдин(t) от характеристик аппаратуры и параметров измеряемого сигнала.

— 169 —

СеКЦиЯ 3

ВыводыПри разработке алгоритма определения Dдин необходимо иметь полные

динамические характеристики средств измерений во временной и частот-ной области.

динамические ошибки, создаваемые одним и тем же средством, зави-сят от измеряемого параметра, который в свою очередь зависит от режима полёта и манеры пилотирования.

При выборе коэффициентов алгоритма следует руководствоваться соот-ношением частотной полосы сигнала с полосой пропускания аппаратуры.

Литература1.Вашны е. динамика измерительных цепей. М.; Энергия, 19692. Грановский В.а. динамические измерения. Л. Энергоатомиздат, 19843. ГоСТ 8.009 – 84 «ГСи. нормируемые метрологические характеристи-

ки средств измерения»4. ГоСТ 8.256 – 77 « ГСи. нормирование и определение динамических

характеристик аналоговых средств измерения5. Садовский Г.а. Теоретические основы информационно- измеритель-

ной техники. М. Высшая школа , 2008


— 170 —

Метрологический аналог чебышевской интерполяции и его практические приложения

М.А. Левченко К.т.н., доцент, вед.научн.сотр. ФГУП «ЦАГИ»

Теоретические основы метрологического аналога чебышевской интер-поляции, обеспечивающего получение оптимальных – минимизирующих погрешность средства измерений – параметров функций преобразова-ния и (или) обратного преобразования, использующихся для пересчета результатов измерений в значения измеренных физических величин. Определения, формулировки и доказательства основополагающих тео-рем: эквивалентности норм; существования и единственности. Анализ условий, при которых метрологический аналог характеризуется аль-тернансом, процессом построения дубля альтернанса, двойным аль-тернансом. Обзор практических приложений метрологического анало-га во ФГУП «ЦАГИ» и сторонних организациях за последние годы.

В конце 80-х годов прошлого столетия в Центральном аэрогидродина-мическом институте им. проф. н.е. жуковского при установлении функций преобразования и/или обратного преобразования для некоторых средств измерений, используемых при экспериментальных исследованиях авиа-ционной и космической техники, вместо метода наименьших квадратов на-чал применяться метрологический аналог чебышевской интерполяции [1,2]. Последующее развитие и теоретическое обоснование метрологиче-ского аналога отражено в целом ряде работ (см. например [3-5]).

Метрологический аналог чебышевской интерполяции предназначен, в частности, для параметрической идентификации функции преобразования (ФП) средства измерений (Си). оптимальность ФП, получаемой с помощью метрологического аналога, заключается в том, что вычисленная с ее ис-пользованием оценка основной погрешности, характеризующая Си, мини-мальна. В основу метрологического аналога положена минимизация нормы

Метрологический аналог Чебышевской интерполяции и его практические приложения

М.А. Левченко К.т.н., доцент, вед.научн.сотр. ФГУП "ЦАГИ"

Теоретические основы метрологического аналога чебышевской интерполяции, обеспечивающего получение оптимальных – минимизирующих погрешность сред-ства измерений – параметров функций преобразования и/или обратного преобра-зования, использующихся для пересчета результатов измерений в значения изме-ренных физических величин. Определения, формулировки и доказательства осно-вополагающих теорем: эквивалентности норм; существования и единственности. Анализ условий, при которых метрологический аналог харак-теризуется альтернансом, процессом построения дубля альтернанса, двойным альтернансом. Обзор практических приложений метрологического аналога во ФГУП "ЦАГИ" и сторонних организациях за последние годы. В конце 80-х годов прошлого столетия в Центральном аэрогидродина-

мическом институте им. проф. Н.Е. Жуковского при установлении функ-ций преобразования и/или обратного преобразования для некоторых средств измерений, используемых при экспериментальных исследовани-ях авиационной и космической техники, вместо метода наименьших квадратов начал применяться метрологический аналог чебышевской ин-терполяции [1,2]. Последующее развитие и теоретическое обоснование метрологического аналога отражено в целом ряде работ (см. например [3-5]).

Метрологический аналог чебышевской интерполяции предназначен, в частности, для параметрической идентификации функции преобразова-ния (ФП) средства измерений (СИ). Оптимальность ФП, получаемой с помощью метрологического аналога, заключается в том, что вычислен-ная с ее использованием оценка основной погрешности, характеризую-щая СИ, минимальна. В основу метрологического аналога положена ми-нимизация нормы

,jjm1,jβmax αΔ

(1)

где: jj β,α – оценки систематической составляющей и принятой во внимание доли случайной составляющей погрешности СИ; m – количе-ство точек jx диапазона измерений.

— 171 —

СеКЦиЯ 3

Оценка jα зависит от алгебраического полинома xA,Рr степени r,

причем mr :

( ) ( )rr r r0 11

Р A, ... A , ,...,x a a x a x a a a0 ,= + + + = ,

r10 aaa ,...,,A ,

используемого для аппроксимации истинной ФП, следующим образом

jjrj уxα A,P . (2)

Здесь jy – центры группирования результатов измерений jiy , где

ni 1,2 , в точках диапазона. Оценка jβ от полинома xA,Рr не зависит. Пусть при идентификации ФП, когда величина r фиксирована, получено

.A,Pmaxinf jjjr

m1,jβyx

Aρ

Определение 1. Полином xA*,Рr , обеспечивший минимум оценке основной погрешности

,βyxA*,Pmax ρjjjrm1,j

характеризующей СИ, называется оптимальной ФП для этого СИ. Норму (1) обобщает следующая теорема. Теорема 1. Пусть наряду с (1) существует норма

.βα,βαmax* jjjjm1,jΔ

(3)

Для эквивалентности этих норм достаточно выполнения неравенств 0β j при m1,j .

Доказательство. Сопоставляя (1) и (3), обратим внимание на наличие равенства между j-м элементом в круглых скобках в (1) и j-м большим по величине элементом, изъятым из круглых скобок соотношения (3). Ин-декс j ради простоты можно опустить. Равенство указанных элементов при 0β очевидно. Пусть 0β . Тогда в случае 0α равенство эле-ментов тоже очевидно. В случае 0α оба элемента равны сумме βα . Eсли 0α , то элементы могут быть представлены выражением αβ , чем и завершается доказательство.

Оптимальная ФП, найденная путем минимизации в силу теоремы 1 вместо нормы (3) нормы (1), обеспечивает минимальное значение мак-симальной оценке основной погрешности, которой характеризуется СИ. При оптимизации ФП, общей для группы однотипных СИ, обеспечивается

Метрологический аналог Чебышевской интерполяции и его практические приложения

М.А. Левченко К.т.н., доцент, вед.научн.сотр. ФГУП "ЦАГИ"

Теоретические основы метрологического аналога чебышевской интерполяции, обеспечивающего получение оптимальных – минимизирующих погрешность сред-ства измерений – параметров функций преобразования и/или обратного преобра-зования, использующихся для пересчета результатов измерений в значения изме-ренных физических величин. Определения, формулировки и доказательства осно-вополагающих теорем: эквивалентности норм; существования и единственности. Анализ условий, при которых метрологический аналог харак-теризуется альтернансом, процессом построения дубля альтернанса, двойным альтернансом. Обзор практических приложений метрологического аналога во ФГУП "ЦАГИ" и сторонних организациях за последние годы. В конце 80-х годов прошлого столетия в Центральном аэрогидродина-

мическом институте им. проф. Н.Е. Жуковского при установлении функ-ций преобразования и/или обратного преобразования для некоторых средств измерений, используемых при экспериментальных исследовани-ях авиационной и космической техники, вместо метода наименьших квадратов начал применяться метрологический аналог чебышевской ин-терполяции [1,2]. Последующее развитие и теоретическое обоснование метрологического аналога отражено в целом ряде работ (см. например [3-5]).

Метрологический аналог чебышевской интерполяции предназначен, в частности, для параметрической идентификации функции преобразова-ния (ФП) средства измерений (СИ). Оптимальность ФП, получаемой с помощью метрологического аналога, заключается в том, что вычислен-ная с ее использованием оценка основной погрешности, характеризую-щая СИ, минимальна. В основу метрологического аналога положена ми-нимизация нормы

,jjm1,jβmax αΔ

(1)

где: jj β,α – оценки систематической составляющей и принятой во внимание доли случайной составляющей погрешности СИ; m – количе-ство точек jx диапазона измерений.


— 172 —

еще и симметрия границ интервала основной погрешности в диапазоне измерений. В этом случае jα тоже имеет вид (2), но является оценкой математического ожидания систематической составляющей погрешности группы однотипных СИ. Помимо этого, при вычислении центров группи-рования jy используются результаты измерений kjiy , где 1,2ni и

1,κ в точках jx диапазона измерений. Здесь – количество СИ в группе.

При минимизации норм (1), (3) существенными являются соотношения между значениями параметров m и r , а также между значениями jβ . Пусть 1rm , т.е. количество точек диапазона измерений совпадает с количеством коэффициентов полинома. Тогда, если m21 β...ββ , то единственной оптимальной ФП будет полином, интерполирующий значения jy . Случай, отвечающий множеству оптимальных ФП, имеет

место, если хотя бы одно значение jβ отличается от остальных. Основным, как будет показано далее, является случай 2rm при

любых соотношениях между значениями jβ . Здесь имеет место чебы-

шевская интерполяция [6] величин j 1,m= , если 0β j при m1,j .

Другие соотношения между значениями jβ приводят к метрологическому аналогу чебышевской интерполяции. Однако, с помощью метрологиче-ского аналога можно оптимизировать ФП и в случае 2rm .

При 2rm имеет место следующая теорема. Теорема 2. Пусть

,

jjjr

2r1,jβyxA,Pmaxinf

Aρ

maxjβρ при 2r1,j , точки jx диапазона измерений попарно раз-

личны и упорядочены по возрастанию. В этом случае оптимальная ФП существует и она единственная. Для того, чтобы полином xA*,Рr был

оптимальной ФП, необходимо и достаточно, чтобы при некоторых h и jg выполнялись соотношения

2r1,j,g1β,gsgnhsgn

,уg1xA*,Ph1

jj

jj

jjj

jrj

(4)

— 173 —

СеКЦиЯ 3

Наконец, имеет место равенство .hρ

Доказательство. Пусть для полинома xA*,Рr соотношения (4)

справедливы при некоторых h и jg . Докажем, что xA*,Рr – оптималь-ная ФП. Предположим, что это не так, т.е.:

.hβуxA*,Pmax jjjr2r1,j

ρ

Последнее равенство – равенство по определению. Тогда найдется полином x,AP 1r такой, что

.hβуx,APmax jjj1r2r1,j

(5)

Составим полином x,APxA*,PxQ 1rrr и найдем его значе-

ния в точках jx диапазона измерений при 2r1,j . j j

r rj j j j j jj j

r r1 1j j j j

Q (x ) [P (A*,x ) у ( 1) g ] [ ( 1) g уP (A ,x )] ( 1) h [P (A ,x ) у ( 1) g ] .

= - + - + -- + -

- = - - - + -

В силу (5) и очевидных неравенств

2r1,j,βуx,APg1уx,AP jjj1rjj

jj1r

jr xQ имеет тот же знак, что и h1 j .

Учитывая, что точки jx при 2r1,j упорядочены по возрастанию,

получим, что полином xQr последовательно 1r раз меняет знак, а, значит, имеет 1r нуль. Полином степени r , имеющий 1r нуль, оче-видно, является тождественным нулем. Отсюда следует, что

xA*,Px,AP r1r , но это противоречит (5). Таким образом, доказана достаточность и одновременно установлено, что .hρ

Далее вопрос о существовании оптимальной ФП сводится к вопросу о разрешимости системы 2r -х линейных уравнений (4) с неизвестными

r10 a,...,a,ah, . Определитель сΔ этой системы равен

.

x... x11......................x...x11x...x11

1

r2r2r

r22

r11

с

2r

2rΔ

еще и симметрия границ интервала основной погрешности в диапазоне измерений. В этом случае jα тоже имеет вид (2), но является оценкой математического ожидания систематической составляющей погрешности группы однотипных СИ. Помимо этого, при вычислении центров группи-рования jy используются результаты измерений kjiy , где 1,2ni и

1,κ в точках jx диапазона измерений. Здесь – количество СИ в группе.

При минимизации норм (1), (3) существенными являются соотношения между значениями параметров m и r , а также между значениями jβ . Пусть 1rm , т.е. количество точек диапазона измерений совпадает с количеством коэффициентов полинома. Тогда, если m21 β...ββ , то единственной оптимальной ФП будет полином, интерполирующий значения jy . Случай, отвечающий множеству оптимальных ФП, имеет

место, если хотя бы одно значение jβ отличается от остальных. Основным, как будет показано далее, является случай 2rm при

любых соотношениях между значениями jβ . Здесь имеет место чебы-

шевская интерполяция [6] величин j 1,m= , если 0β j при m1,j .

Другие соотношения между значениями jβ приводят к метрологическому аналогу чебышевской интерполяции. Однако, с помощью метрологиче-ского аналога можно оптимизировать ФП и в случае 2rm .

При 2rm имеет место следующая теорема. Теорема 2. Пусть

,

jjjr

2r1,jβyxA,Pmaxinf

Aρ

maxjβρ при 2r1,j , точки jx диапазона измерений попарно раз-

личны и упорядочены по возрастанию. В этом случае оптимальная ФП существует и она единственная. Для того, чтобы полином xA*,Рr был

оптимальной ФП, необходимо и достаточно, чтобы при некоторых h и jg выполнялись соотношения

2r1,j,g1β,gsgnhsgn

,уg1xA*,Ph1

jj

jj

jjj

jrj

(4)


— 174 —

Разложив сΔ по элементам первого столбца, получим сумму опреде-лителей Вандермонда [6]

1ik1r

*с ik

r1r1r

r22

r11

tt

tt

tttt

...1..............

...1

...1

Δ

с множителем 2r1 . Из того, что попарно различные точки диапазона измерений упорядо-

чены по возрастанию, следует 0*сΔ . Значит сΔ отличен от нуля, сис-

тема линейных уравнений (4) всегда имеет решение, причем единствен-ное, и оптимальная ФП существует.

Воспользовавшись соотношениями [6]

,2r1,j,xx1

xx1ξ

2r

νi1,iiν

2r

1ν

1ν

2r

jκ1,κkj

1j

j

запишем очевидное в силу (4) равенство

.уg1ξ1xA*,Ph1ξ1 jjj2r

1j

2r

1jj

1jjr

jj

1j

(6)

Далее, принимаем во внимание, что 1ξ2r

1jj

, а для любого полинома

степени не выше r , например xA*,Pr , имеет место соотношение [6]

.0xA*,Pξ1 jrj

2r

1j

1j

В результате получим из (6) явное выражение для h :

.уξ1gξ jj

2r

1j

1jj

2r

1jjh

(7)

Пусть теперь xA*,Pr – некоторая оптимальная ФП. Требуется дока-зать, что этот полином удовлетворяет соотношениям (4), где h опреде-ляется из (7). Так как ,hρ то имеем


(8)

Покажем, что при условии (8) действительно

— 175 —

СеКЦиЯ 3

.2r1,j,h1g1уxA*,P jj

jjjr (9)

Вариант 0h , который в силу (8) приводит к 0β j при 2r1,j ,

исключаем из рассмотрения. Пусть 0h (вариант 0h рассматривает-ся по аналогии), и пусть нарушено хотя бы одно из равенств (9). Тогда, в силу (8), учитывая, что 0β j и jgsgnhsgn , имеем

.2r1,j,h]g1)()x(A*,[P1)( jj

jjrj y

Кроме того, при некотором j

.h]g1)(у)x(A*,[P1)( r

Пользуясь равенством (7) и принимая во внимание, что 0ξ j при

2r1,j , получим

( )

( ) ( )

( ) ( )

r 2 r 2j 1

j j j jj 1 j 1

r 2 r 2j 1 2j 1

j r j j j jj 1 j 1

r 2 r 2j j

j r j j j jj 1 j 1

h 1 ξ у ξ g

1 ξ P A*,x у 1 ξ g

ξ 1 P A*,x у 1 g h ξ h ,

+ +-

= =

+ +- -

= =

+ +

= =

ì üé ùï ïæ öï ï÷çê úï ï÷ç ÷í ýê úç ÷çï ï÷ê úçï ïè øë ûï ïî þé ùæ ö÷çê ú÷ç ÷ê úç ÷ç ÷ê úçè øë û

= - + =å å

=- - - + - =å å

= - - + - < =å å

а этого быть не может, чем и завершается доказательство необходи-мости.

Теперь единственность оптимальной ФП следует из однозначной раз-решимости системы алгебраических уравнений (4).

Определение 2. Метрологическим аналогом чебышевской интерпо-ляции называется процедура интерполяции, аналогичная чебышевской интерполяции и обеспечивающая построение ФП, удовлетворяющей со-отношениям (4).

Метрологический аналог чебышевской интерполяции в случае, рас-смотренном в теореме 2, характеризуется, как следует из (4), наличием альтернанса, т.е. системы точек jx , 2r1,j , в которых

jj

jjr g1уxA*,P

достигает максимального по абсолютной вели-

чине значения с последовательной переменой знака. В других случаях метрологический аналог ведет себя иначе. Для ис-

следования его поведения при всех возможных условиях, связывающих

значения ρ и jβ , использовалось обобщение

Разложив сΔ по элементам первого столбца, получим сумму опреде-лителей Вандермонда [6]

1ik1r

*с ik

r1r1r

r22

r11

tt

tt

tttt

...1..............

...1

...1

Δ

с множителем 2r1 . Из того, что попарно различные точки диапазона измерений упорядо-

чены по возрастанию, следует 0*сΔ . Значит сΔ отличен от нуля, сис-

тема линейных уравнений (4) всегда имеет решение, причем единствен-ное, и оптимальная ФП существует.

Воспользовавшись соотношениями [6]

,2r1,j,xx1

xx1ξ

2r

νi1,iiν

2r

1ν

1ν

2r

jκ1,κkj

1j

j

запишем очевидное в силу (4) равенство

.уg1ξ1xA*,Ph1ξ1 jjj2r

1j

2r

1jj

1jjr

jj

1j

(6)

Далее, принимаем во внимание, что 1ξ2r

1jj

, а для любого полинома

степени не выше r , например xA*,Pr , имеет место соотношение [6]

.0xA*,Pξ1 jrj

2r

1j

1j

В результате получим из (6) явное выражение для h :

.уξ1gξ jj

2r

1j

1jj

2r

1jjh

(7)

Пусть теперь xA*,Pr – некоторая оптимальная ФП. Требуется дока-зать, что этот полином удовлетворяет соотношениям (4), где h опреде-ляется из (7). Так как ,hρ то имеем


(8)

Покажем, что при условии (8) действительно


— 176 —

,βy)xA,(P,βу)xA,(Pmaxinfρ jjjrjjjr

2r1,jA

.x...x...xx,2r1,j,βρ 2rj21j

Если полином xA*,Pr является оптимальной ФП, то всегда из соот-ношений

2r1,j,уβxA*,Ph1 jjjrj

при некотором h и hρ , удается выбрать такие соотношения, ко-торые выполняются. Последнее, в свою очередь, является признаком то-

го, что xA*,Pr – оптимальная ФП. Результаты проведенного исследо-вания объединены в таблицу.

Условия Количество

выполняемых соотношений

Метрологический аналог чебышевской интерполяции

характеризуется

jβρ , 2r1,j r+2 альтернансом, единственной опти-мальной ФП

jβρ ,

2r1,j \ ,

κβρ

r+3 началом построения дубля альтернан-са, множеством оптимальных ФП

jβρ ,

2r1,j \ \ ,

ββρ κ

r+4 продолжением построения дубля аль-тернанса, множеством оптимальных ФП

··· ··· ···

βρ , χβρ ,

jβρ ,

2r1,j \ \χ

2r+1 продолжением построения дубля аль-тернанса, множеством оптимальных ФП

βρ , jβρ ,

2r1,j \

2(r+1), либо 2(r+1)+1

завершением построения дубля аль-тернанса, единственной оптимальной ФП

jβρ , 2r1,j 2(r+2) двойным альтернансом, единственной оптимальной ФП

В первой колонке таблицы перечислены все возможные условия, кото-

рые связывают значения ρ и jβ . Во второй колонке указано количество

— 177 —

СеКЦиЯ 3

соотношений, выполнение которых обеспечивает оптимальность ФП. Свойства, характеризующие метрологический аналог, приведены в третьей колонке. Первая строка таблицы отвечает теореме 2, две по-следние строки – случаю тривиальной интерполяции полиномом значе-ний jу в (r+1)-й точках диапазона измерений. Отметим, что значение у

может принадлежать, а может и не принадлежать оптимальной ФП, в то время как неучтенный при интерполяции центр группирования принад-лежит оптимальной ФП, если имеет место двойной альтернанс.

Метрологический аналог чебышевской интерполяции нередко в прак-тических приложениях дает множество оптимальных ФП, при этом важно бывает выявить границы области существования этого множества. Роль таких границ в прямоугольной декартовой системе координат yОx вы-полняют отвечающие точкам альтернанса значения полиномов, интерпо-

лирующих смещенные на

jβρ и

ρβ j центры группирования в

точках альтернанса, характеризующихся неравенством jβρ , и несме-

щенные центры группирования в точках, для которых доля принятой во внимание случайной составляющей погрешности равна ρ . При интерпо-ляции из (r+2)-х точек альтернанса комбинируются системы, содержащие (r+1) точку, причем всякий раз не принимается во внимание одна из то-чек, в которой jβρ . Построенный полином экстраполируется до уровня

этой точки, либо, в случае 2rm , до границ диапазона измерений.

Учитываются также ограничения, вносимые смещенными на

jβρ и

ρβ j центрами группирования в остальных точках диапазона измере-

ний. В последние годы метрологический аналог чебышевской интерполя-

ции нашел применение: • при установлении градуировочных характеристик датчиков углов, ис-пользуемых при испытаниях натурных авиационных конструкций на прочность;

• при метрологических исследованиях многоточечных модулей давле-ния [7], предназначенных для изучения распределения давления на поверхности дренированных моделей летательных аппаратов;

• при периодических поверках специализированных комплексов ИВК М2 [8], используемых при испытаниях моделей в аэродинамических трубах дозвуковых и сверхзвуковых скоростей.


— 178 —

• при аттестации ординарных методик измерений [9] границ невязки определения абсолютных давлений: низкого, высокого и перепада давлений рабочими средствами измерений, использующимися в ат-тестованных составных методиках измерений [9] полей местных ди-намических давлений в аэродинамической трубе с открытой рабочей частью, числа Маха в сверхзвуковой аэродинамической трубе.

Выводы

Рассмотрены отличия метрологического аналога чебышевской интер-поляции от чебышевской интерполяции и метода наименьших квадратов в части получения конечного результата: параметров функций преобра-зования и/или обратного преобразования средств измерений. Даны оп-ределения, сформулированы и доказаны основополагающие теоремы, выполнен анализ условий, при которых метрологический аналог имеет либо единственное, либо множество решений. Численные методы полу-чения конечного результата, в частности: отбраковка промахов, выбор наиболее приемлемого решения из множества решений, применение метрологического аналога при плавающих значениях эталонных сигна-лов, не обсуждаются, они требуют специального рассмотрения. Что ка-сается перспектив, то представленный обзор практических приложений метрологического аналога во ФГУП "ЦАГИ" и сторонних организациях за последние годы, а также примеры его использования в последние деся-тилетия прошлого века, дают основания рекомендовать метрологический аналог чебышевской интерполяции к широкому применению.

Литература

1. Левченко М.А. Оптимизация функции преобразования средств из-мерений. // Метрология. 1991. № 4. - С. 4-8.

2. Левченко М.А. Минимаксная аппроксимация обратной функции пре-образования средств измерений. // Измерительная техника. 1993. № 2. - С. 5-6.

3. Левченко М.А., Тетерина Л.С. Минимаксная аппроксимация прямой и обратной функций преобразования группы однотипных каналов изме-рительных систем. // Измерительная техника. 1994. № 7. - С. 8-10.

4. Зубкова Т.П., Левченко М.А., Поклад Л.С. Методика обработки дан-ных при метрологических исследованиях широкого круга средств изме-рений. // Междуведомств. сб. научн. трудов "Вопросы динамики неустой-чивостей". - М.: МФТИ, 1995. - С. 136-141.

5. Левченко М.А. Разработка методики юстировки динамометрических каналов АСУ ТП. // Междуведомств. сб. научн. трудов "Проблемы нелинейной ди-намики". - М.: МФТИ, 1996. - С. 72-78.

— 179 —

СеКЦиЯ 3

6. Демьянов В.Ф., Малоземов В.Н. Введение в минимакс. - М.: Наука, 1972. - 368 с.

7. Беклемищев А.И., Чекрыгин В.Н. Многоточечные модули давления. // Датчики и системы. 2004. № 3. - С. 9-10.

8. Петроневич В.В., Блокин-Мечталин Ю.К., Чумаченко Е.К. Комплекс-ная автоматизация аэродинамического эксперимента. // Полет. 2009. № 5. - С. 46-49.

9. Левченко М.А. Ординарные и составные методики выполнения из-мерений для экспериментальных исследований в аэродинамике. // Мат. XXI науч.-техн. конф. по аэродинамике. - Жуковский: ЦАГИ, 2010. - С. 114-115.

Ведущий научный сотрудник ФГУП «ЦАГИ»,

кандидат технических наук, доцент Левченко Михаил Александрович

• при аттестации ординарных методик измерений [9] границ невязки определения абсолютных давлений: низкого, высокого и перепада давлений рабочими средствами измерений, использующимися в ат-тестованных составных методиках измерений [9] полей местных ди-намических давлений в аэродинамической трубе с открытой рабочей частью, числа Маха в сверхзвуковой аэродинамической трубе.

Выводы

Рассмотрены отличия метрологического аналога чебышевской интер-поляции от чебышевской интерполяции и метода наименьших квадратов в части получения конечного результата: параметров функций преобра-зования и/или обратного преобразования средств измерений. Даны оп-ределения, сформулированы и доказаны основополагающие теоремы, выполнен анализ условий, при которых метрологический аналог имеет либо единственное, либо множество решений. Численные методы полу-чения конечного результата, в частности: отбраковка промахов, выбор наиболее приемлемого решения из множества решений, применение метрологического аналога при плавающих значениях эталонных сигна-лов, не обсуждаются, они требуют специального рассмотрения. Что ка-сается перспектив, то представленный обзор практических приложений метрологического аналога во ФГУП "ЦАГИ" и сторонних организациях за последние годы, а также примеры его использования в последние деся-тилетия прошлого века, дают основания рекомендовать метрологический аналог чебышевской интерполяции к широкому применению.

Литература

1. Левченко М.А. Оптимизация функции преобразования средств из-мерений. // Метрология. 1991. № 4. - С. 4-8.

2. Левченко М.А. Минимаксная аппроксимация обратной функции пре-образования средств измерений. // Измерительная техника. 1993. № 2. - С. 5-6.

3. Левченко М.А., Тетерина Л.С. Минимаксная аппроксимация прямой и обратной функций преобразования группы однотипных каналов изме-рительных систем. // Измерительная техника. 1994. № 7. - С. 8-10.

4. Зубкова Т.П., Левченко М.А., Поклад Л.С. Методика обработки дан-ных при метрологических исследованиях широкого круга средств изме-рений. // Междуведомств. сб. научн. трудов "Вопросы динамики неустой-чивостей". - М.: МФТИ, 1995. - С. 136-141.

5. Левченко М.А. Разработка методики юстировки динамометрических каналов АСУ ТП. // Междуведомств. сб. научн. трудов "Проблемы нелинейной ди-намики". - М.: МФТИ, 1996. - С. 72-78.


— 180 —

Способ поверки акселерометров уравновешивающего преобразования и приборов на их основе

Папко А.А., д.т.н., главный конструктор направления,

Целикин А.А., главный метролог ОАО «НИИФИ», г. Пенза, Россия

необходимость утверждения типа средств измерений определяется требованиями Закона рФ «об обеспечении единства измерений» в ча-сти защиты прав и законных интересов государства от отрицательных по-следствий недостоверных результатов измерений. Термин утверждение типа средства измерений означает документально оформленное в уста-новленном порядке решение о признании соответствия типа средств из-мерений метрологическим и техническим требованиям (характеристикам) на основании результатов испытаний в целях утверждения типа.

Проведение мероприятий по организации процедуры утверждения типа акселерометров уравновешивающего преобразования, в частности аЛе 037, и приборов на их основе – сейсмодатчика Сд 4, как средства измере-ния низкочастотного ускорения во ВнииМ им. д.и. Менделеева, привело к двум невыполнимым требования:

• по модернизации системы управления вибростенда нииФи типа инВ-1 силами ВнииМ с финансированием не менее 1,0 млн. руб.;

• по проведению ежегодной периодической поверки сейсмодатчика Сд 4 на оборудовании ВнииМ, что нарушает требования Кд сейсмодат-чика по времени непрерывной работы 2 года и не принимается потре-бителями.В этой связи, а также в связи с невозможностью использования косвен-

ных методов измерений, возникла необходимость в изменении подходов к классификации сейсмодатчика как средства измерений, обеспечиваю-щих возможность утверждения типа без применения указанного вибро-стенда и проведения ежегодных поверок непосредственно по месту экс-плуатации без демонтажа сейсмодатчиков Сд 4 с фундаментов аЭС.

для определения таких подходов рассмотрим кратко особенности функционирования сейсмодатчика по функциональной схеме, представ-ленной на рисунке 1.

— 181 —

СеКЦиЯ 3

рис

унок

1. Ф

ункц

иона

льна

я сх

ем д

атчи

ка.


— 182 —

Сейсмодатчик содержит три ортогонально установленных акселероме-тра аЛе 037 ах, аy, Az и схему формирования сигналов.

акселерометры аЛе 037 имеют свидетельство об утверждении типа и поверяются только при выпуске из производства. Поскольку они являют-ся средствами измерений статического (постоянного) и переменного уско-рения, то при утверждении их типа и поверке не требуется использование вибростендов инВ-1. для этого применяются оптические делительные го-ловки, эталонная центрифуга и метод сличения статического и динамиче-ского измерений в интервале частот от 0 до 0,5 Гц.

В схеме формирования сигналов имеется три измерительных канала иКХ, иKY, иКZ, предназначенных для измерения выходного напряжения и приведения их к нормированному виду. наряду с этим в измерительных каналах осуществляется функция возведения в квадрат, необходимая для реализации заданного алгоритма измерения модуля сейсмоускорения, а также формирование нижней границы частотного диапазона измерений 0,1 Гц.

Выходные напряжения измерительных каналов суммируются, после чего из полученного суммарного сигнала извлекается корень квадратный с целью получения информации о модуле измеряемого сейсмоускорения. По установленному значению модуля формируются 2 пороговых значения в систему антисейсмической защиты.

В акселерометрах сейсмодатчика предусмотрено выполнение функции диагностики, реализующей принцип косвенного измерения по отношению к сейсмоускорению и принцип прямого измерения по отношению к цепям, подключенным к выходу акселерометра.

для оценки возможностей преобразования косвенного метода изме-рения в прямой рассмотрим структурную схему акселерометра (рисунок 2). она поясняет физические принципы процесса диагностики акселеро-метра. Кроме основной цепи уравновешивания от а(р) до U(p) в схеме имеется цепь диагностики, содержащая: преобразователь «напряже-ние – ток» (1/Rд) и магнитоэлектрический обратный преобразователь bд. При подключении электрического напряжения к диагностирующему вхо-ду акселерометра оно преобразуется в электрический ток, протекающий через обмотку обратного преобразователя bд. Возникающая в нем при протекании тока сила Fд эквивалентна действию измеряемой силы или ускорения и вызывает появление на выходе акселерометра напряжения, значение которого связано линейной функцией со входным напряжением Uд(p) .

При этом на выходах всех каналов сейсмодатчика появляются электри-ческие сигналы, пропорциональные или соответствующие подаваемому на вход акселерометров электрическому напряжению.

— 183 —

СеКЦиЯ 3

рисунок 2. Структурная схема акселерометра аЛе 037

для указанной структурной схемы передаточная функция акселероме-тра по измеряемому ускорению а(р) имеет вид

2

2

( ) 1( ) (1 )( ) 2 1

Rt

oo

U p mW p Тa p p pD

ab

ww

= = ⋅ ⋅ + ⋅+ +

, (1)

а по измеряемому напряжению

2

2

( ) 1( ) (1 )( ) 2 1

дRt

д д

oo

U p RW p ТU p R p pD

ba

bww

= = ⋅ ⋅ ⋅ + ⋅+ +

(2)

где m – масса инерционного элемента;b – коэффициент преобразования обратного преобразователя с учетом

температурной погрешности, равный b(1+abtТ);R, Rд – преобразователи «напряжение – ток» в основной и диагностиру-

ющей цепях;aRt – коэффициент преобразования термокомпенсирующей цепи;Т – температура окружающей среды;

wо – собственная частота подвеса, равная К КусmR

b;

D – коэффициент демпфирования, равный 2ow t

;t – постоянная времени корректирующего звена;Кс, Ку,– коэффициенты преобразования датчика перемещения, оконеч-

ного усилителя,р – оператор Лапласа.При регулировке акселерометра добиваются равенства abt = aRtиз формул (1), (2) видна взаимосвязь передаточных функций, как обоб-

щенной метрологической характеристики.


— 184 —

из рисунка 2 также видно, что цепь диагностики акселерометра есть ничто иное, как цепь измерения хорошо известного средства измерений тока или напряжения – магнитоэлектрического гальванометра, или преци-зионного миниатюрного вибростенда. Эта аналогия позволила считать операцию диагностики дополнительной измерительной функцией акселе-рометра.

Сочетание возможностей диагностики акселерометра с простотой ме-трологического обеспечения процессов воспроизведения и измерения электрического напряжения, позволяют эффективно и с низкой трудоемко-стью решить поставленную задачу поверки.

При этом процедура поверки будет заключаться в определении метро-логических характеристик аналоговых и дискретных каналов при исполь-зовании входного сигнала – электрического напряжения.

для того, чтобы узаконить диагностику в качестве измерительной функ-ции в соответствии с Законом об обеспечении единства измерений:

1) откорректирована Кд акселерометра аЛе 037 и сейсмодатчика Сд 4 в части введения в нее требований по введению дополнительной измери-тельной функции и нормированию для нее метрологических характери-стик;

2) разработаны и аттестованы в установленном порядке методики вы-полнения измерений акселерометра и сейсмодатчика;

3) разработана методика поверки сейсмодатчика как измерителя на-пряжения с введением операцией по подтверждению соответствия уста-новленным требованиям метрологических характеристик по функции «из-мерение напряжения» .

для реализации пункта 1) указанных требований в настоящее время для акселерометра аЛе 037 проведена оценка достоверности взаимосвязи между функциями измерения ускорения и напряжения с применением раз-личных эталонных средств, в том числе и принадлежащих ВнииМ им. д.и. Менделеева. Предельная нелинейность этой новой функции в интервале частот от 0,1 до 32 Гц не превысила 0,7%, что соответствует установлен-ным метрологическим требованиям к процессу поверки сейсмодатчика.

работы по оформлению доказательных документов, необходимых для процедуры утверждения типа, в настоящее время завершены.

Таким образом, анализ и использование схемно-конструктивных осо-бенностей узлов сейсмодатчика и оптимизация процедуры утверждения типа по критериям уменьшения стоимости и повышения технологичности проведения поверочных работ непосредственно у потребителя позволили найти новые подходы к решению серьезной проблемы.

— 185 —

СеКЦиЯ 3

Состояние метрологического обеспечения летных испытаний, эксплуатации и утилизации

ракетно-космической техникиА.В. Бобренёв

Главный метролог ФГУП «ЦЭНКИ»

В 2012 году ФГУП «ЦЭнКи» с целью разработки предложений в проект Программы развития системы метрологического обеспечения ракетно-кос-мической техники на период до 2020 г. в части метрологического обеспече-ния летных испытаний, эксплуатации и утилизации ракетно-космической техники был выполнен анализ состояния системы метрологического обе-спечения летных испытаний, эксплуатации и утилизации на предприятиях ракетно-космической промышленности, в том числе проанализированы:

а) состояние действующей нормативной и технической документации по метрологическому обеспечению;

б) состояние измерительной базы;в) деятельность метрологических служб организации ракетно-космиче-

ской промышленности.анализ состояния системы метрологического обеспечения летных ис-

пытаний, эксплуатации и утилизации в организациях ракетно-космической промышленности (далее – анализ) проводился в соответствии с Ми 2240-98 «ГСи. анализ состояния измерений, контроля и испытаний на предприятии, в организации, объединении. Методика и порядок проведе-ния работы» в целях:

а) установления соответствия достигнутого уровня метрологического обеспечения требованиям Федерального закона «об обеспечении един-ства измерений», метрологическим требованиям, правилам и нормам;

б) разработки предложений по планированию дальнейшего развития метрологического обеспечения;

в) создания или внедрения методов и средств измерений, испытаний, контроля, стандартных образцов;

г) разработки предложений по повышению достоверности результатов измерений;

д) разработки предложений для обеспечения требуемого качества ра-кетно-космической техники;


— 186 —

е) разработки предложений по поддержанию готовности к применению изделий ракетно-космической техники и обеспечению эффективности ее эксплуатации;

ж) разработки предложений по обеспечении безопасности жизни людей и охране окружающей среды;

з) разработки предложений по определению номенклатуры параметров воздействующих факторов, метрологических характеристик испытатель-ного оборудования;

и) разработки предложений по организации и осуществлению метроло-гического обслуживания средств измерений, испытаний, контроля, стан-дартных образцов и т. д.

анализ состояния действующей нормативной и технической доку-ментации по метрологическому обеспечению показал, что нормативно-техническая документация имеется в наличии, однако существует, тре-бующая доработки, нормативная и техническая документация на мето-ды и средства поверки и другие нормативные документы в области ме-трологического обеспечения, подлежащие пересмотру и дополнению.

В методиках поверки, дата выпуска которых, изменения и актуализация выполнены более десяти лет назад номенклатура рекомендуемых средств поверки в большинстве случаев не соответствуют ныне существующим средствам поверки.

анализ состояния измерительной базы, задействованной при проведе-нии летных испытаний, эксплуатации и утилизации ракетно-космической техники показал, что большая часть используемых методик (методов) из-мерений напрямую связаны с применяемыми средствами измерений, так как выполнены при их разработке, остальные – нормированы норматив-ной документацией и зависят от ее актуальности.

имеющийся парк средств измерений, применяемых при летных испы-таниях, эксплуатации и утилизации ракетно-космической техники, по ви-дам распределен следующим образом:

а) средства измерений давления – 40%;б) средства измерений электротехнических и магнитных величин – 37%;в) теплофизические и температурные средства измерений – 7%;г) радиотехнические и радиоэлектронные средства измерений – 6%;д) остальные – 10%.имеющийся парк средств измерений обеспечивает измерения параметров ра-

кетно-космической техники в соответствии с требованиями эксплуатационной до-кументации, с требуемыми погрешностями и в заданных условиях эксплуатации.

имеющийся парк средств измерений по датам изготовления сопоста-вим со сроками эксплуатации и временем проведения модернизации ра-кетно-космической техники.

— 187 —

СеКЦиЯ 3

однако время эксплуатации имеющегося парка средств измерений, применяемых при летных испытаниях, эксплуатации и утилизации ракет-но-космической техники в среднем составляет:

а) более 32 лет – 22%;б) от 22 лет до 32 лет – 53%;в) от 12 лет до 22 лет – 7%;г) менее 12 лет – 18%.В том числе, у средств измерений параметров, характеризующих мете-

орологические условия время эксплуатации средств измерений в среднем составляет:

а) более 22 лет – 41%;б) от 12 лет до 22 лет – 1%;в) менее 12 лет – 58%.Применяемые при летных испытаниях, эксплуатации и утилизации ра-

кетно-космической техники средства измерений утвержденного типа обе-спечены поверкой.

анализ оснащенности средствами измерений и эталонами, применяе-мыми при поверке (калибровке) показывает, что время эксплуатации средств измерений в среднем составляет:

а) более 22 лет – 72%;в) от 12 лет до 22 лет – 12%;г) менее 12 лет – 16%.Состояние обеспеченности измерениями содержаний вредных веществ

в выбросах в атмосферу, в стоках и в почве в целях экологической безо-пасности показывает, что время эксплуатации средств измерений состав-ляет менее 10 лет.

Установлено отсутствие обменных фондов средств измерений, предна-значенных для повышения оперативности метрологического обслужива-ния изделий ракетно-космической техники при летных испытаниях, эксплу-атации и утилизации.

Запасной инвентарь и принадлежности изделий ракетно-космической техники требует постоянного пополнения, по причине выхода из строя средств измерений исчерпавших свой ресурс, однако пополнение его про-блематично в виду прекращения выпуска некоторых видов средств изме-рений.

Существуют претензии к качеству, надежности и другим техническим характеристикам испытательного оборудования, средств измерений и кон-троля.

По причине ввода в эксплуатацию в составе приобретаемого импортно-го оборудования средства измерений неутвержденного типа, документа-ция которых не содержит методик калибровки, а зачастую просто отсут-


— 188 —

ствует, существует проблема определения порядка их метрологического обслуживания, разработки и согласования методик калибровки данных средств измерений и источников финансирования этих работ.

анализ деятельности метрологических служб организации ракетно-кос-мической промышленности осуществляющих метрологическое обеспече-ние летных испытаний, эксплуатации и утилизации ракетно-космической техники показал:

а) метрологические службы организаций ракетно-космической промыш-ленности имеют структурные подразделения, участвующие в метрологиче-ском обеспечении и имеющие утвержденные положения, в которых опреде-лены их структура, основные задачи и функциональные обязанности;

б) структурные подразделения метрологических служб в целом уком-плектованы квалифицированными кадрами;

в) специалисты структурных подразделений метрологических служб периодически проходят повышение квалификации;

г) в структурных подразделениях метрологических служб имеется фонд нормативной документации по обеспечению единства измерений;

д) организации ракетно-космической промышленности имеют аттеста-ты аккредитации в области обеспечения единства измерений на выполне-ние работ по поверке средств измерений;

е) специалисты структурных подразделений метрологических служб организаций ракетно-космической промышленности, выполняя свои слу-жебные обязанности, в соответствии с должностными инструкциями, вли-яют на обеспечение качества изделий;

ж) структурные подразделения метрологических служб организаций ра-кетно-космической промышленности организуют и участвуют в работах, направленных на совершенствование метрологического обеспечения лет-ных испытаний, эксплуатации и утилизации ракетно-космической техники, путем проведения метрологической экспертизы, участия в разработке про-грамм и методик испытательного оборудования, аттестации испытательно-го оборудования, аттестации методик (методов) измерений, стандартных образцов, поверке (калибровке) средств измерений, метрологическом надзоре и др.;

к) метрологические службы организаций ракетно-космической промыш-ленности взаимодействуют между собой и с организациями росстандарта и другими сторонними организациями (юридическими лицами) при органи-зации работ по поверке (калибровке) средств измерений, аттестации ис-пытательного оборудования, разработке методик (методов) измерений.

Эффективность взаимодействия структурных подразделений метроло-гических служб организаций ракетно-космической промышленности по во-просам метрологического обеспечения с другими техническими службами

— 189 —

СеКЦиЯ 3

зависит от организации системы менеджмента качества, в том числе от проведения внутренних аудитов системы менеджмента качества в части ор-ганизации метрологического обеспечения.

однако роль метрологических служб в организациях ракетно-космиче-ской промышленности, осуществляющих летные испытания, эксплуата-цию и утилизацию ракетно-космической техники, несмотря на большой объем задач, стоящих перед метрологической службой, занижена.

В большинстве организациях ракетно-космической промышленности, роль подразделений метрологической службы видится в предоставлении результатов поверки средств измерений, необходимых для эксплуатации, в связи, с чем метрологическая служба воспринимается как затратное под-разделение и финансируется по остаточному принципу:

В отдельных случаях состояние помещений для проведения поверки (калибровки) и ремонта средств измерений не соответствует требованиям нормативных документов (помещения требуют ремонта и переоснащения).

Количество специалистов-метрологов в организациях ракетно-косми-ческой промышленности, осуществляющих летные испытания, эксплуата-цию и утилизацию ракетно-космической техники, уменьшается в связи с низ-ким уровнем заработной платы, что приводит к невозможности решения новых задач, возложенных на метрологические службы, уменьшается ко-личество молодых кадров, увеличивается количество специалистов пожи-лого возраста.

отсутствует централизованная программа обучения специалистов-ме-трологов организаций ракетно-космической промышленности современ-ным методам, средствам измерений, зарубежным стандартам и руководя-щим документам в области метрологии.

В целом достигнутое состояние метрологического обеспечения летных испытаний и эксплуатации ракетно-космической техники соответствует се-годняшнему техническому состоянию ракетно-космической промышлен-ности в целом и требует системного подхода к исправлению сложившейся ситуации.


— 190 —

Технологии метрологической аттестации и изготовления стандартных образцов при диагностировании

авиационных ГТД по продуктам изнашивания в маслахК.Е. Матюхин; А.А. Богоявленский

к.т.н., с.н.с. , ФГУП ГосНИИ ГА

Изложение результатов исследований, полученных при разработке технологии метрологической аттестации и изготовления стан-дартных образцов, необходимых для метрологического обслужива-ния средств диагностировании авиационных ГТД по продуктам изна-шивания в маслах.

для проведения работ по диагностированию авиационных газотурбин-ных двигателей по продуктам изнашивания в работающих маслах обяза-тельным является метрологическое обслуживание – калибровка – средств диагностирования (в частности рентгеноспектральных анализаторов), ко-торую невозможно провести без наличия комплекта стандартных образцов.

ФГУП Госнии Га были проведены исследования и разработка техноло-гий метрологической аттестации и изготовления стандартных образцов (Со).

В процессе проведения метрологической аттестации исследованы точ-ностные характеристики Со для градуировки рентгеноспектральных ана-лизаторов на примере прибора типа БарС-3, изготовленных по двум тех-нологиям.

По первой из них комплект Со с различной концентрацией химических элементов получают последовательным разбавлением исходной суспен-зии с максимальными концентрациями элементов. Применительно к за-дачам отрасли они составляют 10 г/т по железу и 5 г/т по меди, хрому и ни-келю для получения малых концентраций разбавление проводят трижды -четырежды, что вносит дополнительную погрешность, которая не может быть оценена в связи с отсутствием методов и средств ее определения. Эта технология широко применяется как в практике эмиссионного спек-трального, так и рентгеноспектрального методов анализа. однако в слу-чае необходимости определения основных компонентов образцов с высо-кой точностью, серии образцов не должны готовиться последовательным разбавлением [3, 4].

— 191 —

СеКЦиЯ 4

Вторая технология, предложенная в ходе проведения данной работы [3 – 5] так же включает предварительное изготовление исходной суспензии с максимальной концентрацией анализируемых элементов, но с последу-ющей дозировкой ее объема (массы) в заданное количество раз меньше объема (массы) реальных проб масел, подвергаемых анализу.

исходная суспензия изготавливалась в соответствии с отраслевыми Методическими указаниями по приготовлению и метрологической аттеста-ции Со предприятий для градуировки установок МФС-3, МФС-5 в ЛнТд аТБ Га и инструкцией по приготовлению Со для градуировки анализатора БарС-З,

Как показал анализ источников погрешностей Со-суспензий, учету должна подлежать погрешность взвешивания навески окисла при изготов-лении суспензии (другие составляющие несопоставимо малы по сравне-нию с ней). для взвешивания используются весы ВЛр-20г с диапазоном до 20 г и погрешностью ±0,05 мг. Значения погрешностей взвешивания по каждому из химических элементов приведены в табл. 2.

для получения Со с различной концентрацией бюреткой по ГоСТ 20292-74 с погрешностью ±0,05 мл отбираются объемы исходной суспен-зии, рассчитываемые по формуле 1

V2 = (q2/q1)×V1, (1)

где V1 = 25 мл – объем реальных проб масел, подвергаемых анализу;q1 – концентрация элемента в исходной суспензии;q2 – концентрация элемента в Со, которую необходимо получить;V2 – объем отбираемой суспензии для получения образца нужной кон-

центрации.Полученные объемы суспензии фильтруются через мембраны «Влади-

пор», которые с осевшими на них частицами имитаторов продуктов изна-шивания и представляют собой Со. Значения концентраций и отбираемые для их получения объемы суспензии приведены в таблице 1.

Таблица 1

№ СОП

Концентрация Объем исходной су-спензии, подлежащей

фильтрации, мл

Объем анализируе-мой пробы масла из авиадвигателей, мл

Желе-зо

Медь, хром, никель, титан

1-005 10 5 25

251-004 8 4 201-003 6 3 151-002 4 2 101-001 2 1 5


— 192 —

При этом погрешность отбора заданного объема не превышает ±1,0%.для оценки составляющей погрешности Со из-за объемного расшире-

ния при отличии температуры воздуха от нормальной (+20 ºС) в помеще-нии лаборатории, где производится его изготовление, использована фор-мула объемного расширения 2.

V = Vo (1 + βτ), (2)

где: Vo – начальный объем, мл;β -коэффициент объемного расширения (в данном случае β=0,001);τ – приращение температуры (t – to), ºС.Числовое значение погрешности, вызванной температурным расшире-

нием применяемых типов масел (в диапазоне от 16 до 25 °С) составляет ± 0,74%.

Суммарная погрешность Со рассчитывается с учетом взаимонезависи-мости входящих в нее составляющих.

Помимо комплекта Со. содержащего железо, медь, хром, никель для проведения исследования точностных характеристик по элементам титан, свинец, кобальт, цинк, марганец, кальций по второй технологии изготовле-ны Со с концентрацией 5 г/т, погрешность которых также определена рас-четным путем. Полученные значения приведены в табл. 2.

Таблица 2Элемент Fe Cu Cr Ni Ti Pb Co Zn Mn Ca

Погрешность взвешивания, %

0,89 2,0 1,7 1,8 3,0 5,3 4,2 2,0 4,0 1,4

Суммарная по-грешность Со, %

2,0 2,5 2,5 2,5 2,5 5,5 4,5 2,5 4,5 2,0

Предложенная технология отбора значительно уменьшает трудоем-кость изготовления комплекта Со. При этом, общая погрешность любого из полученных таким способом Со также существенно уменьшается. Так, для сравнения с образцами для установок типа МФС: погрешность содер-жания железа в Со № 1 составляет 8,8%, никеля в Со № 2 – 8,9%, меди в Со № 4 – 10%.

По сравнению с образцами, полученными разбавлением, расчетные числовые значения погрешности также меньше. однако, в случае метода разбавления значение аттестуемой характеристики содержит целый ряд неисключенных систематических погрешностей (многократное взвешива-ние колб и масла, налипание масел вместе с частицами окислов на стен-ки). Можно предположить, что наиболее сильное влияние при этом будет сказываться на Со с минимальной концентрацией.

— 193 —

СеКЦиЯ 4

Проведено исследование однородности (идентичности показаний) че-тырех экземпляров Со для анализатора БарС-3, изготовленных из одной исходной суспензии с концентрациями железа, меди, хрома и никеля по 0,75 г/т. исследование выполнялось на анализаторе БарС-3 в течение од-ного дня. обработка результатов велась следующим образом.

Первоначально проверялась нормальность закона распределения по-грешности измерений анализатора при анализе элементов, но которым осуществляется диагностирование авиадвигателей в Га: железо, медь, хром, никель. для этого были построены гистограммы по каждому из эле-ментов. их анализ и расчет статистики t по критерию согласия χ 2 показал, что погрешности измерений рентгеноспектрального анализатора БарС-3 распределены по законам близким к нормальному.

далее рассчитывались средние арифметические значения и дисперсии результатов измерений по каждому из Со. После этого проверка доступ-ности рассеяния оценок дисперсий групп результатов по критерию Кохре-на (т. к. число параллельных испытаний в группах равно). Установлено, что расчетные значения критерия меньше табличного, т. е. дисперсии одно-родны. После этого для каждого из элементов были рассчитаны значения межгрупповых и внутригрупповых дисперсий и критерия Фишера, характе-ризующего допустимость разброса средних арифметических значений се-рий измерений. результаты обработки данных сравнивались с табличны-ми значениями и не превысили их.

на основании этого был сделан вывод, что использование серии Со, изготовленных из одной исходной суспензии не влечет за собой возникно-вение дополнительной погрешности.

Для иследования влияния неоднородности распределения частиц по поверхности стандартных образцов были изготовлены следующим об-разом три Со.

для изготовления первого Со мембрану «Владипор» разрезали на две равные половины. одну из них помещали на сетку устройства для филь-трации, на нее – целую мембрану. В устройство заливали 25 мл суспензии с концентрацией 6 г/т элементов железо, медь, хром, никель. дальнейшие операции изготовления – в соответствии с разработанной методикой.

При изготовлении второго образца в центре другой мембраны выреза-ли отверстие определенного радиуса. Затем ее также помещали на сетку устройства для фильтрации, накладывали сверху целую мембрану и за-ливали 25 мл той же суспензии.

Третий образец изготавливали обычным образом.Каждый из трех образцов анализировали по 10 раз. обработка резуль-

татов (таблица 3) показала, что средние арифметические значения сигна-лов с Со при равномерном распределении частиц по поверхности филь-


— 194 —

троэлемента превышают сигналы с Со с искусственно созданной нерав-номерностью. Причем, чем меньше площадь их распределения (при одной и той же массе частиц), тем меньше сигнал с Со.

Таблица 3

Концентрация Элементы

Сигнал (Ǎcp) при равно-

мерном рас-пределении

частиц, ед.сч.

Уход сигнала, в % по отношению к Ắср

частицы сме-щены к одной

половине

частицы сме-щены к цен-

тру

6 г/т

железо 507 -20 -34медь 1541 -7 -18хром 1218 -5 -18никель 3890 -9 -2

Это явление можно объяснить тем, что интенсивность возбужденных рентгеновским излучением спектральных линий неидентична за счет раз-ной толщины отпечатков.

Полученные результаты позволяют сделать вывод о том,, что если при изготовлении Со на его поверхности будет визуально наблюдаться нерав-номерность в распределении частиц, он не может быть использован и дол-жен браковаться.

Исследование фильтрата от стандартных образцов. В качестве фильтрозлементов при изготовлении СоП1-009…СоП1-013 используются мембраны «Владипор» типа МФаС-М-2 с размерами пор от 0,9 до 1,49 мкм, представляющие собой мелкопористую пленку белого цвета без видимых дефектов, пятен, складок, механических включений и повреждений.

наличие пор определило необходимость проверки полноты фильтра-ции имитаторов частиц изнашивания из суспензии. При проведении иссле-дования на квантомере МФС-5 № 8I00I6 пятикратным анализам были под-вергнуты чистое масло – основа Со, две суспензии с концентрациями же-лезо, медь, хром, никель по 0,75 г/т и 6 г/т, а также фильтратов от них. По-лученные результаты представлены в табл. 4.

Таблица 4Анализируе-мый объект

Средние арифметические значения по элементам, мВжелезо медь хром никель

Со С0,75 748 636 456 512С6 1297 2024 1284 1301Фильтраты Ф0,75

398 207 280 275

Фильтраты Ф6 375 223 275 299Чистое масло 351 192 279 274

— 195 —

СеКЦиЯ 4

их анализ показывает, что: I) сигналы Ф0,75 по железу, меди превышают сигналы Ф6 по этим же элементам, а по меди и никелю – наоборот, т. е. от-сутствует взаимосвязь между количеством частиц в фильтруемой суспен-зии и сигналами, получаемыми при анализе фильтратов;

2) сигналы, полученные с фильтратов и от чистого масла фактически не различаются друг от друга. исключение, казалось бы составляет желе-зо – по чистому маслу 351 мВ, а по Ф0,75 сигнал составляет 398 мВ. однако, при этом следует учитывать, что сигнал с чистого масла определен со среднеквадратической ошибкой 65,9 мВ , а Ф0,75 с ошибкой 77,8 мВ, т. е. результаты анализов различаются в пределах ошибки измерений.

Таким образом, может быть сделан вывод о полноте фильтрации ими-таторов частиц изнашивания из исходной суспензии при изготовлении Со, и отсутствии в связи с этим какой-либо дополнительной погрешности.

изготовление и метрологическая аттестация стандартных образцов СоП1-009…СоП1-013 для градуировки рентгеноспектральных анализато-ров при диагностировании ГТд возложено на метрологическую службу Госнии Га.

Стандартные образцы состава СоП1-009…СоП1-013 относятся к кате-гории средств измерений, в связи, с чем работы выполняются на основа-нии Лицензии Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии на изготовление средств измерений от 12.07.2010 г. № 006578-и.

Стандартные образцы изготавливаются на основе авиационных марок масел (МС-8П; СМ-4,5; Турбоникойл-98; ЛЗ-240 и др.) в соответствии с Ме-тодическими указаниями от 27.01.1994 г. № дВ-6.1-6 с содержанием хими-ческих элементов, указанным таблице 1.

рис. 1 Внешний вид комплекта стандартных образцов СоП1-009 СоП1-013.


— 196 —

Стандартные образцы могут изготавливаться: 1) с наклейкой на кадми-евые кольца (рис. 1) – со сроком действия 1 год; 2) без наклейки – со сро-ком действия – 6 месяцев.

Погрешность аттестуемой характеристики не превышает ±2% (для же-леза) и ±2,5% (для меди и титана).

В технологическом процессе изготовления СоП1-009…СоП1-013 при-меняется комплект лабораторного оборудования, включающего в себя: ультразвуковой диспергатор (рис. 2), весы лабораторные аналитические (рис. 3), рентгеноспектральный анализатор (рис. 4) и другое оборудование.

рис. 2 диспергатор ультразвуковой

рис. 3 Весы лабораторные аналитические

— 197 —

СеКЦиЯ 4

рис. 4 анализатор рентгеноспектральный

В настоящее время на оао «Климов» рассматривается вопрос о раз-работке эксплуатационного бюллетеня по диагностике двигателей ТВ-3-117 и их модификаций по элементу молибден. для внедрения названного бюл-летеня в практику лабораторий технической диагностики Га метрологиче-ской службой Госнии Га разработано дополнение к № дВ-6.1-6 и освоена технология изготовления СоП1-009 … СоП1-013, содержащих элемент молибден.

Выводы1. Применение разработанной ФГУП Госнии Га технологии и изготав-

ливаемых в соответствии с ней стандартных образцов СоП1-009…СоП1-013 обеспечивает поддержания на воздушном транспорте рФ един-ства и требуемой точности измерений концентрации продуктов изнашива-ния в работающих авиационных маслах при диагностировании авиацион-ных ГТд.

2. Стандартные образцы соответствуют требованиям ГоСТ 8.315 [1] и оСТ 54-3-155.83 [2].

Литература1. ГоСТ 8.315-97. ГСи. Стандартные образцы состава и свойств ве-

ществ и материалов. основные положения.2. оСТ 54-3-155.83-2002. оСоеи. Стандартные образцы. основные по-

ложения.3. Богоявленский а.а. Способ оценки стабильности и однородности

стандартных образцов смазочных масел при диагностировании ГТд //


— 198 —

Межвузовский сб. научных трудов «инженерное обеспечение повышения эффективности технической эксплуатации летательных аппаратов». – М.: МииГа, 1985.

4. Юрскова н.а., Ястребцов Л.М. Богоявленский а.а исследование точ-ностных характеристик стандартных образцов и способы их нормирова-ния // Тез. докл. Всесоюзной н-т конф. по проблемам метрологического обеспечения разработки, испытаний, эксплуатации и ремонта AT. – М., Гос-нииГа, 1984.

5. Титов В.и., Богоявленский а.а. Способ приготовления стандартных образцов смазочных масел. – авторское свидетельство СССр. 1986. – № 1272156. – Бюллетень изобретений № 43.

— 199 —

СеКЦиЯ 4

Обобщение и анализ результатов метрологической экспертизы

эксплуатационной и ремонтной документации на авиационную технику

А.Е. Боков; А.А. Богоявленский, к.т.н., с.н.с. , ФГУП ГосНИИ ГА

Обзор, обобщение и анализ результатов метрологической эксперти-зы руководств по технической эксплуатации и ремонту авиационной техники, проводенной специалистами метрологической службы ФГУП ГосНИИ ГА

одним из направлением деятельности метрологической службы ФГУП Госнии Га – Головной организации метрологической службы гражданской авиации (Га), является проведение метрологической экспертизы эксплуа-тационной и ремонтной документации изделий авиационной техники и оборудования, применяемого при Тоир аТ.

Метрологической экспертизе подлежит техническая документация, со-держащая нормированные параметры, метрологические характеристики, методы измерений и контроля, единицы физических величин, термины и определения в области метрологии.

В качестве основополагающей нормативной базы при проведении ме-трологической экспертизы служат рМГ 63-2003 [1] оСТ 1 00221-2005 [2] и оСТ 54-3-156.66 [3]

При проведении метрологической экспертизы, проводившейся Госнии Га выявлен ряд несоответствий, примерами которых приведены далее:

Несоответствия, выявленные в ремонтной документации самолета Ту-154М

1. назначенные средства измерений не обеспечивают достоверный контроль параметров.

2. не назначены средства измерений для контроля нормированных па-раметров.

3. отсутствуют допуски на контролируемые параметры.4. не приведены методики выполнения работ по контролю нормирован-

ных параметров.


— 200 —

5. не приведены полные сведения о средствах измерений и измери-тельном инструменте.

В целях устранения отмеченных недостатков Госнии Га разработаны предложения, которые оформлены в виде карт замечаний. (Приложение 1). По ряду из них, в связи с необходимостью разработки специальных средств и методов измерения, дать рекомендации не представляется возможным.

Была отмечена необходимость разработки целого ряда специальных средств измерений:

1. для контроля параметров системы управления самолетом.1.1. Шаблона для измерения расстояния между головками трубчатых

заклепок тяг и роликами направляющих тяг не менее 10 мм.1.2. Шаблона для измерения расстояния между началом цилиндриче-

ской части трубы тяги и касательной к ролику не менее 10 мм.1.3. Шаблона нейтрального положения качалок и поводков.1.4. Шаблона для контроля подпиловки посадочных поверхностей.1.5. Тензометра, обеспечивающего метрологический запас по точности

при контроле натяжения тросов диаметром 4,5 мм и величиной (70±5) кгс.1.6. Калибров для контроля диаметров отверстий до 5,2 мм.2. для контроля параметров системы управления интерцепторами.2.1. Шаблонов для контроля перекоса оси ролика и оси троса.2.2. Средства контроля шероховатости, механических повреждений до

0,05 мм.3. для контроля параметров системы управления закрылками.3.1. Шаблонов для контроля выработки пазов (4,1±0,1) мм, (5±0,1) мм

при ремонте кареток внутренних и внешних закрылков.

Примеры несоответствий, выявленных в проекте РЭ самолета Ту-204

1. Средства измерений, рекомендованные в эксплуатационной доку-ментации, имеют погрешность, превышающую или соизмеримую с допу-ском на контролируемый параметр, в связи с чем не обеспечивается до-стоверность контроля.

Без достаточного запаса по точности контролируются такие параметры как давление зарядки в шинах колес, напряжение аккумулятора, усилий натяжения тросов, давления в гидросистеме, уровня жидкости в гидроба-ках и другие.

Согласно ГоСТ В 20.57.304-74 коэффициент запаса точности (Кз.т.) есть отношение допуска на параметр к суммарной погрешности измере-ний. При этом, величина Кз.т. должна быть не менее 2,5.

2. Цены деления (дискретность отсчета) назначенных средств измере-ний не позволяют определять нормированные величины параметров: углов поворота переднего колеса в режимах «Взлет-посадка» и «Стабили-

— 201 —

СеКЦиЯ 4

зация»; давления, соответствующего изменению скорости 2 км/ч за 1 мин и другие.

3. не назначены средства измерение и контроля таких параметров как глубина коррозии до 0,15 мм; глубина царапин и забоин; зазор и люфты; радиусы изгиба; переходное сопротивление; обжатия амортстоек; ход штоков и другие.

4. не указаны типы средств измерений: тарированных ключей; щупов; при-способления для контроля рисок и царапин на поверхности обшивки и других.

5. не приведены сведения о метрологических характеристиках приспо-собления для измерения перемещения миништурвала по тангажу, приспо-собления для измерения стрелы прогиба двузвенника, индикатора для контроля царапин и рисок на поверхности обшивки, приспособления A 0505-0000 для зарядки авиашин, приспособления A 0513-0000-С для тех-нического обслуживания гидросистемы.

6. По причине непредставления на эксплуатационные испытания само-лета Ту-204 контрольно-поверочной аппаратуры ПКрТ-15, ЭрП-4-222, ЭрП 4-За-002, аПС-11 рр, оценка метрологического обеспечения 8 единиц го-товых изделий: рВ-85, арК-25, рМи-8, Эррд-12, Ш-С29, аГ-оо6, ILS-85, ВСУП-85 в полном объеме дана не была.

Примеры несоответствий, выявленных в проекте РЭ вертолета Ми-26Т

1. Ключ тарированный 8аТ-9102-80 с нижним пределом 2 кгс×м и верх-ним 20 кгс×м по диапазону не может быть использован для задания крутя-щих моментов (1,8-2,2) кгс×м и (21-25) кгс×м.

2. Цена деления тензометра ин-11 (2 кгс) не позволяет измерять значе-ния натяжений тросов с допуском (±1,95; ±1,7) кгс.

3. Линейка металлическая по ГоСТ 427-75 о ценой деления 1 мм не по-зволяет измерять линейные размеры (14,2; 15,7; 17,2; 18,8; 20,3; 21,8) мм при проверке размера «Т» и правильность стыковки ПЗУ о двигателем.

4. Глубиномер индикаторный ГоСТ 7661-67 с ценой деления 0,01 мм может быть использован для измерения неплоскостности 0,003 мм.

5. не обеспечен метрологический запас по точности при контроле вну-тренних размеров 120+0,1

–0,3 и 132+0,1-0,3 штангенциркулем.

6. Манометр Ма-100, класса 4 из комплекта приспособления В246-9910-00 имеет погрешность 4 кгс/см² в два раза превышавшую допуск на значение давления азота (72±2) кгс/см² в амортизаторе главной ноги.

7. нутромер 160-250 ГоСТ 868-82 не обеспечивает достоверность из-мерения размера 175+0,04 мм.

8. не определены точностные характеристики стенда М6365/65/060 для обкатки и снятия характеристик с гидродемпфера, что не гарантирует до-стоверность результатов испытаний


— 202 —

9. не гарантируется достоверность задания усилий (5±0,5) кгс и (10±0,5) кгс с помощью приспособлений 6350/828 и 6350/813.

10. для контроля зазоров не менее 3 мм и 5 мм между деталями и узла-ми управления в конструкции вертолета назначен штангенциркуль, толщи-на губок которого не позволяет использовать его в этих целях.

11. Глубиномер индикаторный по ГоСТ 7661-67 с диаметром измери-тельного наконечника 5 мм не обеспечивает измерение забоин (0,5; 1; 2) мм.

12. неверно назначены глубиномеры индикаторные Ги-200, Ги-300, т. к. согласно ГоСТ 7661-67 их диапазон измерения составляет (0-150) мм.

13. не указаны условия выполнения работ. Манометры Мо кл. 0,16 яв-ляются образцовыми и имеют ограничения на условия их применения по температуре и вибрации.

14. При проверки аппаратуры измерителя вибрации иВ-300К в техкарте предлагается определять ее погрешность в неполном комплекте (без дат-чиков), отсутствуют рекомендации по ее проверке с датчиками или отдель-но датчиков, что не обеспечивает достоверность проверки погрешности системы в целом.

15. не указано Си контроля угла отклонения элерона 1° 30’ ±15’.16. не указан тип щупа для контроля зазора 0,2 мм.17. не указано Си биения поверхности.18. не указано средство (метод) контроля шероховатости поверхности.19. неоднозначно нормированы допускаемые величины давления в ги-

дроаккумуляторе при одном и том же значении температуры, например, при t = ±15 °С допускается давление 102+5 и 110+5 кгс/см².

Примеры несоответствий из проекта Руководства по ремонту планера самолета Ан-158

1. обозначение единицы давления воздуха, подаваемого в краскора-спылитель (2,5-3,5) атм не соответствует ГоСТ 8.417-2002

2. не указано средство измерений времени (12-18) с; (14-16) с; (12-14) с; (12-13) с и др., необходимое для определения вязкости с помощью ви-скозиметра, приготавливаемого ЛКП

3. индикатор иЧ-2 и штангенциркуль ЩЦ-1 с геометрической формой и размерами измерительной сферической поверхности (радиус сферы R=1,6 мм ГоСТ 11007-66) конструктивно не позволяют контролировать глу-бину рисок, царапин и забоин более 0,1 мм

4. не указано средство измерения глубины просверленного отверстия, равной высоте закладной головки

5. не указано средство контроля шероховатости поверхности отвер-стия Rz3,2

— 203 —

СеКЦиЯ 4

6. имеется противоречие в обозначении нормативных документов, рас-пространяющихся на щупы и наборы щупов, применяемых для контроля зазоров

7. имеется противоречие в обозначении индикатора типа иЧ8. отдельно взятый индикатор часового типа иЧ ГоСТ 577-68 не позво-

ляет измерить величину завышения или занижения замыкающей части го-ловки болта–заклепки

9. не указаны предельно-допускаемые значения величины односторон-него прилегания

10. Лупа ЛП-1-7 ГоСТ 25706-83 не является средством измерения ше-роховатости поверхностей отверстий

11. ГоСТ 14797-75 – Заменить на ГоСТ 14797-85; ГоСТ 14003-75 -не существует, исключить ссылку из текста

12. отсутствует ссылка на нормативный документ (государственный или отраслевой стандарт, технические условия) регламентирующий харак-теристики измерителя западания сердечников КЗС-2

13. По п. 4 не обеспечивается достоверность измерения величины крутящего момента, при этом допуск на величину 1,96 н×м (20 кгс×см) составляет 0,5%, а для измерения величины крутящего момента предна-значен ключ тарированный 7812-0004У, с инструментальной погрешно-стью ±5%

14. отсутствует обозначение образца шероховатости поверхности15. не указан диапазон и класс точности, применяемого микрометра16. не указано обозначение (шифр) технических требований на каче-

ство внешней поверхности, в которых регламентированы допустимые ве-личины утопание или выступание потайных головок болтов

17. отдельно взятый индикатор часового типа иЧ ГоСТ 577-68 не по-зволяет измерить величину утопания или выступания потайных головок болтов

18. не указан класс точности и диапазон взвешивания весов рычажных19. Ультразвуковой толщиномер УТ-93П предназначен для измерения

толщины изделий из конструкционных металлических сплавов, а не тол-щины ЛКП, как ошибочно указано на стр. 2 и 3

20. отсутствует методика измерения глубины коррозии при помощи ин-дикаторного глубиномера или ультразвукового толщиномера УТ-93П

21. отсутствует методология определения полноты удаления коррозии с использованием дефектоскопа ТВд-а

22. имеется противоречие в обозначении ультразвукового толщиноме-ра УТ-93П

23. отсутствует средство измерения освещенности контролируемой по-верхности не менее 1000 люкс п. 5 стр. 2


— 204 —

24. В табл. 201 отсутствует указание о возможности применения друго-го оборудования, с характеристиками не уступающими приведенным в та-блице

25. отсутствует средство измерения шероховатости зачищенных по-верхностей Rа=(1,6-0,8) мкм.

26. дефектоскоп ТВд-а не является средством измерения полноты уда-ления коррозии

27. отсутствует методология задания давления в пределах (0,1-0,8) кгс/см² при помощи вакуумных мешков

28. Требует уточнения п. 4 а) контроль массы конструкции Указать тип, класс точности и пределы взвешивания применяемых весов

29. имеются ссылки на отмененную нормативно-техническую докумен-тацию.

Выводы1. Метрологическая экспертиза является важным элементом поддержа-

ния летной годности воздушных судов в процессе технической эксплуата-ции, а также в системе менеджмента безопасности авиационной деятель-ности.

2. Со стороны разработчиков авиационной техники требуется более тщательная проработка вопросов выбора и назначения средств и методов измерений параметров авиационной техники.

Литература1. рМГ 63-2003. ГСи. обеспечение эффективности измерений при

управлении технологическими процессами. Метрологическая экспертиза технической документации

2. оСТ 1 00221-2005. Метрологическая экспертиза технических зада-ний, конструкторской и технологической документации. организация и по-рядок проведения.

3. оСТ 54-3-156.66-94. оСоеи. Метрологическая экспертиза норматив-ной и технической документации. организация и порядок проведения.

— 205 —

СеКЦиЯ 4

Типы и модели тестеров семейства FOrMUlA для функционального и параметрического контроля

ЭКБ/ЭРИВ.О.Скрыгин

Начальник отдела развития продуктов, ФОРМ

ВведениеТестирование электронных компонентов и исследование отказов – важ-

нейшая задача в обеспечении требуемого уровня безотказности.для выполнения тестирования электронных компонентов: микросхем

ЗУ, ПЛиС, микроконтроллеров, полупроводниковых приборов, электромаг-нитных реле, электронных узлов, и исследования их отказов требуются современные автоматизированные средства измерений.

Цель доклада – познакомить участников конференции с семейством современных автоматизированных средств измерений, предназначенных для контроля качества электронных компонентов и узлов (ЭКБ/Эри) в от-раслях высокой надёжности.

Семейство тестеров FOrMUlA: типы и модели

Семейство тестеров FORMULA разработки и производства российской компании ФорМ существует с 1999 г. и постоянно расширяется. на сен-тябрь 2013 г. в него входят следующие типы тестеров:

• FORMULA HF3 – Тестер СБиС• FORMULA HF2 – Тестер СБиС и ЗУ• FORMULA 2K – Тестер БиС и иМС• FORMULA TT – Тестер полупроводниковых приборов• FORMULA R – Тестер электромагнитных реле• FORMULA CK – Тестер электронных узлов

Все тестеры выпускаются серийно и внесены в Госреестр средств из-мерений рФ.

ряд новых типов тестеров находится в разработке со сроками начала серийного производства конец 2013 – 2015 гг.


— 206 —

набор средств измерений для функционального и параметрического контроля активных электронных компонентов

— 207 —

Секция 4

Назначение и область применения тестеровТестеры применяются для функционального (FORMULA HF3, HF2, 2K,

CK) и параметрического контроля соответствующих электронных компо-нентов на пластине (FORMULA HF3, HF2, 2K, TT) и в корпусе при нормаль-ных условиях, а также под воздействием высокой (+125°С) и низкой (−60°С) температур.

Полностью решают задачи производства, сертификационных испыта-ний и входного контроля соответствующих компонентов.

Технические характеристики тестеровТехнические характеристики всех выпускаемых тестеров FORMULA

находятся на уровне лучших мировых образцов и позволяют эффектив-но и достоверно контролировать самые современные электронные ком-поненты.

FOrMUlA HF3 – Тестер быстродействующих СБИС и ЗУ

Сертификат утверждения типа № 48039. Запись в Госреестре средств измерений № 51135-12 от 11.09.2012

Контроль и измерения СБИС с частотой до 200 МГц, включая процессоры, ЗУ (SrAM, DrAM, ePrOM, FlASH)

контроллеры, ПЛИС и ЦАП/АЦП до 12 разрядовНаименование параметра Значение

1 2Количество двунаправленных измерительных каналов 32…256 / 512

Частота функционального контроля 12,5 кГц … 200 МГц

разрешение по времени 34 пс

длительность фронта и среза импульса 0,65 нс ±0,15нс

Минимальная длительность импульса 1,65 нс

объём памяти векторов/ошибок на канал 64М/64М (М=1024*1024)

Число источников до 16

Ток источников до 4 а

диапазон напряжений источников −2…+15 В

Погрешность задания и измерения времени ± 250 пс

Погрешность задания и измерения напряжения 0,1%

Погрешность задания и измерения тока 0,2%

СаПр тестов МиП ГТП, аГТ


— 208 —

FOrMUlA 2K – универсальный Тестер БИС и ИМС

Сертификат утверждения типа № 31123. Запись в Госреестре средств измерений № 37424-08 от 08.04.2013

Контроль и измерения БИС и ИМС с частотой до 20 МГц, включая ОЗУ, аналоговые и цифро-аналоговые ИМС до 12 разрядов

Наименование параметра ЗначениеКоличество двунаправленных измерительных каналов

32…256

диапазон уровней входного/выходного сигнала -5…+6 / ± 10 ВЧастота функционального контроля до 20 МГцЧастота канала тактового сигнала 40 МГцразрешение по времени 670 псдлительность фронта и среза импульса 4 нс / 15 нсобъём памяти векторов на канал 1М (М=1024*1024)Число источников на тестер 3…24 + 2 прецизионныхдиапазон напряжений источников −20…+20 ВТок источников до 2 аПогрешность задания/измерения напряжения 0,35%Погрешность задания/измерения тока 2%СаПр тестов среда и язык высокого уровня

SINOP на базе PASCAL

FOrMUlA TT – универсальный Тестер полупроводниковых приборовСертификат утверждения типа № 27141.

Запись в Госреестре средств измерений № 34171-07 от 08.06.2012

Контроль и измерения статических параметров полупроводниковых приборов до 2000 В/ 100 А, снятие ВАХ двух- и трёхполюсников,

включая полевые и биполярные транзисторы, оптопары, тиристоры, диоды и стабилитроны в корпусах, на пластинах и в групповой таре

Наименование параметра Значение1 2

Число каналов 2 задающих, 2 измерительныхдиапазон задания/измерения напряжения до 2000 Вдиапазон задания/измерения тока 100 на … 100 аПогрешность задания/измерения напряжения типовая 0,5%Погрешность задания/измерения тока типовая 1%Минимальная длительность задающего им-пульса

300 мкс

— 209 —

Секция 4

1 2дискретность задания времени 50 мксСаПр тестов Символьно-графический мастер со

встроенной библиотекой из 62 ме-тодов измерений по ГоСТ

Число рабочих мест 1 или 2Полностью заменяет оборудование 14ТКС и совместим с его оснасткойКоротко-импульсное тестирование мощных полупроводниковых приборов позво-ляет обойтись без использования средств теплоотвода

FOrMUlA r – Тестер электромагнитных релеСертификат утверждения типа № 39604.


Контроль и измерения электромагнитных реле постоянного тока по ГОСТ 16121-86 и ГОСТ РВ 5945-002-2008

Полностью заменяет оборудование типа «аккорд» и «Спектр» и позво-ляет использовать их измерительную оснастку. опционально – средства анализа надёжности реле и средства исследования отказов

Наименование параметра ЗначениеЧисло обмоток 1…8Число контактных групп 1…12Ток обмоток до 500 манапряжение на обмотках до 120 Врежимы подачи питания на обмотку циклограмма заданной формы и дли-

тельности, либо импульснапряжение при проверке изоляции до 800 Визмеряемое сопротивление изоляции 5 Мом … 10 Гомизмеряемое сопротивление обмоток 3 ом … 100 комизмеряемое сопротивление контактов 0,001 ом … 100 омразрешение по времени 0,8 мксПроизводительность при работе на одной установочной площадке (УП)

не менее 1500 реле за смену

Число рабочих мест • одно рабочее место с одной или дву-мя УП

• два рабочих места по одной УП для каждого

опции • циклические виды контроля реле;• осциллографические метолы контро-

ля реле;• проверка электрической изоляции

СаПр тестов в базовом составе По


— 210 —

FOrMUlA СК – Тестер электронных узлов и компонентовСертификат утверждения типа № 40237.


Контроль и диагностика электронных узлов при проведении приемо-сдаточных испытаний, ремонте и настройке

Наименование параметра Значение1 2

Количество универсальных двунаправленных измеритель-ных каналов для тестирования по краевым разъёмам элек-тронного узла

192

Каналы коммутатора для подключения внешних устройств 192x4Канал тактовой частоты 40 МГц 1Частота смены тестовых векторов/тактовая 20/40 МГцКрутизна фронта/спада импульса от 4 нсразрешение по времени 670 псобъём памяти векторов 1М(М=1024*1024)диапазон напряжений источников −30…+30 ВТок источников до 2 аПогрешность задания и измерения напряжения менее 0,25%Погрешность задания и измерения тока менее 1%Поканальная программируемая активная нагрузка естьВстроенный коммутатор 192x4 для управления измеритель-ной оснасткой

есть

Шины для подключения внешних измерительных и стиму-лирующих приборов – до 4-х на каждый канал

есть

СаПр тестов на базе SINOP

Полные данные по подтверждённым органами росстандарта техниче-ским характеристикам всех тестеров преведены в описаниях типа, кото-рые можно получить по запросу в ФорМ или найти на сайте www.form.ru

Эксплуатационные характеристики тестеровЭксплуатационные характеристики тестеров FORMULA оптимизиро-

ваны для применения в российских отраслях высокой надёжности. Эф-фективные конструкторские, схемотехнические и технологические реше-ния наших разработчиков позволяют сконцентрироваться на том наборе параметров, который применяется в электронике отраслей высокой на-дёжности.

оптимизация исполнений делает их более удобными и эффективны-ми в применении, а также значительно снижает эксплуатационные за-траты.

— 211 —

Секция 4

Максимум внимания уделено вопросам метрологического обеспечения тестеров в производстве и в эксплуатации, что совершенно необходимо для оборудования, которое применяется для контроля качества в аэрокос-мической промышленности. По метрологическому обеспечению и досто-верности измерений тестеры FORMULA абсолютно превосходят подобные аТе, применяемые для контроля ЭКБ класса Industrial.

В условиях российских предприятий тестеры FORMULA обеспечивают самые высокие показатели по времени полезного использования за счёт близости производителя, чётко налаженных техподдержки и сервиса, дли-тельных сроков гарантии, надёжности в эксплуатации.

Тестеры требуют минимальной инфраструктуры и площади для разме-щения. например, рабочее место на базе тестера ВЧ СБиС на 512 кана-лов FORMULA HF3-512 требует 4 кв.м площади.

В текущих моделях тестеров FORMULA не применяются жидкостное охлаждение, громоздкие манипуляторы для позиционирования измери-тельного блока, вакуумные насосы. Вместо них применены высокоэффек-тивные конструкторские решения.

Тестеры FORMULA предусматривают интеграцию с внешним оборудо-ванием.

В обслуживании применяется современная концепция индивидуаль-ного сервиса на основе стандартных процедур.

Все тестеры обеспечены гарантией от производителя до 5 лет и бес-платной техподдержкой в течение всего срока эксплуатации.

Метрологическое обеспечение тестеровМетрологическое обеспечение средств измерений обязано в полной

мере учитывать специфику их применения. для применения в аэрокосми-ческой промышленности все средства измерений должны быть полностью метрологически обеспечены.

Все типы тестеров FORMULA метрологически обеспечены в производ-стве и в эксплуатации по всем параметрам, для измерения которых они предназначены.

основными документами, определяющими метрологическое обеспече-ние Си, являются утверждённые органом росстандарта описание типа средств измерений и Методика поверки средства измерений, а докумен-том, подтверждающим легитимность является Свидетельство об утверж-дении типа средств измерений, выдаваемое производителю. на основа-нии этого документа утверждённый тип средств измерений вносится в Гос-реестр средств измерений.

Получить утверждённое описание типа как исчерпывающий источник технической информации на любой серийно выпускаемый тестер FORMULA можно по запросу в ФорМ или на сайте www.form.ru .


— 212 —

Практическое применение тестеров FOrMUlA на предприятиях России и Белоруссии

Тестеры широко применяются на предприятиях роскосмоса и росатома с 1999 г.

на сентябрь 2013 г. тестеры FORMULA используют 72 предприятия ВПК россии и Белоруссии.

Тестеры поставляются полностью готовыми к работе и вводятся в экс-плуатацию за 1-3 дня инженерами ФорМ.

до поставки тестеров персонал потребителя проходит обязательное начальное обучение/стажировку на выбранных тестерах и получает Сви-детельство о допуске к работе на конкретных типах тестеров.

По требованию заказчика ФорМ выполняет интеграцию тестеров FORMULA с оборудованием других производителей.

Тестеры автоматически производят документирование всех результа-тов измерений. Протокол измерений является документом, который удоб-но использовать для настройки и контроля техпроцессов при производстве ЭКБ/Эри, а также для предъявления рекламации поставщику ЭКБ/Эри, поскольку тестеры являются утверждёнными росстандартом средствами измерений, внесёнными в Госреестр средств измерений рФ и сертифици-рованы по всем заявленным параметрам

ЗаключениеВниманию участников Конференции представлен полный набор ин-

струментов для функционального, алгоритмического и параметрического контроля и измерения параметров широкого спектра активных электрон-ных компонентов и узлов.

Предложенный набор практически полностью покрывает потребности в тестировании при разработке, производстве, сертификационных испыта-ниях и входном контроле ЭКБ/Эри, применяемых в аэрокосмической про-мышленности, кроме ЭКБ СВЧ диапазона.

Все представленные тестеры отвечают самым современным требова-ниям тестирования по точности, полноте, глубине и эффективности выяв-ления брака.

Важно, что все представленные тестеры разработаны и производятся российским предприятием, выпускаются серийно, внесены в Госреестр средств измерений рФ и обеспечены утверждёнными Методиками повер-ки по всем заявленным параметрам, диапазонам и функциям.

Также важно, что тестеры широко применяются на предприятиях ро-скосмоса и росатома с 1999 г. на сентябрь 2013 г. тестеры FORMULA ис-пользуют 72 предприятия ВПК россии и Белоруссии.

— 213 —

Секция 4

Список литературы:1. оПиСание ТиПа СредСТВа иЗМерениЙ Системы контрольно-

измерительные Тестеры СБиС FORMULA HF32. оПиСание ТиПа СредСТВа иЗМерениЙ Системы контрольно-

измерительные Тестеры СБиС FORMULA HF23. оПиСание ТиПа СредСТВа иЗМерениЙ Системы контрольно-

измерительные для функционального и параметрического контроля БиС и иМС Тестеры “FORMULA 2K”

4. оПиСание ТиПа СредСТВа иЗМерениЙ Тестеры полупрово-дниковых приборов FORMULA TT

5. оПиСание ТиПа СредСТВа иЗМерениЙ Системы контрольно-измерительные Тестеры реле “FORMULA R”

6. оПиСание ТиПа СредСТВа иЗМерениЙ Системы контрольно-измерительные Тестеры “FORMULA CK”


— 214 —

Об организации и проведении работ по аттестации испытательного оборудования

и программного обеспечения при испытаниях узлов и агрегатов авиационной техники

А.Е. Боков; А.А. Богоявленский, к.т.н., с.н.с. , ФГУП ГосНИИ ГА

Анализ состояния организации и проведения работ по аттестации испытательного оборудования и программного обеспечения при ис-пытаниях узлов и агрегатов авиационной техники в организациях по ремонту на воздушном транспорте, выполняемых специалистами Головной организации метрологической службы гражданской авиа-ции – ФГУП ГосНИИ ГА.

даже у самых закоренелых скептиков не возникает вопрос – нужно ли проводить аттестацию испытательного оборудования. ответ очевиден – обязательно!

аттестация испытательного оборудования проводится с целью опреде-ления нормированных точностных характеристик оборудования, их соот-ветствия требованиям нормативной документации и установления пригод-ности оборудования к эксплуатации.

К нормированным точностным (метрологическим) характеристикам ис-пытательного оборудования относятся установленные нормативными до-кументами (нд) характеристики, определяющие возможности оборудова-ния воспроизводить и поддерживать режимы и условия испытаний в за-данных диапазонах, с требуемой точностью и стабильностью, в течение установленного срока.

аттестация проводится в соответствии с ГоСТ р 8.568-97 [1] и оСТ 54-3-1572.80-2001 [2].

В организациях по ремонту авиационной техники (аТ) в гражданской авиации (Га) рФ аттестации подлежит испытательное оборудование, точ-ностные (метрологические) характеристики измерительных каналов кото-рого определяются несколькими составляющими или применяются кос-венные методы измерений, а также испытательное оборудование, приме-няющееся в отличающихся от заданных в эксплуатационной документа-ции на него условиях.

— 215 —

СеКЦиЯ 4

не подлежит аттестации испытательное оборудование (стенды), осна-щённые:

• штатными средствами измерений, прошедшими государственные или ведомственные испытания, эксплуатирующимися в условиях, не отли-чающихся от заданных в нд;

• бортовыми средствами контроля, предназначенными для установки на воздушных судах и проходящими обслуживание согласно регламента.Примером такого рода является, например, испытательное оборудова-

ние при испытаниях на герметичность.В этом случае средства измерений должны иметь действующую отмет-

ку о прохождении метрологического обслуживания (поверки или калибров-ки) в соответствии с распространяющимися на них методиками.

организация проведения аттестации испытательного оборудования возлагается на руководителей метрологических служб предприятий Га, а при отсутствии метрологической службы – на ответственного за метро-логическое обеспечение по предприятию, с участием руководителей (спе-циалистов) оГТ и структурных подразделений, эксплуатирующих ио.

При этом, аттестация должна проводиться специалистами, имеющими удостоверения о прохождении обучения по специализации «аттестация испытательного оборудования» на базе Головной организации метрологи-ческой службы Га (ГоМС Га) – ФГУП Госнии Га, имеющей соответствую-щую лицензию (аккредитацию) или учебных заведений росстандарта.

При необходимости, для выполнения работ по аттестации испытатель-ного оборудования привлекаются специалисты ФГУП Госнии Га.

особое внимание при проведении аттестации испытательного оборудо-вания уделяется требованиям по ведению эксплуатационной документа-ции на испытательное оборудование, а именно:

• эксплуатационная документация на испытательное оборудование должна соответствовать требованиям ГоСТ 2. 601 [3];

• эксплуатационная документация (Эд) на испытательное оборудование должна пройти с положительными результатами метрологическую экс-пертизу в соответствии с требованиями оСТ 54-3-156. 66-94 [4];

• проверки раздела «Комплектность» Формуляров (Паспортов) на испы-тательное оборудование.При этом, должна проводится сверка диапазонов измерений, погреш-

ностей (классов точности), типов и заводских номеров фактически уста-новленных на испытательном оборудовании штатных средств измерений и бортовых средств контроля, с записанными в Паспорта (формуляры) на испытательное оборудование.

• обеспечения запаса по точности при проведении испытаний с исполь-зованием данного типа (экземпляра) испытательного оборудования;


— 216 —

Кроме того специалистом, проводящим метрологическую экспертизу, должны дополнительно рассматриваться методики проведения испыта-ний, изложенные в руководствах по ремонту, Технологических и производ-ственных инструкциях в части требований к допускаемым значениям пара-метров испытаний, измеряемых (или задаваемых) при использовании дан-ного типа (экземпляра) испытательного оборудования;

• наличия формуляров на бортовые средства контроля из комплекта ис-пытательного оборудования; наличие отметок в них о проведении ра-бот в объёме регламента технического обслуживания на данное борто-вое средство контроля.Метрологическая экспертиза эксплуатационной документации на испы-

тательное оборудование (в том числе, формуляров) должна проводится не реже одного раза в три года.

С 1982 г. отдел метрологии Госнии Га занимается выполнением работ по аттестации испытательного оборудования, в том числе используемого при проведении ресурсных испытаний узлов и агрегатов авиационной тех-ники [5].

наиболее значимыми из проводимых институтом работ по аттестации испытательного оборудования узлов и агрегатов авиационной техники яв-ляются:

• стенды для испытаний гидродемпфера втулки несущего винта вертолетов;• стенды для обкатки хвостовой трансмиссии вертолетов Ми-2, Ми-8;• стенды для испытаний электромеханизмов с электротормозом;• стенды для испытаний элементов систем управления (подъемников

предкрылков, закрылков; стабилизаторов; подкосов подъемников);• стенды для ресурсных испытаний узлов, агрегатов и элементов кон-

струкции ВС;• климатические камеры (тепла и холода),

и другие виды испытательного оборудования.

Примеры и результаты выполненных работ по аттестации испытательного оборудования

Стенд С‑1467‑74, предназначенный для испытаний после ремонта ги-дродемпфера втулки несущего винта вертолёта Ми-2 и его модификаций. до начала проведения экспериментальных исследований был проведен анализ состояния документации и инструментальной базы испытаний, в результате чего было установлено следующее:

1. отсутствует эксплуатационная документация на тензодатчики, ис-пользуемые в схеме измерительного канала задаваемых на демпфер уси-лий, которые наклеены на тягу при изготовлении стенда С-1467-74.

исходя из опыта Госнии Га, практический срок службы тензодатчиков составляет не более 5-7 лет, после чего они теряют свои свойства.

— 217 —

СеКЦиЯ 4

Таким образом, по мнению института, имелась необходимость в пере-клейке тензодатчиков на тяге с последующей перетарировкой.

2. не проводится тарировка по ходам. отсутствует приспособление с ин-дикатором часового типа для проведения тарировки по ходам.

3. Градуировка эталонного динамометра дор-3-1, выполненная ФГУ ростест-Москва, не соответствует фактическому состоянию проводимой тарировки по усилиям и не может использоваться для решения данной за-дачи. При этом, при обращении в поверочные органы для очередной по-верки динамометра дор-3-1 следует учесть, что в качестве нуля должен использоваться натяг величиной 5 мм.

4. В связи с имеющимся несоответствием между фактически применяе-мыми типами составляющих измерительного канала усилий (самописца н-327-1, усилителя 1909 Па) и регламентированными технологией ремонта вертолета Ми-2 Тра-Ми-2/21-2 типами (усилитель 4анЧ-22, светолучевой осциллограф М071ЧМ) имеется необходимость в разработке собственной технологии, учитывающей специфику стенда Зао «МарЗ» роСТо.

5. В связи с отсутствием формуляра стенда С-1467-74 на Зао «МарЗ» роСТо требовалась его разработка в соответствии с требованиями ГоСТ 2.601 (в части формы и содержания).

Стенд С‑2363‑76 (после модернизации). особенность модернизации:• применение микроэлектронных датчиков давления для оценки усилия

на штоке гидродемпфера ВнВ и применение компьютерных технологий.При вращении эксцентрика стенда С-2363, в полостях испытуемого ги-

дродемпфера создается давление гидрожидкости. Величина давления ре-гистрируется 2-мя микроэлектронными датчиками Мида-ди-13П-В, обра-батывается и передается при помощи По в память ПК. После ее распечат-ки осциллограммы проводится оценка усилий на штоке г/демпфера на их соответствие требованиям ремонтной и технологической документации.

для реализации этой задачи используется По «USB DISСO». По обе-спечивает вывод на экран монитора и осциллограммы давления жидкости с ее основными параметрами (максимальное значение, период и др.), что характеризует работу гидродемпфера.

После проведения аттестации было установлено, что стенд С-2363-76 (после модернизации) с доверительной вероятностью 0,95 обеспечивает до-стоверность задания режимов обкатки и контрольно-сдаточных испытаний.

При этом, была проведена корректировка Методики снятия характери-стик демпфера ВнВ вертолетов разработки оКБ «Миль» на стенде С-2363 на основе компьютерных технологий в части замены назначенного в ней рабочего эталона – манометра образцового класса точности 0,4 на сред-ство измерений более высокого класса точности, т. к. погрешность датчи-ков Мида-ди-13П-В составляет ±0,25 (±0,5%), а манометр с сопоставимой


— 218 —

по значению величиной погрешности измерений не обеспечивает досто-верность передачи единиц физической величины избыточного давления от государственного эталона к рабочим средствам измерений с учетом ко-эффициентов точности (запаса по точности).

Была дана рекомендация по приобретению нового рабочего эталона (манометра) с погрешностью не хуже, чем у МП-60, позволяющие зада-вать и измерять значения избыточного значения.

В настоящее время в связи с перевооружением технологических про-цессов испытаний узлов и агрегатов авиационной техники на предприяти-ях воздушного транспорта (ВТ) современным испытательным оборудова-нием, функционирование которого невозможно без применения встроен-ного, либо автономного программного обеспечения (По).

По мнению большинства людей По не может вносить каких-либо иска-жений в результаты измерений. однако, к сожалению это не так. разработ-чиками По не всегда учитывается необходимость исключения случаев преднамеренного или непреднамеренного изменения заложенных алгорит-мов, а также ряд других присущих По специфических факторов. данное обстоятельство может привести к снижению достоверности результатов из-мерений, негативно сказаться на качестве авиационно-транспортных услуг и обеспечении поддержания заданного уровня безопасности полетов.

С целью выполнения на ВТ положений Федерального закона от 18.06.2008 г. № 102-ФЗ, а также ГоСТ р 8.654-2009 [6] на базе метроло-гической службы в ФГУП Госнии Га создана испытательная лаборатория По Си и ииС (далее – иЛ По Госнии Га), согласно которого руководство лабораторией возложено на Главного метролога института.

Полномочия испытательной лаборатории подтверждены аттестатом от 05.06.2012 г. № 0047-033, выданным в Системе добровольной сертифи-кации от 02.05.2012 г. № роСС.RU.и921.04ФдЦо программного обеспече-ния и аппаратно-программных комплексов (СдС По и аПК).

При этом, область полномочий иЛ По Госнии Га в части испытаний По включает в себя программное обеспечение (автономное и встроен-ное), алгоритмы По Си, измерительных и информационно-измеритель-ных систем, применяемых на ВТ и в авиационной промышленности.

отдельно в область полномочий включено По:• специальных средств измерений, средств неразрушающего контроля

и диагностики, наземных измерительных комплексов, испытательного и технологического оборудования;

• автоматизированных систем контроля технологическими процессами производства, испытаний, эксплуатации и ремонта аТ, функциониру-ющих с применением Си и ииС или элементов измерительных си-стем;

— 219 —

Секция 4

• для работ по метрологическому обслуживанию Си и ииС (метрологи-ческая аттестация, калибровка, поверка) и межлабораторным сличи-тельным испытаниям;

• для сбора, обработки, хранения, передачи, защиты, обеспечения до-ступа и использования измерительной информации;

• авиационных тренажеров и иных имитационных систем;• для математического или иного моделирования.

Кроме того, Госнии Га разработана и внедрена в практику Система добровольной сертификации от 19 марта 2007 г. № роСС RU.В402.04Ца00 объектов гражданской авиации (СдС оГа). Система является полностью самостоятельной и не входит в другие системы сертификации. Правила функционирования Системы разработаны в соответствии со статьей № 21 Федерального закона «о техническом регулировании».

изменением № 4 Правил функционирования СдС оГа, зарегистриро-ванными 11.05.2012 г. Федеральным агентством по техническому регули-рованию и метрологии, в перечень документов Системы включено Поло-жение о порядке проведения сертификации По Си и ииС, применяемых на ВТ. При этом, в состав органа по сертификации (оС) СдС оГа в каче-стве заместителя руководителя оС по По Си и ииС от 30.08.2012 г. № 81 введён Главный метролог Госнии Га.

Основные требования к ПО СИ и ИИСиЛ По Госнии Га проводит аттестацию, тестирование и сертификацию

По Си и ииС путем оценки его соответствия требованиям, установлен-ным в ГоСТ р 8.654-2009 [6] и других нормативных документах, действую-щих в СдС оГа и СдС По и аПК.

основными целями деятельности иЛ По Госнии Га [7, 8] являются подтверждение соответствия По Си и ииС, применяемого на ВТ, стандар-там и документам Систем сертификации, в которых лаборатория осущест-вляет свою деятельность, а также требованиям воздушного Законодатель-ства рФ и нормативных актов Федерального органа исполнительной вла-сти в области гражданской авиации.

для достижения поставленных целей иЛ По Госнии Га решает следу-ющие основные задачи:

• исследование влияния По на метрологические характеристики Си в рамках решения конкретной измерительной задачи или применения методики измерений – оценивание погрешностей обработки измери-тельной информации, вносимых По Си в общую погрешность резуль-татов измерений.

• оценка защищённости По Си от несанкционированного доступа к ре-зультатам измерений и влияющим на них данным.

• идентификация и фиксация идентификационных признаков По Си.


— 220 —

При этом, аттестованное По Си должно отвечать следующим требова-ниям:

• использование По не должно приводить к искажениям измерительной информации, т. е. По не должно оказывать влияние на метрологиче-ские характеристики Си или это воздействие должно быть минималь-ным или оцениваемым для дальнейшего исключения его влияния;

• должна быть обеспечена защита от преднамеренных и случайных из-менений программного кода, измерительной информации, параметров, определяющих тип Си, и конструктивных параметров, внесенных в По;

• По должно содержать идентификационные признаки (данные);• По, используемое в отдельных экземплярах Си данного типа, должно

соответствовать характеристикам, установленным (документирован-ным) при утверждении типа Си;

• должно иметься разделение и структурирование на метрологически значимые и незначимые части.При этом, в процессе аттестации определяется наличие и значения

следующих составляющих источников погрешностей:• погрешностей результатов измерений, являющихся входными данными;• округления числовых значений на промежуточных этапах вычислений;• обрыв бесконечных рядов, являющихся представлениями большинства

используемых при вычислении библиотечных функций;• некорректный выбор алгоритмов вычислений, т. е. использование т.н.

неустойчивых (необусловленных) алгоритмов;• некорректная реализация выбранных алгоритмов вычислений;• погрешности, связанные с корректностью (адекватностью) выбора мо-

дели, применяемой при реализации измерительной задачи.В процессе аттестации По Си в представленной доказательной докумен-

тации проверяется также наличие подробного описания следующих элемен-тов: наименования, обозначения, назначения и идентификационных призна-ков; структуры; интерфейса пользователя; входных и входных данных; поряд-ка использования По; требуемых аппаратно-программных средств; расчетных алгоритмов, реализованных в По Си, а также их блок-схем; методов защиты По от несанкционированного доступа и других влияющих на него факторов.

Кроме того, в процессе проведения аттестации иЛ По Госнии Га предъявляет следующие требования к структуре По:

• По рекомендуется разделять на метрологически значимую и незначи-мую части, которой в дальнейшем можно пренебречь;

• обмен данными между метрологически значимой и незначимой частя-ми По должен проводиться через защищенный интерфейс;

• в структуре должны быть предусмотрены необходимые меры, предот-вращающие возможность влияния другого По, которое может привести

— 221 —

Секция 4

к серьезным или недопустимым изменениям метрологически значимой части По;

• метрологически значимые части По должны предотвращать возмож-ность проведения через них изменений, приводящих к искажению ко-нечного результата.В иЛ По Госнии Га для определения погрешности, вносимой По Си,

применяются следующие методы:• сравнительные испытания с применением эталонного По;• при отсутствии эталонного По – сравнительные испытания с использо-

ванием моделей исходных данных, либо с применением метода генера-ции эталонных данных;

• испытания на основе анализа данных, полученных при применение По и данных полученных другими методами.Методы оценки влияния По на метрологические характеристики выби-

раются с учетом возможных условий применения Си и ииС в каждом кон-кретном случае.

Примеры и результаты выполненных работ по сертификации и тестированию ПО испытательного оборудования

ПО испытательного стенда С‑2363, применяемого для проведения испытаний гидродемпфера втулки несущего винта (ВнВ) вертолетов Ми-8 и их модификаций.

на одном из российских авиационных ремонтных заводов проведена модернизация испытательного стенда С-2363, основанная на применении микроэлектронных датчиков давления для оценки усилия на штоке гидро-демпфера ВнВ и внедрении компьютерных технологий.

использование микроэлектронных датчиков давления для оценки уси-лия на штоке гидродемпфера базируется на простейшем соотношении:

R = P ·F, (1)

где р – давление гидравлической жидкости в полости гидродемпфера, кгс/см2

F – активная площадь поршня гидродемпфера, см2

Принцип работы модернизированного стенда С-2363 заключается в сле-дующем. При вращении эксцентрика стенда С-2363, в полостях испытывае-мого гидродемпфера создается давление гидравлической жидкости. Величи-на давления регистрируется двумя микроэлектронными датчиками избыточ-ного давления типа Мида-ди-13П-В, обрабатывается и заносится при помо-щи По в память компьютера. После распечатки осциллограммы (рис. 1) про-водится ее анализ; то есть оценка усилий на штоке гидродемпфера и их соот-ветствия требованиям руководства и Технологии ремонта.


— 222 —

Рис.

1 о

сцил

логр

амм

а ис

пыта

ний

гидр

одем

пфер

а В

нВ

на

стен

де С

-236

3

(1 –

ско

рост

ь вр

ащен

ия э

ксце

нтри

ка; 2

– у

сили

я на

што

ке; 3

– л

юф

ты в

сте

нде)

— 223 —

Секция 4

При реализации этой задачи, используется программное обеспечение «USB DISco», адаптированное к работе с датчиками Мида-ди-13П-В. По обеспечивает вывод на экран монитора осциллограммы давления жидко-сти (рис. 1) с ее основными параметрами в нижней части экрана монитора (максимальные значения, период и др.). очевидно, что полученные ре-зультаты измерений в полной мере характеризует работу демпфера в за-данном режиме.

Проведенное иЛ По Госнии Га тестирование показало, что влияние По на результаты задания (поддержания) режимов испытаний отсутству-ет не оказывает может быть применено на стенде С-2363 при испытаниях и обкатке гидродемпфера ВнВ вертолётов Ми-8 и их модификаций.

ПО испытательного стенда Т6365‑0536, предназначенного для испытаний и обкатки хвостовой трансмиссии вертолёта Ми-8 и его моди-фикаций, прошло тестирование в рамках проведения Госнии Га работ по аттестации в 2010 г. названного стенда на одном из авиаремонтных заводов российской оборонно-спортивной технической организации (роСТо).

иЛ По Госнии Га провела работы по тестированию По из комплекта поставки датчика измерителя крутящего момента М40-2К и блока Т-40, предназначенных для измерения крутящего момента на ведомом валу хвостового редуктора и измерения частоты вращения ведомого вала хво-стового редуктора.

По разработано ооо «Тилком» (республика Беларусь), по классифи-кации ГоСТ р 8.654-2009 [6] относится по к категории встроенного и рабо-тает только в комплекте с измерительным блоком Т40 и датчиком М40-2К.

Тестирование показало, что По не может быть применено на стенде Т6365-0536 при испытаниях и обкатке хвостовой трансмиссии вертолёта Ми-8 и его модификаций, в силу следующих причин:

• азличие в результатах измерений одного и того же значения крутящего момента, полученных по показаниям блока Т-40 и компьютера, сопря-жённого с датчиком М40-2К, превышает ±3%, т. е. больше погрешности измерений самого датчика, что является неприемлемым с точки зрения соблюдения требований технологической документации;

• нтервал времени (дискретность), через которое производится запись результатов измерений в электронную базу данных компьютера, сопря-жённого с датчиком М40-2К, жестко задан разработчиком, является не-достаточным, и требует изменения в сторону увеличения дискретности, так как она не соответствует требованиям технологической документа-ции по испытаниям.В Протоколе первичной аттестации испытательного стенда

Т6365-0536, выполненной Госнии Га, по результатам проведенного те-


— 224 —

стирования По дано предписание о его запрете для использования и проведения измерений контролируемых величин в ручном режиме (по указателю блока Т-40).

Таким образом, не все результаты сертификации По бывают положи-тельными.

Выводы1. В практику организаций по ремонту аТ на воздушном транспорте вне-

дрены методы аттестации испытательного оборудования (в том числе, стендов ресурсных испытаний аТ), а также программного обеспечения, применяемого при испытаниях узлов и агрегатов авиационной техники, разработанные ФГУП Госнии Га.

2. Специалистами иЛ По метрологической службы ФГУП Госнии Га разработаны методы проведения аттестации По специальных средств из-мерений и информационно-измерительных систем, позволяющие выяв-лять наличие и проводить оценку числовых значений погрешностей, вно-симых программным обеспечением в результаты измерений и испытаний. Методы успешно апробированы и применяются в практической деятель-ности лаборатории.

3. Представленные результаты показывают эффективность и под-тверждают необходимость проведения работ по аттестации испытатель-ного оборудования сертификации По Си и ииС для повышения качества авиационно-транспортных услуг и обеспечения поддержания заданного уровня безопасности полетов.

4. деятельность ФГУП Госнии Га – как Головной организации метроло-гической службы Га – направлена на реализацию положений Федерально-го закона от 18.06.2008 г. № 102-ФЗ «об обеспечении единства измере-ний», требований воздушного Законодательства рФ, нормативных актов Федерального органа исполнительной власти в области гражданской ави-ации и обеспечение единства измерений в технологических процессах производственной деятельности предприятий ВТ.

Литература1. ГоСТ р 8.568-97. ГСи. аттестация испытательного оборудования.

основные положения.2. оСТ 54-3-1572.80-2001. оСоеи. аттестация испытательного обору-

дования. Порядок проведения.3. ГоСТ 2.601-2006. еСКд. Эксплуатационные документы.4. оСТ 54-3-156.66-94. оСоеи. Метрологическая экспертиза норматив-

ной и технической документации.5. Богоявленский а.а. опыт проведения метрологической аттестации

испытательного оборудования // Тез. докл. Всесоюзной н-т конф. «Повы-

— 225 —

Секция 4

шение роли стандартизации и метрологии в обеспечении интенсификации общественного производства». – Львов, ВнииМиУС, 1985.

6. ГоСТ р 8.654-2009. ГСи. Требования к программному обеспечению средств измерений. основные положения.

7. Богоявленский а.а., Боков а.е. аттестация программного обеспече-ния специальных Си на воздушном транспорте // Мир измерений. – 2012. –№ 11. – С. 14-22.

8. Богоявленский а.а., ермолаева о.Л.. Боков а.е., Матюхин К.е. о сер-тификации программного обеспечения средств измерений и информаци-онно-измерительных систем, применяемых в гражданской авиации // Тру-ды Госнии Га. – М., 2010. – Вып. 311. – С. 86 – 90.


— 226 —

К вопросу оптимизации измерений в технологических процессах производства

ракетно-космической техникиП.М.Поморцев, Ф.Ф.Краснобабцев

Федеральное государственное унитарное предприятие «Научно-производственное объединение «Техномаш» (г. Москва)

Создание сложных и наукоемких изделий ракетно-космической техники (рКТ) требует постоянного совершенствования существующих и создания новых технологий, специального технологического оборудования, прибо-ров и средств технологического оснащения.

Технологии производства рКТ среди других технологий машинострое-ния занимают особое место и являются наиболее передовыми и прогрес-сивными, что объясняется, в первую очередь, сложностью и новизной са-мих объектов – современной рКТ, а также применением в процессе ее создания новых конструкционных материалов, методов и форм производ-ства [1].

Эти и другие особенности производства рКТ обуславливают необходи-мость систематического повышения технического и организационного уровня производства за счет ориентации при проектировании на наиболее эффективные технологические процессы, освоение которых обеспечит производственную технологичность изделий для заданных показателей их качества и объема выпуска.

одним из необходимых условий обеспечения технологичности изделия рКТ является задание (на этапах аванпроекта и эскизного проекта) и вы-полнение (к моменту изготовления изделий для натурных испытаний) ме-роприятий по метрологическому обеспечению новых технологических про-цессов и средств технологического оснащения, в том числе по освоению новых средств и методов контроля и испытаний.

К числу общих принципов обеспечения технологичности при конструи-ровании деталей и сборочных единиц (дСе) изделий наряду с классиче-скими технологическими принципами, такими как типизация конструктив-ных схем и компоновок изделия, унификация, агрегатирование и взаимо-заменяемость изделий и их составных частей, причислены принципы ме-

— 227 —

Секция 4

трологического характера, определяющие применение методов оптимиза-ции выбора контролируемых (измеряемых) параметров деталей, сбороч-ных единиц и разрабатываемого изделия, допустимых пределов их изме-рения, назначении норм точности измерений параметров деталей и т. п.

В состав работ по обеспечению технологичности изделий в обязатель-ном порядке должны включаться мероприятия по метрологическому обе-спечению, предусматривающие [2]:

• создание научно-технического задела в виде описаний конструкторско-технологических решений, предполагающих применение наиболее эф-фективных средств и методов измерений и контроля;

• проведение технологической подготовки производства (ТПП), неотъем-лемой частью которого является метрологическое обеспечение.основные направления работ по метрологическому обеспечению ТПП

независимо от стадий (этапов) создания и вида производства изделий рКТ:

• установление рациональной номенклатуры и соблюдение метрологи-ческих требований, предъявляемых к средствам измерений, регистра-ции и обработки измерительной информации, средствам испытаний и кон-троля; плановая замена, пополнение и совершенствование парка этих средств;

• учет, перераспределение и обеспечение средствами измерений (Си) подразделений предприятия;

• метрологический контроль и надзор, включающие: поверку, калибровку и ремонт Си, испытания Си в целях утверждения типа, надзор за со-стоянием и применением Си в подразделениях, аттестованными мето-диками (методами) измерений, эталонами, соблюдением метрологиче-ских правил и норм, нормативных документов по обеспечению един-ства измерений;

• аттестация испытательного оборудования и методик (методов) измерений;• подготовка, переподготовка и повышение квалификации кадров специ-

алистов.• реализация данных направлений при внедрении новых технологий в про-

изводстве рКТ обеспечит:• обоснованность выбора контролируемых (измеряемых) параметров де-

талей, сборочных единиц и разрабатываемого изделия, допустимых пределов их измерения (значений допускаемых отклонений);

• обоснованность назначения норм точности измерений параметров из-делия;

• возможность контроля технологических параметров изделия в процес-се изготовления с помощью заданных средств измерений и контроля (контролепригодность изделия);


— 228 —

• правильность выбора методов и средств измерений и контроля для обеспечения необходимой точности измерений параметров с заданной доверительной вероятностью;

• возможность метрологического обслуживания средств измерений, вхо-дящих в состав изделия (в том числе встроенных без их демонтажа), включая соответствие периодичности поверки средств измерений пе-риодичности технического обслуживания изделия;

• соблюдение принципа единства конструкторских, технологических и из-мерительных баз;

• степень автоматизации, унификации, стандартизации средств и мето-дик (методов) измерений;

• установление технико-экономической целесообразности разработки и применения специальных средств измерений.Таким образом, система метрологического обеспечения с учетом тре-

бований к технологичности изделий рКТ должна обеспечить единство и требуемое качество измерений всей номенклатуры параметров техноло-гических процессов.

Внедрение новых технологий обуславливает необходимость постоян-ного развития системы метрологического обеспечения производства рКТ, к основным направлениям которого необходимо отнести:

• разработку и применение адаптивных систем измерений к условиям производства и решаемым измерительным задачам в рамках применя-емых быстроменяющихся технологических процессов;

• сокращение времени на организацию систем измерений в производ-ственном процессе;

• снижение стоимости метрологического обслуживания измерительного оборудования применяемого в процессе производства изделий рКТ.особенно актуальным на сегодняшний день является вопрос внедре-

ния в технологические процессы измерительных систем на платформе универсальных совместимых аппаратно-программных средств, строящих-ся по принципу объектно-ориентированного программирования.

Применение в составе подобных измерительных систем специализиро-ванного программного обеспечения, функционалом которого является идентификация условий производства, структуры технических процессов, измерительных задач и требований к их решению, а также выбор системы измерений оптимальной структуры с учетом ограничений по времени про-водимых измерений и стоимости метрологического обслуживания, позво-лит с максимальной эффективностью осуществлять метрологическое обе-спечение новых технологических процессов производства изделий рКТ.

облик системы измерений формируется на этапах разработки техноло-гических процессов исходя из условий производства, номенклатуры кон-

— 229 —

Секция 4

тролируемых параметров и требований к точности и достоверности их кон-троля.

особенностью организации измерений является то, что перечень из-мерительных задач формируется исходя из требований задач контроля параметров множества технологических процессов {Tp}, состоящих из мно-жества технологических операций {ФТp} и переходов, для которых устанав-ливаются режимы и периодичность контроля, номенклатура контролируе-мых параметров {Λ}, требования к точности и достоверности результатов измерений.

Схема организации измерений в технологическом процессе представ-лена на рис. 1.

рис. 1. Схема организации измерений в технологическом процессе:Tp – обозначение типового технологического процесса; {ФТp} –множе-

ство измерительных операций выполняемых в ходе реализации техноло-гического процесса; {λ} Λ – множество контролируемых параметров; {λ*}Λ* – множество оценок контролируемых параметров; LT –множество техно-логий измерений.

В масштабах производства изделий рКТ система измерений может быть представлена множеством технологий измерений {LТ} контролируе-мых параметров.

В данном случае под технологией измерения LТ понимается совокуп-ность средств измерений, методики (метода) измерений и действий опера-тора, направленных на получение результатов измерений в заданные сро-ки с требуемой точностью и доверительной вероятностью, в условиях вы-полнения измерений [3]:

LТ =<λ*; F(λ); А(λ); q(λ)>,

где λ – измеримый параметр; F(λ)→λ* – функция преобразования из-меряемого параметра в результат измерения, реализуется по средствам методик (методов) и средств измерений; А(λ) – алгоритм измерения, реа-лизуемый действиями оператора посредством методики (метода) измере-ний (Ми); q(λ) – внешние условиях проведения измерений.


— 230 —

При этом

LT: λ*, Δλ, Рд, τи ,

где λ*– оценка измеримого параметра; Δλ – погрешность результата из-мерения; Рд – достоверность результата измерения; τи – время измерения.

Графически структура технологии измерения параметра технологиче-ского процесса приведена на рис. 2.

рис. 2. Структурная схема технологии измерения

известно, что один и тот же параметр можно измерить, используя не-сколько технологий измерений (рис. 3).

рис. 3. Схема измерения параметра технологического процесса

При этом следует учитывать, что результаты измерений и параметры точности технологий будут отличаться.

Выбор технологии измерения должен осуществляться с учетом крите-рия, обеспечивающего решение измерительной задачи. Поскольку в на-стоящее время структура средств измерений не представляется без ис-пользования программно-вычислительных сред, то выбор приоритетной технологии может осуществляться программно.

Модель системы измерений производства представим множеством тех-нологий измерений, выраженных в виде оператора преобразования LT{λ} множества контролируемых параметров {λ} Λ в множество результатов измерений {λ*} Λ*.

— 231 —

Секция 4

В этом случае схема измерений множества контролируемых параме-тров технологического процесса, примет вид рис. 4.

рис. 4. Схема измерений множества параметров технологического процесса

данная система измерений с гибкой структурой позволяет не только без дополнительных затрат адаптироваться к структуре технологического процесса, но и оптимизировать его метрологическое обеспечение путем выбора технологий измерений контролируемых параметров с приорите-том точности и времени измерений.

Главным преимуществом такого рода подхода к организации систем из-мерений параметров технологических процессов является то, что структу-ры технологий измерений складываются из уже имеющегося измеритель-ного оборудования. Это позволяет:

• оптимизировать его номенклатуру в зависимости от решаемых измери-тельных задач и соответственно сэкономить на его метрологическом обслуживании;

• при необходимости расширить номенклатуру измеряемых параметров за счет использования технологий косвенных измерений.автоматизация процесса выбора технологий измерений позволит зна-

чительно сократить время на отработку и осуществление технологических процессов.

Поскольку структура системы измерений под решаемые измеритель-ные задачи, фактически создается в программной среде, на единой плат-форме измерительного оборудования, то и ее оперативное изменение мо-жет осуществляться программно с помощью применения специальных алгоритмов [3].

Учитывая тот факт, что управление структурой системы измерений, об-работка результатов измерений, проверка их качества, идентификация объекта наблюдений, управление его параметрами и т. п. переносится в программную область, тогда представляется возможным замкнуть дан-ную систему измерений на структуру информационно-аналитической си-стемы метрологического обеспечения производства изделий рКТ, разра-батываемую ФГУП «нПо «Техномаш» в рамках нир по развитию метро-логического обеспечения создания рКТ [4].


— 232 —

Это в свою очередь позволит на отраслевом уровне осуществлять учет измерительного оборудования и контролировать его состояние, вести еди-ный учет измерительных задач и технологий измерений, осуществлять мо-ниторинг состояния метрологического обеспечения производства рКТ, проводить углубленный анализ и поиск скрытых закономерностей показа-телей качества выпускаемой продукции и системы технологической под-готовки производства, а также прогноз изменения качества продукции в масштабах производства с учетом применения тех или иных технологий измерений.

использование комплекса измерительных средств с гибкой программ-ной средой и архитектурой, строящихся по принципу объектно-ориентиро-ванного программирования позволит создавать и наращивать базу изме-рительных систем для новых технологий и значительно повысить уровень технологичности подготовки производства перспективных изделий рКТ.

Литература1. Камалов В.С. Производство космических аппаратов. – М.: Машино-

строение, 1982.2. оСТ 92509488 обеспечение производственной технологичности из-

делий. основные положения.3. Потюпкин а.Ю., Краснобабцев Ф.Ф. адаптация бортовых измери-

тельных систем космических аппаратов к условиям измерительной обста-новки // измерительная техника. – 2006. – № 11.

4. научно-исследовательская работа «единство-П»: отчет / ФГУП «нПо «Техномаш»; руководитель П.М. Поморцев. инв. № 00609/3822012/1. М., 2012.

— 233 —

Секция 4

Особенности обеспечения контроля специальных технологических процессов производства изделий из полимерных композиционных материалов

П.В. Шершак Начальник лаборатории, ОАО НИАТ

Основные аспекты при подходе к контролю специальных технологи-ческих процессов производства изделий из полимерных композицион-ных материалов (ПКМ). Входной контроль, технологический кон-троль, контроль готовых изделий. Многообразие методов неразру-шающего контроля ПКМ, «проблема единого метода» неразрушаю-щего контроля и способы ее решения. Аттестация персонала. Требо-вания к документированию специальных технологических процессов.

на сегодняшний день полимерные композиционные материалы (ПКМ) занимают в гражданском авиастроении далеко не последнее место. При-мером может служить самолет Boeing 787 Dreamliner, в котором 50% от веса самолета составляют ПКМ. Это первый пассажирский самолет такого класса, фюзеляж которого полностью выполнен из ПКМ. Состав материа-лов в самолете Airbus A350 XWB выглядит следующим образом: 52% от веса самолета – композиционные материалы, 20% – алюминий, 14% – ти-тан, 7% – сталь, 7% – прочие материалы. Крыло а350 изготавливается из ПКМ и является самым большим из когда либо созданных для однопалуб-ного самолета (размах крыла – 64м, площадь – 443м2). В связи с таким объемом применения композиционных материалов, производство изде-лий из ПКМ требует отдельного подхода к организации контроля, особенно в части специальных технологических процессов.

Понятие специальных технологических процессов активно стало при-меняться с внедрением систем менеджмента качества (в т. ч. по ISO 9100). Под специальным технологическим процессом понимается технологиче-ский процесс, результаты которого нельзя в полной мере проверить после-дующим контролем и испытанием каждого образца продукции и тем са-мым установить выполнения требований конструкторской документации, так что недостатки продукции могут выявиться только в ходе ее использо-вания.


— 234 —

рассматривая производство изделий из ПКМ, где перерабатывают компоненты и полуфабрикаты различные по природе и получают изде-лие с характеристиками, которые не могут быть сравнимы с характери-стиками используемых компонентов, можно сделать заключение, что практически все процессы формования изделий из ПКМ являются спе-циальными. Конечно, это довольно грубое приближение, которое не учи-тывает входных требований к изделиям, особенностей технологического контроля и пр., однако оно отражает одну из основных проблем произ-водства: производство изделий из ПКМ – специальный технологический процесс. Существующая отраслевая нормативно-техническая докумен-тация [1,2] разделяет специальные технологические процессы произ-водства ПКМ на изготовление препрегов и формообразование изделий различными методами (намотка, выкладка, инфузия, RTM, термоваку-умный метод, автоклавное формование и пр.). Строго говоря, это базо-вое деление, которое может корректироваться предприятием-разработ-чиком. Кроме того ниже будет показано, в каких случаях специальный технологический процесс изготовления препрегов может не быть специ-альным.

основные этапы контроля изделий из ПКМ продемонстрированы на ри-сунке 1.

рисунок 1 Этапы контроля в производстве изделий из ПКМ

Входной контроль поступающих на производство полуфабрикатов и ком-понентов не требует отдельных пояснений и проводится в соответствии с установленной и согласованной документацией (техническими условия-ми, производственными инструкциями, стандартами организации и пр.).

Полуфабрикаты, используемые при формовании изделий из ПКМ по-ступившие в производство не сразу после их закупки, а по истечении их гарантийного срока хранения или хранения в неустановленных поставщи-ком условиях, подлежат перепроверке. например, был закуплен препрег в большем объеме и неизрасходованный его остаток хранился продолжи-тельное время вплоть до следующего заказа на производство изделий. При прошествии длительного времени, характеристики материала могут существенно измениться. В связи с этим, следует повторить процедуры входного контроля к длительно хранящимся материалам для установле-ния определяющих его качество и жизнеспособность характеристик, по-скольку их изменение может потребовать корректировки технологических режимов формования изделий.

— 235 —

Секция 4

Контроль в процессе производства или технологический контроль подразумевает не привычный операционный контроль с отметками в маршрутно-технологических картах (путевых картах) о выполнении каж-дой операции, а непрерывный автоматизированный контроль ключевых параметров специального технологического процесса с помощью специ-ального оснащения в «on-line» режиме. Поясним на примере специально-го технологического процесса изготовления препрегов. Получаемый пре-прег должен иметь заданные характеристики, в т. ч. определенное значе-ние содержания связующего. обычно из изготовленного препрега выреза-ют (в конце/начале рулона) образцы и проводят лабораторный анализ. однако такой анализ только косвенно характеризует качество полученного препрега, нельзя однозначно заключить, что в каждом участке препрега получено заданное содержание связующего. невозможно вырезать из препрега каждую элементарную единицу площади для оценки содержания связующего. Эта проблема решается с помощью автоматизированных устройств непрерывного контроля содержания связующего, в основе кото-рых лежат методы рентгенометрического и радиационного неразрушаю-щего контроля [3]. Такие устройства позволяют контролировать содержа-ние связующего по всей длине и ширине производимого препрега. В этом случае технологический процесс изготовления препрегов не будет являть-ся специальным.

Кроме того, важным параметром является обратная связь устройств контроля с технологическим процессом. Существуют контроллеры с обрат-ной связью для автоклавного формования. При автоклавном формовании очень важно учитывать момент подачи давления относительно состояния отверждения изделия. Приборы с обратной связью не только отслеживают параметры процесса формообразования, но и в соответствии с этими пара-метрами автоматически корректируют технологические режимы.

Сегодня технологическому контролю уделяется незаслуженно мало внимания, несколько десятилетий назад в ведущих научных институтах су-ществовали отделы занимающиеся вопросами технологического контро-ля. Сейчас больше интереса проявляют к финишному контролю – контро-лю готового изделия, в особенности к неразрушающим методам контроля.

Контроль готового изделия. Многообразие методов неразрушающего контроля (нК) применяемых для оценки качества изделий из полимерных ком-позиционных материалов наглядно представлено на диаграмме рисунок 2.

Представленная диаграмма отражает не все методы нК используемые для оценки качества изделий из ПКМ. Так, например, известны положи-тельные результаты по использованию вихретокового метода при контро-ле расслоений в углепластиковых изделиях [4], в то время как сам метод не предназначен для контроля диэлектрических материалов.


— 236 —

рисунок 2 Многообразие методов неразрушающего контроля изделий из ПКМ

Прецизионные методы нК как правило очень трудоемки. Снижение тру-доемкости обеспечивают применением комбинации различных методов нК (см. рисунок 3).

рисунок 3 Пример использования комбинации методов нК

Процесс контроля делят на несколько этапов. на первом этапе исполь-зуют так называемые экспресс методы контроля – методы, имеющие высо-кую производительность (и, как правило, худшую разрешающую способ-ность по сравнению с методами, обладающими низкой производительно-

— 237 —

Секция 4

стью). По результатам экспресс контроля используют более чувствитель-ные методы для контроля тех областей изделия, качество которых оста-лось «под сомнением». Возможно применение «апелляционных» (высоко-точных) методов контроля, если по результатам контроля другими метода-ми не удалось дать однозначного заключения о качестве. Важно понимать, что комбинация методов различается от изделия к изделию в зависимости от требований к их качеству. не всегда апелляционный метод контроля для одних изделий будет являться таковым для других. Кроме того, требо-вания к контролю особо ответственных изделий устанавливают применять определенные методы контроля, в таком случае экспресс методы будут лишь дополнительной нагрузкой и могут быть нецелесообразны.

несмотря на популярность и положительные стороны того или иного метода, важным является тот факт, что не существует единого метода не-разрушающего контроля для обнаружения всех типов дефектов в издели-ях из ПКМ. Это приводит к так называемой «проблеме единого метода». Такая проблема отчасти решается описанным выше подходом комбиниро-вания методов. Сегодня существуют более технологичные решения. Это использование гибридных методов контроля. Под гибридными методами понимается аппаратная комбинация двух или более методов контроля. Примером такого метода может служить лазерно-ультразвуковой метод. Как видно из названия это сочетание двух методов – оптического и акусти-ческого, однако этот гибридный метод имеет ряд существенных отличий от последних. Принцип работы системы лазерно-ультразвукового контроля заключается в возбуждении ультразвуковых колебаний в материале при помощи лазерного импульса, падающего под углом на лицевую поверх-ность контролируемого изделия через прозрачную призму. Призма нахо-дится в акустическом контакте с образцом и является одновременно зву-копроводом широкополосного пьезоэлектрического приемника, что обе-спечивает односторонний доступ к изделию. При поглощении лазерного импульса в приповерхностном слое изделия происходит термооптическое возбуждение ультразвукового импульса, при этом он распространяется от поверхности как вглубь образца, так и в прозрачную призму. Ультразвуко-вой сигнал, передающийся от поверхности вглубь образца, претерпевает рассеяние на неоднородностях структуры материала. Часть этого сигнала, рассеянного «назад», попадает в звукопровод и тоже регистрируется пье-зоприемником с некоторой временной задержкой относительно прихода эталонного сигнала. Глубина залегания дефекта определяется по разно-сти времен прихода на пьезоприемник эталонного ультразвукового им-пульса и сигнала, отраженного от дефекта.

Лазерно-ультразвуковой контроль проводится на внесенном в реестр средств измерений приборе УдЛ-2М. на процедуру контроля изделий из


— 238 —

ПКМ данным методом выпущена отраслевая нормативно-техническая до-кументация [5]. активно ведутся работы по автоматизации данного метода на серийном производстве изделий из ПКМ.

одним из важнейших элементов нК является интерпретация результа-тов контроля, которая требует особого подхода к квалификации персона-ла. Подготовка и сертификация персонала в области нК в россии регули-руется системами, не отличающимися от зарубежных, однако в авиацион-ной отрасли в этом вопросе наблюдается существенное отставание отече-ственных систем подготовки. В связи с этим в производстве изделий авиа-ционного назначения из ПКМ остро стоят проблемы низкой квалификации персонала, проводящего нК, отсутствие знаний специфики материала, и даже такая специфическая проблема как излишняя «подозрительность», приводящая к неоправданной браковке изделий. Поэтому персонал, про-водящий нК в рамках специального технологического процесса, должен не только быть аттестованным на соответствующий квалификационный уровень согласно российским и зарубежным требованиям [6], но и иметь допуск к выполнению операций специального технологического процесса, согласно требованиям рТМ 1.4.2118.

Требования авиационной отрасли к разработке и оформлению доку-ментации на специальный технологический процесс производства изде-лий из ПКМ изложены в [1] и [2]. В общем виде основными документами специального технологического процесса являются: технологическая до-кументация на сам процесс (по принятой на предприятии-изготовителе форме); документация на оборудование, оснастку и инструмент (паспорта, сертификаты, свидетельства поверки); документация по персоналу (атте-статы, удостоверения); паспорта рабочих мест; состав ключевых техноло-гических параметров и характеристик процесса; комплект производствен-но-контрольной документации (в т. ч. журналы, карты, тех.паспорта); ли-сты регистрации ключевых параметров и документирования результатов контроля; акт внедрения специального процесса в производство; лист ре-гистрации ознакомления с технологией изготовления изделий и вводимы-ми изменениями; специальные требования к производственной среде. Формы данных документов приведены в упомянутой выше отраслевой нормативно-технической документации.

ВыводыПриведены основные аспекты в организации контроля специальных

технологических процессов производства изделий из ПКМ. отдельно рас-смотрены этапы контроля: входной и технологический контроль, контроль готового изделия. Представлена диаграмма многообразия методов нераз-рушающего контроля ПКМ и сформулированы основные проблемы нК, а имен-но трудоемкость и «проблемы единого метода контроля». решением таких

— 239 —

Секция 4

проблем могут служить гибридные методы, такие, как например, метод лазерно-ультразвукового контроля. Приводятся основные принципы рабо-ты данного метода. рассмотрены вопросы квалификации персонала. В за-ключение, сформулированы основные требования к разработке докумен-тации на специальный технологический процесс.

Литература1. рТМ 1.4.2128-2003 руководящий технический материал. «Специаль-

ные технологические процессы. Требования к порядку разработки и оформ-ления документации при подготовке производства, изготовлении и ремон-те авиационной техники»

2. МУ 1.4.2132-2003 Методические указания. «Специальные технологи-ческие процессы. разработка и оформление документации на технологи-ческие процессы изготовления изделий из полимерных композиционных материалов при подготовке производства, изготовлении и ремонте авиа-ционной техники».

3. Постнов В.и., Бурхан о.Л., С.М. Качура, рахматуллин а.Э., Самсонов а.В., Ямаев р.р., Шершак П.В. непрерывный автоматизированный кон-троль массового содержания пленочного клеевого связующего в препре-гах в процессе их изготовлензия. // известия Самарского научного центра российской академии наук. Том 14. № 4. 2012

4. Потапов а.и., Сясько В.а., Чертов д.н. Выявление расслоений и глу-бины их залегания в углепластиковых конструкциях с использованием вих-ретокового вида неразрушающего контроля // известия высших учебных заведений. № 8, 2012.

5. Пи 1.4.2255-2010 Производственная инструкция «Технология лазер-но-акустической диагностики и контроля изделий из ПКМ»

6. Клюев С.В., Коновалов н.н., Копытов С.Г., Соловьева М.о. аттеста-ция персонала в области неразрушающего контроля, М.: издательский дом Спектр 2011.


— 240 —

Обслуживание технологического оборудования на основе безразборных методов диагностики

Савинов Ю.И. начальник отделения ФГУП «НПО «Техномаш», к.т.н.

В настоящее время большинство отечественных предприятий проводят обслуживание станков или по системе планового-предупредительного ре-монта (ППр) [1] или эксплуатируют оборудование до его отказа или полом-ки. При проведении капитальных ремонтов происходит полная разборка станков, с последующей дефектацией деталей и комплектующих на осно-ве их осмотра. По существу используется «социалистический принцип» организации работ, люди загружены, а экономического эффекта практиче-ски нет. Поэтому требуется для поддержания работоспособности оборудо-вания значительное количество слесарей-ремонтников и электронщиков. для сравнения, на заводах фирмы SKF вышеприведенные способы обслу-живания оборудования из-за своей низкой эффективности запрещены, а обслуживание выполняется на основе фактического состояния. Совре-менное обслуживание по фактическому состоянию используется практи-чески на большинстве промышленных предприятий развитых стран. В ста-тье выполнено сравнение объемов работ по капитальному ремонту стан-ков, на основе системы ППр, основанных на методах середины прошлого века и фактически необходимых.

использование современных методов обслуживания позволяет одно-временно и снизить стоимость ремонтных работ, и повысить их качество, так как проверяется не только состояние деталей станка, но и как они со-браны [2], имеются ли перекосы подшипников или шестерен при сборке, есть ли излишнее биение шпинделей, валов, выставлены ли винты ШВП относительно направляющих и т. д.

наиболее информативным инструментов для идентификации параме-тров оборудования является получение его вибрационных характеристик [3], которые непосредственно связаны с его параметрами и напрямую определяют различные показатели его точности. Так известно, что ампли-туды вибрации станков, наблюдаемых при его функционировании, непо-средственно отражаются на обработанной детали, что и определяет точ-ностные показатели [4,5]. При работе станков возникает широкий спектр

— 241 —

Секция 4

колебаний, природа которых имеет как стационарный, так и нестационар-ный характер. В станках могут действовать как вынужденные колебания, так и автоколебания. В свою очередь автоколебания различаются при ре-зании и при работе на холостых ходах, т. е. при его установочных переме-щениях и при функционировании без резания. Поскольку при резании, ди-намические составляющие сил резания в большинстве случаев имеют не-линейный характер, определяемый именно процессом резания, то для идентификации элементов станка более всего подходит режим его функ-ционирования на холостом ходу, при котором вибрационные характери-стики станка в целом определяются работой его деталей и узлов: подшип-никами, шестеренными и ременными передачами, шариково-винтовыми парами, приводными механизмами. При работе на холостом ходу станка, вследствие наблюдавшимися в ряде случаев незначительного уровня ви-браций, требуется применение высокочувствительной аппаратуры, позво-ляющей фиксировать необходимые частотные характеристики и позволя-ющие также суммировать измеряемые характеристики, с целью расчета средних значений, которые наиболее полно удовлетворяют требованиям соответствия состояний реальных объектов.

Колебания валов узлов станков, являются основными источниками ви-браций, возникающими при работе машин, причем их частотные состав-ляющие и величины амплитуд вибраций определяются как дефектами отдельных элементов, установленных на валах, так и погрешностями сборки и эксплуатации. особенностью вибраций вращающихся узлов, яв-ляется то, что наибольшие амплитуды наблюдаются в радиальном на-правлении, причем вибрационный сигнал имеет способность хорошо пе-редаваться по корпусным деталям. Поэтому, при установке датчика на корпусе узла, можно получить информацию о вибрационном состоянии каждого подшипника, каждой шестерни, деталей шариково-винтовых пар и ременных передач. При этом следует учитывать, что вибрационный сиг-нал значительно затухает при передаче его через сопряжение между де-талями, особенно корпусными. Также наблюдается значительное затуха-ние вибрационного сигнала на кожухах, вследствие того, что кожуха име-ют очень низкие собственные частоты колебаний и передача средне- и высокочастотных сигналов затруднена. Поэтому, установка акселероме-тров на кожухах не позволяет получить достаточно информативного сиг-нала и не проводиться. В любом случае, надо избегать установку акселе-рометра на тонкостенные детали, выбирая место для установки на корпу-се диагностируемого узла.

При работе оборудования, в подшипниках генерируются вибрации, что приводят к развитию вибраций в широком частотном диапазоне. Причины, приводящиеся к появлению вибраций в подшипниках, следующие:


— 242 —

Конструктивные особенности подшипников, состоящие из нескольких элементов, совершающих сложное кинематическое движение с различны-ми угловыми скоростями приводит к возникновению составляющих спек-тра вибраций от низкочастотного до высокочастотного. Также появлению вибраций способствуют неточности деталей подшипников, образовавших-ся при их изготовлении. К ним относятся разностенность наружного и вну-треннего кольца, некруглость и шероховатость тел качения и дорожек ка-чения колец, погрешности вызванные дефектами сборки узлов, в том чис-ле перекос наружных и внутренних колец, дисбалансом вращающихся валов.

Следующие погрешности возникают при эксплуатации: износ беговых дорожек колец, образование на них задиров, износ тел качения и сепара-тора, некруглость тел вращения, образование трещин в сепараторах.

особенное положение в работе шпиндельных узлов занимают подшип-ники скольжения, при работе которых могут возникнуть автоколебания. Как показывает практический опыт, для шпиндельных узлов на подшипниках скольжения, автоколебания возникают на частоте равной половине часто-ты вращения вала.

Значительные амплитуды вибраций наблюдаются на частотах, связан-ных с неуравновешенностью валов. Причинами могут быть как погрешно-сти связанные с изготовлением и сборкой валов, так и дефекты, возник-шие при эксплуатации. Вышеприведенные дефекты проявляются на ча-стоте вращения вала, а также на частотах кратных частоте вращения вала. При соединении валов муфтами, которые имеют дефекты изготовления, дефекты будут проявляться на частоте вращения вала, а при соединении муфтами не имеющих дефектов изготовления, но установленных с пере-косами, возникнут колебания с двойной частотой вращения.

Колебания в зубчатых передачах часто являются причиной возникнове-ния вибраций в узлах металлообрабатывающего оборудования, приводя-щие к увеличению деформаций, как в самих шестернях, так и в валах, где они установлены. Возмущаемыми причинами в зубчатых передачах явля-ются силы обусловленными вхождением в зацепление шестерен с откло-нением расчетной точки, связанные как с погрешностями изготовления са-мих шестерен, так и с упругими деформации системы «вал – шестерня» [6].

Время для проведения диагностики одного станка в цеху 2-3 часа. Предварительно, перед испытаниями, создается управляющая програм-ма, в которую вводятся параметры подшипников, шестерен, шариково-винтовых пар, устанавливается частотный диапазон для измерения вибра-ционных характеристик и показатели, характеризуюшие динамику работы узлов и деталей станка, выбираются опорные точки для установки акселе-рометра, показанные на рис. 1. При выполнении работы используется все-

— 243 —

Секция 4

го один акселерометр, поочередно устанавливаемый в выбранные точки. Затем выполняются измерения и расшифровка данных, в течение одного часа. Суммарно, в течение четырех часов выполняются все измерения и диагностика станка, с выдачей экспертного заключения.

Рис. 1. Схема измерения вибрационных характеристик станка.

Приводятся конкретные результаты определения вибродиагностиче-ских характеристик токарно-карусельного станка мод. 1М512МФ3, пока-занные на рис. 2.

По результатам вибродиагностических испытаний, оценивается техни-ческое состояние (без разборки станка) деталей каждого подшипника, шестерни или ременной передачи, шарико-винтовых пар и т. д. на графи-ке экспериментальные данные, т. е. измеренный спектр вибраций, при-веден в виде линий синего цвета. а расчетные данные, характеризующие отдельные дефекты деталей, приводятся в виде линий красного цвета. При совпадении экспериментальных данных, характеризующих частоты на которых наблюдаются дефекты, с расчетными данными, определен-ные для бездефектных деталей, идентифицируются виды дефектов. Ве-личина дефектов определяется отношением, значений амплитуд сигна-лов, на частотах характеризующих дефекты к среднеквадратичному зна-чению экспериментально полученного сигнала. Так из представленных результатов на рис. 2, следует, что в подшипнике привода имеются следу-ющие дефекты:

• износ беговой дорожки внутреннего кольца подшипника, характеризую-щими дефекты на следующих частотах: Fвр*2Fc =2,99 Гц, 2Fвр=5,99 Гц, 3Fвр= 8,98 Гц, 4Fвр= 12,0 Гц, 5Fв= 15,0 Гц, 6Fвр= 18 Гц, 7Fв= 21,0 Гц, 8Fвр= 24,0 Гц, 9Fвр= 27,1 Гц, 10Fвр=30,0 Гц, 12Fвр=36,0 Гц,


— 244 —

Рис.

2. Г

раф

ик с

пект

ра в

ибра

цион

ного

сиг

нала

, сня

того

на

прив

оде

стан

ка.

— 245 —

Секция 4

14Fвр=42,0 Гц, 16Fвр=48,0 Гц, 18Fвр=53,9 Гц, 20Fвр=60,1 Гц, 23Fвр=69,0 Гц, и т. д. ;

• износ сепаратора на следующей частоте Fвр*2Fc=2,99 Гц.где приведены следующие сокращения:Fвр= частота вращения роликов относительно беговой дорожки;Fc= частота сепаратора.Приводятся конкретные результаты идентификации вибродиагностиче-

ских характеристик шпиндельного узла станка, показанные на рис. 3.

Рис. 3. График спектра вибрационного сигнала, снятого на шпиндельном узле станка.

Так из представленных результатов на рис. 3, следует, что в подшипни-ке шпиндельного узла имеются следующие дефекты:

раковины на наружном кольце подшипника, характеризующими дефек-ты на следующих частотах: Fн=210,75 Гц, 2Fн=421,53 Гц, 3Fн=632,38 Гц.


— 246 —

При проведенной разборке дефект, обнаруженный ранее при безраз-борной диагностике, полностью подтвердился, что показано на рис. 4.

Рис. 4. Раковины на наружном кольце двухрядного подшипника с цилиндрическими роликами, определенные при вибродиагностике

и подтвержденные при разборке станка.

По результатам проведенных испытаний возможно представление ито-говых результатов или в виде таблицы дефектов каждой детали, или в гра-фическом виде, согласно схеме состояния деталей станка, приведенные для токарно-карусельных станка модели 1М512МФ3 на рис. 5. В качестве критерия, на основе статистических данных, принята допустимая величи-на износа 10%. детали имеющие износ более 10% подлежат замене, дру-гие имеющие меньший износ допустимы к работе.

Как видно из схемы состояния деталей станка модели 1М512МФ3, име-ется следующий износ:

• в поворотном столе износились подшипники 3614, 3618 и 2316;• в продольном приводе износился винт ШВП и шарики, подшипники 206

и 1000917, роликовые опоры р88-102;• в вертикальном приводе износилась гайка и шарики ШВП, подшипники

9116 и 1000917.из проведенных испытаний следует, что для станкa модели 1М512МФ3,

подошедшего по времени, согласно графика выполнения планово – пред-упредительного ремонта (ППр) [1] к проведению капитального ремонта, то есть полной разборки станков, реально необходимо выполнить только ограниченный объем работ. . В случае «социалистического» принципа ра-бот т. е., полной разборки станка на узлы, с последующей разборки на де-тали, мы получим значительный список дефектных подшипников, т. к. де-монтаж выполняется в основном ударным методом и подшипники, которые вполне могли работать приходят в негодность. автору приходилось неод-нократно убеждаться, что узлы станка вращались, даже обеспечивали не-

— 247 —

Секция 4

обходимую точность, а при проведенной необдуманной разборке оказыва-лось, что в подшипниках сломаны сепараторы, деформированы их коль-ца, а также проявились задиры на посадочных поверхностях в разобран-ных узлах. но ведь до разборки узел был работоспособен и не мог под-шипник вращаться при разрушенном сепараторе. Все это результат раз-борки узлов на детали с помощью выколоток. но зато с бумажной отчетно-стью все в порядке – объем работ освоен.

Таким образом, вместо полной разборки станков, при применении мето-да обслуживания по фактическому состоянию, требуется лишь частичный разбор тех узлов, где имеются дефектные детали и устранение конкрет-ных неисправностей, то есть, реально необходимый объем работы состав-ляет не более 25% по сравнению с затратным методом, согласно ППр [1].

Рис. 5. Схема состояния деталей станка мод. 1М512МФ3


— 248 —

Также сокращается время ремонта, так как не требуется разбирать ис-правные узлы и можно заранее заказать требующиеся для замены ком-плектующие. Таким образом, видим, что переход на систему обслужива-ния оборудования по техническому состоянию позволяет получить суще-ственный экономический эффект.

Список литературы:1. В.И. Клягин, Ф.С. Сабиров. Типовая система технического обслу-

живания и ремонта металлорежущего и деревообрабатывающего обору-дования. М.: Машиностроение, 1988г. 672 стр.

2. Ю.И. Савинов, определение параметров механических систем станков. Станки и инструмент, № 10, 2010 г., стр. 8-10.

3. А.В. Барков, Н.А. Баркова, А.Ю. Азовцев, Мониторинг и диагно-стика роторных машин по вибрации: изд. Центр СПбГМТУ, 2000 г. 159 стр.

4. Ю.И. Савинов, Снижение стоимости ремонтных работ станков и по-вышение их качества. оборудование и инструмент для профессионалов, № 2, 2009 г., стр. 56-59.

5. Ю.И. Савинов, Шаронов С.В., Патент на изобретение № 2399033, Способ определения люфтов в приводе станка, зарегистрировано 10.09.2010 г.,

6. Ф.М. Диметберг и др. Вибрации в технике: Справочник, Москва, Ма-шиностроение, 1980 г., Том 3, 544 стр.

— 249 —

Секция 4

Новые европейские стандарты испытаний электронных изделий. Оборудование фирмы «Vötsch Industrietechnik»

(Германия) для реализации этих испытаний»В.Н.Беседин

Руководитель западного направления региональных продаж Vötsch ООО «Вайсс Климатехник»

Директива roHS. Безсвинцовые технологии пайки

Сегодня мировая электроника переживает процесс революционных технологических изменений, вызванный строгими требованиями новых директив европейского Союза: RoHS и WEEE. В статье рассматривается директива RoHS, которая находится в центре внимания ведущих мировых производителей электронных изделий, изготовителей и поставщиков элек-тронных компонентов, а также многих компаний и организаций, вовлечен-ных тем или иным образом в производство, маркетинг и продажу изделий электроники в европе и ряде других стран мира. Введение новых техноло-гий вызовет серьезные изменения в производственном процессе, гото-виться к которым необходимо было начинать уже вчера.

директива RoHS (в англоязычной литературе – Restriction of Hazardous Substances) касается электронных и электрических изделий, рабочее на-пряжение которых не превышает 1000 В переменного тока и 1500 В посто-янного тока. директива устанавливает ограничения в части применения в изделиях следующих опасных материалов: свинец (Pb), ртуть (Hg), кад-мий (Cd), хром 6валентный (Cr VI), полибромин бифенил (PBB), полибро-мин дифенил этер (PBDE).

1. Температура плавления стандартных припоев, применяемых в на-стоящее время, например 63Sn37Pb, составляет 183°С, а у большинства бессвинцовых припоев – не менее 217°С.

2. В связи с более высокой температурой плавления припоя все компо-ненты и печатные платы должны выдерживать более высокие температу-ры в процессе пайки, доходящие до 260°С, а паяльное оборудование должно обеспечить указанные температуры. При этом некоторые элек-тронные компоненты, которые успешно использовались в течение многих лет (например, алюминиевые электролитические конденсаторы), с трудом


— 250 —

выдерживают указанные температуры. аналогичная ситуация и с рядом соединителей, корпуса которых требуют доработки, испытаний и последу-ющей сертификации для монтажа при повышенных температурах.

4. Флюсы, используемые в процессе пайки, должны сохранять свои функциональные свойства при температурах до 260°С.

5. Корпуса многих компонентов изготовлены из пластмассы – материала, которому свойственно абсорбировать влагу из окружающей среды, и поэто-му чувствительного к высоким температурам пайки. отсюда и повышенные требования к этим изделиям и в процессе монтажа, и при хранении. Следо-вательно, значительное количество интегральных микросхем (особенно больших размеров) будет поставляться в вакуумных упаковках с ограничени-ем времени возможного использования микросхем после вскрытия упаковки.

Введение новой технологии и выпуск изделий, соответствующих требо-ваниям RoHS, потребуют значительных дополнительных затрат со сторо-ны изготовителей.

необходимо также упомянуть о технических стандартах, имеющих зна-чение для успешного внедрения новой технологии и обеспечения соответ-ствия электронных изделий требованиям RoHS. К сожалению, не все аспекты, связанные с разработкой изделий, отвечающих требованиям RoHS, а также с их маркетингом и продажей на рынках европейских стран, подкреплены стандартами и административными указаниями. Так, до сих пор еще окончательно не узаконены порядок поставок в европу изделий после срока введения RoHS в действие, а также процедура контроля их соответствия директиве.[1]

Стандарт IeCQ QC 080000. Управление процессами использования опасных веществ при производстве

электрической и электронной продукцииВ связи с вступлением в силу директив европейского союза RoHS

и WEEE, октябре 2005 года Международная электротехническая комиссия выпустила стандарт IECQ QC 080000, который направлен на оказание по-мощи производителям электронной техники в эффективном управлении и контроле над опасными веществами. QC 080000 стандарт рассматрива-ется как дополнение к ISO 9001 системы менеджмента качества.

Целью настоящего стандарта IEC является разработка и организация процессов для выявления, контроля количества вредных и токсичных ве-ществ в процессе производства. С его помощью компания может проде-монстрировать свою способность производить продукцию в соответствии с требованиями RoHS и WEEE директив. на основе этого стандарта все компании могут быть привлечены к ответственности за использование опасных веществ в электрической и электронной продукции.[2]

— 251 —

Секция 4

Сертификация электрического оборудования и приборов на электромагнитную совместимость

Сертификация продукции в европейском Союзе, которая подпадает под директивы еС, определяющие обязательную маркировку знаком Се (CE Mark), является обязательной процедурой. Любое изделие, имею-щее в своем составе электрические схемы (компоненты), по требовани-ям европейской директивы 2004/108/EC по электромагнитной совмести-мости (Directive EMC), обязано пройти испытания на электромагнитную совместимость (ЭМС), с правом маркировки Се (CE Mark, CE Marked), что дает возможность беспрепятственного ввоза данного изделия для реализации на территории всех стран европейского Союза. для испыта-ния на ЭМС достаточно предоставление одного образца изделия, в слу-чае, если это проблематично, эксперты Центра проведут испытания на месте и сделают заключение о соответствии изделия директиве ЭМС и гармонизированным стандартам, с выдачей сертификата соответствия Се или еС декларации соответствия (EC Declaration of Conformity, EC Declaration of Compliance). директива по электромагнитной эмиссии не распространяется на продукцию, связанную с авиацией – регламент (EC) № 1592/2002 по общим правилам в области гражданской авиации, радиооборудование, используемое радиолюбителями, на оборудование, которое не в состоянии генерировать электромагнитные выбросы не пре-вышающие определенный уровень и оборудование, подпадающее под другие директивы.[3]

Оборудование фирмы «Vötsch Industrietechnik» для реализации этих испытаний

История «Vötsch Industrietechnik»С 1929 года название Vötsch ассоциируется с системами для темпера-

турных и климатических испытаний. Сегодня Vötsch относится к одному из самых известных поставщиков камер для моделирования условий окружа-ющей среды и теплотехники. Температура и влажность, а также создание экстремальных нагрузок таких как, например, быстрая смена температу-ры, вибрация, воздействие коррозии, вредные вещества в воздухе, свето-вое излучение и т. д. могут воспроизводиться в Vötsch-установках. Техно-логически сложная стандартная программа, а также индивидуальные ре-шения для конкретных методов испытаний дополняют друг друга. Фирма Vötsch Industrietechnik сертифицирована по DIN EN ISO 9001. Vötsch Industrietechnik входит в состав Weiss Group, ведущему мировому лидеру в области моделирования условий окружающей среды, климатехники и те-плотехники. Weiss Group является подразделением группы компаний Шунк (Schunk Group), международного концерна с более, чем 60 фирмами и бо-


— 252 —

лее 8.250 сотрудниками в 27 странах. В 2011 году общий оборот Schunk Group составил ок. 960 млн. евро.

Модельный ряд оборудования «Vötsch Industrietechnik»Стандартные или выполненные в соответствии со спецификацией кли-

ента испытательные системы для промышленности и исследований. от серийной камеры до комплексной системы:

• температурные и климатические испытательные камеры• климатические испытательные камеры с излучением• боксы для испытания материалов и строительных элементов• шоковые температурные системы• температурные и климатические испытательные системы отбраковки –

стрессовые камеры• вибрационные температурные и климатические испытательные камеры• системы для испытаний на коррозийную стойкость• испытательные камеры на выделение вредных газов• испытательные климатические, температурные и коррозийные камеры

больших размеров

ТеплотехникаПечи тепловой обработки и сушки. от компактной стандартной камеры

до большой установки, выполненной по спецификации клиента:• печи для сушки лака в соответствии с EN 1539• печи во взрывозащищенном исполнении• стерилизаторы горячего газа• тепловые и сушильные шкафы для чистых помещений• вакуумные, тепловые и сушильные шкафы• нагревательные печи и печи для отпуска, печи-сундуки• тепловые шкафы для работы с инертным газом• конвейерные печи для постоянных тепловых процессов• системы загрузки• нагревательные альтернативы, такие как электрический нагрев, газ, ин-

фракрасное излучение, микроволны, горячая вода.

Камеры для испытаний тепловым ударом с экстремальными изменениями температур.

Шоковые температурные камеры серии VT³ 70ххПрименение способа быстрого и резкого изменения температур явля-

ется наиболее действенным для определения скрытых дефектов продук-ции еще до ее отгрузки. наши шоковые камеры моделируют все существу-ющие в природе температурные значения от -80°C до +220°C.

— 253 —

Секция 4

Мы на Vötsch целенаправленно стремимся обезопасить Вашу продук-цию при помощи наших приближенных к реальности методов испытаний, используя при этом все наши совместные возможности.

основные технические характеристики температурных шоковых камер новейшего поколения VT³ 7006 / 7012 / 7030 S2 (рис. 1) объем тестового пространства 60, 120 и 300 литров:

• вертикальное расположение испытательных зон• шаровой привод для надежного движения кабины, грузоподъемность

кабины 20 кг в VT³7006 S2, 50 кг в VT³7012 S2 и 100 кг в VT³ 7030 S2• решетка со всех сторон кабины предохраняет образец• температурный диапазон горячей зоны от +50°C до+220°C (опциональ-

но до +250°C)• температурный диапазон холодной зоны от -80 °С до +70 °С• большое отверстие для подводки инженерных коммуникаций/замеров

образцов

рисунок 1. Шоковая температурная камера VT³ 7012 S3

VCe Эмиссионные испытательные камеры для определения летучих органических соединений – VOC

Материалы могут повреждаться воздействием окружающей среды. но именно под этим самым воздействием материалы в свою очередь могут наносить ущерб окружающей среде, т. е. своими выбросами в воздух. Эти выбросы играют решающую роль, в первую очередь в закрытом простран-стве. Здесь они оказывают воздействие на другие имеющиеся в нем мате-риалы и, в первую очередь на людей.


— 254 —

С помощью эмиссионных камер можно оценить относительные факто-ры и их воздействие на эффект сокращения выбросов материалов со-вместно с соответствующими измерительными методами. Летучие органи-ческие выбросы (VOC) продукции и находящихся в помещении материалов испытываются в условиях, приближенных к реальности. научные и произ-водственно-технические мероприятия проводятся с целью ограничения вы-бросов во внутренние помещения для улучшения защиты пользователя.

Стандартное оснащение камер VCE 200 и VCE 1000 Classic (рис. 2):• емкость тестового пространства из нержавейки (240 и 1000 литров),

гальванически отполированная, герметичная до ±10 мБар• внутренний контейнер с кондиционированием воздушной рубашкой• кондиционирование газом-носителем для климата• контроль потока массы газа-носителя посредством регулятора расхода

вещества• десорбция и промывка• микропроцессорная система регулировки и контроля, цветная сенсор-

ная панель

рисунок 2. Эмиссионная камера модели VCT 1000 Classic

Камеры для испытаний на ЭМС при температуре серии VT хххх eMC

Электромагнитная совместимость (ЭМС) – это способность электриче-ского устройства надежно функционировать в своем электромагнитном поле (помехозащищенность), при этом не воздействуя нежелательным об-разом на устройства, находящиеся также в этом электромагнитном поле (из-лучение помех). Электромагнитные воздействия могут привести к функцио-

— 255 —

Секция 4

нальным сбоям электрических устройств и систем (например, самолет, ав-томобиль, поезд, корабль и т. д.). Метрологическое документирование элек-тромагнитной совместимости системы, а также соответствующие защитные меры для сокращения или подавления электромагнитных помех содержа-ние большого количества исследовательских проектов. Правильный дизайн и оснащение в основном для режима электромагнитной совместимости (ЭМС). Контроль и подтверждение помехозащищенности и незначительного излучения помех определены в нормах и правилах ЭМС (IEC 610005- 72001). Требования по защите предписывают, чтобы излучения помех от об-разца были настолько незначительными, чтобы, например, радиоприемни-ки и пр. в зоне помех не подвергались недопустимому воздействию.

Vötsch разработала стандартные установки (16 и 200 литров), оборудо-ванные оптимальным экранированием. Экранирование было измерено и подтверждено институтом Электроэнергетических Систем и Высоко-вольтной Техники Университета Карлсруэ. Тестовое пространство скон-струировано таким образом, чтобы внутренний корпус выполнял функцию экрана. Экранирование характеризует способность электромагнитного экрана снижать или гасить электромагнитные поля и поверхностные токи.

рисунок 3. испытательная камера VT³ 4011 EMC

Тепловые и сушильные шкафы серий TU, lTU, VTUосновные технические характеристики:

• рабочий диапазон температур 200 °C, 250 °C, 300 °C и 350 °C• универсальность в применении• точная равномерность температуры во всем пространстве• минимум площади для установки, в том числе в лаборатории


— 256 —

• короткий срок разогрева благодаря большой мощности разогрева• короткие циклы благодаря оптимальной подаче воздуха и большой

кратности обмена• прочность для больших загрузочных весов• простота в обслуживании [4]

рисунок 4. нагревательная и сушильная печь TU 60/60

Литература1. Лев Шапиро. новые европейские директивы для изделий электроники.2. Стандарт IECQ QC 080000.3. директива 2004/108/EC по электромагнитной совместимости

(Directive EMC)4. информация с интернет сайта http://www.v-it.com/ru/doma/

schunk01.c.59546.ru

— 257 —

Секция 4

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

— 258 —

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

— 259 —

Секция 4

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

— 260 —

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

— 261 —

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

— 262 —

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

— 263 —

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

— 264 —

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

.............................................................................................................................

Documents

Сборник докладов конференции Aerospace Testing Russia