The Application of Regression Models to Enhance Gas Turbine Engine Fault Tolerance

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. Improving the fault tolerance of automatic control systems (ACS) for gas turbine engines (GTE) relies on structural redundancy, achieved by duplicating measurement channels for key engine parameters. However, determining which channel provides dependable information poses a challenge. A solution proposed involves employing an integrated mathematical model as an "arbitrator". This article focuses on presenting regression models for the main parameters of a gas turbine engine. The study aims at developing a GTE parameter model based on regression models, assess the models' adequacy on both training and predictive datasets, and identify the optimal mathematical model. The article addresses the mathematical model structure of GTE main parameters, presents an experiment setup methodology, examines linear and polynomial regression models, calculates model adequacy, and selects the best models. Findings and conclusion. Regression models using machine learning were built to evaluate the GTE main parameters. During model analysis, various mathematical combinations of the main parameters were considered alongside the main parameters themselves. The research identified significant model regressors and optimal models based on the learning algorithm. A comprehensive analysis of model adequacy revealed satisfactory results for the parameters  (P2; hnc; αвна; n2; n1), while the search for alternative model types for the parameters (T4; αди; αруд)  is proposed.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Sergey V. Ostapenko

JSC «ODK-STAR»

Author for correspondence.
Email: nataly-anv@mail.ru
SPIN-code: 2027-5034

Chief Design Engineer

Russian Federation, 140A, Kuibyshev str., Perm, 614990

Natalia V. Andrievskaya

Perm National Research Polytechnic University

Email: nataly-anv@mail.ru

Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor at the Department of Microprocessor Units of Automation

Russian Federation, 7, Professora Pozdeeva str., Perm,614013

Aleksandr A. Yuzhakov

Perm National Research Polytechnic University

Email: nataly-anv@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1865-2448
SPIN-code: 4820-8360

Doctor of Engineering Sciences, Professor, Head of the Department of Automation and Telemechanics

Russian Federation, 7, Professora Pozdeeva str., Perm,614013

References

  1. Inozemcev AA, Sandrackij VL. Gas turbine engines. Perm, Publishing house OJSC "Aviadvigatel"; 2006. 1204 p. (In Russ.).
  2. Vasilyev SN. Problems of control of complex dynamic objects of aviation and space technology. Moscow, Mashinostroenie; 2015. 519 p. (In Russ.).
  3. Vasilyev SN. Intelligent control and monitoring systems for gas turbine engines. Moscow, Mashinostroenie; 2008. 549 p. (In Russ.).
  4. Gurevich OS, Gulienko AI, Smetanin SA. Analysis of modern automated control systems for turbofan engines and directions of their development. Automatic control systems for aviation power plants: Collection of scientific papers. Moscow: Central Institute of Aviation Motors; 2020:7–12. (In Russ.).
  5. Ostapenko SV, Juzhakov AA. Improving the fault tolerance of ACS using artificial intelligence algorithms. Proceedings of the II international conference «Math modeling». Moscow: Publishing house "Pero"; 2021:68–70. (In Russ.).
  6. Golberg FD, Gurevich OS, Petukhov AA. Mathematical model of an engine in an automated control systems of gas turbine engine to improve reliability and control quality. Trudy MAI. 2012;58:16-24. (In Russ.).
  7. Ostapenko SV, Andrievskaia NV, Iuzhakov AA. Improving the fault tolerance of gas turbine engines through the use of an embedded experimental model. Scientific and Technical Volga region Bulletin. 2023;(11):372-378. (In Russ.).
  8. Golberg FD, Petuhov AA. Identification of the on-board mathematical model of the engine. Automatic control systems for aviation power plants: Collection of scientific papers. Moscow: Central Institute of Aviation Motors; 2020:61–65. (In Russ.).
  9. Drejper N, Smit G. Applied Regression Analysis. Moscow, Dialektika; 2007. 911 p. (In Russ.)
  10. Rashka S, Mirdzhalili V. Python and machine learning. Kiev, Dialektika; 2020. 848 p. (In Russ.)
  11. Watt J, Borhani R, Katsaggelos A. Machine Learning Refined: Foundations, Algorithms, and Applications. Saint-Petersburg, BHV-Peterburg; 2022. 640 p. (In Russ.).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Heatmap of dependencies

Download (119KB)
3. Fig. 2. Modeling results of the original parameter P₂, using the Random Forest Regressor model,  and absolute error MAE

Download (163KB)
4. Fig. 3. Modeling results of the original parameter T₄, using the SGD Regression_Baseline model, and absolute error MAE

Download (182KB)

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».