2.2. Анализ безотказности авиационных гтд по опыту их эксплуатации

На основании имеющихся информационных материалов по надежности ГТД, установленных на воздушных судах гражданской авиации и входящих в состав наземных установок, произведен общий анализ безотказности авиационных ГТД. В табл. 2.3 приведены данные о распределении отказов по основным группам причин. Такое распределение отказов по отдельным группам причин носит условный характер, так как в большинстве случаев факторы, обусловившие отказ двигателя, носят комплексный взаимосвязанный характер; в значительной степени зависящий от конструкции конкретного двигателя. Так, например, средняя наработка на отказ у различных типов двигателя существенно различна. На рис. 2.4 приведены данные о надежности четырех типов авиационных двигателей: поршневых, турбовинтовых, турбореактивных и двухконтурных турбореактивных. Из приведенных данных видно, что наибольшей безотказностью обладают двухконтурные турбореактивные двигатели второго поколения, для которых параметр K₁₀₀₀ = 0,2 (параметр K₁₀₀₀ представляет собой условное число, показывающее сколько отказов приходится на 1000 ч работы двигателя); у турбореактивных и двухконтурных двигателей первого поколения параметр K₁₀₀₀ = 0,3; у турбовинтовых – K₁₀₀₀ = 0,4, а у поршневых – K₁₀₀₀ = 1.

Таблица 2.3. Распределение отказов авиационных ГТД

Группа	Причины	Количество отказов, %
I	Конструктивно-производственные дефекты	90
II	Отказы, связанные с нарушениями правил технической эксплуатации	8
III	Отказы, связанные с ошибками в управлении силовой установкой в процессе эксплуатации	2

Рис. 2.4. Распределение относительного числа отказов на 1000 ч наработки авиационных двигателей различных типов

В табл. 2.4 приведены данные о распределении отказов по основным системам двигателя по данным обработки информации с использованием автоматизированной информационно-справочной системы (АИС). Как следует из приведенных данных, отказы двигателя турбокомпрессора в составе силовой установки составляют около 50 % отказов всех систем силовой установки.

Таблица 2.4. Распределение отказов по системам силовой установки 1965—1975 гг.

Наименование системы	Распределение отказов, %
Двигатель	45
Система регулирования	28
Масляная система	11
Система подачи горючего	6
Система технического обслуживания	10
Итого	100

Анализ приведенных в табл. 2.5 данных показывает, что у ГТД наибольшее число отказов приходится на компрессор и газовую турбину, а у турбовинтовых двигателей еще и на редуктор с воздушным винтом. При этом следует подчеркнуть, что имеется незначительное число типов деталей, отказы которых вносят максимальный вклад в отказы силовых установок. К таким деталям относятся: рабочие лопатки компрессора и турбины; компрессорные и турбинные диски; жаровые трубы камер сгорания и подшипники.

Таблица 2.5. Распределение отказов ГТД из-за разрушения деталей

Узел двигателя	Характер отказа	Тип двигателя
		РД-3М-500 (ТРД)	АИ-20 (ТВД)	Д-20П (ДТРД)
Компрессор	Обрыв рабочих лопаток	1	13	–
	Разрушение подшипников	–	3	5
Камера сгорания	Прогар стенок жаровой трубы	–	2	5
Турбина	Обрыв рабочих лопаток	14	10	15
	Разрушение подшипника	2	13	10
	Разрушение лабиринтов	–	9	10
Редуктор	Разрушение вала рессоры	–	33	–

На рис. 2.5 приведено распределение отказов авиационных ГТД по этапам выполнения полета (по данным обработки информации с использованием АИС). Из всех отказов 17 % приходится на отказы при работе двигателя на земле (запуск, руление, взлет) и 83 % – на отказы при работе в воздухе, при этом 57 % отказов происходит при работе на повышенных режимах (максимальный и номинальный режимы). Такое распределение свидетельствует о существенном влиянии запусков и повышенных режимов работы на долговечность деталей двигателя. При анализе безотказности авиационных ГТД следует иметь в виду, что она в значительной степени обусловлена рядом трудно поддающихся анализу факторов и, в частности, увеличением в составе эксплуатирующихся двигателей ремонтных двигателей, а также увеличением ресурса двигателя в целом без смены узлов и деталей, ресурс которых выработался. Малую надежность ремонтных двигателей можно проследить, сравнивая данные по отказам ремонтных и неремонтных двигателей. По данным некоторых зарубежных авиакомпаний, число ремонтных двигателей, снимаемых досрочно, в 2–5 раз превышает число новых двигателей, вышедших из строя раньше срока.

Рис. 2.5. Распределение отказов ГТД по этапам полета

По характеру отказов их можно разделить на три группы: 1) отказы, обусловленные нарушением герметичности гидравлических систем; 2) параметрические отказы; 3) отказы, обусловленные разрушением деталей.

Причины разгерметизации гидравлических систем (топливные и масляные магистрали) обычно устанавливаются однозначно при осмотре состояния указанных систем. Типичными причинами отказов гидромагистралей являются разрушения трубопроводов, в особенности дюритовых элементов; разрушение и недостаточная плотность прокладок; износ манжет; нарушение плотности соединений; зависание клапанов и т. д.

Параметрические или функциональные отказы обусловлены отклонением параметров рабочего процесса от их нормированного значения без разрушения деталей двигателя. При использовании ГТД в составе наземных установок параметрические отказы, как правило, обусловлены влиянием запыленности воздушного потока на изменение геометрии газовоздушного тракта двигателя вследствие отложений.

Значительное снижение надежности ГТД вызвано отказами, обусловленными разрушением деталей двигателя, что определяется такими их свойствами, как прочность и долговечность.