Вопрос 2. Вибродиагностирование двигателей

Оценка технического состояния авиадвигателей с помощью характеристик вибраций используется на практике довольно широко. Эффективность вибродиагностики доказывается тем, что около трети всех досрочно снимаемых двигателей – результат оценки их вибросостояния. ГТД – сложная динамическая система, состоящая из множества взаимодействующих элементов и подсистем. Вибрация – это реакция динамической системы на возмущающие силы. Различают несколько видов вибраций, генерируемых двигателями: роторная вибрация, винтовая вибрация, газовоздушная, редукторная, подшипниковая, лопаточная и дисковая вибрации.

При диагностировании ГТД широко используют спектральные характеристики вибраций. Спектр вибраций представляет собой совокупность многочисленных составляющих гармоник, несущих диагностическую информацию о состоянии различных деталей и узлов двигателя. С наработкой исходный спектр претерпевает постепенные изменения, а в случае предотказного состояния ГТД он быстро видоизменяется за счет отдельных составляющих гармоник.

В полете основу вибродиагностического метода оценки состояния ГТД составляют данные вибрации корпуса, зафиксированные штатными индукционными или пьезопреобразователями. В качестве диагностического признака используют виброскорость, представляющую собой первую производную вибросмещения по времени. Вибрацию нормируют также по коэффициенту виброперегрузок – отношению виброускорения к ускорению свободного падения.

На практике отказы двигателей наблюдаются в диапазоне = 30 ... 90 мм/с и = 4,5 ... 15. Принято считать, что сравнительно более высокую диагностическую ценность имеет виброскорость , так как она независимо от частот и форм колебаний имеет прямую функциональную связь с действующими в деталях напряжениями. Коэффициент виброперегрузок зависит как от частоты колебаний, так и от их формы. Поэтому он используется в основном в ТВД, где круговая частота вращения вала постоянна, а разрушения происходят при фиксированных формах колебаний. Для повышения достоверности диагноза по вибрации используют дополнительную информацию: скорость изменения виброхарактеристики по наработке и характер этого изменения (монотонный или скачкообразный). Анализ вибросостояния по данным полетной информации показывает, что уровни виброскоростей на исправных двигателях незначительно увеличиваются по наработке и в среднем составляют на передней опоре мм/с и на основной мм/с. При этом скорость их изменения по наработке мм /с. Превышение этих величин обычно служит основанием для постановки двигателя на режим особого контроля (если виброизмерительная аппаратура исправна).

Вопрос 3. Диагностирование по термогазодинамическим параметрам

К термогазодинамическим параметрам относят: давление, температуру, отношение давлений и температур, расход топлива и масла, проходные площади сечений проточной части, тягу, а также частоту вращения роторов. Наиболее широко при термогазодинамическом диагностировании ГТД применяется метод математического моделирования изменения вышеперечисленных параметров в процессе работы двигателя. Различают детерминированные, вероятностные и комбинированные модели ГТД. В детерминированных моделях все взаимосвязи, переменные и константы заданы точно, что приводит к однозначному определению результирующей функции. В вероятностных моделях задаются соответствующие законы распределения случайных величин, что приводит к вероятностной оценке этой функции. Чаще применяют детерминированные модели. Здесь признаками состояния двигателя могут быть тяга R, расход топлива G , температура газов перед или за турбиной , параметры рабочего тела по тракту, параметры топливной, масляной систем и т. д. Примерами возможных состояний могут служить прогары лопаток турбины, жаровой части камер сгорания, деформация элементов проточной части и т. п.

Определенные возможности заложены в диагностический параметр «расход топлива». Опыт показывает, что повреждение газовоздушного тракта ГТД увеличивает расход топлива на 120. . .150 кг/ч при одновременном изменении других термодинамических параметров. Характеристики расхода топлива достаточно хорошо отражают техническое состояние камер сгорания и сопловых аппаратов турбин. Однако, как показывает опыт, точное измерение расхода затруднено из-за погрешностей расходомеров, вызванных необходимостью учета плотности керосина при разных температурах.