Вопрос 2. Автомодельность ускоренных испытаний

АВТОМОДЕЛЬНОСТЬ, особая симметрия физической системы, состоящая в том, что изменение масштабов независимых переменных, описывающих системы, может быть скомпенсировано преобразованием подобия.

Чтобы вывести явные аналитические выражения, надо задаться конкретным видом функций времени (закон распределения). Принимают, что изменение интенсивности тех или иных внешних воздействий не меняет доминирующего механизма отказов (или их совокупности). Это означает, что закон распределения отказов меняет не свою форму, а лишь масштаб по времени. Иначе, моменты отказов одних и тех же изделий в различных режимах отличаются постоянным множителем, одинаковым для всех элементов партии и зависящим от вида функциональной модели надежности и соотношения нагрузок в этих режимах. Это предположение используется повсеместно в теории ускоренных испытаний для пересчета к нормальному режиму (если же форма распределения изменяется, то считают, что нарушается условие автомодельности). Дальнейший анализ показывает, что данное предположение накладывает довольно жесткие ограничения на варьирование параметров законов распределений от режима к режиму.

Лекция 19. Определение гамма-процентного ресурса

Вопрос 1. Виды ресурсов вс и ад

Технический ресурс характеризует долговечность ГТД. Его следует понимать как наработку от начала эксплуатации (или ее возобновления после ремонта) до наступления предельного состояния, регламентированного технической документацией. По характеру предельного состояния и способу отсчета наработки различают полный ресурс и ресурсы, связанные с ремонтами - доремонтный, межремонтный и послеремонтный. Полный ресурс (назначенный до списания) включает в себя несколько ремонтных (обычно до 3-х) и для современных ГТД может достигать 20...30 тыс. ч. Ремонтные ресурсы часто назы­вают гарантийными, так как в их пределах предприятие-изготовитель или ремонтное предприятие гарантирует обусловленный уровень безотказности двигателей по конструктивно-технологи­ческим причинам.

Ресурс можно трактовать как наработку, в течение которой допустимо и целесообразно использовать двигатель в заданных условиях эксплуатации. Допустимость и целесообразность определяются, с одной стороны, требованиями к обеспечению функционирования двигателя с необходимым по условиям безопасности полетов уровнем безотказности, а с другой — максимальным экономическим эффектом в эксплуатации. При назначении ресурса возникают существенные противоречии между категориями экономичности и надежности. Так, например, увеличение ресурса способствует повышению экономической эффективности использования двигателей, но без принятия соответ­ствующих мер снижает их безотказность. Поэтому задача уста­новления ресурса требует поиска оптимального решения по кри­терию минимума производственных и эксплуатационных затрат при условии жестких ограничений на уровень надежности.

По способу установления различают две разновидности ре­сурса: фиксированный и дифференцированный. Фиксированный ресурс принимают для парка двигателей равным ресурсу наибо­лее слабого в прочностном отношении элемента конструкции (например, рабочей лопатки или диска I ступени турбины). Ремонт двигателя выполняют при этом через фиксированные зна­чения наработки независимо от его фактического состояния (оценить которое в эксплуатации не всегда представляется воз­можным). Такой способ используют на ранних этапах эксплуата­ции при небольшой суммарной наработке парка ГТД, когда многие характерные для них неисправности еще не успевают проявляться, но при ремонте могут быть легко обнаружены. В экономическом отношении фиксированный ресурс не является оптимальным, однако этой ценой позволяет сохранять приемле­мую безотказность новых двигателей в эксплуатации.

Дифференцированный ресурс назначают различным для от­дельных наиболее ответственных элементов двигателя (диски, ра­бочие лопатки, жаровые трубы и др.) в зависимости от их фак­тических запасов работоспособности, определяемых для некото­рых типичных условий эксплуатации. При модульной конструк­ции ГТД такой способ позволяет достаточно полно использовать ресурсные возможности деталей и узлов.

Дифференцирование ресурса целесообразно выполнять не только по элементам двигателя, но и по условиям эксплуата­ции, которые оказывают существенное влияние на надежность ГТД. Поэтому наивыгод­нейшей формой использования двигателей следует признать установление ресурса основным узлам и элементам по их факти­ческому состоянию. Эта форма может быть достигнута при эксп­луатации ГТД по состоянию с индивидуальными сроками ре­монтов каждого конкретного двигателя и его модулей, обосно­ванными с помощью достоверных методов технической диагно­стики. Назначение ресурса по состоянию будет обеспечивать максимально возможное использование заложенных в конструк­цию ГТД запасов работоспособности и обусловленный этим наибольший экономический эффект при сохранении высокой безотказности двигателей в эксплуатации.

При любом способе установления ресурса первоначальной основой для оценки ограничений по величинам предельно до­пустимой наработки являются расчетные запасы прочности наиболее ответственных элементов конструкции двигателя. Расчет коэффициентов запаса прочности элементов производят по различным методикам, назначая при определении действующих напряжений наиболее тяжелые расчетные режимы и используя стандартные среднестатистические характеристики прочности конструкционных материалов (длительной прочности, выносливости, малоцикловой усталости и др.). Вычисленные коэффициенты запаса сопоставляют с нормативными значениями, которые отражают ранее накопленный опыт проектирования, производства и эксплуатации двигателей и гарантируют на этой основе их приемлемую надежность в пределах назначаемого ресурса.