- •Испытания и обеспечение надежности газотурбинных двигателей
- •Оглавление
- •1.1. Испытания как средство обеспечения надежности гтд.
- •1.2. Виды работ и программы по созданию надежных гтд.
- •1.3. Структура работ по обеспечению надежности гтд.
- •1.4. Испытания на надежность.
- •3. Объект испытания на надежность.
- •2.1. Режимы работы гтд
- •Реверсивные режимы работы
- •Неустановившиеся режимы работы гтд
- •2.2. Категории и виды испытаний гтд Категории испытаний Предварительные испытания гтд
- •Приемочные испытания гтд
- •Ведомственные испытания
- •Сертификационные испытания
- •Приемо-сдаточные испытания
- •Периодические испытания
- •Типовые испытания
- •Эксплуатационные испытания
- •По месту и условиям проведения испытаний
- •По определяемым характеристикам объекта
- •2.3.Этапы и виды работ при создании двигателей
- •Производство
- •2.4. Испытания проводимые на этапе нир
- •2.5. Испытания гтд проводимые на этапе окр
- •2.6. Испытания проводимые на этапе серийного производства
- •3.1. Правила испытаний и приемки гтд Общие положения
- •3.2. Испытания по определению параметров и характеристик гтд
- •3.3.Основные положения методики обработки резуль-татов испытаний и определения характеристик гтд
- •- Полное давление воздуха на входе в рмк, абсолютное
- •- Температура воздуха на входе в рмк
- •Применение методики обработки результатов испытаний для гтд
- •Значения функции давления насыщенного водяного пара по температуре
- •3.4. Основные положения методики приведения основных параметров гтд к стандартным атмосферным условиям
- •3.5. Испытания по определению и проверке прочност-ных характеристик гтд.
- •3.6. Испытания по определению ресурсных характеристик гтд
- •3.7. Специальные испытания гтд
- •Типы задач, решаемых при испытаниях двигателей.
- •4.1. Структура испытательной станции
- •4.2. Испытательные стенды, основные требования, схемы
- •Двигатель для испытаний
- •4.3. Летные испытания, типовые летные испытания, особенности и основные требования, летающие лаборатории
- •Типовые летные испытания гтд
- •4.4. Общие сведения и требования к летающим лабораториям.
- •5.1. Принципы подхода к подготовке программы испытаний гтд.
- •5.2. Особенности испытаний дтрд
- •5.3. Особенности испытаний трдф
- •5.4. Особенности испытаний гтд с реверсом тяги
- •5.5. Особенности испытаний гтд с отклоняемым векто- ром прямой тяги.
- •5.6. Особенности испытаний турбовальных и турбовинтовых гтд, эквивалентная мощность, требования к стендам.
- •5.7. Особенности испытаний пврд
- •6.1. Испытания компрессора (вентилятора)
- •6.2. Испытания основной камеры сгорания
- •6.3. Испытания турбины
- •6.4. Испытания систем автоматического управления (сау)
- •6.5. Исследования шума, генерируемого компрессором и соплом двигателя.
- •6.6. Испытания редукторов
- •6.7. Испытания стартеров
- •6.8. Испытания насосов и форсунок
- •6.9. Испытания топливорегулирующей аппаратуры
- •7.2. Обработка параметров, измеренных в процессе испытаний.
- •7.3. Общие сведения об измерениях и приборах для измерений
- •7.4. Измерение давлений
- •7.5. Приборы для измерения давлений
- •7.6. Измерение температур
- •7.7. Приборы для измерения температур
- •7.8. Измерение расхода топлива
- •7.9. Приборы для измерения расхода топлива
- •7.10. Измерение расхода воздуха
- •7.11. Измерение скорости потока жидкости и газа Определение величины скорости потока
- •7.12. Измерение крутящего момента.
- •7.13. Измерение частоты вращения
- •7.14. Измерение вибраций
- •7.15. Измерение напряжений в элементах гтд
- •7.16. Методы контроля состояния и обнаружения дефектов в ходе испытаний гтд
- •8.2. Измерительно-вычислительный комплекс (ивк)
5.1. Принципы подхода к подготовке программы испытаний гтд.
Испытательные процедуры и инструкции.
Должны быть подготовлены следующие документы, определяющие объем, периодичность, виды, содержание наземных и летных испытаний изделия и его систем:
– утвержденные программы и методики испытаний, регламентирующие наземные (стендовые) испытания и применительно к ним: перечень регистрируемых параметров (обоснование количества, диапазона и погрешности измеряемых параметров); действия персонала при возникновении отклонений; требования по обеспечению безопасности и охране окружающей среды во время испытаний (в частности, относящиеся к мерам по противопожарной, взрывоопасной безопасности, а в случае возможности разрушения детали – осколочной безопасности и т.п.);
– утвержденные программы и методики испытаний, регламентирующие летные испытания и применительно к ним: порядок оформления полетных заданий, составления отчета экипажа и хранения полетных заданий (сроки хранения); проверку готовности двигателя к полету, работоспособности систем, оборудования, комплектности (номенклатура, состав штатных агрегатов, по диапазону и погрешности измерения приборы контроля должны обладать диапазоном и погрешностью измерений, аналогичной типовой конструкции, все приборы оттарированы, обеспечены необходимыми графиками и таблицами); действия персонала в случае отрицательных результатов испытаний;
– утвержденные положения об испытательных подразделениях, включающие: задачи, возлагаемые на подразделение (виды и периодичность выполняемых испытаний и др.); структуру подразделений с распределением ответственности; порядок взаимодействия с другими подразделениями и службами предприятия, а также с разработчиком и военным представительством; метрологическое обеспечение; требования к испытательному персоналу;
– паспорта испытательных стендов, акты аттестации и допуска к эксплуатации.
Кроме того, должно быть обеспечено удовлетворение требований НТД в части оснащения испытательных помещений, кабин управления и наблюдения, а также следующих систем: топливных, масляных, воздушных, электрических и др.; управления за процессом испытаний и слежения за аварийными параметрами; проверка сигнализации и блокирования.
Контроль изменений в процедурах испытаний: формирование и реализация процедур, определяющих порядок разработки, оформления, внесения, изучения и учета изменений в процедурах испытаний, контроля и своевременного доведения изменений до исполнителя. В соответствии с подфункцией все изменения в процедурах (инструкциях) должны утверждаться и контролироваться уполномоченным для этой цели персоналом; процедуры должны определять требования по порядку внесения изменений в документацию на проведение испытаний и должны быть предусмотрены требования по внесению изменений в документацию до проведения испытаний.
Отчетные документы по испытаниям: документы, определяющие порядки разработки, оформления, согласования и утверждения заданий на испытания; составления, согласования и утверждения отчетов по результатам испытаний (как положительных, так и отрицательных);
-порядок оформления полученных результатов испытаний, накопленных материалов и передачи их для последующего анализа;
-виды материалов по результатам испытаний со сроками их хранения.
Квалификация персонала испытательной станции: процедуры должны обеспечивать поддержание достаточного уровня квалификации персонала станции для испытания АД и гарантировать, что персонал испытательной станции допущен к выполнению предусмотренных работ обоснованно.
Программа обеспечения безопасности испытаний: процедуры контроля за выполнением запланированных испытаний и за отчетностью персонала; использование системы регистрации параметров испытаний; анализ и разбор результатов испытаний; меры безопасности в утвержденных программах – заданиях на испытания, периодический обзор случившихся происшествий; меры по противопожарной, взрывоопасной, осколочной и экологической защите.
Участие службы качества в обзоре (анализе) и утверждение инструкций или процедур испытаний в связи с чем должно быть определено:
– участие представителей службы качества в составлении инструкций и процедур испытаний;
– утверждение таких инструкций и процедур службой качества;
– необходимые полномочия представителям службы качества для обязательного контроля ряда позиций в результате чего: продукция должным образом оценивается; проверяется соответствие типовой конструкции путем включения и назначения определенных контрольных точек, которые подтверждают соответствие типовой конструкции; имеется оборудование для выполнения проверок; с помощью имеющегося оборудования адекватно подтверждается соответствие изделий требованиям КД; определение состава
и полномочий лиц службы контроля, ответственных за внесение изменений контрольных точек в инструкции или процедуры испытаний.
Поддержание в надлежащем состоянии записей по завершении испытаний:
должно быть обеспечено хранение материалов испытаний; определены вид, содержание и сроки их хранения.
Порядок хранения на предприятии результатов всех неудовлетворительных испытаний: результатов испытаний объектов, не выдержавших испытания по одному или нескольким параметрам; факта передачи материалов с описанием несоответствующих параметров в комиссию для рассмотрения и принятия решения.
Кроме того, должны быть определены порядки разукомплектации изделия, оформления отчета при отрицательных результатах испытаний, а также оформления, устранения недостатков и допуска деталей (агрегатов, составных частей), имевших отклонения, на повторные испытания (на повторную сборку).
Проверка состояния деталей и узлов АД после испытаний: должен быть определен порядок оценки состояния двигателя и его составных частей после испытаний, предусматривающий: систему проверки после испытаний для подтверждения качества продукции; увеличение частоты и объема проверок при обнаружении несоответствия типовой конструкции после испытаний до тех пор, пока причина несоответствия не будет обнаружена и исправлена; указание типов записей по результатам проверки состояния после испытаний и методов уведомления подразделений (служб), ответственных за отмеченные несоответствия в процессе проектирования и производства.
Утверждение АР МАК процедур по летным испытаниям: согласование с АР МАК и военным представительством (ВП) технических условий на серийные изделия; согласование программ, методик испытаний военным представительством на предприятие (независимой инспекцией АР МАК).
Корректировка АР МАК (ВП) программ испытаний. Процедуры, предусматриваемые данной подфункцией, должны гарантировать что стандарты и основные документы по испытаниям (программы, методики испытаний) АД после утверждения разработчиком согласованы с военным представительством, являющимся уполномоченной стороной АР МАК.
Принципы подхода к подготовке программы испытаний ГТД
Каждый авиационный двигатель обладает определенными особенностями конструкции и эксплуатации. Поэтому при составлении
программы испытаний двигателя новой конструкции необходимо тщательно проанализировать возможность возникновения ранее неизвестных или несвойственных прежним двигателям явлений и назначить соответствующие проверки.
Во-первых, необходимо проанализировать влияние конструктивных и эксплуатационных особенностей на работоспособность двигателя, его термодинамические и прочностные свойства и соответствующим образом составить методики проведения типовых испытаний.
Так, например, при наличии устройств на двигателе для отбора воздуха или газа при разных количествах отбора (т.е. включенных потребителях) будут видоизменяться: температурное поле и средняя массовая температура газа перед турбиной, условия охлаждения камеры сгорания и турбины, вибронапряжения в лопатках компрессора, дроссельная характеристика. Поэтому типовые испытания по определению указанных свойств двигателя необходимо проводить как без отбора воздуха (газа), так и с различными количествами отбираемого воздуха.
Во-вторых, следует предусмотреть специальные проверки работоспособности конструктивных отличий и определение их характеристик. Если обратиться вновь к конструкции двигателя с отбором воздуха, то это будут проверки работоспособности механизма включения отбора воздуха, ограничителя максимального отбора воздуха, пригодности отбираемого воздуха для использования его на предусмотренные цели (например, кондиционирование кабин экипажа и пассажиров, наддува топливных баков, работы системы ПОЗ, приводов агрегатов, охлаждения элементов двигателя и т.д.).
Применение новых материалов или рабочих тел может потребовать введения специальных испытаний. Так, например, в случае применения конструкционных материалов из сплавов на основе магния или титана требуется проверка невоспламеняемости этих материалов из-за контактирования их с горячими газами, трения или задевания в результате возможной поломки или ненормальной работы как самих деталей, так и других элементов двигателя.
Влияние на работу двигателя различных масел, топлив и присадок к ним, жидкостей, впрыскиваемых на входе, также должно всесторонне изучаться. Впрыскиваемая на входе в двигатель жидкость для поддержания или форсирования мощности (силы тяги) может давать накипь или приводить к короблению и коррозии горячих узлов. В результате возросшее сопротивление газовоздушного тракта двигателя приведет к уменьшению силы тяги и возрастанию удельного расхода топлива на нефорсированных режимах. Из-за более быстрого охлаждения корпуса по сравнению с ротором (жидкость отбрасывается лопатками компрессора к периферии) может
произойти задевание ротора за статор. Не исключено попадание жидкости в систему смазки, отверстия для газодинамических измерений с
последующими нарушениями в системе регулирования. Может выявиться недостаточность единой регулировки топливоподающей аппаратуры при работе с впрыском жидкости и без нее и т.д.
При применении криогенных топлив существенно осложняется работа топливоподающей и топливодозирующей аппаратуры из-за возможной кавитации и интенсивного теплообмена с окружающей средой. Хладоресурс криогенных топлив может использоваться для охлаждения горячих деталей двигателя, в этом случае возможно вымораживание влаги из воздуха на теплообменниках, если они применяются в системе охлаждения, с резким изменением условий теплопередачи в процессе работы двигателя. Низкие температуры существенно влияют на прочностные характеристики металлов.
Сохранение работоспособности двигателя в особых условиях эксплуатации необходимо проверять специальными испытаниями. Так, например, если двигатель применяется в морской авиации, то должно быть проверено не вызывает ли коррозию попадание внутрь двигателя морской воды. Для этого перед остановкой двигателя на вход подают некоторое количество морской воды и оставляют «мокрый» двигатель в покое на несколько суток. Затем разбирают и по результатам дефектации судят об опасности влияния морской воды на элементы двигателя.
Если двигатель работает в условиях большого количества пыли, проверяют влияние пыли на износ элементов двигателя и вызываемые этим износом изменения эксплуатационных свойств ( повышение удельного расхода топлива, снижение запаса устойчивой работы и т.д.), а также надежность работы пылезащитных устройств. Испытания должны проводиться при личных запыленностях воздуха (в г/м3), размерах частиц пыли и ее химического состава, так как от них зависит степень повреждаемости элементов двигателя.
Для некоторых конструктивных схем ГТД установились опробированные виды испытаний, рассмотрению которых посвящены разделы настоящей главы.