- •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)
1.3. Структура работ по обеспечению надежности гтд.
Двигатель как сложное изделие состоит из большого числа систем, подсистем, узлов и агрегатов, и поэтому на этапах конструирования и испытаний производится отработка надежности каждого элемента и узла создаваемого изделия. Типовая структурная схема работ по обеспечению надежности сложного изделия представлена на схеме структуры. Разработчики двигателей в соответствии с заданием на разработку выполняют следующие работы по обеспечению безотказности и долговечности изделия.
Рис.1.1.Схема структуры работ по обеспечению надежности сложного изделия.
1. Собираются и изучаются данные по нагрузкам и внешним воздействиям, которые зависят от характера и протяженности маршрутов полета, характеристик маневренности и скороподъемности, а также от эксплуатационных характеристик и ресурса самолета. Уточняются требования к надежности двигателя и распределению продолжительности его работы на взлетном, максимальном, номинальном и крейсерском режимах и другие требования к эксплуатационным характеристикам двигателя.
2. Изучаются фактически достигнутый в эксплуатации уровень надежности двигателей и их основных узлов, являющихся прототипами или близкими по назначению и основным характеристикам к создаваемому двигателю. Особый интерес представляет изучение двигателей, снятых с эксплуатации из-за отказов или при полной выработке ресурса. Получаемая при этом информация позволяет правильно спроектировать узлы нового двигателя и предупредить появление многих отказов, ограничивающих заданный уровень надежности.
3. На основании данных по нагрузкам и внешним воздействиям и анализа фактической информации о результатах эксплуатации узлов и деталей изделий или их аналогов уточняются требования к отдельным элементам нового двигателя и производят подбор необходимых материалов с учетом их прочностных характеристик, обрабатываемости, производственных возможностей и стоимости.
4. Уточняется состав технических и организационных мероприятий, необходимых для выполнения заданных требований по надежности создаваемого двигателя. Одновременно разрабатывается комплексная программа обеспечения надежности и ресурса двигателей с конкретизацией выполняемых работ по отдельным узлам и двигателю в целом на каждой стадии разработки двигателя.
На этом этапе закладываются конструктивные и производственные решения, обеспечивающие реализацию необходимого ресурса в эксплуатации.
Один из самых ответственных этапов комплексной программы – это этап испытаний, проводимых в подтверждение соответствия фактических показателей надежности изделия (двигателя) и его элементов заданным требованиям по надежности.
5. Проводится комплекс опережающих испытаний вновь создаваемых узлов и агрегатов на моделирующих установках, стендах и специальных летающих лабораториях. Одновременно оценивается правильность конструктивных и производственных решений по обеспечению надежности узлов и агрегатов, применявшихся на прототипах и используемых на новом двигателе.
6. Проводятся стендовые испытания двигателя в наземных и высотных условиях и на летающих лабораториях для определения действительных нагрузок и эксплуатационных характеристик основных узлов двигателя. При этих испытаниях осуществляется вибрографирование, тензометрирование, термометрирование двигателя и его узлов с имитацией различных климатических воздействий (высокие и низкие температуры воздуха, повышенная влажность и запыленность воздуха). Оценивается повреждаемость лопаток компрессора, при попадании посторонних предметов, птиц, льда и пр.
В процессе этих испытаний фиксируются повреждения и отказы, условия их появления и последствия. Особенно важное значение имеет разборка двигателя с подробной дефектацией всех узлов и деталей.
Испытания двигателя продолжаются до тех пор, пока его технические и эксплуатационные характеристики не будут удовлетворять заданным требованиям.
7. Проводятся длительные ресурсные стендовые испытания двигателей, удовлетворяющих требованиям по тяговым, расходным характеристикам и по эксплуатационным параметрам. Работоспособность двигателя на переходных режимах и его основные эксплуатационные характеристики проверяются и отрабатываются на летающих лабораториях.
8. По результатам проведенных по п.п. 5—7 работ устанавливают назначенный ресурс, календарные сроки службы и допуски на основные параметры двигателя (частота вращения, температура газов за турбиной, уровень виброперегрузок на корпусе компрессора и т. п.), а также допустимую продолжительность наработки на основных режимах работы двигателя.
Дальнейшее увеличение назначенного ресурса проводится только на основании изучения результатов эксплуатации двигателей и их дефектации после выработки установленного ресурса и контрольной проверки продленного ресурса двигателей на эксплуатируемых самолетах.
Ресурс двигателя и всех его элементов агрегатов и систем, в конечном счете, зависит от прочностных характеристик, обусловленных правильным выбором материалов и запасов прочности.
В связи с тем, что на стадии проектирования трудно заложить одинаковую долговечность всех частей двигателя, в условиях практической эксплуатации выявляются отдельные «критические» элементы и агрегаты, имеющие недостаточную долговечность. Это обстоятельство существенно затрудняет процесс установления назначенного ресурса для двигателя, и потому в реальной эксплуатации имеют место три формы назначенного ресурса: фиксированный, дифференциальный и по фактическому состоянию.
Анализ возможных методов установления и продления ресурса двигателей показывает, что правильное его назначение требует учета большого числа факторов, в том числе физических, определяющих изменение функциональных свойств двигателя во времени, и экономических, определяющих целесообразность дальнейшего увеличения ресурса при конкретных условиях эксплуатации, обслуживания и ремонта.
Большое значение для обоснованного назначения ресурса имеет анализ связи между долговечностью и безотказностью. Ранее было указано, что отказы двигателей, проявляющиеся в полете, снижают уровень безотказности. Некоторые отказы приводят к досрочному съему двигателей, а выявляемая на земле и в полете их совокупность уменьшает готовность самолета к полету и приводит к повышению эксплуатационных расходов. При обосновании возможности увеличения ресурса необходимо учитывать такие экономические показатели, как суммарные затраты на изготовление, транспортировку и замену двигателей. При рационально назначенных ресурсах снижается количество двигателей, находящихся в эксплуатации, резко сокращаются простои при их замене на самолетах и эксплуатационные расходы .
Схема структуры работ также отражает методологию поузловой отработки частей двигателей, заключающуюся как в опережающем создании отдельных элементов и агрегатов, так и в их дифференцированной отработке на специальных стендовых установках. Практическая реализуемость такой методологии полностью отвечает требованиям создания модульных конструкций двигателей. В этом случае с меньшими затратами обеспечивается доводка безотказности и долговечности отдельных наименее надежных узлов и модулей до необходимого уровня. Таким образом, повышается эффективность доводки двигателей в процессе длительных ресурсных испытаний.