Удосконалення моделей діагностування проточної частини авіаційного газотурбінного двигуна в експлуатації

Abstract

Сучасний авіаційний газотурбінний двигун – це складний технічний об'єкт, що втілив передові технології людства. За допомогою ГТД вирішуються завдання забезпечення потрібної тяги літака та функціонування систем літака. Характерними особливостями сучасних авіаційних ГТД є складність конструкції, наявність робочих режимів, близьких до межі міцності та функціональних обмежень, широкий діапазон висотно-швидкісних умов експлуатації, велика різноманітність перехідних режимів, що встановилися. Сучасний ГТД є складною нелінійною динамічною системою із взаємним впливом газодинамічних та теплофізичних процесів, що протікають у його вузлах. Процеси в двигуні можуть бути нестаціонарними за часом та умовами експлуатації, а для окремих конструктивних схем мають змінний характер. Функціонування двигуна відбувається при постійному впливі внутрішніх та зовнішніх збурень, що часто мають випадковий характер. При цьому до сучасних двигунів пред'являються високі вимоги щодо термінів служби, надійності, безпеки польотів та економічності за мінімальних експлуатаційних витрат і трудомісткості обслуговування. Забезпечення високих вимог до надійності та безпеки за відносно низьких експлуатаційних витрат неможливе без розвиненої та сучасної системи контролю та діагностики. Основними напрямками забезпечення високої надійності та безпеки є: – розробка моделі пошкодження основних деталей, яка прогнозує розвиток дефектів до передвідмовного рівня; – розробка наземно-бортової системи моніторингу, що забезпечує експлуатацію двигунів за технічним станом; – використання інтелектуальних технологій систем моніторингу технічного стану авіадвигунів в експлуатації; – аналіз причин відмов авіаційних двигунів та розробка конструктивно-технологічних заходів щодо їх усунення з урахуванням 9 конструкційних особливостей та схемних рішень перспективних двигунів та ін. Для оцінки технічного стану ГТД у процесі експлуатації застосовуються різні засоби та методи діагностики, включаючи як інструментальні, так і аналітичні. Досвід експлуатації показує, що найбільше ушкоджень пов'язані з проточної частиною ГТД, тобто це пошкодження компресора, камери згоряння, газової турбіни та реактивного сопла. Інструментальні засоби та методи неруйнівного контролю, які застосовуються для оцінки технічного стану проточної частини двигуна, є найбільш інформативними та достовірними. Однак їх застосування можливе тільки на холодному, тобто зупиненому двигуні. При цьому інспекції виконуються через певні інтервали часу, тому існує ймовірність того, що в період між ними можуть виникнути несправності проточної частини критичного характеру. Тому для оцінки технічного стану проточної частини двигуна необхідне застосування не тільки інструментальних засобів, а й аналітичних методів діагностування, що будуються на аналізі термогазодинамічних, вібраційних, електростатичних та інших параметрів. Аналітичний підхід до оцінки технічного стану двигуна будується на діагностичних моделях та методах. Підвищення глибини діагностування дозволяє несправності та відмови перевести в прогнозовані, тобто, по суті, йдеться про керування технічним станом двигуна в процесі експлуатації. За рахунок підвищення глибини діагностування двигуна стала можливою експлуатація з технічного стану з використанням сучасних стратегій технічного обслуговування. Для діагностики проточної частини двигуна широко використовується метод діагностики за термогазодинамічними параметрами, оскільки зміни таких параметрів, як тиск, температура, витрата повітря, швидкість потоку відображають зміни, що відбуваються в елементах і вузлах проточної частини двигуна. При цьому можуть використовуватись математичні моделі 10 (ММ) двигуна різного рівня, які мають різний рівень складності та не завжди можуть застосовуватись для вирішення практичних завдань діагностики. Проблема, пов'язана з розробкою та вдосконаленням діагностичних моделей і методів, є актуальною та важливою, оскільки від того, наскільки вони досконалі, залежить якість діагностування двигуна в цілому.