Введение к работе
- з -
Актуальность исследования. Важнейшим направлением в области повышения безопасности и регулярности полетов является разработка и внедрение новых эффективных методов и средств раннего обнаружения неисправностей элементов летательных аппаратов (ЛА).
Создание методов и средств раннего обнаружения (прогнозирования) отказов и неисправностей функциональных систем ЛА является необходимым при реализации прогрессивных стрьтегий технического обслуживания авиационной техники (AT). В частности, возрастающую роль в деле снижения затрат на эксплуатацию ЛА и авиационных двигателей (АД) преобретает в последнее время обслуживание AT по фактическому техническому состоянию.
Современный АД, являясь наиболее ответственной частью ЛА, при техническом обслуживании (ТО) по фактическому состоянию требует тщательного контроля и анализа параметров его функционирования.
Современные технологии контроля ГТД позволяют обнаруживать ряд првдоткозных состояний на рвтшх стадиях развития путем проведения анализа состояния масла, уровня вибраций, значений термогазодинамических параметров, оптико-визуального контроля и т.д. При этом важное значение, с точки зрения обеспечения безопасности перевозок, имеет диагностирование АД на земле и, в частности, при периодическом обслуживании AT.
В последнее время все актуальнее становятся вопросы, касающиеся диагностирования внутренних повреждений элементов ГТД, способных вызвать опасный отказ. Разработка и использование в практике эксплуатации углублениях методов диагностирования,
- 4 -спосоОїшх предупредить развитие предотказных состояний в механических системах ІТД, закрытых для непосредственного наблюдения, имеет важное практическое значение. Между тем, применяемые в настоящее время методы и средства обнаружения повревдений деталей и узлов трения ГТД на ранних стадиях их развития не всегда эффективны и объективны.
известные методы контроля работавшего масла на содержание продуктов износа обнаруживают внутренние повреждения двигателей с некоторым запаздыванием информации, что в ряде случаев не обеспечивает полной безопасности полетов.
В ряду диагностических параметров, позволяющих заблаговременно и объективно фиксировать развивающиеся отказы АД, особого внимания заслуживают параметры функционирования масляных систем двигателя. Известно, что масло омывает наиболее ответственные узлы ЛД (подшипники, шлицевые, зубчатые соединения и т.д.), а поэтому может нести ценную диагностическую информацию об их техническом состоянии. Эта информация условно складывается из "внешних" и "внутренних" факторов. К внешним относятся такие, как насыщение продуктами износа, потеря характеристик термостабильности от воздействия повышенных температур и прочие. К внутренним факторам могут бить отнесены постепенная утрата вязкостных, окислительных и других характеристик, обусловленные продолжительностью работы масел. Есть и такие характеристики, которые являются общими как для аварийных, так и для закономерных процессов исчерпания ресурса узлов трешш АД. '
Например, из практики эксплуатации авиационных ГТД замечена нестабильность оптической плотности ( А ) масел не двигателях,, отработавших разныэ -сроки в эксплуатации, о также имегашо
- 5 -различные дефекты узлов трения . Между тем, до настоящего времени оптическая плотность работавших масел не отнормирована.
В связи с изложенным, работа посвящена исследованию возможного использования оптико-цветовых характеристик масел для диагностирования узло^ трения ГТД и выявления возможных поврождештй на ранних стадиях развития, а также для оценки эксплуатационных свойств самих масел.
Состояние проблелн. Влияние наработки на эксплуатациошше свойства масел изучалось рядом авторов. При этом разными исследователями получены некоторые результаты влияния работавшего масла на износ трущихся деталей. Так, ряд зарубежных специалистов высказывались за возможно частую замону масла в двигателях, исходя главным образом из факта накопления в нем мехаїшческих примесей. Отечественные исследователи Н.П.Вогаюв, Н.А.Куняев, М.П.Дубинин, Г.В.Веденяшга и другие считали постепенное нзменени' цвета и накопление в процессе работы мехаїшческих примесей решающими факторами ухудшения смазочного действия масел. В то же время, исследования Е.Г.Семенидо, М.П.Новикова, Г.П.лашко и других показал;:, что в ряде случаев работавшее в двигателях масло может иметь более высокие противоизносшо свойства, чем свежее.
Во Внуковском ПО собран статистический материал по связи между накоплением продуктов износа в маслах ГТД НК-86, ПК 8-2У п пх относительного потемнения. Там же делались погштгаї нормирования оптической плотности масел по примесил на основании результатов дефектацпп ГТД. Однако, по ряду причин стабильных результатов получить не удалось. В частности, параметр "стружка в масле" являясь интегральны;* по отношению к целому ряду неисправно-
- 6 -стай, в ограниченной мере позволяет установить "адрес" дефекта. Тем не менее, в ряде случаев недопустимое потемнение масла в двигателе рассматривается как признак развития неисправности (например, снижение прозрачности масла Б-ЗВ в редукторах вертолетов Ми-8). Опыт подтверждает правильность таких подХ(.мОВ.
В Государственном научно-исследовательском институте гражданской авиации (ГосНИИ ГА) проблема повреждаемости узлов трения ГТД рассматривалась во взаимосвязи потемнения масла о содержанием в нем металлических примесей. По результатам этих исследований была разработана методика оценки технического состояния узлов трения двигателей НК-86, ПК 8-2У, Д-ЭОКУ, Д-36, ТВ 2-II7A, в которой параметром потемнения масла МС-8П, ИПМ-10, Б-ЗВ является коэффициент пропускания t = БОЖ. К сожалению, обоснование выбора этого предела в методике отсутствует.
Надо отметить, что величина частиц износа, поступающих в масло колеблется, образуя однородную и стабильную во времени суспензию. Но не только примеси влияют на потемнение масел. На первом этапе работы изменвішя эксплуатационных свойств масел обуславливаются разрушением циклических связей углеводородных бензольных колец, попаданием в масло продуктов окислительного изнашивания трущихся пар, а также графито-углеродных частиц. На последующих этапах работы в маслах начинают превалировать такие факторы, как термическая нестабильность и накопление металлических примесей.
Практичесіаі все перечислошше изменения можно фиксировать и использовать в качестве диагностической информации.
Таким образом, авиационное масло является носителем обширной информации о техгвгооском состоянии узлов трения ГТД. В связи
с необходимостью рвішего обнаружения воамокннх повреждений особый интерес представляют оптико-цветовые характеристики масел. К ни* относятся: оптическая плотность, степень прозрачности (коэффициент пропускания), цвет масла.
Научпо обоснованное нормирование упомянутых характеристик позволит использовать их при диагностирова/пгл состояния узлов трения ГТД на более рашшх стадиях развития повреждений, чем применяющиеся в настоящее время средства и методики, что делает проведение исследований в этом направлении весьма актуальними.
Данная диссертационная рьСота базируется на материалах теоретических и эксперимент о лышх исследований, выполненных автором в Московском институте инженеров гражданской авиации (МШГА). Часть экспериментов выполнялась в ГосНИИ ГА. В настоящее время исследования в данном направлении осуществляются в рамках НИР J* 905, выполняемой по заказу Департамента воздушного транспорта Минтранса России (ДВТ РФ). Автор является ответственным исполнителем данной НИР.
Ниже приводится ісраткая характеристика целей, задач, содержания и основных результатов диссертационной работы. Цель работ и задачи исследования.
Цель диссертационной работы заключается в реализации возможности использования оптичесіотх характеристик масла для диагностіфования теншческого состогашя узлов трения ГТД, а также эксплуатационных свойств самих масел.
Главными задачагаї исследовании являлось:
выявление процессов изменения и характеристик оптических свойств мосол на различных этапах эксплуатационной наработки;
экспериментальная оценка эксплуатационных свойств работавших
- 8 -масел с различными оптико-цветовыми характеристиками;
выявление количественных связей оптико-цветоБых характеристик масел с конкретными дефектами, развивающимися э узлах трения ГТД в процессе эксплуатации;
нормирование эксплуатационных свойств масел но количественным значениям их оптико-цветовых характеристик;
нормирование коэффициента пропускания (степени прозрачности), а также скорости потемнения масел в связи с развитием опасных повреждений в узлах трения ГТД.
методика оценки состояния авиационных масел с целью обеспечения безотказной работы двигателей Д-36, ПС-90А. Ыетоои исследования.
В работе использован комплексный подход, включающий известные метода теории вероятностей, математической статистики, а также функционального и регрессионного анализа. . Научная новизна работы состоит в следующем:
1. Получены новые данные о том, что на начальной стадии
развития повреждений узлов трения 1ТД оптические характеристики
ашамасол меняются независимо от наличия в них металлических
примесей.
2. выявлены устойчивые взаимосвязи меаду процессами изменения
оптических свойств масла ИПМ-10 с наработкой.
-
Получеы пакономорности изменения эксплуатационных свойств, масла ИШ-10, имевшего различные оптические характеристики.
-
Разработан методический подход к нормировании порогового значения оптических свойств масла ИПМ-10.
б. Разработана методика выявления предотказянх состояний уэлов третій ГТД на ранних стадиях развития их повреждений.
- 9 -6. Предложен механизм принятия диагностических решений о возможности дальнейшей эксплуатации двигателя Д-36 по результатом изменения скорости потемнения масла. Этот мехаїгазм может Оить использован и ко отношению к двигателю ПС-90А.
Практическая ценность работы заключается в том, что разработанный подход к диагностированию узлов трения ГТД с использованием оптико-цветсг.ых характеристик масел позволяет:
распознавать и предупреждать отказы в узлах трения ГТД Д-36, ПС-90А на ранних стадиях их развития;
существенно повысить безопасность полетов и ряд других показателей 1ГГЭ;
снизить досрочные съемн двигателей с эксплуатации по причинам, связанным с предполагаемым разрушением узлов третя;
снизить трудоемкость и продолжительность технического обслуживания двигательного парка в предприятиях ГА.
Реализация и внеОрение результатов работы. Результаты, полученные в диссертационной работе, частично используются в ряде предприятий ГА и реализованы в "Методике оценки технического состояния узлов трения ГТД Д-36, ПС-РОд по потемнению масла ИПМ-ІО", которая подготовлена для внедрения в эксплуатационные предприятия ГА, кок результат НИР № 905. Положения, выносилие на защиту.
-
Теоретическое обоснование необходимости использования в качестве диагностических критериев оптико-цветовые характеристики масел для оценки состояшія узлов трения ГТД.
-
Результаты экспериментальных исследований эксплуатационных свойств масел с различными оптико-цветовыми характеристиками.
3. Научно обоснованные допустимые нормы оптико-цветовых хароктэ-
- 10 -ристик масла ИШ-10, в связи с развитием опасных повреждений узлов трения ГТД.
4. Методика диашостировяния узлов трения аіяациотшх ГТД, работающих на масле ИПМ-ІО. Апробацил работы.
Основше положения работы и результаты выполненных исследований прошли эксплуатационную проверку и были доложены на Всесоюзной научно-технической конференции по эффективности технической эксплуатации ЛА и ЛД ( МШГА, 1991г.), внутри-вузовских конференциях (1990, 1992 гг.) и научно-техническом семинаре кафедры ТЭЛА и АД МТТУ ГА.
По материалам работы опубликовано 2 научно-технических статьи. Полученные результаты отражены в ряде отчетов по научно-исследовательской теме J» 905 (УДК 629.735.03:681.618.64). Структура и объел диссертационной работы.
Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников, приложений.
Основная часть работе изложена на 142 страницах машинописного текста, содержит 36 иллюстраций, 9 таблиц и 39 библиографических названий. Общий объем работы 171 страница.
