Введение к работе
Одной из основних причин недостаточной эффективности использования авиационной техники (AT) на эксплув циокных предприятиях ГА является ее простой, связанный с отсутствием погребного количества пригодных к эксплуатации двигателей (до 70S от общего числа причин), что зазывается старением их парка, несоответствием совремвнннм требованиям по ресурсу, отсутствием необходимого количеств? запчастей, недостаточной пропускной способностью ремонтных заводов и др.
Большое значение при рэаеиия данной задачи имеет сокращение сроков перехода от плаиово-ггредупрэдательной системы (ППС) технического обслуживания и ремонта (ТО и Р), даиотвувдей в настоящее время на большинстве гпюдариятиях ГА, к ТО я Р по состоштю, что, в свой очередь, требует анализа работа ВРД как в полете, так и поело него, накопления и хранения информации, прогнозирования возможности дальнейшей безопасной эксплуатации двигателя, локализации основних неисправностей и определения стратегии последущего ремонта ГТД.
У вновь создаваемых двигателей некоторые из этих Функций возлагаются на бортовую систему контроля и диагностики (БСКД), которая в настоящее время в силу специфических условий ее работы не мокет обеспечить достаточно точного и надежного диагноза технического состояния (ТС) двигателя (ограниченные возможности работа Сортовых ЭВМ, широкий диапазон работы двигателя в полете, отсутствие измерения тяги, расхода воздуха и некоторых других ваюшх параметров и т.д.). Наиболее благоприятным является сочетание БСКД с работой наземного вэродромного диагностического комплекса (АДК), который лизен указанных недостатков.
Необходимость создания таких комплексов связана также и с тем, что в настоящей время эксплуатируется и в ближайшие 10*16 лет будет находиться в эксплуатации большой парк двигателей, не имеющих БСКД.
Актуальность данной работы состоит в том, что она посвящена реоению и научно-техническому обоснованию основных вопросов, связанных с созданием АДК и БСКД, пароходом к ТО и Р авиадвигателей по состоянии, а также разработке и практическому применению современных методов ремонта ГТД.
Большой вклад в решение проблем, рассматриваемых в диссертация внесли своими работами; Axwefemoa A.M., Алексеев Л.П., Алабин Ы.А., Добрянский Г.В., Дубразский Н.Г., КоОа И.В.» Коняев Е.А., Кулик Н.С., Лознцкнй Л.П., Ладыгин С.Ф.. Ыокроус М.Ф., Никитин В.И., Тунакоа Д.П., «ролов В.И., Чаркез А.Я., Чуян Р.К., Шэпель Б.Т., Ямпольский В.И., Янко А.К. и другие ученые.
Цель работа - продление ресурса авиационных двигателей, оптимизация ях ремонта а обеспечение безопасности полетов путем проведения теоретических и експериыентальянх исследований процесса определения технического состояния гтд, а танке его пооледувдаго восстановления в условиях авиапредприятия ГА.
Для достижения поотавлешэй цели была проведена работа по следущим основаны направлениям;
настроение теоретической модели ГГД, находящегося в процессе эксплуатации;
расчегно - акотершенташгаа исследовшие воздействия накото-ршс факторов на изменение основных параметров двигателя;
идентифякация.матеиатическрЯ модели (МЫ) двигателя ДЗОКУ (КП);
разработка математической подели рэдазтнаго двигателя;
расчэтно - экспорашнталъноа исследование влияния измашюдя проходных пловддэй в некоторых других, геометрических парамзтроз проточной части на основные данина двигателя;
разработка опгигазациовного метода доводки ремонтных двигателей;
разработка параметрического метода Диагностирования состояния ГГД ва основа его статической и динамической математических моделей;
разработка программного обеспечения расчетов на ПЭВМ;
анализ возможности 'соэдашя аэродромного диагностического комплекса для опрзделашя технического состояния авиадвигателей в условиях эксплуатации, у
Ш ^адиту выносттся совокупность научных к практических голояэний, лекадвх в основа ревения проблемы диегностккк соотояния ВРД по тершзгазоішкаетбскнм параыетрам, а именно:
метод оптимизации послареыонтвоа доводка двигателя Д30КУ{КП);
результаты расчетно-экспершентального исследования влияния основных аоздействущях факторов не признака состояния двигателя ДЗОКУ(КП); "-.,.'
методика, ' локадизащш дефектов я определения технического
состояния ВРЯ по термогвзодинймическим параметрам на установившемся и переходном режимах;
метод сглаживания погрешностей измерения и неточности ММ с использованием параллельны* матриц;
метод оп, деления расхода воздуха через двигатель в вэродром-ных условиях путем измерения динамического напора газового потока;
результата анализа возможности создания аэродромного диагностического комплекса по определении технического состояния авиациотшх двигателей и технические требования к нему.
Научная новизна работа состоит з том, что в ней впервые: обоснована необходимость и технологическая возмоягооть создания п настоящее время мооклъюго диагаостичаского комплекса для осуществления стратегии обслукиЕаігая авиадвигателей по техническому состоянию, локализации их дефэктов и определении направления последупцих ремонтно-восстоноБктольных работ;
разработан оптимизационны!! метод поолеремонтной доводки двигателей типа ДЭОКУОШ);
разработан метод, существенно уменьшающий влияние оиибок измерения- на результаты диагноза технического состояния ГТД, осчовапннй па свойствах параллельных матриц;
разработаны метода . локализации дефектов двигателя, использующие его статические к дипамичвсгоіе характеристики;
предложен метод измерения расхода воздуха через двигатель при помоги измерителя скоростного нвгора газового потока.
Практическая значимость работы состоят в том, что использование ое результатов позволяет: '
увеличить махрвмонтпня ресурс двигателей за счет практического осуществления их Експлуатація по состопвив;
уменьшить расхода па зкеплуатзцкв путем увеличения межремоят-ного ресурса;
уменьшить расходы ' на ремоятно-восстояовятельниз работы за счет ія целапоправлеяпого проведения, стсраяэкия ремонтного цикла и количества возвращаемых двятптелэй после контрольтю-сдаточшх испнтйпил; -".-'.
повисить регулярность полетов и аффэктизность использования авиационной техники путем увеличения наделиости работа силовой установки;
сформулировать технические требования х аэродромному диагностическому комплексу;
применить разработанные Ш и метода диагностирования при Гфоектированш бортовой системи определения технического состояния авиадвигателей; .
применить сущгствувдуп конструкции измерителя тяги для измерения расхода воздуха.
Апробация результатов работе проводилась в форма участия в различного рода конференциях, семинарах, симпозиумах' в т.д. материалы исследований докладывались: па межотраслевой научно-технической ковфэренцди "Опыт приманений и перспективи развитая диагностики состояния авиадвигателей в эксплуатации* (ЩАМ, 1984г.), конференциям по проблема;* совершенствования експлуатації ячиацйонной техники (tfiffiTA, IS8S, 1993г.), научно-практической конференции департамента воздушного транспорта (1992г.), научно-техническом созате отдела двигателей ГосНШГА (І982-І986ГТ.), научных сешшзрах кефадр авиационных двигателей и ремонта летательных аппаратов и авкадвигателзй МШГА (IS32-1993rr.), конструкции авиадвигателей ВВДА (IS93r,), ГОСНКЙ ЭРАТ ВВС (1993г.).
Внедрение результатов работы, полученных в виде теорэтических положений, экспериментальных и расчетных данных, научных обобщений и методов, технических требований к прэдлокекий, математических моделей и др.,осуществлено в форме рекомендаций я методик по совершенствовании технологии испытаний и доводки ремонтных двигателей, утвержденных ГУТЭРАТ ИГА, департаментом ВТ, АРЗ V 400, Рыбинским филиалом АО "Авиадвигатель" и др.
Методика оптимизации доводки ремонтных двигателей' принята к реализации на заводе Я 400 ГА.
Компания "Авиасервис" проявила заинтересованность в техническом осуществлении предложений по созданию аэродромного диагностического комплекса, включающего в себя разработки, содержащиеся в диссертации.
На НЙС завода К 400 проходит етап отладки автоматизированная система сбора а обработки информации, в которую включкы программы по локализации дефектов ГТД, разработанные автором.
По материалам диссертации опубликовано 22 печатные работа.
Структурно ' диссертация состоит из. введения, шести разделов.
;
заключения, списка использовпнннх источников и приложений. ОбШИЙ объем составляет У>9 страниц. _8__рисуиков, Ю2 таблиц.
содержание: работы
Одним из стержневых вопросов создения современных систем диагностики ТС АД является разработка его ММ.
В первом разделе рассмотрено состояние вопроса и, используя деду..гигошл подход к реиенкп золами, построена линейная ММ авиационного ГТД обобщенной схемы.
По своей сути изменение технического состояния двигателя п процессе экспл, атвции есть мали отклонения его параметров (квк правило, в пределах Ьь7%) от исходных, зарегистрировагашх при приемо-сдаточных исшташях нового двигателя. Поэтому для определенного тестового рэяша ого рэооти естественно использование линейной J.W, устанавливающей связь мовду малими отклоненияки параметров, а не между самими параметрами. Главкам ее достоинством является то, что реионио лилейной модели может быть представлено в виде явной аналитической зависимости, допускающей исследование в обеом виде. Она допускает также возможность учета изменения характеристик основных узлов двигателя в процессе его вксплуатации и достаточно просто идентифицируется.
Перспективным язляетси сочетание линейной и нелинейной модели в единую систему, расширяющую диепазоя применения первой и возможности второй.
Обобщенная схема представляет собой трохвальиый ТРДД о подпорными ступенями вевтилятора и смепонием потоков в общем реактивном сопле. Путем исключения пякоторнх урввнений или прирашшваияя нулю ряда хо&Ияциеитов мокко привести указанную схему к BRBjrt соответствунзему любому типу ВРД, получившему наибольшее распространение в ГА. Это обстоятельство делает возможным разработку угаверсалыюй програм** расчета на ЭВМ № авиационных двигателей, представлявша собой варианта обобщенной схема.
Ш устанавливйвт связь между перяметрвми, характеризуадимя состояние лйигателя, а также реким его работа (факторами) и признаками состояния (откликами). Первые являются независимыми, о
вторые - зависимыми переменными. К факторам относятся КДВ узлоа, проходные сечения, коэффициента герметичности и сохранения полного давления, режимные параметри (текла км частота вращения п число U полета), а также параметра окрулавдай средн. Осталышэ тврмогазодинамические параметры даигателл моию отквста к разряду откликов.
Линеаризированная система уравнений сохранения, расхода, баланса работ, термодинамических процессов и некоторых других представляет собой Ш ГТД н моют бить зашшана в еледущэм виде
It >
aJIGxl * bJlCyi
сJ - f,2...»o
Здесь
Си - относительное измеовнпэ величшш откликов; су - относительное измошвш валячшщ факторов; к - число откликов; ы - число уравнений; п - число параметров, входшдих в кода ль; i,J - соответственно номера первкоааой и уравшкня; л,ь - постоянны коафїициепти ирз торзшгаш. Реввние приводэтюЯ выше Ш, зашаазтся тш:
: OXJ - djiOyi
dji»n—-—~ ковфіяцязвта влияния Ш, пгоазывавдиа
несколько чувствителен данный признак состояния к изменении ооответогвувдого паршатра соотояпил.
В работа подучена Зорыулн для расчэта коаКздионтоа tu! ajt n bji, а также составлена nporpcwua расчета Ш па иэва.
Показано, как трансформируется o&snn система уравнении дяя ияиоолав распросранангаа охеи АД.
go втором разделе приводятся материалы расчетно-зксперимен-твльного исследования ММ двигателей семейства ДЗО.
Модель строилась для взлетного и земного номинального реюмов работа среднестатистического двигателя ДЗОКУ(КП). Поскольку в зависимости от условий поставленной аадачи в качестве режимных можно выбирать различные параметра, при расчете коэффициентов за таковые последовательно принимались частоты вращения роторов високого и низкого давления, тяга и часовой рэсход топлива, т.о.
Па, lu, Р Я <7т.
Результата расчетов W.i предстовлекн в виде таблиц г.овфЗищтоптоп влияния.
Таблпш лапт вотмозяость подробно проанализировать влияние различай факторов па осйсвпкз параметры состояния двигателя. Прослодпн 9-го влппше, виорав в квчестае ромшного фактора ги. Пряводстше н модолч фактора можно подразделить на пять групп, голзлагпшх отпоситзлншэ язкопапия проходпих площадей оР, КДД узлов Ст}, коо№шептоз гергазтячшста Oq и сохранения полного давления со, a тзкяо группу реисдш фяаоров в данном случав On», вря и ОТя. Здаеь Гп и Тн - довязпгл я те>яторзтура окружахпоп среда.
Влияние вз?ливпяя проходпях плоцэдей первшс соплових аппаратов турбіні високого (ТЕД) я низкого (ТВД) давления Ріп и Рта имеет, как вразило протавсгшоїтш енски. Причем воздействие Рта существеннее, чем Ргп. В очиъшютва случовв уиэишишо Ргв приводит к умоньвенив признаков состояния дсягатола» Кснлшвнио составляют лиш. давление ва компрессором Рк и етеезпъ попяжашя давления в ТВД % тв, когорте при рялидапяи Рта возрастает.
Соетоянкэ ДВВГ«гГОЛ!Г ВО МНОГОМ ЗЭЙЙСНТ от 1ШД основних ого узлев. Rmicrcnma рзздлчпи отклики ГГЛ из относительное изменение КГЩ узгаз турбигемфэссорся» вязкого и високого давления (От)яд и Опзд). О *го гз врзмз козфЭмрвата вдшшл «rj узлов одного п того же ротора оявяакови сатасгоеппо я ояітап количоствэкю. однозначно оездейстю» йт| кз гггас устойчивости работа вентилятора п кекпрэесорэ, а тааэ па уетякий рвехоя топлива Сг.
Ухудавпга полштз сторкш t?r сказывается лишь на росте с» и От Отбор (уточкаї воздуха (отриадтояьгшо значения Oq) из гаутргннеп» контура Оф» приводят, а основном, к повишотп уровня ккягаратура газса а рзеходз тошотз. Тяга прл втом падает. Так как
о увеличением отоора степень дросселирования потока ее компрессором падает, то ето вызывает уменьшение Рк и увеличивает эапао его устойчивости.
Влияние перетечки воздуха из внутреннего контура в наружный Oq» во многом совпадает о влиянием оо«. Отличив заключается в большем воздействии Oq* на расход воэдуха и запас устойчивости вентилятора.
Значительна зависимость параметров термодинамического цикла j двигателе от изменения отбора воздуха на охлзздедае. Однако величина этих изменении в процессе аксплуатации невелика и их влиянием обычно пренебрегают.
Утечки воздуха из второго контура относительно слаоо сказываются ва работе двигателя ввиду малости коэффициентов влияния oq» на его параметры.
Воздействие различного рода коэффициентов сохранения полного давления о связано о изменением степени дросселирования потока в различных сечениях проточной части дветотелл.
Коэффициента влияния опа представляют собой дроссельную характеристику двигателя в окрестности точки, соответствупаэй данному режиму.
Проведенный анализ показывает, что полученная модель двигателя качественно правильно отражает процессы, происходящие в его проточной части. Количественное сопоставление приводится ниже.
Поскольку остальные матрицы ко«№вдюнтов влияния получеїш путем решения одной и той жа модели, то дополнительного доказательства их качественной справедливости не требуется.
Очевидно, что експериментально проверить всп таблицу коэффициентов влияния по техническим соображениям не представляется возможным. Однако, равнение некоторых групп атих коэфмциентов с их значенмями, получвшшми экспериментально, позволяет косвенно судить об адекватности всей модели двигателя.
О цель» такой експериментальная проверки били проведены исследования для определения влияния отбора воздуха из-за компрессора на основные его параметры.
Средние значения коэффициентов влияния, полученные експериментальним путем, приведены в таблице I. Там же для сравнения приведена расчетные знвчения ковффициентов. Здесь и делав Рв, Рк,
Рт, а также ТВ , Тк , Тт - давление я температура соотвотетаетад sp вентилятором, компрессором я турбиной.
Из таблицы видно, что расчетные и вксперименталыша значении коаМициентов влияния как качестввнво, тек и количественно хорош совпадают.
Таблица I.
Сравнение расчетных п вкспвримвнтллышх значений
коэКяцяентов влияния 0с« из параметри двигателя ДЗОКУ(КЛ)
(номинальный раккм)
Результата обраоотют большого количества экспериментальных каторяалоз по влияли» азмопешія частота враданил га приведены в таблица 2. В тсА т табяще приведены расчетные значения козйЕкдаеятов влияния. Оченядпо, что совпадение и этих козФітшонтов хорояое.
Таблица 2.
Сразивши расчетных и ояспврййвнталышх зпачений гшэф1зщпонтов блглнял От на параметри двигателя ДЗОКУ(КП) (язяотниЯ режим)
По коре пйюшганкл експэршонтолъвах данных таблицы коаЭДицкентоз влшвш могут уточняться а корректироваться.
Третий раздел, посшадав изявгои» вопроса оптямизяцял доводка ремонтных двигателей с использованием его ($1. Иссдедозаппя базируются на опытных материалах, полученных заводом 400 ГА при капитальном ремонта двигателе* ДЗОКУ(КЛ).
Статистические данные свидетельствуют о том, что о увеличений» оощьй наработки и количества ремонтов происходит ухудшение характеристик отремонтированных двигателей. Это, гланьш образом, связано о изменением геометрии проточной части и соответствующим ухудшением КОД основных углов. В связи о общим снижением запаса по температуре, удельному расходу топлива, вибрациям и некоторым другим параметрам уменьшается ресурс двигателей, значительное их количество возврадаэтся на переборку после контрольних испытаний по несоответствии указанных параметров требованиям ТУ . Практике показывает, что в отдельных случаях приходится перебирать двигатели до 3-х - 4-х раз. Указанные обстоятельства приводят к большим дополнительным затратам, увеличению продолжительности и частоты ремонтных циклов и соотватствуидему увеличению простоя (Л.
Эффективным средством решения поставленной задачи является корректировка в процессе ремонта проходша сечений ТВД и ТВД, сопел наружного, внутреннего контуров и общего выходного сопла. О етой цель» в данном разделе разработана ОД дауткаскадной шестиступенчатой турбины и введена в состав общей Ш двигателя ДЗОКУ(КП). Как показывает практика путем изменения только одного или двух сечений не удается привести в предела ТУ Тг, Р или Or при сохранении в заданных границах остальных параметров. Такое решение является результатом сложного оптимизационного процесса и строится следующим образом.
Б соответствии о линейной моделью ремонтного двигателя отклонение любого параметра, являющегося признаком состояния (откликом), мокно представить в виде сумма
ЙП,,» <&%,* 0?^.+ ОЯ^
(г . і,г..л)
Здесь оПр относительное изменение признака состояния
оР^, - составляющая общего изменения параметра,
связанная с изменением проходных сечения
проточной части 0Р4, OPgr -" составляющая общего изменения параметра,
связанная с изменением факторов (т), q, о), flRjv - составляющая общего изменения параметра,
связанная о отклонением режимних фяктороа <п»,
' Ри, Тн) от исходных 8яачекий.
t - общее число рассматриваемых откликов
В процессе эксплуатации и последушего ремонте параметри
состояния двигателя изменяются, что приводит к появлению отлччпих
от нуля значений olt. В том случав, веля они прввшают предельно
допустимив по ТУ, требуется их снижение на заданную из с обретений
надежности и безопасности величину оПг«. Такое снижение возможно
путем корректировки проходных сечении. Математически этп ачдечя
может быть сведена к определении ан путем минимизации функции пели
Ф(Щ) - аов ГСП,,/ oF^J-* mtn при {1-і) линопянх условияж
1 «
D . < к .0F.5 D
Я«*іг»~ . « el і- з
WtWU
І в "*
и п ограничениях на изменение переменных
Минимизация функции цели осуществляется при помори методов линейного программирования с использованием соответствующей оптимизационной программы.
Проведенное расчетные и вкдаэриментвлъные исследовеиия показали широкие возможности изложенного метода доводки, ремонтник двигателей.
Яа основе опитних данных AF3 Я 400, а ташке ПМПО "Аеиадввтвгелі." осуществлена идентификация ММ ремонтного двигателя
ДЗОЮГ(НП), в результате которой получено хорошее совпадение расчета н експерименте (см.таблицу 3), где, в качестве примера, приведено сопоставление коэффициентов влияния проходной шющади на выходе из первого соплового аппарата турбины вязкого давления.
Таблица 3.
Сравнение расчетных и експериментальних значений
коэффициентов влияния 6Fn на параметры двигателя ДЗОКУ(КЛ)
(взлетами режим]
Ряд мероприятий, вклочатеий и те, которые теоретически оооонованы в данной работе, позволял в последние года в 2+3 раза сократить на AF3 й 400 число возвратов двигателей на дополнительную переборку по несоответствию ТУ. Чрезвычайно перспективно применение оптимизационного метода в прсцассе капитального рзшнта для увеличения ресурса ГТД,
Четвертый раздел оодергат конкретные технические предложения и некоторые научные проработка, относящееся к создании мобильного аеродромного диагностического комплексе. АДК состоит яз двух основных модулей (рко.1) - аэродромного измерительного стенда (АИС) и передвижной диагностическое станции (ІЩС).
АИС представлюjt собой передвижную платформу, на которой смонтированы измеритель теги (ИГ), измеритель расхода воздуха (ИРВ), юумоглушвщве устройство, газоанализатор. Сигнала от приборов и измерительных устройств двигателя, а текке АИС постулат в регисграцисчно-преооразущий блок, б затем ЭВМ, которые входят в состав ИДО.
В работе вносятся предложение по совершенствованию измерителя тяги,разработанного проф.Алексеевых Л.П., Фролова» В.П. я др. Смысл «г" сводится к уюту крутки потока на виходе из реактивного сопла
Аэродромний диагностический комплвко
ВУ - входное устройство,
ИРВ - измеритель расхода воздуха,
ВРД - воздушно-реактивный двигатель,
ИТ - ивмериіель тяги,
ШІ - передвишная платформа,
ГШ - гяуантвиь чума,
ПСД - переяяйкнан станция диагностики,
БИС - блок преобразования сигналов
Puts. I
путем введения дополните дьяого корректирующего коэффициента, пропорционального частоте вращения силовосприннмйвдего елемента КГ, который представляет соОо» вращающееся решетчатое крыло, передающее на соответствующие приооры воздействие осредненного динамического напора истекающего потока газа.
другое предложение заключается в использовании упомянутого сяловоспринимапцвго елемента для определения расхода воздуха через двигатель при его установке на входе в ГТД.
Осевое усилие вв измерителшом устройстве выражается формулой
Риз - Сх Аг К* Р- ,
где Сх, Аг и К" - коэффициент сопротивления решетчатого крыла; коэффициент, учитывающий его геометрические характеристики, и корректирующий когффициент, характеризующий крутку потока.
Выражая скорость С и плотность р воздуха через известные параметры окружающей среды, вместо предыдущей формулы можно получить уравнение для газодинамической функции q (X.)
q{X) гриз
\ ОХ. Аг К" Рн К(д*^)К+1
а затем определить расход воздуха по известной формуле
С ж _вЙИЙ»Я- q(X),
/хн
где т - постоянный коэффициент,
Рт и оет - соответственно аффективная площадь и коэффициент
срхранения полного давления во входном патрубке.
Далее проводятся сравнительный анализ существующих методов измерения тяги, а также автоматизированннх електронних систем, обеспечивающих измерение, coop, обработку, храпение информации, л также автоматизацию проведения испытаний и постановку диагноза та ВРД.
В разделе сформулированы предложения по созданию ддк и технические требования к нему.
I пятом раздала предлагается способ решения задачи диагностики ТС ГТД с помощью МЫ, в определенной мэре лишенный основного недостатка существующих методов - значительного влияния погрешностей измерении в процессе испытания не надежность и точность диагноза. Упомянутая задача является обратной по отношению к той, которая решалась во втором разделе, и состоит в определении изменения некоторых наиболее существенных факторов по изменению косвенных признаков состояния, контролируемых при проведении опыта. Математически это осуществляется переносом с обратным знаком коэффициентов ait (см.систему уравнений, приведенную в разделе 2) из левой матрицы в праву» и стольких же коаймциентов bji - из правой в левую. Решение полученной диагностической модели (ДМ) запишется так
г t
Ом, Oj/j = CjiOXfE СлО{/
f J =1.2...m)
Здесь Cxi, від - искомые изменения соответственно признаков и параметров состояния,
аБ, 0^ - измеряемые отклонения признаков и параметров состояния, О - коэффициенты влияния да, m - общее число неизвестных (уравнений).
Необходимо отметить то обстоятельство, что измеряемые отклики o\zv в данной системе уравнений являются квазинезависимыми параметрами, так как в действительности мекду ними имеется связь, устанавливаемая ММ, полученной во втором разделе.
В самой сути задачи диагностики кроется противоречие, заключающееся в том, что ДМ, с одной отороны, должна быть достаточно тонким инструментом, чувствительно реагирующим на небольшие изменения косвенных признаков состояния, измеряемых приборами в процессе проводимого исследования, а с другой - слабо откликаться на ошибки измерений, которые зачастую соизмерима с величиной измененш: самих этих признаков.
Одрим из способов разрешения етого противоречия является предлагаемый в данной рабств метод, который можно назвать методом параллельны* матриц,.
Анализ, проведенный в разделе 2, дает возможность о известной мерой приближения свести число воздействунцих факторов к пята наиболее важны»,, К ним относятся >, t>c, п, tj и q (соответственно КПД вентилятора, компрессора, ТВД, ТНД и обобщенный коэффициент герметичности).
дополнительшЯ анализ Ш показывает одинаковое по знаку в Олязкое по абсолютной величина влияние ва основные параметры ГТД КПД лопаточных машин, объединенных общим валом, что позволяет ва первом этапе расчета сгруппировать их в комплекси, обозначаема тьід и Т)вд (КПД т/рбокомпрессоров вязкого в высокого давления).
В результате а первом приблквэнии число неизвестных в ДЫ сведено к трем (бт)нд, отщд, Од), а число уравнении, равное числу измеряемых в стендовых условиях на двигателе ДЗОКУ(КП) откликов Рс, Тт, т, Gt, Р„ Рт и Тк, составляет семь.
Итак имеется система из семи уравнений с тремя неизвестными, которая распадается на системы из трех уравнения. Следовательно, число параллельных матриц реэмерюстьв 3x3, которш в данном случае можно составить, равво числу сочетаний из саки по три т.е.
<С - -Й7ГЙГЯ7Т- 3 в ~3$=ЭЛ - З5-
Таким образом рассчитываются по 35 формул для какдоа из искомых величин. Производя селэкпив отих формул, отбираются I вэ них, даацих натеньщю наперед заданную максимальную погрешость при вычислениях.
В работе показано, что относительная погреиность расчета изменения любого параметра кокет Сыть определена по формуле
гд« (f&~f и %i " коэффициент влияния в относительная погрешность
измерения <-го параметре.
При полной адекватности КМ и вбеолятной точности измерения результаты вычислении по всем формулам должны совпадать. В
протиыюм случаа появляется их рассеивание. При осреднении решения
оииока уменьшается пропорционально /l .
В качестве примера в таблице 4 лривадэнм несколько формул дл* расчета От)ид.
Таблица 4.
Формули дл расчета От)ид (вэлетнип роким, пг* Const, MCA)
При испытаниях двнгвтеля в аэродромных условиях тяга является искомым параметром и определяется с использованием таблиц формул, апвлоги'іішх таблице 4.
Определение изменения параметров эксплуатируемого двигателя должно производиться при одинаковых условиях. Обычно таким является ге»« сопвХ. Другими условиями могут быть сохранаїшо постоянства ш, Г, Fk и др., каждому из которых соответствует своя таблица коэффициентов влияния, а, следовательно, и свои группы формул для определения неизвестных факторов.
Использование различных сочетании контролируемых параметров позволило в результате проввдэшюй селекция при расчете ДМ двигателя ЛЗОКУ(КП) отобрать около всю формул для кавдого из искомых Факторов,
Поскольку погрешности рэсчета по всем формулам расходятся как по величине, так и по знаку, систематическая ошибка пршшмает характер случайной и при осреднении уменьшается более, чем на порядок.
Получегоша значения t-пнд, огрд и Oq позволяют рассчитать энергетически осредненпуо величину контролируемых параметров и произвести их сопоставление с измеренными, осуществляя, таким образом, контроль яа работой измерительных систем.
После получения достоверных значений контролируемых параметров
ВО ВТОРОМ ПриОЛИКвВИИ ОПрвДеЛЯПТСЯ ОТ)», 0Т}Ж. ОТ}тв И OTJllI т.е.
осуществляется локализация деОакта до узла.
В работе приводится порядок расчете по изложенной методике.
Расчетные исследования, проведенные в иестом разделе, показывает перспективность использования шстационарных режимов для оценки ТС двигателя, т.к. оно непосредственно отражается на характере перестройки параметров по времена в течение переходного процесса.
Рассматривается такой переходный процесс, который вызван небольшим игмепенигм параметров по сравнение с их значениями на некотором исходном стационарном режиме. При 8Том возможно использование полученной вше линейкой Ш с введением в нее корректив, вызванных шетационаргастьи. Наиболее существенные из них связаны с инерционностью роторов високого в низкого давления. Возняканцэе на них нарушение Оалапса иоояоети утатываотся включением в соответствующие уравнения слагаемых впда Ы*(вт) и Ms(Cra), где
{o/u)'=
(om>'= d(on*)/dt
ускорения вращательного дитзнші соответствующих роторов, а известные для каждого конкретного двигателя значения Ik a lb характеризуют соотношение мевду мощностью вентилятора (компрессора) й кинетической энергией врааошіл ротора.
На первом втане решения системы уравнений признаки состояния, а также (0*)' и (cm)', внражавтея через Ога, Ста, OS и основные факторы, в качестве которых приняты ІШД, проходные площади, герметичность, и гидравлические потери (от?, 6F, о<7, Оо).Выделяя из полученного реиания два уравнения вада
(0n»)'= /1(001,6) * /»(ос ) 4- /»(ат|,ор,бо;,йо)
(5гс*>'= /*{дтн,Ст) + /o(0G ) + /*(Щ,ар,&},Оа),
решаем их совместно относительно от и В(и, » результате чего судом таэдгь
вш» /?(5С ) * /» (5т},0?.0(?,оо),
вп»« Д(пс ) + /<о{от),ог,оо;,оо).
С помощью последних формул вп* и On» исключаются из уравнений, полученных на первом этапе, в ос аппроксимируется квадратичной функцией времени 00 =at*+bt+a, которая предполагается известной. Таким образом, изменения откликов представляются в вида функций времени и отклонений основных факторов от кх первоначальных значений и позволяют определить в любой момент переходного процесса вое основные параметры двигателя.
Сравнение динамических характеристик в начале эксплуатации и через кекой-го промежуток врекани дзет возможность оцепить степень изменения его ТО. Предлагается сравнивать среднекятегралышо значения того или иного параметра за опредолешпгй промежуток времени переходного процесса, которые выражаются формулой
t»
(СР)ер = /aWt/Ua-ti).
Мошю прэдпслошть, что рассматр.шоешо факторы (или их отклонения) в течзгакэ переходного процесса остаются неизменными.
Интегрируя внроизшія для текущих значений ОТКЛИКОВ в переходном процассо, получим формула для их средтаинтегралъной вогачиш за шредзяонннй промохуток врэмзни его протекания.
D качестве примера иокоторш такие формулы, полученнне для двигателя ДЗОКУ(КП), приведеш! в таблице 5.
Таблица 5.
Коэффициента влияния основних факторов
па сролиашітйгрзльше зпапэгам нокотошх откликов
при переходном процессе двигателя дЗОКУ(ІШ).
В зависимости от колпчествя измэряеинх параметров число этих уравнений иоэгат Сыть различным. й>юя среднеинтегрплышо значения периметров па опрвдалеїтом участке перзходного процоссв (а
иоврьменные методы измерений позволяют кх определять о достаточной ючностыо), с помощью приведенной система уравнения и методов, разработанных три рассмотрении стационарного режима, можно рассчитать от) и oq. При такой поствновке задачи пренебрегают
ИЗМанвИИвМ Ft», Т|г, Оке.
Мм установившегося и переходного процессов базируются иа разньх ігрішшшах. Первая использует изменение группы контролируемых параметров, а вторая - характера протекания переходного процесса, определяемого ерэднеинтегрвлыюй величиной тех же параметров на заданном его участке. Это позволяет совместно использовать оба модоігя, что суцестьэнио расширяет возможности метода.
Тек определив от| и Oq на установившемся режиме, можно подставить их в Ш переходного процесса и рассчитать изменение ОРтв, Оокс и Cqr (см.та<3л.б), адекватних состоянию первого соплового аппарате и камеры сгорания, а также эффективности происходящего в ней процесса. В свою очередь, подставив их в Ш стационарного режима, «окно определить От) и од во втором приближении и т.д.
Таким образом, динамическая модель дает возможность не только сократить время диагноза, но и существенно расширить объом информации о ТО двигателя.
Современное состояние развития авиадвигателестроегаш, достижения в области электроники, вычислительной и измерительной техники, математического моделирования, объединенные в единое целое, позволяют в настоящее время качественно по-новому решать задачи диагностирования авиационной техники.
ВЫВОДЫ
I. Существующие в отечественной гражданской авиации службы и применяемые методы диагностирования ив могут в допжной мере обеспечить ефективную эксплуатацию и ремонт двигателей по их техническому состоянию. В связи с вткм чрезвычайно актуальным является созданио предлагаемого в данной работе аэродромного дичгностического комплекса (МК), способного без снятия двигателя о борта решить лизанную задачу.
2. Благодаря высокой точности вычислительно-измерительных
операций и взаимодействие о бортовой системой контроля м диагностики (БОНД), АДК позволяет обеспечить выдачу обоснованного разрешения на шлет, своевременное принятие решения о проведении ремонта о указанием возможных дефектов, оольшу» оперативность, маневренность, автономность.
-
Предполагавши экономический эффект от внедрения АДК и предложенных програтшх средств обеспечения его работа за счет увеличения мекрвионтаогч} ресурса, сокращения числа досрочзшх съемов двигателей ДЗОКУ(КП) составляет 1+2 млн.долларов и год, что соответствуот стоимости 7+10 таких комплексов.
-
Основними свойствами разработанных математических моделей ГГД являются адекватность, универсальность, относительная простота программы расчета, допускающая применение ПЭВМ, учет изменения важнейиих характеристик ПД в процессе эксплу -авдм, использование специальных мер по ограничению влияния погрешностей измерзши на результата расчета, возможность идентификации, обеспечение самоконтроля, исключающего грубые ошибки при расчетах и измерениях.
-
Внедрение ряда мероприятий по совершенствованию ремонта двигателей ДЗОКУ(КП), включаюцдх и те, которые теоретически обоснованы в разработанной автором методике, позволило заводу А 400 в последние года в 2-+3 раза сократить число возвратов двигателей на переборку по несоответствии ГУ. Экономический аффект при этом составляет 200+300 тыс.долларов в год.
6. Установлено, что влияние КПД узлов двигателя, принадлвкищих
одному турбокомпрессору, качественно одинаково и близко по величине.
Это дает возможность объединить их 6 общие комплекси. То же мокно
сказать о некоторых видах разгерметизации.
-
Ключевым звеном ММ реального двигателя является ее защищенность от воздействия ошибок измерения. Разработанный впервые метод параллельных матриц обеспечивает сглаживание влияния этих погрешностей и делает возможным применение ММ в практике эксп уатации.
-
Разработанные методы диагностирования не установившемся я переходном режимах работа (последний предложен впервые) позволяют с достаточной степенью точности локализовать дефекты до уровня основных узлов двигателя и проследить их развитие по времени.
-
Выявление дефекте в двигателе в проиессе его эксплуатация
дает возмоякооть в некоторых случаях ремонтировать ГГД дашь частично, на производя его полной разборки.
ІО.Кзучвние существующих способов измерения тяги в аэродромных условиях показало, что наиболее приемлемы, является метод, основанный на измерении скоростного напора иотвкахщэго потока газов. Предлагается новый метод, использующий то к» устройство с целью измерения расхода воздуха через двигатель.
Регистрация этих важних параметров существенно расширяет объем и увеличивает точность диагностической йк.'$ормации;
11. Предлагаемая методика корректировка проточной части
двигателя при его капитальном ремонта позволяет ограничить уровень
температурной нагрукенносга ГГД с увеличением наработка и
обеспечить рост его ресурса при сохранении остальных параметров в
заданных пределах.
12. Комплексная система автоматизированного сбора и оОраоотки,
информации о результатах испытаний ПД, разработанная в филиале
ЦИАМ совместно с ШИТА при участии ввтора, может рассматриваться
как прототип аналогичной системы, входящей в состав АДК.
