Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор и теоретические обобщения в об ласти повреждаемости авиационных ГТД 14
1.1 Виды типовых повреждений проточной части авиадвигателей 14
1.2 Обзор применяемых технологий и средств оптико-визуального контроля проточной части ГТД 27
.2.1 Жесткие эндоскопы (бороскопы) 31
.2.2 Гибкие эндоскопы (фиброскопы) 36
1.3. Практика принятия экспертных решений по результатам эндоскопического контроля 39
1.4. Процессы внутренней повреждаемости лопаточных материалов при циклическом нагружении 45
1.5 Влияние процессов внутренней повреждаемости материала лопаток на потенциальный ресурс 52
1.6 Современная практика нормирования механических повреждений элементов проточной части ГТД 62
Выводы по 1-й главе 69
2 Основы количественной и качественной оценки средств эндо скопического контроля 71
2.1 Критерии количественной оценки возможности использования эндоскопов в практике эксплуатации ГТД 72
2.1.1 Разрешающая способность 74
2.1.2 Углы поля зрения и направления наблюдения 79
2.1.3 Глубина резкости 81
2.1.4 Кратность (видимое увеличение) 82
2.1.5 Основные погрешности оптической системы 84
2.1.6 Осветительная система 88
2.2 Качественная оценка использования эндоскопов в ГА 96
2.2.1 Качество оптического канала и световолокна 97
2.2.2 Качество окуляра 108
2.2.3 Вводимость гибкого эндоскопа 111
2.2.4 Герметичность, температурная стойкость и механическая прочность рабочей части эндоскопов 116
2.2.5 Эргономика 117
2.2.6 Комплексный коэффициент количественной оценки.. 117
Выводы по 2-й главе 118
3 Результаты работ по оценке и совершенствованию средств оптико -визуального контроля состояния проточ ной части ГТД ВС ГА 119
3.1 Жесткие эндоскопы (бороскопы) разработки ЗАО НПП«СиМТ» 124
3.2 Гибкие техноэндоскопы (фиброскопы) 126
3.3 Оптико - визуальные средства разработки ООО «Интек» 130
3.4 Эксплуатационная оценка видеоскопического оборудования 134
Выводы по 3-й главе 138
4 Методы и средства определения размеров выявленных повреждений и их объективная регистрация 139
4.1 Контактные методы определения износа 140
4.2 Бесконтактные методы определения величины повреждений 142
4.2.1 Бесконтактный метод определения размеров повреждения при помощи микрометренного устройства 142
4.2.2 Бесконтактный метод измерения повреждений при помощи сравнения с известными размерами конструктивного элемента 144
4.2.3 Оптико-сравнительный метод замера повреждений рабочих лопаток при помощи мерной линейки 145
4.2.4 Определение размеров повреждений при помощи оптико-электронных методов и устройств 147
4.2.5 Оценка погрешности бесконтактных устройств измерения выявленных повреждений 158
4.3 Объективная регистрация повреждений выявленных при помощи средств оптико - визуального контроля 160
4.3.1 Основные средства для выполнения фотодокументирования 168
Выводы по 4-й главе 173
5 Разработка требований к информационно - поисковой системе фото и видеодокументирования повреждений проточной части авиадвигатей 174
1 Общие положения 174
2 Структура и взаимодействия между участникам информационно - поисковой системы 179
3 Назначение и область ИПС применения 181
4 Основные требования по подготовке и организации передачи первичной информации 182
5 Требования предъявляемые к фото - видеорегистри-рующей аппаратуре 185
6 Программно-вычислительные средства, специальное обеспечение ИПС и используемые каналы связи и передачи изображений 185
Выводы по 5-й главе 188
Заключение 189
Список используемых источников 194
Приложение 1 201
Приложение 2 216
Приложение 3 223
Приложение 4 228
Приложение 5 238
Приложение 6 255
- Обзор применяемых технологий и средств оптико-визуального контроля проточной части ГТД
- Влияние процессов внутренней повреждаемости материала лопаток на потенциальный ресурс
- Герметичность, температурная стойкость и механическая прочность рабочей части эндоскопов
- Гибкие техноэндоскопы (фиброскопы)
Введение к работе
Актуальность темы диссертационной работы. Одной га важных задач в области повышения эффективности использования самолетного парка в гражданской авиации являются вопросы, связанные с отработкой планируемых ресурсов авиационной техники и, в частности, авиационных двигателей (АД). По целому ряду причин АД не отрабатывают установленных ресурсов. Наиболее характерными причинами являются механические повреждения элементов проточной части (ПЧ) газотурбинных двигателей (ГТД), вызванные попаданием внутрь тракта посторонних предметов (1111). Опыт эксплуатации показывает, что, несмотря на принимаемые меры по предотвращению повреждений ГТД ПП, доля досрочно снимаемых «с крыла» по этой причине двигателей весьма велика и достигает в отдельные годы 35-40 процентов.
Попадания ПП вызывают на лопатках проточной части механические повреждения в виде забоин, погнутостей, рисок и т.п. Опасность этих повреждений заключается в возможности развития трещин от мест их расположения и последующего разрушения лопаток, что может вызвать нелокализоваиное разрушение АД.
Принятие решения о дальнейшей эксплуатации ГТД поврежденного посторонними предметами, базируется на выявлении и измерении этих повреждений средствами оптико - визуального контроля.
В настоящее время имеется широкий спектр предложений оптических средств контроля с различными потенциальными возможностями, рекламируемых поставщиками. В этих условиях, задача выбора какого - либо из средств представляется не простой. Ведь каждый конкретный АД имеет определенные специфические особенности конструкции, которые по - разному обеспечивают доступность к элементам объекта контроля, возможности их освещения, осмотра и т.д.
Проблема обоснованного выбора средств контроля является, на наш взгляд, приоритетной. Решение ее может существенно повысить эффективность
СПетервурй Qf\
' оэ yutg^HJLJJ
4 диагностирования ПЧ АД, что, в свою очередь, окажет положительное влияние на обеспечение безопасной эксплуатации авиационных ГТД.
Теоретические и практические вопросы выявления, предотвращения причин повреждения деталей проточной части двигателей, а также их диагностирования исследовались в работах отечественных авторов В.А. Пивоварова, Г.Г. Белоусова, Н.Н. Сиротина, А.А. Комова, А.А. Шанявского и др.
Целью диссертационной работы является обеспечение объективного контроля проточной части АД при оптико-визуальном осмотре, обоснование параметров количественной и качественной оценки возможности использования приемлемой для отрасли номенклатуры эндоскопических средств контроля в практике эксплуатации ГТД, а также создание автоматизированной системы учета и обработки информации по неисправностям ПЧ АД.
Главными задачами диссертационной работы являлись:
анализ данных об эксплуатационных повреждениях лопаток ГТД посторонними предметами;
проведение теоретических обобщений результатов исследований и оценок внутренней повреждаемости лопаточных материалов;
экспертиза потенциальных возможностей оптико-визуальных средств выявления повреждений проточной части авиадвигателей;
анализ и разработка новых методов измерения размеров повреждений конструктивных элементов проточной части ГТД;
разработка методов регистрации выявленных повреждений проточной части авиадвигателей;
разработка единой отраслевой информационно-поисковой системы фото-и видеодокументирования повреждений авиадвигателей с целью разработки мероприятий по дальнейшей эксплуатации ГТД.
Объектом исследования являются средства и методы выявления и измерения повреждений конструктивных элементов ПЧ авиационных двигателей воздушных судов гражданской авиации.
Методы исследования. В зависимости от решаемых задач в работе использовались аналитические методы и инструментальные средства идентификации повреждений, выявленных в процессе технического обслуживания АД.
Научная новизна работы состоит в следующем:
-
Определена взаимосвязь полноты, качества и достоверности результатов контроля проточной части двигателя от используемого оборудования, квалификации контролеров и других факторов.
-
Проведены теоретические обобщения в области усталостной повреждаемости материала лопаток компрессоров АД в эксплуатации.
-
Проведена экспертиза существующих и перспективных методов выявления, классификации и определения размеров повреждений ПЧ при техническом обслуживании (ТО).
-
Выявлены приоритетные эксплуатационно - технические характеристики современного эндоскопического оборудования с целью определения возможности его использования для контроля проточной части двигателей.
-
Разработан порядок организации регистрации, оформления и учета полученной информации о результатах контроля ПЧ в системе поддержания летной годности авиационных двигателей.
-
Разработаны требования для создания отраслевой базы данных системы учета и принятия решений о мерах по устранению выявленных повреждений и дальнейшей эксплуатации АД.
Точность и достоверность проведенных исследований обусловлены обоснованностью и приемлемостью цели и задач, практического опыта автора, корректностью обработки данных, достаточным объемом экспериментов, а также глубиной теоретических проработок.
Па защиту выносятся:
-
Результаты статистического анализа причин возникновения повреждений конструктивных элементов проточной части двигателей вследствие попадания посторонних предметов.
-
Экспертные результаты оценки технических и эксплуатационных характеристик оборудования оптико-визуального контроля авиадвигателей.
6 3 Результаты теоретических обобщений в области усталостной повреждаемости лопаточных материалов.
-
Система регистрации, оформления и учета полученной информации о результатах контроля.
-
Отраслевая информационно-поисковая система фото и видеодокументирования повреждений авиадвигателей.
Практическая ценность работы заключается в том, что на основе полученных результатов можно:
с высокой достоверностью проводить контроль конструктивных элементов проточной части АД;
принимать обоснованные решения по результатам контроля о восстановлении двигателей или снятия их для ремонта;
осуществить выбор оптико-визуальных средств контроля ПЧ ГТД по критерию «эффективность-стоимость»;
- реализовать возможность формирования банка объективных данных
по повреждениям АД и оперативного управления процессами их ТО и Р.
Реализация и виедрепие результатов работы.
Результаты, полученные в работе, использованы в следующих направлениях деятельности:
при разработке нормативно-технической документации, определяющей порядок организшщи регистрации, оформления и учета полученной информации о результатах контроля;
при формировании комплекта средств оптико-визуального контроля в организациях по ТО и Р, с учетом эксплуатируемых типов ГТД;
при учете и классификации повреждений АД в единой отраслевой информационно-поисковой системе фото - и видеодокументирования повреждений авиадвигателей.
Апробация работы.
Результаты диссертационных исследований внедрены автором при разработке отраслевого «Положения о порядке сбора, обработки и анализа информации о результатах эндоскопического контроля состояния двигателей в соста-
7 ве информационно - поисковой системы», в Программу целевого обучения специалистов ГЛ по выполнению требований «О порядке объективной регистрации результатов контроля состояния авиадвигателей ВС ГА», а также в документах отраслевого уровня.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 4 научных статьи в период 2002-2004 гг.
Структур* и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников и 6 приложений. Основная часть работы изложена на 200 страницах и содержит 59 рисунков, 14 таблиц и 59 библиографических названий. Общий объем работы 263 страницы.
Обзор применяемых технологий и средств оптико-визуального контроля проточной части ГТД
Обеспечение безопасной эксплуатации АД возможно только при своевременном периодическом техническом обслуживании и ремонте. При этом важно, чтобы при выполнении работ по техническому обслуживанию в условиях эксплуатации применялись средства технической диагностики и неразрушающего контроля (НК) высокой информативности, требующие минимальных затрат объема подготовительных работ и времени для обеспечения доступа к зонам контроля.
В практике технического обслуживания самолетов типа Ту-154, где применяются практически все используемые в гражданской авиации методы НК, их объем составляет примерно 15 процентов от всех выполняемых работ связанных с выявлением повреждений конструктивных элементов. В тоже время визуальными средствами контроля обеспечивается получение около 85 процентов информации о состоянии узлов и деталей двигателя. [29] Эндоскопический контроль деталей ПЧ двигателей предусмотрен эксплуатационно-технической документацией и имеет установленный периодический характер. Использование технических эндоскопов для осмотра визуально недоступных частей объекта контроля позволяет избежать излишней разборки и замены узлов и деталей, и в то же время, заранее определить те участки, где необходим демонтаж.
Благодаря малому диаметру эндоскопов, их можно вводить в узкие и глубокие промежутки между конструктивными элементами, тем самым расширяя и углубляя зону осмотра, особенно, если эта зона не находится в пределах прямой видимости.
Последнее поколение эндоскопов дает возможность выявлять и контролировать повреждения, ранее недоступные для контроля. Освещение осматриваемой поверхности узким ярким лучом света, излучаемого эндоскопом, хорошая цветопередача, создают условия для концентрации внимания оператора на контролируемом участке поверхности. Задачами эндоскопического контроля являются: - определение технического состояния деталей и узлов ПЧ и двигателя в целом; - определение вида и объема работ по устранению выявленных повреждений и восстановлению технического состояния двигателя; - определение причины возникновения выявленных повреждений по характеру дефектов. - прогнозирование технического состояния (оценка вероятности и времени возникновения отказов или неисправностей на основании обнару женных изменений в состоянии конструктивных элементов). С помощью оптико-визуальных методов выявляются раскрытые трещины, механический износ, поверхностная коррозия, эрозионные повреждения, пробоины, обрывы, остаточная деформация, нарушение сплошности защитных покрытий, забоины, прогары и т.п. Опыт эксплуатации подтверждает, что своевременно обнаруженные и устраненные повреждения лопаток, жаровых труб и других высоконагруженных элементов ГТД позволяют предотвратить их последующее разрушение и, соответственно, исключить отказы двигателей в полете. Очевидно, что с увеличением сроков службы и общей наработки эксплуатируемых АД повышается вероятность возникновения отказов, а в связи с этим возрастают требования к качеству осмотров труднодоступных мест конструкций. При этом интенсивность использования эндоскопического оборудования в авиакомпаниях также увеличивается, приводя к их естественному износу. В большинстве организаций по ТО и Р РФ при проведении работ по осмотру проточной части многие годы использовались изношенные или мо 29 рально устаревшие приборы, не позволявшие достоверно и с надлежащей точностью контролировать размеры повреждений и их координаты. Износ большинства из них достиг предельного состояния. Авиакомпании практически не имели возможности выбора эндоскопов, приспособленных для осмотра типов серийных двигателей, эксплуатируемых в гражданской авиации. Ввиду большой длины лопаток, существенной крутки пера, контролер практически все время производит осмотры на различных расстояниях от объекта до дистального конца прибора. Вследствие этого масштаб изображения становится переменной величиной, что не всегда может учитываться контролером. Особенно такая разница проявляется при переходе осмотров с одной ступени на другую, а также кромок лопаток различных ступеней. Во многом это обусловлено тем, что производители эндоскопов практически не учитывали конструктивные особенности двигателей - размеры и геометрию лопаток, размеры и размещение лючков, расстояния и углы зрения, под которыми осматриваются кромки и поверхность лопаток. Ввиду отсутствия единых требований разработчики эндоскопического оборудования по разному подходили к выбору расчетных расстояний, построению оптических каналов, разрешающей способности приборов. Так, например, при контроле на нескольких произвольно выбранных двигателях ДЗО-КУ-154 было выявлено, что при использовании эндоскопов ЭТГ 8-1,5 (предусмотренных действующей нормативно - технической документацией) погрешность в оценке размеров повреждений может составлять 50-100%, по координатам - 130-200%, по количеству выявленных повреждений в 2-3 раза. [2] Кроме того, за редким исключением, не учитываются реальные климатические условия применения оборудования при осмотре ПЧ, удобство пользования приборами, возможности фиксации изображений, а также документирования и обработки полученной информации. Результаты осмотров, как правило, фиксировались контролером на эскизах, выполненных «от руки».
Накопленный опыт в области оптико - визуальной диагностики подтверждает, что все это приводит к искажениям в оценке повреждений контролируемых деталей и узлов, их координат и, соответственно, степени их опасности, негативно сказываясь в итоге на принимаемых решениях. Методики и технологии оптико - визуального контроля ПЧ большинства разработчиков двигателей, как показывает их анализ, также не учитывают этого, так как единого подхода, как было отмечено выше, и технических требований к эндоскопическим приборам, предназначенным для диагностирования авиационных двигателей - нет. Как правило, методики осмотра включены в РТЭ и в отдельные, входящие в них технологии, в специальные бюллетени или описания АД. В бюллетенях на проведение контроля и нормирование обнаруженных повреждений на лопатках компрессоров авиационных ГТД в эксплуатации не дается характеристика видов забоин и не указывается, как идентифицировать повреждения, которые отличаются от забоин на эталонной лопатке.
Также отсутствуют сборники технологий или методик, которые были бы разработаны по единой в отрасли схеме, исключающей возможность неоднозначного толкования степени опасности дефектов, их размеров, последствий пропусков. Отчасти это связано с широким разбросом характеристик и типоразмеров приборов, используемых при контроле проточной части двигателей. В недостаточном объеме разработана нормативно-техническая документация по выявлению и нормированию повреждений определенной величины на лопатках направляющего аппарата, КНД, КВД. Особенно это относится к лопаткам направляющих аппаратов многоступенчатых компрессоров, имеющих консольные крепления. Следствием изложенного зачастую являются пропуски опасных повреждений, приводящие к разрушению лопаток. Для оценки размеров повреждений лопаток двигателей НК-8-2У, НК-86 используется метод сравнения с толщиной кромки пера. Ошибочность та 31 кого подхода заключается в том, что толщина кромки изменяется по хорде и не является величиной постоянной, отсюда возникает, соответственно, погрешность измерения повреждений по глубине и вдоль кромки лопатки. Такой же подход используется и при определении размеров повреждений на лопатках двигателей Д-ЗОКУ, Д-ЗОКП, ДЗО-КУ-154, ПС-90А. При этом не принято во внимание, что расстояние от дистального конца прибора до зон осмотра на лопатках КНД двигателей меняется от 30 до 90-100 мм, что трудно учесть при оценке размеров повреждений в силу того, что видимое увеличение прибора варьируется в зависимости от расстояния до объекта.
Влияние процессов внутренней повреждаемости материала лопаток на потенциальный ресурс
Наибольшей чувствительностью к концентрации напряжений обладают титановые сплавы (табл. 1.1), у которых в зоне концентрации практически полностью реализуется упругое распределение напряжений, так как значение коэффициента чувствительности к концентрации напряжений q близко к единице ( 7=1,0).
Известно, что чувствительность к концентрации напряжений не является константой материала потому, что зависит от остроты надреза. Зависимость (1.4) имеет приблизительный характер, т.к. не позволяет учесть абсолютных размеров поперечного сечения и влияние масштабного фактора. Однако, главным здесь является то, что принимается в расчет механизм внутренней структурной повреждаемости материала (критерий (3), влияющий на чувствительность к надрезу. Учитывая, что в процессе повторно-переменного нагружения происходят изменения в структуре материала, отмечено, что значения q для одного и того же материала будут различаться на разных стадиях, эксплуатационной нагрузки. [40]
Условия нагружения поврежденных забоинами лопаток в начальной стадии нагружения могут быть оценены как расчетными, так и экспериментальными методами. Среди наиболее распространенных расчетных методов оценки напряженно-деформированного состояния при работе можно отметить метод конечных элементов [4, 31] Исследуемая область лопатки разбивается на простые подобласти - конечные элементы, в каждом из которых неизвестные функции (перемещения - в методе перемещений или напряжения - в методе сил) аппроксимируются некоторыми выражениями, тем более точными, чем меньше размер элемента.
При воздействии изгибно - крутильных нагрузок решают так называемую трехмерную (объемную) задачу, где простейшим конечным элементом является тэтраэдр с двенадцатью степенями свободы (по три перемещения в каждом узле). В качестве независимых параметров перемещений или сил, воздействующих на конечные элементы выбирают узловые значения этих функций.
Использование вариационного принципа позволяет получить систему уравнений равновесия (в методе перемещений) или совместности деформаций (в методе сил) в узлах конечноэлементной сетки относительно узловых значений искомых функций при заданных нагрузках. [38] Оценка напряженно-деформированного состояния поврежденных лопаток с большой естественной закруткой основывается на теории закрученных стержней. [41, 56]
В соответствии с этой теорией лопатка осевого компрессора рассматривается в виде стержня конечной длины с первоначальной (естественной) закруткой. Для оценки напряжений в местах расположения концентраторов напряжений правильной формы, соответствующие (X, увеличивают пропорционально значению эффективного коэффициента концентрации напряжения Ка, который рассчитывается по приближенным методам. [41] Следует отметить, что сложная геометрическая форма пера лопаток и механических повреждений, а также условия нагруженности лопаток приводят к некоторым затруднениям при решении аналитических задач по определению уровня концентрации напряжений в забоинах. В ряде работ [9,14,22] указывается на необходимость обязательного использования экспериментальных методов определения Ка для случаев, когда упрощенная аналитическая модель может привести к значительным погрешностям не в запас прочности.
Наиболее достоверный результат дают методы прямых испытаний тензометрированных лопаток на натурном двигателе или на иммитацион-ном стенде. При оценке концентраций напряжений этими методами осуществляется непосредственный замер переменных напряжений цикла в любом сечении (передние и задние кромки, корыто, спинка) лопатки с шагом не менее 5,0 мм (минимальная база тензорезистора). [9,15,34,] Ка при этих методах определяется отношением замеренных напряжений, вызывающих разрушение лопаток без забоин к разрушающим напряжениям лопаток с забоинами за одно и то же число циклов. [27] Ка= —, (1.11) о где напряжение разрушения для лопаток с забоинами. Следует отметить, что измерение напряжений при экспериментальных методах оценки усталостной долговечности лопаток достаточно сложно. Тарировка измерительной аппаратуры по деформациям исключает возможность поправок на накопленный уровень усталостных повреждений (одни и те же напряжения у лопаток, имеющих различную наработку в эксплуатации, будут соответствовать различным деформациям).
На основании результатов большого объема усталостных испытаний лопаток компрессоров могут быть получены зависимости эффективного коэффициента концентрации напряжений Каддя каждого вида забоин от их геометрических размеров.
Имея данные по уровню действующих в сечении лопаток вибронапряжений, а также характеристики эффективного коэффициента концентрации напряжений для определенного вида забоин и их геометрических размеров, можно определить запасы динамической прочности лопаток и объективно принять решение о возможности дальнейшей эксплуатации двигателя.
При оценке стойкости лопаток к механическим повреждениям по критерию предпочтение, как правило, отдается экспериментальным методам, позволяющим осуществлять сравнительную оценку усталостной долговечности лопаток с различными повреждениями и имеющих различную наработку в условиях эксплуатации. Кроме того, используются результаты косвенной оценки характеристик чувствительности к надрезу материала лопаток предварительно циклически нагруженных в лабораторных условиях. [21,44]
Герметичность, температурная стойкость и механическая прочность рабочей части эндоскопов
В реальной оптической системе всегда есть погрешности, отличающие её от идеальной системы. Аберрации "размывают" изображения объектов, создают окрашивание, ухудшают разрешающую способность оптических систем. Аберрация - погрешность, проявляющаяся при отображении точек, лежащих на оптической оси системы. Лучи, проходящие через края линзы, преломляются сильнее, чем те, которые проходят вблизи оптической оси. Происходит перераспределение освещенности в изображении точки: в центре пятна острый максимум и быстрое убывание освещенности по мере удаления от центра. Наиболее значительны следующие виды аберраций: сферическая аберрация - недостаток оптического изображения, заключающийся в том, что световые лучи, прошедшие вблизи оптической оси, и лучи, прошедшие через отдаленные от оси части оптической системы (например, линзы), не собираются в одну точку. Сферическая аберрация может быть практически почти полностью устранена применением специально рассчитанных комбинаций линз. Кома - недостаток оптического изображения (изображение точки имеет вид продолговатого несимметричного пятнышка), возникающий при косом прохождении световых лучей через оптическую систему. В случае простой линзы размеры пятнышка пропорциональны квадрату радиуса линзы и углу наклона светового пучка по отношению к оси. При больших углах наклона пучка к оси существенна аберрация, называемая астигматизмом. Если при прохождении оптической системы сферическая световая волна деформируется и перестает быть сферической, то пучок лучей становится сложным: лучи пересекаются не в одной точке, а в двух взаимно перпендикулярных отрезках прямой линии, расположенных на некотором расстоянии друг от друга. Такой пучок называется астигматическим, а само явление - астигматизмом. Аберрация оптической системы, называемая дисторсией, выделяется неодинаковостью линейного увеличения в пределах всего поля изображения и приводит к нарушению геометрического подобия между объектом и его изображением. Оптические системы могут обладать сразу несколькими видами аберраций.
Поскольку эндоскоп рассматривается как телескопическая система, то в схеме измерения перед объективом испытуемого прибора устанавливают коллиматор, а после окуляра — фотообъектив. Коллиматор закреплен на поворотном лимбе для измерения полевых аберраций. За фотообъективом располагается микроскоп с продольной и поперечной подвижками, оснащенный окуляр-микрометром для измерения продольных и поперечных аберраций. При измерении дисторсии в качестве тест-объекта выбрано белое перекрестие на темном фоне, а для измерения кривизны изображения — мира (рис. 2.3). [57]
Астигматизм проявляется в искривлении плоскости изображения. При проекции на плоский экран изображение от центра к периферии становится все более и более размытым. Это связано с тем, что проектируемое изображение представляет собой не плоскость, перпендикулярную к оптической оси, а некоторую изогнутую поверхность. Астигматизм оптической системы исправляется подбором конструктивных элементов системы, радиусов поверхностей, показателей преломления и расстояний между элементами оптической системы.
При оценке реальных оптических приборов, следует обращать внимание на то, что увеличение в различных точках предмета не одинаково. Это явление называется дисторсией. Наличие дисторсии приводит к искажению прямых линий, не проходящих через ось. В этом случае изображение квадратного предмета имеет выпуклые или вогнутые стороны (рисунок 2.5).
Исправление аберраций в сложных оптических системах производится надлежащим сочетанием линз и представляет трудную задачу. Устранение тех или иных видов аберраций обычно производится в соответствии с назначением оптической системы. Перечисленные аберрации оптических систем называются геометрическими. Несовершенства изображения в оптических системах связаны также с волновой природой света. Они возникают из-за дифракции света на диафрагмах, оправах линз и т. п. Влияние дифракции обычно невелико по сравнению с другими аберрациями оптических систем.
Коэффициенты пропускания. Даже при прохождении света через абсолютно прозрачное стекло на двух оптических переходах теряется около 8% светового потока. Это не очень много, но для сложных оптических систем, где число оптических переходов может достигать нескольких десятков, суммарные потери могут быть достаточно велики. Для снижения потерь в оптических системах используются специальные тонкопленочные покрытия (просветление оптических поверхностей). Трехслойное просветление может уменьшить потери с 4 до 0,5% на каждый оптический переход.Неравномерность яркости. В реальных оптических системах яркость на краях изображения существенно (в 2 - 3 раза) ниже, чем в центре изображения. Этот спад яркости тем больше, чем короче фокусное расстояние оптической системы. Частично спад яркости может быть скорректирован в самой оптической системе. Однако более радикальными способами выравнивания яркости являются электронная коррекция яркости в модуляторе и использование экранов с особыми оптическими свойствами. [18,23]
Из вышерассмотренного ясно, что проектирование оптической системы, устраняющей оптические искажения различного вида, является достаточно сложной и даже противоречивой задачей. Как правило, приходится идти на определенные компромиссы, в итоге жертвуя качеством изображения. Отсюда же следует, что современные оптические системы весьма сложны и, следовательно, дороги.
Неравномерность яркости. В реальных оптических системах яркость на краях изображения существенно (в 2 - 3 раза) ниже, чем в центре изображения. Этот спад яркости тем больше, чем короче фокусное расстояние оптической системы. Частично спад яркости может быть скорректирован в самой оптической системе. Однако более радикальными способами выравнивания яркости являются электронная коррекция яркости в модуляторе и использование экранов с особыми оптическими свойствами. [18]
Механические и тепловые погрешности. Погрешности в юстировке элементов оптической системы могут приводить к появлению вышерассмот-ренных оптических искажений, а для проекторов с совмещением цветов — к нарушению сведения цветов. Оптическая система проектора пропускает через себя достаточно мощный световой поток и поэтому является термона-груженной системой. Вследствие различных коэффициентов теплового расширения также возможно появление различного вида оптических искажений. 2.1.6 Осветительная система эндоскопа
Поскольку при наблюдении через эндоскоп отсутствует внешнее освещение, то от источника света зависит не только качества, но и сама возможность наблюдения контролируемых элементов проточной части двигателей с помощью эндоскопа. Поэтому основная задача осветительной системы эндоскопа заключается в обеспечении высокой освещенности поля зрения. При наблюдении через эндоскоп необходимо учитывать светосилу информационного канала эндоскопа, которая влияет на яркость изображения в окуляре. В связи с тем, что при одинаковом наружном диаметре рабочей части эндоскопов, соотношение диаметров канала подсветки и иформационного канала у различных эндоскопов сильно различаются, необходим выбор оптимального соотношения светосилы и яркости изображения. Более того, для видеоскопов содержащих ТВ камеру на конце рабочей части, изменение яркости должно проводиться по характеристикам изображения на видеомониторе.
Гибкие техноэндоскопы (фиброскопы)
В рамках выполнения Программы по разработке и внедрению в организациях по ТО и Р новых типов эндоскопического оборудования, была проведена эксплуатационная оценка приборов разработки ЗАО «Интек». Работа выполнялась с целью определения возможности и целесообразности внесения номенклатуры оборудования, предложенного Разработчиком в Реестр специальных средств измерения гражданской авиации. Перечень и номенклатура предлагаемых для эксплуатационной проверки эндоскопов представлены в таблице 3.4 с указанием основных параметров и технических характеристик. Все работы по осмотру двигателей при проверке эндоскопов проводились в пределах действующей НТД и в соответствии с действующими технологическими указаниями. Дополнительные работы по подготовке к осмотру или в процессе проведения контроля не требовались. [Приложение 2]
По результатам эксплуатационной оценки отмечены некоторые особенности конструкции и связанные с ними следующие предложения и замечания [13]: - штекер световодного кабеля не фиксируется на корпусе жестких эндоскопов; - для сочленения штекеров светового кабеля и гнезда блока подсветки лселательно чтобы они были адаптированы под штекер приборов фирмы «Olympus»; - жесткие эндоскопы должны иметь съемные или несъемные окуляр-шарниры; - во всех жестких эндоскопах должна быть предусмотрена диоптрийная настройка; - при диоптрийной регулировке не должно быть перемещений окуляра в осевом направлении; - недостаточна глубина резкости приборов; - недостаточна освещенность на расчетном расстоянии; - недостаточна разрешающая способность приборов на расчетном расстоянии; - для более удобной работы оператора рабочая часть жесткого эндоскопа должна вращаться на 360; - в жестких эндоскопах желательно наличие вводимой и выводимой в поле зрения сетки для возможности оценки размера повреждений; - угол поля зрения в пространстве для жестких эндоскопов желательно иметь 70-80; - на гибких эндоскопах орган управления дистальным концом обеспечивает необходимые удобства работы оператора; - маленькие габариты и хорошие характеристики блока подсветки ОМПГ.
С целью исключения приобретения дополнительного фотоаппарата, используемого непосредственно для фоторегистрации выявленных дефектов проточной части, было предложено удачное техническое решение по фотографическим и видео адаптерам, которое состояло в том, что под каждый тип фотоаппарата изготавливается свой переходник.
Анализ и обобщение результатов эксплуатационной оценки эндоскопов, изложенные в Актах участников проверки показывал следующее: - объем выполненных работ по проверке и эксплуатационной оценке эндоскопов соответствует Программе; - гибкие эндоскопы разработки АОЗТ «ИНТЕК», представленные для эксплуатационной оценки, по своим техническим характеристикам и дизайну являются приборами современного уровня, в целом отвечают требованиям диагностирования АД ГА; - представленные для проверки жесткие эндоскопы по своим техническим и качественным характеристикам не могут быть использованы для диагностирования конструктивных элементов ГВТ двигателей гражданской авиации.
В последние годы при осмотре проточной части стал использоваться также новый тип эндоскопического оборудования, получившего название «видеоскопы». Как правило, видеоскопы относятся к классу гибких эндоскопов. Гибкие видеоскопы, применяющиеся в настоящее время при диагностировании деталей или узлов проточной части двигателя, разработаны с учетом требований о документировании повреждений. Основной особенностью видеоскопов является установка миниатюрной ТВ - камеры непосредственно за объективом, на конце рабочей части дистальной головки. Изображение осматриваемых конструктивных элементов выносится на монитор. Такая конструкция, при малом диаметре рабочей части, позволяет на порядок повысить разрешающую способность, яркость изображения и, кроме того, получить изображение высокого качества при регистрации повреждений с хорошей цветопередачей. В необходимых случаях, при осмотре деталей или узлов ПЧ (например, рабочих лопаток ротора, камеры сгорания некоторых типов двигателей), гибкий видеоскоп применяется через специальную жесткую прямую трубку определенной длины, защищающую осматриваемый элемент и гибкую часть прибора от возможных повреждений. Современные видеосистемы зарубежного производства оснащены электронными измерительными устройствами, автоматической регулировкой яркости. Изображение можно комментировать голосовым сопровождением. В видеосистемах также предусмотрена функция цифрового увеличения. Управление всеми функциями, а также фиксирование изображения, осуществляются посредством пульта, удобного для контролера. К таким видеосистемам относятся, в частности приборы фирмы «VideoProbe XL PRO», представленная для эксплуатационной оценки с целью определения возможности их использования для осмотра ГВТ двигателей, компанией «Пергам».
