Введение к работе
Актуальность работы. Состояние отечественного двигателестроения и мер, направленных на вывод авиационного комплекса в целом из затянувшегося кризиса с конца 80-х годов, предполагают решение ряда задач с помощью реализуемой в настоящее время федеральной целевой программы в рамках приоритетных направлений политики Российской Федерации в области авиационной деятельности. При осуществлении данной программы «предусматривается развитие экспериментальной базы и методов экспериментальных исследований авиационной техники».
В современных экономических условиях весьма остро стоит проблема обоснованного использования «потенциального» ресурса авиационных двигателей, эксплуатируемых по стратегии технического обслуживания по наработке (с контролем уровня надёжности). Наличие «потенциального» ресурса, подтверждённого данными длительных испытаний двигателей, отработавших назначенный ресурс в эксплуатации, создаёт предпосылки к переходу на стратегию технического обслуживания и ремонта по состоянию при сохранении существовавшего уровня контролепригодности, что предполагает использование соответствующей сервисной технологии по сопровождению двигателя в эксплуатации. Эксплуатация двигателя с контролем параметров, с учётом вида режимов работы и условий полёта на конкретном самолёте, с учётом тенденций взаимосвязей параметров, характерных для всего парка определённого типа двигателей, позволяют объективно реализовать методы оценки технического состояния двигателя по изменению параметров рабочего процесса и, тем самым, улучшить интегральные характеристики двигателя.
Эксплуатация по состоянию требует определённого уровня контролепригодности, в том числе по параметрам рабочего процесса, и совершенствования всей системы технической эксплуатации. Однако контролепригодность двигателей на летательном аппарате (ЛА) в эксплуатации недостаточна - мало прямых измерений.
Наиболее полная информация о серийном двигателе характерна для приемо-сдаточных испытаний на стенде завода-изготовителя. В этих условиях и формируется первоначальная взаимосвязь различных термогазодинамических (ТГД) параметров (по результатам сборки и отладки параметров), отражающих качество проточных частей серии двигателей, то есть «технологическую наследственность» по параметрам рабочего процесса. Необходимо исследование этой взаимосвязи параметров рабочего процесса серийных авиационных газотурбинных двигателей, позволяющей решать прикладные задачи оценки технического состояния проточной части двигателя на различных этапах жизненного цикла с целью продления срока эксплуатации каждого двигателя.
Тема диссертации, посвященная оценке технического состояния проточной части авиационного ГТД на основе исследования статистической взаимосвязи параметров рабочего процесса серии новых двигателей для различных режимов работы, а также оценке неслучайного изменения этой взаимосвязи при после-
довательном переходе в последующие эксплуатационные состояния (самолёт, ремонт и т.п.) является актуальной и соответствует современным требованиям, предъявляемым к газотурбинным двигателям с целью поддержания высокого уровня их эксплуатационной надёжности.
Объектом исследования являются серийные авиационные ТРДД(Ф)см АЛ-31Ф и АЛ-31ФП. В настоящее время в серийное производство и эксплуатацию внедряются современные модификации двигателя АЛ-31Ф (изделия "117С" и "117"), имеющие схожие газо-воздушные тракты и системы автоматического управления. Это позволит распространить разработанные в диссертации решения и методики оценки технического состояния на вновь разработанные и внедряемые двигатели.
Актуальность темы исследований отвечает «Основам политики Российской Федерации в области авиационной деятельности на период до 2010 года» и федеральной целевой программе «Развитие гражданской авиационной техники России на 2002 - 2010 годы и на период до 2015 года».
Цель работы. Разработка алгоритмов и методики оценки технического состояния авиационного ГТД за счет контроля и нормирования параметров рабочего процесса в процессе выработки ресурса с целью повышения надежности двигателя, эксплуатируемого по состоянию.
Основные задачи исследования состоят в следующем:
Исследование влияния факторов эксплуатации на состояние двигателя и точность его оценки по параметрам рабочего процесса на установившихся режимах работы в изменяющихся условиях выработки технического ресурса
Разработка многомерной вероятностно-статистической модели с целью обеспечения контроля параметров двигателя на различных режимах работы
Разработка алгоритмов и методики оценки технического состояния двигателя при стендовых испытаниях по контролируемым параметрам рабочего процесса.
Объектом исследования являются серийные авиационные двухвальные ТРДДсм(Ф) АЛ-31Ф и АЛ-31ФП.
Метод исследования расчётно-экспериментальный с привлечением статистических данных испытаний ГТД в различных состояниях, теории воздушно-реактивных двигателей, теории испытаний двигателей, технических условий и программ испытаний и исследований авиационных газотурбинных двигателей.
Основные результаты исследования, выносимые на защиту:
1. Выявленное влияние факторов эксплуатации на состояние двигателя в целях контроля и нормирования его параметров:
изменение параметров при отклонениях температуры воздуха на входе двигателя от стандартных условий, позволяющее повысить точность отладки и контроля параметров двигателя
закономерность изменения параметров двигателя в процессе ресурсных испытаний, позволяющая выполнять оперативную оценку и нормирование технического состояния и принимать решения об условиях продолжения испытаний
особенности программы регулирования, влияющие на параметры рабо
чего процесса и точность их оценки.
Предложения по совершенствованию методики отладки параметров при ПСИ на основе вероятностно-статистической модели, позволяющие существенно повысить качество и надежность серийных (и вновь создаваемых) двигателей за счет целенаправленного сокращения рассеивания их параметров
Алгоритмы, методики и критерии оценки состояний проточной части двигателя в процессе стендовых ресурсных испытаний
Научную новизну диссертационной работы представляют:
Новая форма оценки закономерностей влияния факторов эксплуатации, присущих серийным двигателям, в условиях изменяющихся внешних условий и технического состояния двигателя в процессе выработки (и восстановления) технического ресурса;
Впервые разработанные методы вероятностно-статистических исследований, позволившие существенно повысить точность контроля и нормирования параметров двигателя на различных режимах в условиях ограниченной точности прямых и косвенных измерений;
Новые метод, алгоритмы и критерии оценки состояния двигателя, применительно к процессу стендовых ресурсных испытаний, по контролируемым параметрам рабочего процесса.
Обоснованность и достоверность результатов исследования обеспечивается:
верификацией методов на основе статистических данных испытаний двигателей АЛ-31Ф и АЛ-31ФП в различных состояниях жизненного цикла;
предварительной обработкой данных испытаний (исключение грубых промахов, приведение к САУ), сопоставлением результатов расчётов со статистическими данными представительных выборок;
использованием современных гибких программных комплексов и соз
данием на их основе математических моделей рабочих процессов двига
телей произвольных схем, отражающих их особенности.
использованием современной многоканальной системы регистрации па
раметров двигателей при испытаниях, обеспечивающей высокий уро
вень объективности и полноты информации.
Практическая значимость. Проведённые исследования позволили создать методическое обеспечение для повышения эффективности контроля состояния двигателей типа АЛ-31Ф и нормирования параметров рабочего процесса на различных этапах жизненного цикла, обосновать методы и реализующие их программные средства, обеспечивающие оценку технического состояния проточной части двигателя при изменяющихся состояниях параметров рабочего процесса.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на научно-технических конференциях, в том числе: РНТК «Проблемы современного машиностроения», Уфа, УГАТУ, 2004 г.; III РНТК молодых специалистов, ин-
женеров и техников, посвященной годовщине образования ОАО "УМПО", Уфа, УМПО, 2007 г.
Результаты отдельных этапов и работы в целом обсуждались на НТС кафедры «Авиационные двигатели» УГАТУ.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 4 печатные работы, в том числе 2 статьи и 2 материала докладов на Всероссийских научных технических конференциях.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и результатов работы, списка литературы (72 наименования).
Основная часть работы содержит 134 страницы, 60 рисунков, 21 таблица.
