Автоматизований моніторинг залишкового ресурсу авіаційних ГТД в експлуатації за критерієм пошкодження робочих лопаток турбіни

Размещено на http://www.allbest.ru/

КИЇВСЬКИЙ МІЖНАРОДНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ЦИВІЛЬНОЇ АВІАЦІЇ

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Автоматизований моніторинг залишкового ресурсу авіаційних ГТД в експлуатації за критерієм пошкодження робочих лопаток турбіни

Якушенко Олександр Сергійович

Київ - 1999

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі Авіаційних двигунів Київського міжнародного університету цивільної авіації

Науковий керівник: доктор технічних наук,

старший науковий співробітник

Ігнатович Сергій Ромуальдович,

головний науковий співробітник Київського

міжнародного університету цивільної авіації

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, доцент

Буланов Віталій Володимирович,

професор кафедри будівельної механіки

Харківського державного автомобільно -

дорожного технічного університету України;

кандидат технічних наук, доцент

Самулєєв Володимир Вікторович,

начальник кафедри конструкції авіаційних

двигунів Київського інституту Військово-

Повітряних Сил

Провідна установа:

Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут", Міністерство освіти України, м. Київ

Захист відбудеться " 28 " жовтня 1999 р. о 15 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.26.062.03 при Київському міжнародному університеті цивільної авіації за адресою: 252058, Київ-58, проспект Космонавта Комарова, 1, КМУЦА.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці КМУЦА.

Автореферат розісланий " 27 " вересня 1999 pоку.

Вчений секретар спеціалізованої вченої Ради 26.062.03 Запорожець О.І.

1. Загальна характеристика роботи

Актуальність роботи

Підвищення ефективності пасажирських та вантажних перевезень на повітряному транспорті має забезпечуватись впровадженням комплексу організаційних і технологічних заходів, спрямованих на підтримку необхідного рівня безпеки польотів і оптимізацію використання ресурсних можливостей авіаційної техніки. Деякі з таких заходів, що пов'язані з вдосконаленням технології обслуговування авіаційної техніки, спрямовані, зокрема, на перехід до експлуатації авіаційних двигунів з використанням стратегії "відповідно до стану". Вирішення цієї досить актуальної на сучасному етапі проблеми передбачає розробку та вдосконалення методів і засобів контролю технічного стану (ТС) авіаційних газотурбінних двигунів (ГТД) в експлуатації, зокрема, здійснення моніторингу їх залишкових ресурсів за критерієм пошкоджень, що накопичуються в найбільш навантажених конструктивних елементах.

Сьогодні існують різні розрахункові та iнструментальні методи оцінки термомеханічного навантаження деталей авіаційних двигунів. Існує великий обсяг експериментальних даних стосовно механічних властивостей і довговічності сучасних конструкційних матеріалів, є різні математичні моделі їх руйнування. Розроблені методи створення математичних моделей робочого процесу (ММРП) авіаційних двигунів. В експлуатації з'явилися серійні ГТД нового покоління, що мають підвищений рівень контролепридатності. Сучасні електронно - обчислювальні машини мають високу швидкість обробки інформації, що дозволяє реалiзовувати складні розрахункові методики. Все це визначає грунтовні передумови створення автоматизованих систем безперервного контролю залишкового ресурсу авіаційних ГТД, зокрема стимулює дослідження, спрямовані на розробку методологiї побудови, алгоритмічного і програмного забезпечень таких автоматизованих систем.

Дисертаційна робота спрямована на вирішення актуальної задачі, що пов'язана з розробкою методичного і програмного забезпечень автоматизованого контролю залишкових ресурсів авіаційних ГТД в експлуатації за критерієм пошкоджень робочих лопаток турбіни.

Метою дисертаційної роботи є розробка методичного, інформаційного та програмного забезпечень для реалізації автоматизованого контролю залишкового ресурсу деталей авіаційних ГТД за критерієм тривалої міцності з використанням значень параметрів функціонування, що реєструються при експлуатації двигунів.

Для досягнення поставленої мети вирішувалися такі задачі:

обгрунтування структури і розробка алгоритму автоматизованого контролю залишкового ресурсу конструктивних елементів авiадвигуна за критерієм тривалої міцності;

розробка математичної моделі функціонування авіаційного ГТД, яка необхідна для визначення технічного стану підконтрольних деталей та розрахунку параметрів їх навантаження;

розробка методики оцінки навантаження підконтрольних деталей авіаційного ГТД за параметрами робочого процесу, що реєструються у польоті;

розробка інформаційного і програмного забезпечень системи автоматизованого контролю залишкових ресурсів парку однотипних авіаційних ГТД;

створення методики і програмного забезпечення для проведення математичного моделювання впливу технічного стану елементів проточної частини (ПЧ) ГТД та режимів його експлуатації на процеси накопичення пошкоджень у підконтрольних деталях і на величину залишкового ресурсу.

Наукова новизна одержаних результатів

розроблено методику імовірносного прогнозування залишкового ресурсу авiадвигуна за величиною накопичених у попередній період експлуатації пошкоджень підконтрольних деталей та за очікуваними статистичними характеристиками наступного періоду;

запропонована методика оцінки впливу показників технічного стану елементів проточної частини двигуна і окремих експлуатаційних факторів на процеси накопичення пошкоджень у підконтрольних деталях;

розроблена методика побудови алгоритмів непрямого контролю і управління виробітком ресурсу авіаційних двигунів, яка грунтується на застосуванні другого рівня складності математичних моделей робочого процесу, що параметрично iдентифікуються;

розроблена методика періодичної параметричної ідентифікації математичної моделі функціонування авіаційного ГТД підвищеної контролепридатності за даними штатної системи експлуатаційного контролю;

запропонована методика організації чисельного експерименту, метою якого є одержання регресійних залежностей параметрів теплового стану і механічного навантаження підконтрольних деталей ГТД від параметрів його робочого процесу, що реєструються в експлуатації.

Практична цінність

Результати дисертаційного дослідження впроваджені:

в Українському центрі з науково-методичного забезпечення експлуатації авіаційної техніки при розробці автоматизованої системи екологічного моніторингу авіаційних ГТД "Емiсiя" ;

на підприємстві - розробнику двигуна ПС - 90А (відкрите акціонерне товариство "Авиадвигатель", м.Пермь) при отриманні регресійних залежностей параметрів теплового і напруженого стану конструктивних елементів двигуна від параметрів його робочого процесу;

у науково-виробничому підприємстві "Взлет" (аеропорт "Шереметєво") при створенні автоматизованої системи комплексного діагностування і оцінки виробітку ресурсу двигунів ПС - 90А.

Застосування запропонованих алгоритмів для ГТД, що проектуються та серійно випускаються, може забезпечити підвищення ефективності вирішення задач оцінки їх призначеного ресурсу, задач експлуатаційного моніторингу їх залишкового ресурсу та задач удосконалення технічного обслуговування і оптимізації використання парку двигунів. Використання розробленої методики ідентифікації математичної моделі функціонування ГТД в алгоритмах його дiагностування за термогазодинамічними параметрами може сприяти підвищенню точності оцінки поточного ТС двигуна в експлуатації. Розроблене у дисертації програмне забезпечення може знайти застосування у навчальному процесі вищих навчальних закладів авіаційного профілю, що дозволить підвищити рівень підготовки фахівців з проектування та експлуатації силових установок літальних апаратів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами

Дисертаційна робота пов'язана з науковими програмами, планами і темами, що виконувались і виконуються на кафедрі авіаційних двигунів та у НДЛ-2 КМУЦА. Методики і алгоритми, які наведено у дисертаційній роботі, використані при виконанні держбюджетних тем 004-ГБ92 (номер держреєстрації 0193U023714), 383-ГБ93 (0194U000646) і 453-ГТ93 (0194U013110).

Апробація роботи

Основні результати дисертації доповідались та обговорювались на першому та другому конгресах двигунобудівників України (м. Харків, 1996, 1997 р.р.), міжнародній НТК "Современные научно-технические проблемы гражданской авиации" (м. Москва, 1996 р.), міжнародній НПК "Обеспечение безопасности полетов в новых экономических условиях" (м. Київ, 1997 р.), звітних НТК КМУЦА (м. Київ, 1994, 1995, 1996 р.р.).

Публікації

Основні результати роботи були опубліковані у п'яти наукових статтях, що увійшли до спеціалізованих збірників наукових праць та до збірника праць науково-технічної конференції, а також викладені у шести тезах наукових доповідей.

Особистий внесок автора:

- при підготовці статті [1] автором була здійснена розробка алгоритму чисельного експерименту, підготовлено його програмне забезпечення, виконана обробка одержаних результатів;

- у роботі [2] автором було підготовлено програмне забезпечення математичної моделі функціонування вільної турбіни турбовального ГТД;

- при підготовці статей [3] та [5] автором були розроблені математична модель функціонування двигуна ПС-90А, методика оцінки впливу виробничо - технологічних і експлуатаційних факторів на пошкодження його ПД, а також алгоритм прогнозування залишкового ресурсу ГТД з урахуванням ТС його ПЧ та особливостей наступного періоду експлуатації.

Структура і обсяг роботи

Дисертаційна робота складається з вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаних джерел із 107 найменувань і одного додатку. Загальний обсяг роботи - 161 сторінка, в тому числі 27 рисунків і 11 таблиць.

автоматизований авіадвигун моделювання газотурбінний

2. Основний зміст роботи

У вступі обгрунтована актуальність обраної теми дисертації, наведені положення, що визначають наукове та практичне значення роботи.

У першому розділі аналізуються існуючі методи забезпечення надійності авіаційних ГТД на різних стадіях їх життєвого циклу та визначається місце систем автоматизованого експлуатаційного контролю залишкового ресурсу двигунів у глобальній системі контролю і управління їх ТС. Розглядаються існуючі та перспективні підходи до оцінки залишкового ресурсу авіаційних ГТД. Визначено об'єкт дослідження - двигун ПС-90А (турбореактивний, двоконтурний, двовальний, із змішуванням потоків робочого тіла). На базі аналізу термомеханічного навантаження його основних конструктивних елементів виділені критичні підконтрольні деталі (ПД), а саме: робочі лопатки першої і другої ступенів турбіни високого тиску (ТВТ). Як міра вичерпання ресурсу двигуна використовується розрахований за критерієм тривалої міцності рівень пошкоджень, накопичених у ПД. На підставі аналізу проблем, що виникають при створенні системи контролю залишкового ресурсу авіаційного ГТД, визначена мета дисертаційної роботи і сформульовані її основні задачі.

У другому розділі наведено розв`язання задачі створення математичної моделі робочого процесу двигуна ПС-90А, яка придатна для розрахунку параметрів його робочого процесу (ПРП), у тому числі параметрів, що визначають термомеханічне навантаження ПД. Розрахунок ПРП виконується на основі відомих значень зовнішніх і внутрішнього режимних параметрів, а також з урахуванням параметрів стану ММРП.

У відповідності з існуючою класифікацією створена ММРП є нелінійною, другого рівня складності моделлю сталого функціонування авіаційного ГТД. У ролі параметрів стану ММРП виступає набір з 41 коефіцієнту, які визначають зміщення функціональних характеристик основних елементів ПЧ відносно відповідних характеристик середньостатистичного двигуна на початку його експлуатації. Одиничні значення параметрів стану відповідають ТС ПЧ середньостатистичного двигуна. Значення параметрів стану ММРП конкретного екземпляру ГТД визначаються параметричною ідентифікацією моделі за даними його виробничого та експлуатаційного контролю.

Зовнішніми режимними параметрами ММРП є: параметри повітря на вході в ГТД, швидкість польоту повітряного судна (ПС), величини відборів повітря та механічної енергії від двигуна на потреби ПС. У ролі внутрішнього режимного може виступати будь-який з параметрів функціонування ГТД, що моделюються.

Основу обчислювального процесу моделі складає ітераційна процедура розв`язання за методом Ньютона системи нелінійних рівнянь відносно 8-ми параметрів, що задають робочий процес основних елементів ПЧ ГТД.

При формуванні ММРП середньостатистичного двигуна ПС-90А використовувались проектні функціональні характеристики основних елементів його проточної частини, формулярні дані окремих двигунів та інформація, яка була отримана при випробуваннях 24-х двигунів на землі в аеропорту "Шереметєво".

У третьому розділі наведено методику розрахунку основних статистичних характеристик пошкоджень, що накопичуються у ПД двигуна.

У якості моделі накопичення пошкоджень використана модель їх лінійного сумування. Для розрахунку довговічності матеріалів застосована залежність Ларсона-Мiллера, що апроксимує характеристики тривалої міцності. Були прийняті до уваги такі фактори, що визначають розсіяння пошкодження ПД при проведенні її розрахункової оцінки: похибки відліку часу у системі реєстрації ПРП ГТД; похибки реєстрації ПРП, що використовуються в алгоритмах розрахунку параметрів навантаження деталей; похибки, що вносяться методикою розрахунку пошкоджень; стохастичне розсіювання геометричних характеристик та характеристик міцності ПД.

Значення накопичених за Nk польотних циклів пошкоджень ПД ?_{N k} та його середньоквадратичного відхилення (СКВ) S_{?N k} визначаються як

(1)

(2)

де - відповідно, значення пошкодження та його СКВ в i-му польотному циклі;

n _j - кількість стаціонарних режимів (кадрів реєстрації) в i-му польоті;

t _{i j} - тривалість j -го стаціонарного режиму в i -му польоті;

- модель довговічності матеріалу ПД у вигляді функції діючих значень напруги ? та температури T;

- СКВ оцінки пошкодження ПД на j -му режимі в i -му польоті.

Для реалізації алгоритму розрахунку статистичних характеристик пошкодження ПД необхідно мати залежності від ПРП, що реєструються в польоті, параметрів навантаження деталей у зонах їх імовірного руйнування. За базову була прийнята методика розрахунку параметрів навантаження ПД, яка запропонована розробником двигуна. На підставі цієї методики та розробленої ММРП двигуна створено алгоритм і здійснено чисельний експеримент, метою якого є формування регресійних залежностей параметрів теплового стану і механічного навантаження підконтрольних деталей від ПРП, що реєструються.

У ході експерименту режимні параметри двигуна варіювалися незалежно один від одного на 3-5 рівнях в межах діапазонів своїх можливих у експлуатації значень. Здійснювався повний перебір комбінацій значень 4-х режимних параметрів і за допомогою ММРП розраховувались значення ПРП, що відповідають кожній з 534 таких комбінацій. На базі отриманих таким чином значень параметрів проводився розрахунок напруг ? і температур Т у ПД згідно з базовою методикою. У ході обробки результатів розрахунку визначались форма регресійних залежностей і значення їх коефіцієнтів. При цьому використовувався метод найменших квадратів. На заключному етапі обробки у кожній розрахунковій точці визначалися модулі відносних нев'язок між значеннями параметрів навантаження (? чи Т), що одержуються по базовому алгоритму (У^И) і по регресійній залежності (У^Р): . Точність апроксимації базових залежностей регресійними оцінювалась по максимальному з розрахованих значень і по їх середньоквадратичному значенню ().

Отримані регресійні залежності для температур Т [К] і напруг ? [МПа], що діють в зонах імовірного руйнування ПД двигуна:

де [g] - вектор коефіцієнтів регресійної моделі;

n_ВТ, n_НТ - відповідно, частоти обертання роторів високого та низького тиску [%];

T^#_T - повна температура за турбіною [K];

P^#_K - повний тиск за компресором [ата].

Таблиця 1 містить значення коефіцієнтів залежностей (3) для робочих лопаток другої ступені ТВТ при роботі двигуна з максимальним відбором повітря на охолодження турбіни. Там же наведені оцінки точності апроксимації залежностями (3) базових.

У порівнянні з базовим алгоритмом, залежності (3) забезпечують меншу трудомісткість обчислювального процесу та зниження СКВ розрахункових оцінок пошкодження ПД. Останнє пояснюється використанням у ролі аргументів залежностей (3) тих ПРП, метрологічні характеристики каналів реєстрації яких забезпечують меншу помилку розрахунку пошкоджень.

Для урахування теплової iнерційності деталей, що працюють при змінних термомеханічних навантаженнях, запропоновано ввести в алгоритми розрахунку температур ПД процедуру згладжування цих параметрів згідно з експоненційним законом. На підставі проведеного аналізу зареєстрованих у польотах даних про зміну температури робочої лопатки першої ступені ТВТ обгрунтовано вибір для ПД значення постійної часу обраного закону згладжування.

Таблиця 1 Значення коефіцієнтів [g] і параметрів для отриманих регресійних залежностей

Параметр	g0	g1	g2	g3
Т	219,1	1,038	1,0979	-133,1	0,0014	0,0061
?	3,07	0.0524	-2,345	-	0,0008	0,0018

Модель (1) - (2) накопичення пошкоджень, а також залежності (3) параметрів навантаження ПД двигуна від ПРП покладені в основу розробленої методики прогнозування залишкового ресурсу. Було прийнято, що процес накопичення пошкоджень у наступний період експлуатації буде проходити як до моменту контролю. При цьому число польотних циклів Nr, що залишилося працювати ГТД після моменту контролю, визначається згідно з залежністю

(4)

де а_n - граничне значення пошкодження критичної ПД;

Nk - кількість польотів, виконаних до моменту контролю;

- відповідно, значення накопиченої за Nk польотів пошкодженості та її СКВ критичної ПД;

Up - квантiль нормального розподілу, що відповідає заданій ймовірності Р вичерпання ресурсу двигуна.

Значення величини а_n визначається, виходячи з таких нормативних параметрів: призначений ресурс ГТД; величина пошкоджень ПД за узагальнений польотний цикл; тривалість узагальненого польотного циклу.

Четвертий розділ містить опис інформаційного забезпечення автоматизованої системи контролю залишкових ресурсів парку однотипних ГТД.

Подано аналіз інформаційних потоків системи, виконана їх класифікація з позицій потреб створення ефективної бази даних і забезпечення достовірності інформації.

Розроблені алгоритми розрахунку пошкоджень є чутливими до помилок реєстрації ПРП двигуна. При аналізі польотної інформації були виділені характерні помилки, що виникають при реєстрації ПРП. Розроблено алгоритм автоматичного розпізнавання та корегування помилок реєстрації ПРП двигуна, значення яких використовуються при розрахунку пошкодження ПД. Алгоритм базується на оцінках достовірності зареєстрованих значень ПРП шляхом їх порівняння з реакцією ММРП двигуна на поточні режимні параметри.

Підвищення точності розпізнавання та корегування помилок забезпечується використанням індивідуальних ММРП для конкретних екземплярів двигунів. Для формування таких моделей запропоновано процедуру їх параметричної ідентифікації. При ідентифікації вирішується задача визначення значень параметрів стану ММРП ГТД за зареєстрованим в експлуатації ПРП.

У розділі також наведені основні характеристики архітектури програмного забезпечення автоматизованої системи моніторингу залишкових ресурсів парку авіаційних ГТД. Розглянуті питання розробки програмного забезпечення такої системи, її iнтеграції у загальну систему управління експлуатацією парку ПС.

У п'ятому розділі наведена методика математичного моделювання впливу індивідуальних особливостей ТС основних елементів ПЧ ГТД і зовнішніх умов його функціонування на процеси накопичення пошкоджень у ПД. Ця методика та її програмне забезпечення реалізовані стосовно двигуна ПС-90А, що експлуатується у складі силової установки літака Іл-96-300.

Створенню методики передував аналіз інформації про структуру реальних польотних циклів двигуна та пошкодження його ПД у цих циклах (табл.2). На підставі результатів такого аналізу був сформований типовий польотний цикл (ТПЦ), що встановлює залежності значень режимних ПРП від часу польоту.

Методика передбачає проведення чисельних експериментів шляхом використання програмного комплексу, який реалізує ММРП двигуна, модель системи автоматичного обмеження параметрів його функціонування, процедуру прогнозування залишкових ресурсів ПД і модель аеродинамічних характеристик ПС. У ході експериментів моделювалися польотні цикли двигуна шляхом зміни за спеціальними програмами режимних параметрів і параметрів стану ММРП ГТД.

Методика була використана для дослідження впливу виробничо - технологічних та експлуатаційних факторів на процеси накопичення пошкоджень.

Таблиця 2 Структура деяких польотних циклів двигунів ПС - 90А та значення накопичених при їх виконанні пошкоджень ПД

На рис.1 наведено деякі результати, отримані в ході дослідження впливу на основні статистичні характеристики пошкодження ПД величини відхилення ?Т температури повітря на вході в ГТД від температури МСА при різній висоті ?H_Б розташування аеродрому зльоту ПС.

Рис.2 містить вибіркові результати дослідження впливу індивідуальних особливостей ТС ПЧ двигуна на процеси накопичення пошкоджень у ПД. Наведені залежності пошкодження робочих лопаток другої ступені ТВТ в ТПЦ від величини ?Т для п`яти варіантів ТС ПЧ: середньостатистичний двигун; двигуни, що відрізняються від середньостатистичного станом таких елементів ПЧ, як вентилятор, компресор високого тиску, ТВТ, турбіна низького тиску. У останніх чотирьох випадках моделювалися зміни двовимірних функціональних характеристик зазначених елементів ПЧ, що відповідають розвитку в процесі експлуатації двигуна таких явищ, як забруднення лопаток вентилятора, абразивне пошкодження лопаток компресора високого тиску, прогар вихідних кромок соплових апаратів ТВТ, нагароутворення на лопатках турбіни низького тиску. У кожному з цих випадків встановлювалися корельовані відповідним чином відхилення від одиниці значень двох параметрів стану при функціональній характеристиці відповідного каскаду ПЧ. Такими параметрами стану були масштаби напирання а_РВН і коефіцієнту корисної дії (ККД) а_ЕВН вентилятору, приведеної витрати а_GKВ і ККД а_ЕКВ компресору високого тиску, параметру витрати а_АТВ і ККД а_ЕТВ ТВТ, параметру витрати а_АТН и ККД а_ЕТН турбіни низького тиску.

Аналіз наведених на рис.1 і 2 даних показує, що параметри повітря на вході в ГТД та ТС елементів його ПЧ справляють суттєвий вплив на процеси накопичення пошкоджень у ПД і повинні бути враховані при прогнозуванні залишкового ресурсу.

На підставі наведеної методики розроблено алгоритм прогнозування залишкового ресурсу ГТД за критерієм пошкодження його ПД. Алгоритм дозволяє враховувати такі характеристики наступного періоду експлуатації: сезонні і добові зміни параметрів атмосфери на повітряних лініях, комерційне навантаження ПС, індивідуальні особливості ТС ПС і двигунів його силової установки.

На рис.3 наведені результати використання розробленого алгоритму для прогнозування процесу зміни залишкового пошкодження ??N r=a_N ?????????Up S??????ПД двигуна при використанні ПС у щоденних рейсах між аеропортами, що розташовані на різних географічних широтах.

Як видно з наведених на рис.3 даних, при експлуатації ПС у різних кліматичних умовах залишковий ресурс до моменту досягнення ПД граничного стану (коли величина ??N r дорівнює нулю) змінюється в широких межах.

Розроблена методика може бути покладена в основу алгоритмів оптимізації режимів польотів ПС з урахуванням процесів накопичення пошкоджень у їх конструктивних елементах.

Рис.4 ілюструє можливості такої оптимізації для режиму зльоту літака Іл-96-300. Наведено залежності накопичених під час зльоту пошкоджень ?з ПД двигуна цього літака від його відносної злітної маси (m_{З MAX} - максимальна злітна маса літака) для трьох законів управління робочим процесом двигуна: підтримується максимальний режим роботи (R = max); підтримується постійна тяга (R = const); підтримується постійна частота обертання ротору високого тиску (n_ВТ = const). При законах R = const і n_ВТ = const значення стабілізованого параметру робочого процесу встановлюється в залежності від таким чином, щоб дистанція розбігу ПС була тією ж, що й при законі R = max для і стандартних атмосферних умов.

З наведених на рис.4 даних видно, що використання законів R = const і n_ВТ = const забезпечує суттєве зниження рівня пошкоджень ПД у порівнянні з законом R = max.

Висновки

Сформована методологiя автоматизованого експлуатаційного контролю залишкового ресурсу авiадвигуна за критерієм тривалої міцності робочих лопаток турбіни. Методологiя враховує стохастичну природу процесу накопичення пошкоджень і дозволяє проводити прогнозування залишкового ресурсу ГТД у імовірносному аспекті.

Створено методику, розроблено програмне забезпечення і проведено чисельний експеримент по визначенню впливу ТС елементів ПЧ ГТД і особливостей його експлуатації на процеси накопичення пошкоджень у підконтрольних деталях. На підставі одержаних результатів розроблена методика прогнозування залишкового ресурсу авіадвигуна з урахуванням його технічного стану і особливостей наступного періоду експлуатації.

Створена математична модель робочого процесу авіаційного ГТД ПС-90А, яка дозволяє визначати параметри його функціонування за заданими режимними параметрами. Розроблено алгоритм узгодження даної моделі з параметрами робочого процесу ГТД, що реєструються.

Розроблена методика чисельного експерименту по визначенню термомеханічного навантаження підконтрольних деталей авіаційного ГТД і отримані регресійні залежності параметрів навантаження від параметрів робочого процесу двигуна, що реєструються у польоті. Уточнена методика розрахунку температури підконтрольної деталі у заданій точці.

Розроблено інформаційне та програмне забезпечення автоматизованого контролю залишкових ресурсів парку однотипних авіаційних ГТД. Сформована схема інформаційних потоків такої системи, розроблена методика верифікації та корегування вхідної інформації.

Публікації за темою дисертаційної роботи

Регрессионные модели нагружения деталей газотурбинного двигателя в автоматизированной системе контроля выработки его ресурса /Ветров А.Н., Королев П.В., Тарасенко А.В., Якушенко А.С.// Проблемы управления технической эксплуатацией авиационной техники: Сборник научных трудов. - Киев: КМУГА, - 1996. - С. 32 - 37.

Контроль мощности свободной турбины авиационного газотурбинного двигателя/Денисюк П.И., Королев П.В., Моца В.Г., Якушенко А.С.//Проблемы управления технической эксплуатацией авиационной техники: Сборник научных трудов. - Киев: КМУГА, 1996. -С. 66 - 70.

Якушенко А.С., Абу Хайдар Салим Ханна. Влияние на расходование ресурса газотурбинного двигателя стохастического разброса температуры атмосферного воздуха // Проблемы информатизации и управления: Сборник научных трудов. Выпуск 3. -Киев: КМУГА, 1998. -С. 276 - 278.

Якушенко А.С. Влияние на исчерпание ресурса силовой установки различных законов управления самолета при разбеге // Прогресс - технология - качество: Труды второго конгресса двигателестроителей Украины с иностранным участием. - Харьков: ИМиС, 1997. -С.183.

Игнатович С.Р., Якушенко А.С. Использование математической модели рабочего процесса ГТД при прогнозировании его остаточного ресурса //Прогресс - технология - качество: Труды второго конгресса двигателестроителей Украины с иностранным участием. - Харьков.: ИМиС, 1997. -С.279 - 281.

Якушенко О.С. Дослідження впливу експлуатаційних чинників на процеси виробітку ресурсу робочих лопаток турбіни авiадвигуна //Обеспечение безопасности полетов в новых экономических условиях: Материалы международной НПК. - Киев: КМУГА, - 1997. -С.252.

Мониторинг ресурса газотурбинных двигателей /Андрющенко М.И., Королев П.В., Тарасенко А.В., Якушенко А.С. //Материалы первого конгресса двигателестроителей Украины. - Харьков: ИМиС,- 1996. - С.44.

Королев П.В., Якушенко А.С. Оптимизация управления силовой установкой самолета на этапе разбега с учетом выработки ее ресурса //Обеспечение безопасности полетов в новых экономических условиях: Материалы международной НПК. - Киев: КМУГА, - 1997. -С.265-266.

Василенко В.А., Королев П.В., Якушенко А.С. Модели рабочих процессов АД в системах управления их состоянием // Cовременные научно-технические проблемы гражданской авиации: Тезисы докладов международной НТК МГТУГА. - Москва: МГТУГА, - 1996. -С.103.

Анотація

Якушенко О.С. Автоматизований моніторинг залишкового ресурсу авіаційних ГТД в експлуатації за критерієм пошкодження робочих лопаток турбіни. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.14 "Експлуатація повітряного транспорту", Київський міжнародний університет цивільної авіації, м. Київ, 1999 р.

Сформована методологiя контролю залишкового ресурсу ГТД за критерієм тривалої міцності робочих лопаток турбіни, що враховує стохастичну природу пошкодження. Створена методика оцінки впливу технічного стану (ТС) ГТД та особливостей його експлуатації на накопичення пошкоджень у його деталях. Розроблена методика прогнозування залишкового ресурсу авіаційного ГТД з урахуванням його ТС та особливостей наступного періоду експлуатації. Розроблена математична модель робочого процесу ГТД ПС-90А та алгоритм її узгодження з параметрами функціонування двигуна. Розроблена методика одержання регресійних залежностей параметрів навантаження деталей ГТД від параметрів його робочого процесу.

Ключові слова: пошкодження, залишковий ресурс, робочий процес двигуна, математичне моделювання.

Аннотация

Якушенко А.С. Автоматизированный мониторинг остаточного ресурса авиационных ГТД в эксплуатации по критерию поврежденности рабочих лопаток турбины. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.22.14 "Эксплуатация воздушного транспорта", Киевский международный университет гражданской авиации, г.Киев, 1999г.

Сформирована методология автоматизированного эксплуатационного контроля остаточного ресурса авиадвигателя по критерию длительной прочности рабочих лопаток турбины, учитывающая стохастическую природу процесса накопления повреждений и позволяющая производить прогнозирование остаточного ресурса ГТД в вероятностном аспекте. Данная методика учитывает влияние на дисперсию поврежденности подконтрольной детали двигателя следующих факторов: погрешность отсчета времени в бортовой системе регистрации; погрешности регистрации параметров функционирования ГТД; погрешности, вносимые методикой расчета поврежденности; статистический разброс геометрических параметров детали и стохастическую природу долговечности конструкционных материалов. Создана методика, разработано программное обеспечение и проведен численный эксперимент по оценке влияния технического состояния элементов проточной части ГТД и характерных эксплуатационных факторов на процессы накопления повреждений в подконтрольной детали. Методика предназначена для проведения численных экспериментов, в которых реализуется комплекс разработанных в работе математических моделей: математическая модель рабочего процесса (ММРП) двигателя, модель системы автоматического ограничения параметров его функционирования, математическую модель, описывающая процессы накопления повреждений в деталях двигателя и модель аэродинамических характеристик воздушного судна. На основании полученных результатов разработана методика прогнозирования остаточного ресурса подконтрольных деталей ГТД с учетом его технического состояния и особенностей предстоящего периода эксплуатации. Методика позволяет учесть влияние на процессы накопления повреждений производственно-технологических и эксплуатационных факторов: атмосферные условия на маршрутах, взлетная масса и аэродинамические характеристики воздушного судна, характеристики рабочего процесса конкретного экземпляра ГТД, особенности летной эксплуатации двигателя. Создана нелинейная, второго уровня сложности ММРП авиационного ГТД ПС-90А, позволяющая определять параметры функционирования двигателя по заданным режимным параметрам. Разработан алгоритм построения математической модели конкретного экземпляра ГТД путем согласования исходной модели с зарегистрированными параметрами рабочего процесса. Разработана методика численного эксперимента по оценке термомеханической нагруженности подконтрольных деталей авиационного ГТД и получены регрессионные зависимости параметров нагруженности от регистрируемых в полете параметров рабочего процесса. В отличие от действующего алгоритма полученные регрессионные зависимости обеспечивают меньшую трудоемкость вычислительного процесса и снижение дисперсии расчетных оценок поврежденности подконтрольных деталей. Для учета тепловой инерционности деталей, работающих при переменных термомеханических нагрузках, в алгоритм расчета температур подконтрольных деталей введена процедура сглаживания этих параметров в соответствии с экспоненциальным законом. Разработано информационное и программное обеспечения автоматизированного контроля остаточного ресурса парка однотипных авиационных ГТД. Сформирована схема информационных потоков данной системы. Разработан алгоритм автоматического распознавания и корректировки ошибок регистрации параметров рабочего процесса ГТД. Алгоритм базируется на оценках достоверности зарегистрированных значений параметров рабочего процесса путем сравнения их с реакцией ММРП конкретного ГТД на текущие режимные параметры.

Ключевые слова: поврежденность, остаточный ресурс, рабочий процесс двигателя, математическое моделирование.

Annotation

Yakushenko O. S. Automated maintenance monitoring the remaining working life of aviation GTEs by the criterion of turbine rotor blades' damage. - Manuscript.

Thesis for the Degree of the Candidate of Science by speciality 05.22.14 "Air Transport Operation", Kyiv International University of Civil Aviation, Kyiv, 1999.

The methodology of checking the remaining working life of GTE by the criterion of long strength of turbine rotor blades was formed. It is taking into account the stochastic nature of damage . The procedure was created for the estimation of influence of technical state (TS) of GTE and peculiarities of its maintenance to the accumulation of damages in its details. The procedure was developed for the prediction of remaining working life of aviation GTE with the consideration of its TS and peculiarities of forthcoming period of maintenance. The mathematical model of working process of GTE ПС-90А and the algorithm of coordination it with the parameters of engine functioning were developed. The procedure was developed for the producing the regression dependences of the parameters of loading of GTE details from the parameters of its working process.

Key words: damage, remaining working life, working process of engine, mathematical modelling.

Размещено на Allbest.ru

...