Поддержание исправности и летной годности самолетов и двигателей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Основные виды повреждений и разрушения лопаток компрессора и турбины

1.1 Виды повреждений и разрушения лопаток компрессора

1.2 Виды повреждений и разрушения лопаток турбины

2. Системы бортового контроля работы двигателей и наземнобортовые системы

2.1 Системы бортового контроля работы двигателей

2.2 Наземно-бортовые системы

Заключение

Список литературы

Введение

Грамотное использование информации бортовых устройств регистрации, автоматизированных систем контроля и наземных средств обработки полетной информации при проведении всех видов объективного контроля и подготовки к полетам позволяет: повысить безопасность полетов за счет предотвращения вылетов самолетов с неисправностями, а также вылета экипажей, недостаточно подготовленных к полетам или допустивших нарушение условий безопасности и правил эксплуатации авиационной техники в предыдущих полетах; произвести анализ работы авиационной техники с целью обеспечения более глубокого контроля ее технического состояния в межрегламентный период эксплуатации, после выполнения регламентных работ, а также оценку работоспособности авиационной техники после выполнения облетов; получить данные, необходимые для определения степени освоения боевых и маневренных возможностей самолетов и уровня подготовки летного состава; повысить качество обучения летного состава и ответственность за точное выполнение заданных условий полета.

1. Основные виды повреждений и разрушения лопаток компрессора и турбины

1.1 Виды повреждений и разрушения лопаток компрессора

В эксплуатации кроме силовых факторов, определяемых конфигурацией лопаток и действием внешних сил (статических, газодинамических и вибрационных), на лопатки действует ряд других факторов, связанных с особенностями влияния среды, в которой эксплуатируется двигатель: попадание посторонних предметов, коррозия, изменение температуры, эрозия, износ, фреттинг-коррозия и т. д. Силовые факторы, за исключением вибрационных и, в какой-то мере, циклических, достаточно точно прогнозируются и учитываются на стадии проектирования; остальные факторы сложно предсказуемы. (В целом расчетные методы не дают возможности с достаточной достоверностью оценить работоспособность лопаток компрессора, которая в основном проверяется в процессе доводки путем широких исследований напряженности, а также испытаниями в натурных условиях на экспериментальном компрессоре и другими стендовыми испытаниями.) В наибольшей степени на работоспособность лопаток оказывают влияние:

а) "обычная" усталость (переменные напряжения, связанные с вибрациями, превосходят усталостную прочность материала);

б) снижение усталостной прочности материала случайными забоинами,

вызываемыми попаданием посторонних предметов (птицы, град, предметы, оставленные при обслуживании, частицы поверхности и т. п.

в) повреждения (нарушение формы) из-за попадания крупных посторонних предметов;

г) эрозия мелкими частицами (песок); д) коррозия (оказывает в основном влияние на сопротивление усталости). Наибольшее число неисправностей компрессоров связано с попаданием в двигатель посторонних предметов и вызываемых ими механических повреждений. По ряду статистических данных о летных происшествиях, вызванных попаданием в двигатели посторонних предметов, в среднем на 100000 полетных циклов приходилось 5.4 случая попадания при максимальной частоте 9.7 случая, а минимальной - 3.4. Федеральное Авиационное Управление США разделяло посторонние предметы на две основные категории. В первую группу включались предметы, влияющие на работу только одного двигателя многодвигательного самолета.

Это - обтирочная ветошь, ручной инструмент, болты или гайки, куски протекторов авиашин и т.п. - на взлетном режиме; птицы массой до 1.8 кг - на максимальном крейсерском (набор высоты). Во вторую группу были отнесены предметы, которые могут влиять на работу всех двигателей многодвигательного самолета при единичном попадании. Это- песок и гравий (28 г на 645 см2 площади сечения входного устройства двигателя) на взлетном режиме, градины, птицы массой до 0.68 кг, лед на входном устройстве воздухозаборника и т.п. При попадании предметов первой группы в двигателе перед контролируемым выключением двигателя не должно возникать пожара, взрыва или "глобального" разрушения. Оборвавшиеся рабочие лопатки не должны пробивать стенки корпуса. При попадании предметов второй группы двигатель должен быть способен создавать 75% расчетной тяги без значительных перебоев в течении 5 мин. Исходя из особенностей условий нагружения пера лопаток типичного вентилятора, наиболее опасными с точки зрения повреждаемости считаются случаи: забоины (или др. нарушения формы) и трещины (или др. нарушения целостности) тонкой входной кромки лопатки и разрушение лопатки под действием изгибающих моментов относительно оси минимальных моментов инерции. На характер повреждаемости лопаток оказывают влияние как геометрические характеристики лопаточной решетки в целом, так и 8 собственно характеристики пера лопаток. Недостаток, связанный с применением лопаток с короткой хордой, заключается в том, что число лопаток, "разворачивающих" части постороннего предмета, увеличивается. Так, обычно, в крупноразмерных двигателях при попадании птицы повреждаются входные кромки трех - четырех лопаток, а в малоразмерных - кромки восьми - десяти лопаток. Малоразмерные двигатели оказываются также более уязвимы с точки зрения сопротивляемости лопаток изгибу при повреждении посторонними предметами. Некоторые характерные виды механических повреждений (забоина, вмятина, погнутость) и геометрические характеристики повреждений кромок и концевых частей рабочих лопаток приведены на рис. 1.1. Также возможны забоины собственно на центральной части пера рабочих лопаток. Эти забоины характеризуются глубиной и диаметром, взаимным расположением, а также тем, имеется, или нет, выпучивание в их зоне материала с обратной стороны пера лопатки.

А - длина вмятины, измеряемая вдоль входной кромки лопатки;

Б - максимальная глубина вмятины (измеряется в плоскости профиля пера лопатки перпендикулярно входной кромке);

В - расстояние от периферийного торца лопатки до середины вмятины (измеряется вдоль входной кромки лопатки);

Г - максимальная ширина вмятины (измеряется по поверхности профильной части со стороны спинки или корыта перпендикулярно входной кромке лопатки). в -погнутость:

А - величина отогнутой части профиля лопатки, измеряемая вдоль входной (выходной) кромки;

Б - величина отклонения вершины угла лопатки;

В - величина отогнутой части профиля лопатки, измеряемая по периферийной кромке лопатки)

Попадание в двигатель вместе с воздухом большого количества песка и пыли приводит к интенсивному эрозионному износу лопаток компрессора, ухудшающему их аэродинамические и прочностные характеристики. Эрозионному износу (выветриванию) подвержены также мягкие покрытия, применяемые для уплотнения (уменьшения) радиальных зазоров проточной части, при котором (как и в случае износа лопаток) падает КПД компрессора и возрастает удельный расход топлива двигателя. Ухудшается устойчивость работы двигателя. Следует отметить, что первоначально эрозия может даже несколько улучшить характеристики двигателя, так как лопатки шлифуются и становятся тоньше. Однако затем эрозия ведет к значительному ухудшению характеристик двигателя и может вызвать потерю запаса устойчивости и привести к неустойчивой работе компрессора (как правило, помпажу) и двигателя в целом, что может привести к авиационному происшествию. Как уже отмечалось, изменение формы поверхности пера лопаток компрессора вследствие эрозии и попадания посторонних предметов приводит к длительно развивающимся потерям. Существует ряд технических приемов конструирования деталей и узлов двигателя, позволяющих уменьшить эти потери. Среди наиболее распространенных мер можно указать увеличение радиусов передней и задней кромок, а также хорды лопатки, уменьшение изогнутости профиля, увеличение относительной величины зазора и снижение окружной скорости на периферии лопаток. Потери вследствие износа горячей части могут быть уменьшены путем улучшения управления охлаждающим воздухом, улучшения материалов и покрытий пера лопатки, усовершенство- вания конструкций жаровых труб и топливных форсунок.

В эксплуатации стальные лопатки могут покрываться бурыми пятнами или пленкой светло-коричневого цвета, представляющими собой окислы железа. На поверхности лопаток (на спинке, входной кромке и радиусе перехода от пера к хвостовику) образуются коррозионные язвы различной глубины.

Образованию и развитию коррозионных повреждений лопаток кроме внешней среды способствуют следующие эксплуатационные факторы: высокая напряженность лопаток, повреждения эрозией, солевые или другие отложения на поверхности лопаток, вызывающие парниковый эффект при избытке ионов оксида серы или хлора. Важным фактором в формировании коррозионной стойкости является и технологическая наследственность, определяющая основные параметры свойств поверхностного слоя. В стальных лопатках наблюдаются межкристаллитная коррозия, или коррозия под напряжением, и локальная точечная коррозия. Чаще всего межкристаллитную коррозию обнаруживают в зоне радиуса перехода от хвостовика к профильной части лопатки, локальную точечную коррозию - на кромках лопаток. При визуальном осмотре детали признаки коррозии могут не выявляться, но под микроскопом обнаруживаются коррозионные пятна. Разрушение поврежденных лопаток происходит от очага в виде коррозионной раковины или язвы. В условиях агрессивной среды развитие трещин межкристаллитной коррозии идет по границам зерен под действием внешних или внутренних напряжений. При повышенных температурах (250-500°С) в среде, содержащей ионы хлора, при действии статических нагрузок наблюдается также и солевая коррозия титановых сплавов, проявляющаяся в поверхностном растрескивании, приводящем к снижению длительной прочности и пластичности материала, уменьшению времени до появления макротрещин и увеличению скорости распространения трещин.

1.2 Виды повреждений и разрушения лопаток турбины

Повреждаемость и надежная работа рабочих лопаток турбин в значительной мере зависит и от работы всех элементов горячей части двигателя. Увеличение ресурса и повышение рабочих параметров в турбинах ГТД сопровождается интенсификацией процессов повреждения рабочих лопаток под действием статических и вибрационных нагрузок, высоких температур, циклических нагрузок, вызываемых действием силовых факторов, термических напряжений, коррозионного и эрозионного воздействия газового потока. Большинство разрушений рабочих лопаток турбин, как и рабочих лопаток компрессоров, имеет усталостный характер и связано с переменными напряжениями, возникающими при колебаниях по низшим формам (которые могут вызываться в том числе пульсационным горением топлива в камере сгорания). При колебаниях по первой изгибной форме возможны также растрескивание и усталостные разрушения хвостовиков лопаток. В ряде случаев повреждения лопаток турбин (особенно первых ступеней) могут быть объяснены особенностями распределения температуры газа на выходе из камеры сгорания - cм. рис. 2.1. Значительное влияние на повреждаемость рабочих лопаток оказывает газовая коррозия, обусловленная наличием в продуктах сгорания химически активных соединений. Наличие в топливе химически активных оксидов серы и др. приводит к образованию повреждений в лопатках турбин в виде (сульфидной) коррозии. Проблема окисления и коррозии в ряде случаев не позволяет использовать полностью ресурс работы лопатки по длительной прочности. (Даже если средняя температура охлаждаемой лопатки может быть достаточно низка, чтобы обеспечить удовлетворительную длительную прочность, то вследствие неравномерности температуры в сечении на некоторых участках лопатки

Повреждаемость лопаток турбин связана с циклическим воздействием теплового потока и вызываемых им термических напряжений, а также действием центробежных и газовых сил и возможностью перегрева. При смене режимов работы двигателя и теплового поля возникают термомеханические напряжения в наиболее нагруженных сечениях лопатки, приводящие к термоусталостному и малоцикловому разрушениям материала. Перегрев лопаток турбины возможен и при помпаже компрессора двигателя (см. выше). Перегрев приводит к изменению структуры материала и распределения значений термоэлектродвижущей силы, регистрируемой с использованием термоэлектрической аппаратуры - см. рис. 2.2-2.3 Возможно появление обгаров и прогаров.

в-лопатка двигателя, подвергшегося помпажу,

г-лопатка турбины, подвергшейся существенному превышению температуры (номерами обозначены участки с одинаковыми диапазонами значений термоЭДС в порядке убывания абсолютных значений).

Проблема высоких температур решается, с одной стороны, повышением жаропрочности и жаростойкости применяемых материалов, с другой стороны, применением жаростойких и теплозащитных покрытий и, наконец, конструктивными методами создания специальных систем охлаждения деталей. При повышенных температурах ресурс деталей в значительной мере определяется совершенством систем охлаждения и живучестью защитных покрытий. Возможны повреждения бандажных полок, выражающиеся в уменьшении, в процессе наработки, натяга по контактным поверхностям полок и возникновении износа и наклепа из-за появления зазора между ними. Повреждения бандажных полок приводят к снижению жесткости рабочего колеса в целом и увеличению вибронагруженности пера лопаток. В турбинах, где преобладают никелевые сплавы, фреттинг проявляется, в первую очередь, в виде повреждений площадок контакта бандажных полок лопаток турбин и контактных поверхностей замковых соединений. Согласно усталостные разрушения лопаток турбин составляют до 33%, разрушения от малоцикловой усталости - около 9%, разрушения от сочетания малоцикловой усталости, вибрационных напряжений - около 42% и разрушения, связанные с исчерпанием длительной прочности - 16%. Таким образом, в общем случае, причинами разрушения лопаток турбин могут являться:

Долговечность турбинных лопаток в условиях работы на установившемся режиме в определенных пределах является функцией температуры охлаждающего воздуха. Долговечность турбинных лопаток на установившихся режимах определяется ползучестью (длительной прочностью) и окислением или эрозией поверхности лопаток. Ползучесть вызывает отказ в результате разрушения или вытяжки материала сверх допустимых пределов. Окисление или эрозия вызывает отказ вследствие износа покрытий и основного материала лопатки. Ползучесть и коррозионно-эрозионные явления на установившемся режиме зависят от температуры металла, величина которой определяется условиями эксплуатации двигателя.

В зависимости от выбора материала и покрытий циклическая долговечность может повыситься до 10 раз благодаря более высокой пластичности материала. Обычно стоимость материала и масса лопатки увеличиваются при применении материалов с повышенной пластичностью. В отличие от сравнительно несложных способов увеличения долговечности на установившихся режимах для повышения сопротивления малоцикловой усталости лопаток требуются фундаментальные изменения, а именно: замена материала, подбор соответствующего покрытия, схемы охлаждения и конфигурации детали. компрессор турбина деталь двигатель

Однако следует учитывать, что изменения, необходимые для повышения циклической долговечности рабочих лопаток могут оказать воздействие на остальную часть роторной системы. Например, изменение материала, приводящее к увеличению массы лопатки, потребует изменений в конструкции диска, чтобы компенсировать возросшие центробежные нагрузки и т.п.

2. Системы бортового контроля работы двигателей и наземнобортовые системы

2.1 Системы бортового контроля работы двигателей

Бортовая система контроля двигателя (БСКД). Контроль работы двигателей на самолёте производится с помощью БСКД. Каждый двигатель имеет свою автономную систему контроля.

Система контроля обеспечивает:

· прием, обработку по заданным алгоритмам и преобразование в цифровой код информации, получаемой от РЭД и от датчиков и сигнализаторов, установленных на двигателе и самолете;

· выдачу в КИСС и в МСРП информации в цифровом коде об измеренных параметрах двигателя, а в КТЦ (комплекс топливоизмерения и центровки) и ВСС (вычислительная система самолетовождения) информации о расходе топлива;

· проведение допускового контроля измеренных параметров и выдачу в КИСС и в МСРП сигналов неисправности при достижении параметрами предельных значений;

· контроль работы механизации компрессора;

· подсчет наработки двигателя и выдачу результатов подсчета в КИСС и в МСРП,

· анализ тенденций изменения контролируемых параметров в течение полета и выдачу информации об этом на КИСС и в МСРП;

· контроль времени запуска двигателя и времени выбега его роторов и выдачу информации об этом на КИСС и в МСРП;

· выдачу информации о текущем значении основных параметров двигателя и неисправностей его систем на индикаторы и табло щитка резервной индикации.

БСКД имеет основной (1-й) и резервный (2-й) каналы. Основной канал обеспечивает измерение и выдачу информации в полном объеме на экраны КИСС и на резервные индикаторы, а резервный - осуществляет дублирование контроля основных параметров двигателя и выдачу информации при отказе основного канала только на средства резервной индикации.

Примечание. Экраны КИСС - в центре приборной доски, а средства резервной индикации (цифровые е индикаторы и табло) - на щитке резервной индикации - справа от экранов КИСС.

БСКД имеет систему встроенного контроля, которая обеспечивает:

1.Непрерывный автоматический самоконтроль исправности элементов работающей на земле и в полете БСКД и выдачу в КИСС и в МСРП информации о результатах контроля.

2.Автоматическое отключение неисправных каналов информации и переключение на прием информации непосредственно от РЭД.

3.Возможность предполетной проверки неработающей БСКД от кнопки "Контр" на щитке наземной проверки БСКД (панель наземной подготовки).

Информация о результатах контроля (автоматического и с помощью кнопки) выдается: А. В кадр "Дв/Сигн" на ИМ2:

-"Дв1 (2). БСКД исправн" (зеленого цвета) - при проверке на земле от кнопки "Контр",

-"БСКД1 (2) - Отказ" (желтого цвета) - при неисправном состоянии БСКД по результатам самоконтроля или при проверке на земле от кнопки "Контр",

-коды отказавших блоков или датчиков БСКД - при проверке на земле от кнопки "Контр". Б. На светосигнализатор на панели наземной подготовки: "БСКД исправн 1 (2)" - при

исправной БСКД при проверке БСКД от кнопки "Контр". Примечание. Допускается:

1) высвечивание шифра отказа "БСКД1 (2) 37" в кадре "Блоки" при выходе величины давления в гидроаккумуляторе за диапазон измерения датчика;

2) высвечивание шифра отказа "БСКД-136" на режиме МГ.

Электропитание БСКД осуществляется от основной бортовой системы электроснабжения. Кроме того, резервный канал системы подключен к аварийному электропитанию от аккумуляторов. Включение системы производится выключателем "БСКД дв1 (2)" на щитке включения систем правом (пульт пилотов верхний). Информация о параметрах, сигнализация о работе и состоянии двигателей воспроизводится на экранах ИМ1 и ИМ2 КИСС в кадрах: - "Дв/Сигн (Дв. осн)".

2.2 Наземно-бортовые системы

Бортовое оборудование - совокупность технических средств

(агрегатов, приборов, машин и т.п.), устанавливаемых на борту ЛА.

Диагностирование авиационных конструкций входит составной частью в систему управления техническим состоянием, поэтому эффективность диагностирования также зависит от объема и качества информационных потоков. Можно выделить задачи, где нужна информация. Это обширная группа классификационных задач, прогнозирование состояний авиаконструкций, поиск отказавших элементов. Для классификационных задач высшего порядка важное значение имеет априорная информация. Сбор ее - трудоемкий и дорогостоящий процесс. Достигнутые успехи по оснащению лабораторий диагностики крупных ATБ вычислительными комплексами создали предпосылки для пересмотра принципов информационного обеспечения оценки технического состояния авиационной техники. Качественно новой ступенью информационного обеспечения является создание информационно-управляющих систем, куда наряду с блоками накопления информации введены блоки алгоритмов принятия решения.

Базовым звеном такого рода систем являются информационно-управляющие ветви по типам эксплуатируемой техники, объединяющие на информационном уровне все необходимые данные, подступающие с предприятий, эксплуатирующих определенный тип ВС. В состав информационно-управляющей системы входят основные и вспомогательные подсистемы (рис. 68). Основные подсистемы воспринимают информацию, характеризующую условия эксплуатации ВС. В состав основной подсистемы входят бортовые регистраторы режимов работы и условий полета, а также документация по результатам наземных проверок авиатехники.

Автоматизированные информационно-диагностические системы (АИДС) последовательно решают задачи сбора, обработки, анализа и передачи информации об объекте контроля для определения его технического состояния. АИДС по месту расположения подразделяют на бортовые, наземно-бортовые и наземные. Бортовые АИДС в свою очередь делятся на встроенные и внешние. Основные задачи бортовых АИДС - осуществление оперативного контроля за состоянием авиационных конструкций в полете, выдача информации об их состоянии, а в некоторых случаях локализация и ликвидация отказа.

В качестве примера рассмотрим систему бортового контроля двигателя ПС-90А (самолеты Ил-96-300, Ту-204). Она предназначена для контроля состояния двигателя, преобразования информации о его работе, а также поиска неисправностей (рис. 69). Основным элементом системы (в технической документации ее название БСКД-90) является блок преобразования параметров двигателя (БППД2-1). Он смонтирован непосредственно на двигателе и снабжен принудительным охлаждением. В БППД2-1 обрабатывается информация, поступающая с датчиков, расположенных на двигателе.

Кроме того, в систему БСКД-90 входят:

цифровая вычислительная машина ЦВМ 80-401, которая производит расчет функционально-параметрических уравнений, сравнивает значения отклонений параметров с эталонными, оценивает тренды изменения параметров;

блок БППДЗ-1, который регистрирует и преобразует значения параметров и вибрации;

блок ДКТ-1, который регистрирует сигналы от термопар с учетом поправки на окружающую температуру;

блок БЭ-45, который выдает информацию о вибрации в блок БППДЗ-1;

блок УПС-4, который обеспечивает надежность работы слаботочных сигнализаторов и компенсирует возможные перегревы в основных системах.

Из основных элементов БСКД-90 - многоканальная система регистрация параметров типа МСРПА-0,2. Поступающая в МСРПА-0,2 информация регистрируется в двух накопителях: кассетном бортовом накопителе (КБН) и защищенном бортовом накопителе (ЗБН). Вся информация от двигателя вводится в КБН, а все другие параметры режимов полета и работы самолетных систем накапливаются в ЗБН.

В БОД (блок оперативного документирования) фиксируются не значения параметров, а лишь сигналы, свидетельствующие о каких-либо отклонениях в их значениях. Эти сигналы фиксируются на ленте АЦПУ. После каждого полета проверяют показания БОД: если лента чистая, то двигатель работал без отклонений, если есть сигналы, то нужно принимать соответствующие меры.

Наземно-бортовые АИДС состоят из двух конструктивных частей. Одна из них, включающая бортовое устройство регистрации, устанавливается на борту ВС. Другая часть, состоящая из аппаратуры обработки, отображения и документирования регистрируемой в полете информа­ции, входит в состав средств наземного технического обслуживания авиатехники.

Наземные АИДС представляют собой компьютерные комплексы, способные решать задачи диагностирования на базе априорной информации. Наибольшее распространение получили наземно-бортовые АИДС. К ним относятся многоканальные самолетные регистраторы параметров (МСРП-12-96, МСРП-64-1, МСРП-256) в совокупности с наземными устройствами дешифровки информации ("Луч-74", "Луч-84").

Наземно-бортовая АИДС "Анализ-86" предназначена для непрерывного контроля за работой двигателя НК-86 (самолет Ил-86). Бортовая часть регистрирует значения параметров двигателя, преобразует их в цифровую форму с последующей регистрацией на съемный магнитный накопитель. Эти функции выполняют штатные датчики и блок, управляющий частотой и последовательностью опроса. Регистрация информации осуществляется на съемном кассетном накопителе МСРП-256.

Условием формирования информационных потоков в системе является критерий достаточности. Излишняя и недостоверная информация вызывает усложнение структуры информационных потоков, увеличение трудовых и материальных затрат, что в значительной мере отражается на эффективности управления информационными процедурами. Поэтому главной целью процесса формирования информационных потоков является классификация информации по функциям управления в зависимости от состава органов управления, его подразделений и решаемых задач.

Для формирования структуры информационных потоков в первую очередь определяют:

задачи, решаемые на основе информации (контроль ТС из­делий AT, контроль отработки ресурсам уровня надежности);

виды информации и ее содержание;

Информация по оценке ТС AT в условиях авиационно-технических баз предприятий ГА формируется по двум направлениям: текущей (рабочей) и начальной информациям.

Заключение

Информационное обеспечение в рамках ТО и Р является важнейшим этапом формирования и выработки управляющих воздействий по назначению и выполнению работ для поддержания исправности и летной годности самолетов и двигателей, обеспечения эффективности управления их техническим состоянием в условиях принятой стратегии технической эксплуатации.

Список литературы

1. В.А. Пивоваров. Повреждаемость и диагностирование авиационных конструкций. - М.: Транспорт, 1994

Размещено на Allbest.ru