CC BY
183Эксплуатация и надежность авиационной техники
УДК 629.7.036.3; 629.7.083.03
МЕТОДЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Р. В. Менчиков, Е. С. Панкеев, А. А. Парпуц
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-mail: Rj-Pankeew@yandex.ru
В настоящее время высокая стоимость ремонта современных авиационных двигателей является действительностью авиационной промышленности. Поэтому для экономичности содержания двигателей стало возможным увеличение ресурса при условии обеспечения высокого уровня надежности. Это может быть достигнуто прежде всего с помощью различных методов технической диагностики, выявляющих неисправности двигателя на ранней стадии их развития, и тем самым максимально использовать эксплуатационные возможности каждого двигателя без выполнения принудительных ремонтов.
Ключевые слова: методы технической диагностики, маслосистема, температура, визуально-оптический метод, радиография, феррография.
METHODS OF TECHNICAL DIAGNOSING OF AVIATION ENGINES
R. V. Menchikov, E. S. Pankeev, A. A. Parputs
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation Е-mail: Rj-Pankeew@yandex.ru
At present, the high cost of repairing modern aircraft engines is the reality of the aviation industry. Therefore, for the economy of engine maintenance, increasing of the resource became possible, if provide that a high level of reliability is ensured. We can achieve it primarily through various methods of technical diagnostics that detect engine failures at an early stage of their development, and thereby maximize the operational capabilities of each engine without performing forced repairs.
Keywords: methods of technical diagnostics, oil system, temperature, visual-optical method, radiography, ferrogra-phy.
По мере разработки, отладки и проверки методов диагностирования авиационных двигателей, создаются всё более эффективные методики не только поиска возникающих неисправностей, но предотвращение предотказовых ситуации в полёте. При диагностировании двигателя по отдельным узлам и элементам методики диагностирования будут относительно простыми и не будут иметь значительных недостатков. Базовые характеристики двигателя в сравнении с эталонами изменяются в процессе эксплуатации, поэтому установление соотношения между скоростями их изменений и признаками появления неисправности является важной задачей диагностики.
За период эксплуатации авиационных двигателей созданы различные методы диагностики отказов и неисправностей. Рассмотрим наиболее распространённые из них.
Визуально-оптический метод. Визуальный осмотр является оперативным видом контроля технического состояния корпусов двигателя, герметичности топливной и масляной систем силовой установки, входных направляющих аппаратов и лопаток первых ступеней компрессоров и последних ступеней турбины, а также других доступных элементов двигателя и систем силовой установки. Однако наиболее нагруженными в двигателе являются первые ступени тур-
бины, камеры сгорания, последние ступени компрессора, опоры трансмиссии двигателя и другие элементы, недоступные для визуального контроля. Поэтому в данном случае применяется оптический метод, выявляющий забоины, разрывы материала, трещины, потертости, эрозионный износ, прогары, усталостные трещины, коробления, и другие дефекты на деталях двигателя. Оптическое устройство представляет собой два стекловолоконных жгута, заключенных в металлическую оплетку. Один из жгутов служит для передачи изображения, другой для подвода света к месту осмотра. Серии последовательно полученных в разное время снимков позволяют организовать анализ изменения состояния узла или элемента [5].
Радиографический метод. Данный метод широко применяется при оценке состояния элементов конструкции планера летательного аппарата. Для оценки состояния деталей и узлов двигателя он используется реже. Это связано с трудностями по подготовке двигателя (частичная разборка для введения трубки с изотопом и размещения пленки), большим временем выдержки при получении снимка, проявления пленки, сложностью анализа снимков и необходимостью проверки работы двигателя после сборки. На данный момент существуют три вида метода радиографии, отличающиеся друг от друга расположением источника
Решетневскуе чтения. 2018
излучения по отношению к исследуемым деталям. Наибольшее распространение получил вид, когда источник излучения вводится внутрь двигателя по его оси, а пленка располагается на внешней поверхности двигателя. В двух других случаях источник излучения располагается сбоку двигателя. В качестве аппаратуры применяются установки, использующие рентгеновские лучи и радиоактивные изотопы. Значительное влияние на качество изображения оказывает взаимное расположение источника излучения, диагностируемого узла, рентгеновской пленки и время выдержки. Каждый из этих параметров должен быть соответствующим образом подобран [4; 5].
Метод оценки температурного состояния. Температурные напряжения и их колебания при эксплуатации являются одним из источников повреждений элементов конструкции двигателя. Предупреждение разрушений от термических воздействий возможно на основе контроля действительного температурного состояния детали или горячей среды, омывающей эту деталь. Однако, для диагностирования лопаток турбины данная оценка не является эффективной, особенно если лопатка имеет внутренние каналы и отверстия на поверхности для прохождения охлаждающей среды, когда распределение температуры на поверхности имеет значительные градиенты на участках с размерами менее одного миллиметра. Градиенты температур на таких участках лопатки могут быть обнаружены и определены с помощью радиационных пирометров. Он измеряет фактическую температуру лопаток турбины, зависящую не только от температуры газа, но и от температуры охлаждающего воздуха и эффективности всей системы охлаждения лопаток. В качестве диагностической информации используют максимальную, минимальную и среднюю температуры, а также распределение температур в наиболее опасных сечениях. Средняя температура лопаток характеризует работоспособность системы охлаждения. Повышение температуры позволяет обнаружить обрывы дефлекторов, уменьшение расхода охлаждающего воздуха вследствие засорения каналов и т. п. Среднемаксимальная температура лопаток служит для оценки состояния наиболее теплонапряженных ее участков (входные, выходные кромки) [3-5].
Диагностирование деталей авиационного двигателя, омываемых маслом (трибодиагностика). Часть отказов авиадвигателей связана с нарушением работы узлов трения из-за недопустимых износов. При этом продукты износа уносятся маслом, циркулирующим в двигателе, а их наличие и концентрация могут служить сигналом возникновения неисправности. Осмотры маслофильтров при ТО не всегда эффективны, так как 98 % частиц имеют размеры менее 5 мкм, а ячейки фильтрующих элементов -7,0-14,0 мкм.
В качестве критерия при установлении технического состояния двигателя используется скорость изменения концентрации продуктов износа в смазывающем масле. Это значение получают в результате анализа проб масла, взятых из нижней точки масло-системы двигателя через определенные промежутки времени (обычно через 50 часов) [1; 2].
Распространенность методов диагностирования авиационных двигателей можно проанализировать на
примере двигателя АИ-24 с обширной историей эксплуатации и рядом модификаций. На указанном двигателе наиболее распространенной причиной досрочного снятия с самолета является обнаружение повышенного содержания металлов в масле. Таким образом в данной ситуации находит применение в качестве метода диагностирования трибодиагностика.
Представляется возможным на основе имеющихся данных трибодиагнистики по двигателю АИ-24 разработать прогнозную модель появления нарушений работы узлов трения. Эта модель может быть использована при утверждении размера увеличения ресурса во время проведения работ по исследованию технического состояния двигателя. В настоящее время работа по созданию указанной модели находится на этапе формирования тела модели.
Библиографические ссылки
1. Вишневский Я. Р. Двигатель ГТД-350 как объект диагностирования в условиях авиационного предприятия // Научный вестник МГТУ ГА. 2006. № 109.
2. Технология эксплуатации, диагностики и ремонта газотурбинных двигателей / Ю. С. Елисеев, В. В. Крымов, К. А. Малиновский и др. М. : Высш. шк., 2002. С. 139-180.
3. Диагностика и неразрушающий контроль летательных аппаратов и авиадвигателей : учеб. пособие / В. А. Пивоваров, О. Ф. Машошин, С. Г. Хрустиков и др. М. : МГТУ ГА, 2011. С. 50-70.
4. Пивоваров В. А., Машошин О. Ф. Дефектоскопия гражданской авиационной техники : учеб. пособие для вузов. М. : Транспорт, 1997. 136 с.
5. Место и роль технической диагностики в системе технической эксплуатации авиационной техники [Электронный ресурс]. URL: https://studfiles.net/ preview/2216279/ (дата обращения: 12.09.2018).
References
1. Vishnevskiy Ya. R. [Engine GTD-350 as the object of diagnosis in the conditions of an aviation enterprise]. Nauchnyy vestnikMGTU GA. 2006. No 109. (In Russ.)
2. EliseevYu. S., Krymov V. V., Malinovskiy K. A. Tekhnologiya ekspluatatsii, diagnostiki i remonta gazo-turbinnykh dvigateley [Technology of operation, diagnostics and repair of gas turbine engines]. Moskow, Vysshaya shkola publ., 2002. P. 139-180. (In Russ.)
3. Pivovarov V. A., Mashoshin O. F., Khrustikov S. G. Diagnostika i nerazrushayushchiy kontrol' letatel'nykh apparatov i aviadvigateley [Diagnostics and nondestructive testing of aircraft and aircraft engines]. Moskow, MGTU GA, 2011. P. 50-70. (In Russ.)
4. Pivovarov V. A., Mashoshin O. F. Defektoskopiya grazhdanskoy aviatsionnoy tekhniki Uchebnoe posobie dlya vuzov [Flaw detection of civil aviation equipment. Textbook for high schools]. Moskow, Transport publ, 1997. 136 p. (In Russ.)
5. Mesto i rol' tekhnicheskoy diagnostiki v sisteme tekhnicheskoy ekspluatatsii aviatsionnoy tekhniki [Place and role of technical diagnostics in the system of technical operation of aircraft]. Available at: https://studfiles.net/preview/2216279/ (accessed: 12.09.2018). (In Russ.)
© Менчиков Р. В., Панкеев Е. С., Парпуц А. А., 2018
