Особенности повышения быстродействия противопомпажных систем ГТД Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 629.735.3

МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ

А. В. Кацура

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: [email protected]

Выполнение требований норм летной годности летательного аппарата возможно лишь при наличии соответствующих методов и средств оценок возможных повреждений.

Ключевыеслова: коррозия, гражданская авиация.

METHODS FOR EVALUATING DURABILITY AT CIVIL AVIATION

А. V. Katsura

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation. E-mail: [email protected]

Meeting the requirements of airworthiness of the aircraft is possible with the appropriate methods and tools for assessment of possible damage.

Keywords: corrosion, civil aviation.

Естественным критерием для авиационных конструкций с коррозионными повреждениями является ресурсная характеристика - остаточная усталостная или коррозионно-усталостная долговечность, предопределяемая местоположением, видом и размерами повреждения [1]. В основном оценка долговечности натурных конструкций или элементов конструкций с коррозионными дефектами производится при стендовых или лабораторных испытаниях. При видимой значительности проведенной работы эффект невелик, так как частными случаями нельзя закрыть все многообразие вероятных ситуаций. Общий подход может состоять в определении остаточной долговечности конкретного фрагмента конструкции с дефектом по справочным данным материала с учетом определяющих долговечность параметров. Необходимо также четко обозначить, что именно при анализе коррозионного повреждения подлежит контролю и измерению [2].

Принимая во внимание известные явления усталости металлов, можно предсказать, что на финальных стадиях в сравнении с началом эксплуатации могут быть допустимы более существенные по эффекту снижения усталостной долговечности дефекты конструкции (требование остаточной прочности должно выполняться по определяемой в нормах летной годности располагаемой наработке конструкции). Иначе говоря, решение задачи должно подчиняться очевидному для усталостной прочности положению: «больше дефект - меньше усталостная долговечность» - в этом смысле для подобных по конфигурации дефектов любой параметр, например геометрический размер (глубина дефекта) или масса удаленного коррозией металла, должен коррелировать с усталостной долговечностью. Предшествующие исследова-

ния показали, что сопротивление усталости имеет обратную зависимость от величин, глубины и диаметра язвы. Следовательно, критериальный параметр язвы должен включать в себя эти измерения [3].

Библиографические ссылки

1. Артамоновский В. П. Оценка максимального правдоподобия при простейшей группировке данных. Теория вероятностей и ее применение. В 15 т. Т. 1. М. : Наука, 1970. С. 132-136.

2. Белов В. К. Повышение усталостной долговечности заклепочных и сварных соединений авиационных конструкций технологическими методами : монография. Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2006. 179 с.

3. Семихов А. Ф. Обеспечение ресурсами конструкций // Опыт самолетостроения. 1986. № 5. С. 11-18.

Reference

1. Artamonovskii V. P. Otsenka maksimalnogo pravdopodobiya pri prosteyshey gruppirovke dannyih. Teoriya veroyatnostey i ee primenenie [Maximum Likelihood Estimation in the simple grouping of data. Probability theory and its application: a 15 t. T. 1]. Moscow : Nauka, 1970. S. 132-136.

2. Belov V. K. Povyishenie ustalostnoy dol-govechnosti zaklepochnyih i svarnyih soedineniy aviat-sionnyih konstruktsiy tehnologicheskimi metodami [Increased fatigue life of riveted and welded joints of aircraft structures technological methods: monograph ]. Novosibirsk : Publishing House of the Novosibirsk State Technical University, 2006. 179 p.

3. Semikhov A. F. Obespechenie resursami konstruktsiy. Opyit samoletostroeniya [Resourcing designs. Experience of aircraft ]. 1986. № 5. S. 11-18.

© Кацура А. В., 2015

Решетнеескцие чтения. 2015

Своевременное срабатывание противопомпажной системы позволяет не допустить пиковых амплитуд колебаний воздуха и осуществить их последующую минимизацию, переводя ГТД на устойчивые режимы работы, при которых помпаж затухает самостоятельно. Однако использование противопомпажных систем требует некоторого времени.

Так, например, выход рабочих параметров за пороговое значение (относительное изменение на 5 %) может составлять до 190 мс; время обработки микроконтроллером алгоритма диагностирования в зависимости от сложности алгоритма и технических характеристик авиационного микроконтроллера может занимать до 150 мс; время реагирования клапана перепуска - до 140 мс. Быстродействие датчиков варьируется от типа и измеряемого рабочего параметра в диапазоне от 1 мс (пирометр спектрального отношения) до нескольких секунд (термопара). В общей сложности от момента возникновения помпажа до его устранения может пройти до 470 мс без учёта временной задержки датчиков. За это время эффективное давление воздуха на выходе из компрессора упадёт до 60 % от рабочего, а температура в камере сгорания поднимется на 18-19 % от рабочего (см. рисунок), что составит 380-420 оС [2]. Быстрое изменение давления и температуры негативно сказывается на всех элементах конструкции компрессора, способствуя уменьшению запаса прочности и возникновению дефектов.

В связи с этим основной задачей противопомпаж-ных систем является сокращение времени реагирования без снижения точности и надёжности диагностирования помпажа. Способов решения поставленной задачи несколько:

1. Использование малоинерционных датчиков для измерения наиболее информативных рабочих параметров ГТД.

2. Использование быстродействующих противо-помпажных механизмов (ленты перепуска, изменяемое сопло), в том числе и управляемых, снижающих амплитуду колебаний помпажа при неполном открытии (регулируемые клапаны перепуска давления),

3. Увеличение точности диагностирования. Как следствие - уменьшение пороговых значений для рабочих параметров и раннее диагностирование помпажа.

4. Оптимизация алгоритма работы системы и его реализации в виде программы для микроконтроллера.

Для повышения надежности прогнозирования предпомпажного состояния предлагается следующее решение. Измеряется цветовая температура газа за камерой сгорания Т [3], разница между давлением на выходе компрессора и давлением на входе компрессора АР, угловая скорость вращения ротора турбины ГТД ю, и производится сравнение этих параметров с их пороговыми значениями, связанными с мгновенным расходом топлива О, высотой полета и скоростью ЛА

В отличие от приведенных ранее методов измерение первых производных температуры газа 5775/, разницы давления на входе и выходе компрессора дАР/д/, угловой скорости вращения вала ротора турбины дю/д/ и сравнение их с их пороговыми значениями: [дТ/д/], [дАР/д/], [дю/д/], которые функционально зависят от мгновенного расхода топлива О, дают более достоверную информацию. Для формирования сигнала о начале помпажа достаточно выхода за пороговые значения производных двух параметров. Для реализации мажоритарного голосования используются условия выхода первых производных за их пороговые значения (дТ/д/ > [дТ/д/], дАР/д/ < [дАР/д/], дю/д/ < [дю/д/]). При отказе одного из датчиков информации от оставшихся достаточно для формирования сигнала о начале помпажа. При росте мгновенного расхода топлива в беспомпажном состоянии ГТД характерны рост температуры газа 7 , увеличение угловой скорости вращения ротора турбины ГТД ю и рост разницы давления на входе и выходе компрессора АР.

Использование цветовой температуры газа в камере сгорания позволяет существенно уменьшить временную задержку измерения температуры за камерой сгорания в связи с практической безынерционно-стью [4].

Моделирование работы противопомпажной системы [5] показало, что использование предлагаемого метода уменьшает время диагностирования на 50-120 мс в зависимости от режима работы, что благоприятно сказывается на быстродействии всей системы в целом.

0,075 0,15 0,225 0,3 0,375 0,45 0,525 0,6 0,675 0,75 0,825 0,9 0,975 1,051,125 Т,С

Изменение температуры выходящих газов при помпаже

Библиографические ссылки

1. Чичков Б. А. Рабочие лопатки авиационных ГТД. М. : Моск. гос. техн. ун-т гражданской авиации. 2006. 73 с.

2. Способ диагностики помпажа компрессора : пат. 2382909 Рос. Федерация : МПК F04D27/ 02 / Чиг-рин В. С., Чурбаков И. В. ; патентообладатель «НПО «Сатурн». 2008119292/06, заявл. 15.05.2008; опубл. 27.02.2010.

3. Кудашов Д. Д., Токарев В. П. Система диагностирования предпомпажного состояния газотурбинного двигателя // Вестник УГАТУ : науч. журнал Уфим. гос. авиац.-техн. ун-та. 2014. Уфа : УГАТУ, 2014. Т. 18, № 1 (62). С. 73-78.

4. Токарев В. П., Кудашов Д. Д. Повышение надежности диагностирования предпомпажного состояния ГТД // Электроэнергетические системы и сети. Энергосбережение : межвузовский науч. сб. / Уфимск. гос. авиац.-техн. ун-т. Уфа : УГАТУ, 2013. 318 с.

5. Симулятор работы мажоритарного диагностирования предпомпажного состояния и помпажа «СРМДПСП-1»: свид. прогр. ЭВМ 2014615364 Рос. Федерация ; Кудашов Д. Д., Токарев В. П., Муфазза-лов Д. Ф.

References

1. Chickov B. Rabochie lopatki aviacionnyh GTD [Work blades of GTE]. Moscow State Technical

University of Civilian Aviation. Moscow 2006. 74 s. [online]. http://airspot.ru/book/file/942/rabochije_lopatki_ avi-acionnyh_gtd.pdf (06.12.2013).

2. Compressor stall diagnostic method: pat. 2382909 Russian Federation: IPC F04D27/ 02 / V. S. Chigrin, I. V. Churbakov; patentee OJSC "scientific association "Saturn" 2008119292/06, applic. 15.05.2008; publ. 27.02.2010).

3. Kudashov D. D., Tokarev V. P. Sistema diagnostirovanija p predpompazhnogo sostojanija gazoturbinnogo dvigatelja [Diagnostic system of before-compressor stall condition of GTE], Vestnik UGATU. Ufa : UGATU, Vol. 18, № 1 (62). S. 73-78. 2014.

4. Tokarev V. P., Kudashov D. D. Povyshenie nadezhnosti diagnostirovanija predpompazhnogo sostojanija GTD [The increase of diagnostic reliability of before-compressor stall condition of GTE] // Electro-energetic systems and nets. Energy-saving. / Ufimsk. gos. aviac. tehn. un-t. Ufa : UGATU, 2013. 318 s.

5. Kudashov D. D., Tokarev V. P., Mufazzalov D. F. Simuljator raboty mazhoritarnogo diagnostirovanija predpompazhnogo sostojanija i pompazha «SRMDPSP-1» [Simulatorofdiagnostic of before-compressor stall condition of GTE with majority methods]: certificate of authorship 2014615364 Russian Federation.

© Кудашов Д. Д., Токарев В. П., 2015

УДК 629.015; 629.022

ВОПРОСЫ ДИНАМИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ АДАПТИВНОЙ ПАНЕЛИ

КРЫЛА ЭКРАНОПЛАНА

А. А. Кудряшов, Н. В. Никушкин

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: [email protected]

Представлены актуальность темы исследования, цель работы, задачи исследования, объект и предмет исследования, научный аппарат исследовательской работы и методы исследования.

Ключевые слова: адаптивная панель крыла, динамическая устойчивость.

THE QESTIONS OF THE DYNAMIC STABILITY OF ADAPTIVE PANEL OF FLARECRAFT WING

A. A. Kudijashov, N. V. Nikushkin

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation. E-mail: [email protected]

The relevance of research, objectives of the research, a subject of the research, scientific research apparatus and methods are submitted.

Keywords: the adaptive wing panel, the dynamic stability.

Экраноплан - транспортное средство, летающее на высотах, равных 0,05-0,2 хорды крыла вблизи опорной поверхности.

Основной проблемой экранопланостроения, начиная с момента практической реализации конструкций

экранопланов, является обеспечение продольной устойчивости [1].

Актуальность темы исследования обеспечена необходимостью разработки летательного аппарата нового поколения.