Розробка методичних основ контролю технічного стану авіаційних двигунів, які експлуатуються в авіапідприємствах України

Abstract

В результаті проведених досліджень обґрунтовані фундаментальні основи створення алгоритмів діагностування авіаційних двигунів низької та підвищеної контролепридатності на базі визначення логічних зв'язків і залежностей між характеристиками вузлів авіаційного ГТД та експлуатаційними параметрами його робочого процесу. Суть запропонованого методу ідентифікації моделі конкретного двигуна полягає в міні- мізації нев'язок між значеннями приведених до стандартних умов параметрів робочого процесу авіаційного ГТД, розрахованих за математичною моделлю і значеннями тих же параметрів, що зняті з дросельної характеристики конкретного двигуна під час польоту чи опробування на зем- лі. Дросельна характеристика будується або за формулярними даними, або за результатами ви- пробувань двигуна на початку його експлуатації чи після капітального ремонту. Застосовується статистичний метод ідентифікації експериментальних і визначених за ма- тематичною моделлю характеристик, що дозволяє об'єктивно, з урахуванням точності вимірів і точності вихідних характеристик вузлів виявити причини розбіжності експериментальних і роз- рахункових даних, а також збільшити обсяг діагностичної інформації і підвищити точність оці- нок внутрішньо-змінних параметрів які одержуються при обмеженому числі вимірів. Для заданих режимів роботи і польотних умов значення параметрів ГТД і його елементів визначаються з використанням математичної моделі. Після чого послідовно по проточній час- тині порівнюється розрахований параметр із його вимірюємим значенням на тому ж режимі ро- боти двигуна (порівняння здійснюється за приведеними до стандартних умов і режиму значен- ням параметра). Аналіз експериментальних і теоретичних досліджень показав, що ступінь від- повідності між розрахованими й вимірюємими параметрами конкретного екземпляра ГТД за- лежить від відповідності фактичних характеристик його вузлів типовим. Тому при ідентифіка- ції моделі виконується "підстроювання" типових характеристик компресорів і турбін шляхом оцінки величини зсуву робочої точки на відповідній характеристиці при заданій (вимірюваній) частоті обертання ротора високого тиску. Високий рівень контролездатністі і реальні можливості застосування засобів автоматизо- ваного контролю двигунів типу ПС-90А зумовлюють використання для оцінки їх технічного стану (ТС) методів і засобів безупинного контролю і діагностики, застосування яких поєднуєть- ся зі стратегією обслуговування за станом з контролем параметрів. Для безупинного аналізу і управління ТС, попередження відмов авіаційних ГТД в польо- ті використовується комплексний, поетапний контроль ТС, який включає методи бортового і наземного контролю, діагностування і автоматизованого пошуку відмов ГТД, що забезпечують автоматичну реєстрацію і візуальний контроль параметрів і сигналів, методи експрес-обробки і трендового аналізу параметрів проточної частини двигуна, методи контролю паливної, масляної і інших функціональних систем двигуна, вібродіагностики і візуального контролю. Розроблено концепцію системи діагностування двигунів підвищеної контролепридатнос- ті, що заснована на комплексному підході який включає задачі оперативного аналізу, діагнос- тики і моніторингу технічного стану і автоматизованого пошуку і локалізації відмов ГТД. До групи основних задач оперативної оцінки технічного стану авіаційного двигуна від- носяться задачі контролю повідомлень БСКД, експрес-аналізу польотної інформації, обробки і аналізу гонок, а також перегляду і візуалізації польотної інформації. Задачі, які рішаються в цій групі, контролюють роботу двигуна і його систем на протязі всього польоту, на всіх режимах роботи по польотній інформації записаній на МСРП-А-02. Оперативний контроль ТС двигуна забезпечує: контроль сигналів про відмови двигуна, датчиків і блоків його системи контролю, перевищення контрольованими параметрами фіксованих меж та меж які плавають, контроль роботи двигуна на всіх режимах включаючи: запуск, МГ, МГ перед виходом на зліт, злітний, набір висоти, горизонтальний політ, зниження, гальмування і виключення, контроль роботи йо- го функціональних систем: запуску, паливної, масляної, механізації компресора, реверса тяги і охолодження турбіни. Контролюються наробітки на усіх режимах, тяга, фактична та питома ви- трата палива. В процесі оперативного контролю здійснюється аналіз параметрів, що характери- зують стан контрольованих систем двигуна за спеціальними алгоритмами допускового контро- лю шляхом порівняння підконтрольних параметрів із їх граничними значеннями з видаванням відповідних повідомлень. В рамках оперативного контролю здійснюється розпізнавання режи- мів і стану двигуна та логічний аналіз сигналів в цілях пошуку і локалізації відмов. По резуль- татам обробки польотної або гоночної інформації формуються спеціальні документи, а також заповнюються бази даних для проведення подальшої обробки і аналізу міжпольотних трендів. До другої групи відносяться задачі зв'язані з контролем і діагностикою двигуна, який ба- зується на аналізі міжпольотних трендів параметрів. В цю групу входять задачі трендового ана- лізу параметрів (і нев’язок ) проточної частини, функціональних систем двигуна, витрат палива і тяги двигуна. В процесі аналізу крім приведених до САУ і режиму параметрів використову- ються параметри стану, одержані на основі термогазодинамічної моделі двигуна такі як ефекти- вний ККД двигуна, міра підвищення повної температури термодинамічного циклу, параметр ККД ТНД, параметр втрат в каналі НК, параметр повноти згорання палива та інші і спеціальні параметри. Відмічені задачі призначені для середньострокової оцінки і прогнозування техніч- ного стану двигуна. Проведений теоретичний і практичний аналіз накопиченої інформації дозволив виділити основні і допоміжні параметри і сигнали, режими роботи двигуна і умови зняття параметрів, що забезпечують ідентифікацію відмов і пошкоджень двигуна і його функціональних систем. Так, при контролі проточної частини двигуна у ранзі основних використаються тренди параметрів Ттнд, πт, πк, Тлоп, К, Nвен. Розроблені вирішальні правила для пошуку пошкоджень в проточ- ній частині двигуна, системах автоматичного регулювання, паливопостачання, маслосистеми і рекомендації по перевірці і усуненню цих пошкоджень, що включені в експертну систему при- йняття рішень про ТС двигуна і автоматизованого пошуку пошкоджень. Для оперативного пошуку пошкоджень в експлуатації пропонується використовувати комплексну систему, що включає непараметричні та параметричні методи, які використовують польотну інформацію, статистичні дані про найбільш характерні відмови двигунів даного типу і історію відмов конкретних двигунів, зауваження екіпажів і дані лабораторії діагностики про подібні відмови, дані про відмови, зареєстровані у бортовій системі контролю, а також отримані у процесі оперативного контролю двигуна, що накопичуються у відповідних базах даних.