Оглавление

Введение

Постоянно возрастающие требования к тактико-техническим характеристикам летательных аппаратов различного назначения, к ресурсным и потребительским характеристикам газотурбинных энергоустановок и агрегатов и т.п. приводит к существенному усложнению конструктивных схем силовых установок и двигателей, а также к значительной интенсификации параметров рабочего процессе в двигателе. На пути решения задач по созданию новых двигателей, их доводке и серийному выпуску совершенствуются методы и средства проектирования и конструирования, технологические процессы и оборудование для изготовления.

Надежность – свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования. Чаще всего под надежностью понимают безотказность и долговечность т.е. возможность работы без отказов и с сохранением заданных свойств при воздействии всех условий эксплуатации, ремонтов, транспортирования и хранения.

Обеспечение надежности – это процесс доводки двигателя, технологического совершенствования производства и эксплуатации, реализация мероприятий по устранению недостатков или дефектов, разрабатываемых на основании объективных результатов испытаний двигателя и его элементов.

Методы обеспечения надежности – это методы проектирования, конструирования, изготовления и обслуживания в эксплуатации.

Методы проверки уровня надежности – это методы обеспечение возможности оценки эффективности мероприятий по доводке, проверки качества изготовления или ремонта с использованием специальных средств и приемов, которыми являются испытания.

Испытания как техническое понятие – это проверка в работе.

Следует отметить, что при всем совершенстве известных средств и методов всегда требуется подтверждение теоретических выводов, прогнозов, качества и стабильности производства путем проведения экспериментов и испытаний как на отдельных элементах двигателя так и на двигателе в целом. Постоянно совершенствуется и модернизируется экспериментально-исследовательская и испытательная база, методы и средства проведения и обеспечения исследований и испытаний.

Далеко не всю необходимую для доводки опытного двигателя информацию можно получить расчетными методами, а также всегда возникает необходимость проверки параметров полученных расчетно-аналитическим путем. В обоих этих случаях возникает необходимость проведения испытаний.

Точно также требуется проведение испытаний для оценки работоспособности и долговечности двигателя при воздействии на него внешних факторов и условий, которые обусловлены областью применения и эксплуатации двигателя.

В процессе производства двигателей порой возникает необходимость внесения изменений в конструкцию отдельных узлов и систем в связи с реализацией и изменениями в технологических процессах в условиях конкретного производства, что также требует проведения испытаний с целью отладки и подтверждения получения на изготавливаемых двигателях параметров и характеристик соответствующих основным данным и техническому заданию с учетом оценки влияния производственных отклонений.

Кроме того, после ремонта двигателей отработавших ресурс в эксплуатации требуется подтверждение испытаниями восстановления его характеристик и параметров.

Иными словами, необходимость проведения испытаний диктуется требованиями подтверждения установленного конструкторской и нормативной документацией уровня качества и надежности двигателя на всех этапах жизненного цикла.

Все испытания проводятся по программам и методикам, в которых документально устанавливаются цели и задачи данного испытания, последовательность действий и конкретные действия, обеспечивающие получение полного объема информации в установленные промежутки времени с максимальной эффективностью. В указанных документах устанавливаются конкретные требования к испытательному стенду, его оснащению, режимы испытания, требования к системе контроля, сбора и обработки информации.

Режимы испытания устанавливаются в соответствии с режимами эксплуатации двигателя, циклограммой его работы в эксплуатации с учетом возможных нештатных ситуаций и т.п., а выбор этих режимов должен осуществляться из условия минимально необходимого количества с учетом наиболее напряженных по температуре или частоте вращения, на которых вероятнее всего могут возникнуть повреждения элементов двигателя.

В практике доводки двигателей имеют место ситуации, когда требуется оценить характеристики отдельных узлов и двигателя в целом, но без каких-либо специальных устройств и средств только лишь с помощью воздействия на количество подаваемого топлива или на изменение мощности привода сделать это не удается. Например, оценка запасов по газодинамической устойчивости, определение границы срыва, определение характеристик камеры сгорания и фактической эпюры температурного поля на входе в турбину и т.п. Для решения этих и подобных задач должно быть подготовлено специальное оборудование, которым оснащается испытательный стенд, но это оборудование при создании требуемых условий испытания не должно оказывать на объект испытания воздействий, отличающихся от эксплуатационных.

В случаях, когда не представляется возможным воспроизвести на стенде внешние условия, оценки характеристик двигателя проводятся расчетно-аналитическим путем, а испытания двигателя проводятся либо в составе летательного аппарата или другого объекта либо в составе летающей лаборатории или в условиях реальной эксплуатации.

В мировой и отечественной практике на всех ведущих двигателестроительных предприятиях и фирмах созданы и постоянно совершенствуются испытательные и лабораторные стенды. Давно установлено, что создание стендов для испытаний и исследований двигателей и их узлов достаточно сложная техническая задача, требующая, кроме того, значительных финансовых и трудовых затрат. Для того, чтобы на испытательном стенде иметь возможность воспроизводить реальные внешние эксплуатационные условия (например, по высоте и скорости полета, влажности, атмосферным температуре и давлению и др.) требуется весьма значительная энергообеспеченность.

Основные требования предъявляются сегодня к стендовым системам измерений и контроля параметров, сбора и обработки получаемой при испытаниях информации. Это, в свою очередь, обусловливает требования к средствам и приборам для измерений, точности измерений. В современных условиях система измерений, сбора и обработки информации, входящая в состав измерительно-вычислительного комплекса и взаимодействующая с системой автоматического управления должна обеспечивать реализацию своих функций в масштабе реального времени с предоставлением достоверных результатов в темпе эксперимента, а также метрологическую оценку.

Для проведения испытаний, в ходе и после завершения которых выполняется сложная математическая обработка полученной информации предпочтительней всего использовать устройства сбора данных в стандарте на контрольно-измерительную и управляющую аппаратуру высшего класса точности (VME/VXI). Однако при экспериментальных и опытных работах в ряде случаев применяются и традиционные средства измерений (пьезометры, весовой способ определения расхода жидкости и др.), позволяющие оценить характеристики малой величины.

Испытания газотурбинных двигателей это специальный раздел в инженерной деятельности, объединяющий технические и методические стороны процесса «экспериментального определения характеристик и свойств объекта в соответствии с действующей нормативно-технической документацией» (ОСТ 102525-84).

За последние несколько десятилетий испытания двигателей как самостоятельная дисциплина непрерывно развиваются и совершенствуются вместе с развитием и совершенствованием двигателей, всё возрастающими требованиями к параметрам двигателя, методам их оценки, объемам необходимых проверок. Созданы и реализуются в практике создания двигателей, их изготовления, испытаний и исследований математический аппарат, программное обеспечение и аппаратные средства. Однако развитие

методов и приемов испытаний и исследований было бы затруднено или даже порой невозможно без использования накопленного богатого опыта и методического материала. К настоящему времени уже сформировались современные принципы и методы проведения испытаний, состав и типы применяемого испытательного оборудования, а также методы и средства сбора и обработки получаемой при испытаниях информации. Все это реализовано и реализуется на ведущих двигателестроительных предприятиях и фирмах у нас в стране и за рубежом при создании, серийном производстве и эксплуатации двигателей новых поколений.

Современное состояние, основные пути и методы развития как процесса испытаний, так и элементов и средств, обеспечивающих реализацию задачи проведения испытаний, изложены в конкретных главах и разделах этой книги.

Лекция 1. ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ГТД.