Структура работ по обеспечению надежности ГТД

Двигатель как сложное изделие состоит из большого числа систем, подсистем, узлов и агрегатов, и поэтому на этапах конструирования и испытаний производится отработка надежности каждого элемента и узла создаваемого изделия. Типовая структурная схема работ по обеспечению надежности сложного изделия представлена на схеме структуры. Разработчики двигателей в соответствии с заданием на разработку выполняют следующие работы по обеспечению безотказности и долговечности изделия.

Рис.1.1.Схема структуры работ по обеспечению надежности сложного изделия.

1. Собираются и изучаются данные по нагрузкам и внешним воздействиям, которые зависят от характера и протяженности маршрутов полета, характеристик маневренности и скороподъемности, а также от эксплуатационных характеристик и ресурса самолета. Уточняются требования к надежности двигателя и распределению продолжительности его работы на взлетном, максимальном, номинальном и крейсерском режимах и другие требования к эксплуатационным характеристикам двигателя.

2. Изучаются фактически достигнутый в эксплуатации уровень надежности двигателей и их основных узлов, являющихся прототипами или близкими по назначению и основным характеристикам к создаваемому двигателю. Особый интерес представляет изучение двигателей, снятых с эксплуатации из-за отказов или при полной выработке ресурса. Получаемая при этом информация позволяет правильно спроектировать узлы нового двигателя и предупредить появление многих отказов, ограничивающих заданный уровень надежности.

3. На основании данных по нагрузкам и внешним воздействиям и анализа фактической информации о результатах эксплуатации узлов и деталей изделий или их аналогов уточняются требования к отдельным элементам нового двигателя и производят подбор необходимых материалов с учетом их прочностных характеристик, обрабатываемости, производственных возможностей и стоимости.

4. Уточняется состав технических и организационных мероприятий, необходимых для выполнения заданных требований по надежности создаваемого двигателя. Одновременно разрабатывается комплексная программа обеспечения надежности и ресурса двигателей с конкретизацией выполняемых работ по отдельным узлам и двигателю в целом на каждой стадии разработки двигателя.

На этом этапе закладываются конструктивные и производственные решения, обеспечивающие реализацию необходимого ресурса в эксплуатации.

Один из самых ответственных этапов комплексной программы – это этап испытаний, проводимых в подтверждение соответствия фактических показателей надежности изделия (двигателя) и его элементов заданным требованиям по надежности.

5. Проводится комплекс опережающих испытаний вновь создаваемых узлов и агрегатов на моделирующих установках, стендах и специальных летающих лабораториях. Одновременно оценивается правильность конструктивных и производственных решений по обеспечению надежности узлов и агрегатов, применявшихся на прототипах и используемых на новом двигателе.

6. Проводятся стендовые испытания двигателя в наземных и высотных условиях и на летающих лабораториях для определения действительных нагрузок и эксплуатационных характеристик основных узлов двигателя. При этих испытаниях осуществляется вибрографирование, тензометрирование, термометрирование двигателя и его узлов с имитацией различных климатических воздействий (высокие и низкие температуры воздуха, повышенная влажность и запыленность воздуха). Оценивается повреждаемость лопаток компрессора, при попадании посторонних предметов, птиц, льда и пр.

В процессе этих испытаний фиксируются повреждения и отказы, условия их появления и последствия. Особенно важное значение имеет разборка двигателя с подробной дефектацией всех узлов и деталей.

Испытания двигателя продолжаются до тех пор, пока его технические и эксплуатационные характеристики не будут удовлетворять заданным требованиям.

7. Проводятся длительные ресурсные стендовые испытания двигателей, удовлетворяющих требованиям по тяговым, расходным характеристикам и по эксплуатационным параметрам. Работоспособность двигателя на переходных режимах и его основные эксплуатационные характеристики проверяются и отрабатываются на летающих лабораториях.

8. По результатам проведенных по п.п. 5—7 работ устанавливают назначенный ресурс, календарные сроки службы и допуски на основные параметры двигателя (частота вращения, температура газов за турбиной, уровень виброперегрузок на корпусе компрессора и т. п.), а также допустимую продолжительность наработки на основных режимах работы двигателя.

Дальнейшее увеличение назначенного ресурса проводится только на основании изучения результатов эксплуатации двигателей и их дефектации после выработки установленного ресурса и контрольной проверки продленного ресурса двигателей на эксплуатируемых самолетах.

Ресурс двигателя и всех его элементов агрегатов и систем, в конечном счете, зависит от прочностных характеристик, обусловленных правильным выбором материалов и запасов прочности.

В связи с тем, что на стадии проектирования трудно заложить одинаковую долговечность всех частей двигателя, в условиях практической эксплуатации выявляются отдельные «критические» элементы и агрегаты, имеющие недостаточную долговечность. Это обстоятельство существенно затрудняет процесс установления назначенного ресурса для двигателя, и потому в реальной эксплуатации имеют место три формы назначенного ресурса: фиксированный, дифференциальный и по фактическому состоянию.

Анализ возможных методов установления и продления ресурса двигателей показывает, что правильное его назначение требует учета большого числа факторов, в том числе физических, определяющих изменение функциональных свойств двигателя во времени, и экономических, определяющих целесообразность дальнейшего увеличения ресурса при конкретных условиях эксплуатации, обслуживания и ремонта.

Большое значение для обоснованного назначения ресурса имеет анализ связи между долговечностью и безотказностью. Ранее было указано, что отказы двигателей, проявляющиеся в полете, снижают уровень безотказности. Некоторые отказы приводят к досрочному съему двигателей, а выявляемая на земле и в полете их совокупность уменьшает готовность самолета к полету и приводит к повышению эксплуатационных расходов. При обосновании возможности увеличения ресурса необходимо учитывать такие экономические показатели, как суммарные затраты на изготовление, транспортировку и замену двигателей. При рационально назначенных ресурсах снижается количество двигателей, находящихся в эксплуатации, резко сокращаются простои при их замене на самолетах и эксплуатационные расходы.

Схема структуры работ также отражает методологию поузловой отработки частей двигателей, заключающуюся как в опережающем создании отдельных элементов и агрегатов, так и в их дифференцированной отработке на специальных стендовых установках. Практическая реализуемость такой методологии полностью отвечает требованиям создания модульных конструкций двигателей. В этом случае с меньшими затратами обеспечивается доводка безотказности и долговечности отдельных наименее надежных узлов и модулей до необходимого уровня. Таким образом, повышается эффективность доводки двигателей в процессе длительных ресурсных испытаний.