Испытания по определению и проверке прочност-ных характеристик ГТД

Прежде всего проводятся расчетные и экспериментальные работы.

На этапе проектирования расчетным путем определяются запасы прочности, долговечности деталей двигателя, а также их деформируемости.

Основание для расчетов– нормы прочности авиационных двигателей и др.

При этом расчет деталей производится на полный назначенный ресурс, оговоренный в ТТЗ (ТЗ). Для расчета принимаются стационарные режимы и время наработки на них, переменные процессы и их число в соответствии с заданными полетными циклами. Обработка на узлах ведется по этим же критериям.

Примечание. Ресурсные испытания двигателя на подтверждение ресурса имеют длительность вдвое больше устанавливаемого ресурса.

Оцениваются фактические свойства материалов, заготовок при температурно-временных условиях, характерных для работы рассматриваемой детали и влияние на них технологических особенностей изготовления детали (наличие покрытий, пайки, сварки, упрочняющей обработки, тонкостенность литых лопаток и др.).

Испытания проводятся на вибрационных стендах в том числе и с обеспечением нагрева детали до эксплуатационной температуры, стендах статического нагружения, гидравлических стендах, разгонных стендах и в том числе с разогревом и регулированием температуры разогрева детали (лопатки и диска) в эксплуатационном диапазоне, в холодильных камерах с циклированием и нагружением.

Лабораторные испытания подшипниковых опор, как правило, проводятся на эксплуатационных режимах по частоте вращения, нагружению и прокачке масла, наддувах систем уплотнений двигательных опор. При этом по подшипникам измеряется температура колец наиболее нагретых подшипников на всех установившихся режимах работы двигателя. Оценивается изменение зазоров по подшипникам, обеспечивающих их работу на всех режимах без заклинивания, достаточность охлаждения, долговечность (обеспечение ресурсной наработки), перекос (в случае несимметричной подвески двигателя на ЛА) вследствие деформации статора. Аналогичные работы проводятся по шестерням редукторов, коробок приводов, средствам раскрутки (стартеры, ВПТ) и их муфтам, выполняются доводочные испытания редукторов и маслосистем.

На первых же экземплярах двигателей в облике типовой конструкции производится подробное исследование температурного состояния основных деталей горячей части двигателя: рабочих лопаток, дисков, лопаток СА, корпуса КС и др. на стационарных и нестационарных режимах в том числе при температурах не ниже максимальных расчетных температур (термометрирование),

При проведении термометрирования должны быть также определены:

- величины температур критических деталей на нестационарных режимах (запуск, приемистостях, включении форсажа или дожигания и др.) и влияние на температуру темпов приемистости;

- распределение температур по перу рабочих лопаток;

- разброс температур рабочих лопаток.

На основании результатов определения теплового состояния основных деталей турбины и результатов расчетного анализа статической прочности этих деталей с запасами устанавливается максимальная повышенная температура газа Тг макс.повыш. для этапа начала летных испытаний (ЛИ).

Работоспособность двигателя при максимальной повышенной температуре газа подтверждается 50-часовыми стендовыми испытаниями двигателя при этой температуре.

Если по результатам предварительных испытаний окажется, что

Тг макс.повыш. = Тг макс + 65ºС, где

Тг макс – максимальная температура, при которой может быть достигнута необходимая на этапе ЗЛИ тяга (мощность) двигателя, то испытание двигателя может проводиться при

Тг макс.повыш. = Тг макс + 65ºС.

При наличии разрушений какой-либо из основных деталей испытание должно быть повторено при более низких значениях максимальных повышенных температур.

Для всех двигателей облика типовой конструкции должна быть установлена также максимальная измеренная температура газа (Тг макс. изм.), подлежащая контролю в процессе ЗЛИ.

Основные данные двигателя типовой конструкции устанавливаются из условия непревышения Тг макс на наиболее тяжелом по Тг режиме.

Ресурсные испытания и отдельные прочностные специальные испытания двигателей проводятся при температурах газа не меньших максимальных. Устанавливаемый для начала летных испытаний ресурс двигателей должен быть подтвержден ресурсными испытаниями длительностью вдвое большей устанавливаемого ресурса.

Относительное время наработки на тяжелых режимах при ресурсных испытаниях должно быть равно относительному времени наработки на этих режимах в программе испытаний двигателя на начальный гарантийный ресурс, оговоренный в ТТЗ на ОКР по двигателю; при этом должны учитываться также конкретные особенности данного этапа летных испытаний.

С целью определения деформаций, влияющих на изменение зазоров, должен быть проведен комплекс экспериментально-расчетных исследований основных узлов двигателя при эксплуатационных нагрузках и температурах.

В процессе проведения нескольких испытаний двигателя на этапе ЛИ должны быть проведены работы по измерению фактических зазоров по тракту двигателя.

Основными задачами на втором этапе ОКР являются:

- достижение заявленных данных при максимальных, оговоренных в ТТЗ на ОКР двигателя, температурах газа;

- достижение заданных в ТТЗ на ОКР начальных ресурсов двигателя (гарантийного и назначенного) и его основных деталей и показателей надежности.

С целью ускоренного выявления слабых звеньев двигателя и внедрения мероприятий по повышению их ресурса и надежности должны быть выделены не менее 3-х экземпляров двигателя для проведения эквивалентно-циклических испытаний основных деталей и узлов на начальный назначенный ресурс; испытания должны проводиться при температурах не ниже максимальных температур газа, оговоренных в НТД.

Надежность и работоспособность двигателя в компоновке ГСИ должна быть подтверждена специальным 150-часовым испытанием одного двигателя серийного изготовления при температурах, превышающих на 45ºС установленную максимальную температуру газа на наиболее тяжелом по Тг режиме.

В целях определения и проверки прочностных характеристик проводятся дополнительно испытания двигателя при повышенной температуре газа, по результатам которых обеспечивается:

- ускоренное выявление критических элементов горячей части и подтверждение эффективности мероприятий по увеличению их надежности;

- ускоренное выявление возможности достижения первоначального ресурса двигателя и назначенного ресурса его горячей части;

- ускоренное выявление элементов горячей части с ограниченной долговечностью и отработка методов контроля их состояния для обеспечения в последующем перехода на эксплуатацию двигателя по состоянию;

- выявление запаса Тг на влияние эксплуатационных факторов и для создания, при необходимости, форсированной по тяге или мощности модификации двигателя.

Испытания проводятся на стендах с подогревом воздуха на входе с изменением в регулировке двигателя, превышением П макс и т.п.

Контроль Тг выполняется прямым или косвенным методом.

Для повышения температуры газа допускается вносить изменения в регулировку двигателя, превышать максимальную частоту вращения ротора, а также использовать специальные способы регулирования двигателя. Правильность регулировки, обеспечивающей требуемое превышение максимальной Тг, должна проверяться на каждом этапе испытаний.

Предусмотренные специальные испытания двигателя перед ГСИ, кратковременные испытания роторов при повышенной на 45ºС Тг и максимально допустимой при эксплуатации частоте вращения могут быть включены в программу испытаний как один из этапов.

Документацией на двигатель при ОКР должны быть установлены значения допустимого превышения температуры на следующих режимах:

- при наземном запуске;

- при высотном запуске;

- при приемистости;

- при включении ФК и т.п.

Наибольшее превышение Тг на переходных режимах не должно выходить за значение максимально допустимой Тг.

На этапе предшествующем ЛИ двигателя, должно быть проведено специальное 50-часовое испытание одного двигателя при максимальной повышенной Тг превышающей максимальную Тг на этом этапе не менее, чем на 65ºС (может уточняется в зависимости от назначения двигателя). В процессе испытания допускается периодическая частичная разборка, осмотр и замена поврежденных деталей, в том числе по горячей части двигателя.

Указанное превышение температуры относится к наиболее напряженному по температуре режиму, на других режимах превышение устанавливается в соответствии с законами регулирования двигателя.

Результаты испытаний используются в обеспечение начала ЛИ и для оценки возможности достижения предусмотренного в ТЗ начального ресурса двигателя и разработки мероприятий по повышению надежности элементов горячей части, методов их контроля и замены для последующей эксплуатации по техническому состоянию.

Перед предъявлением двигателя на ГСИ (МВИ) должно быть проведено одно специальное 150-часовое испытание двигателя серийного производства при максимальной повышенной Тг, превышающей не менее, чем на 45ºС установленную для компоновки ГСИ максимальную Тг двигателя на наиболее напряженном режиме.

В процессе проведения испытаний допускается осмотр и помодульная замена некритичных для безопасности полета деталей, в том числе деталей горячей части двигателя.

Результаты испытаний используются в обеспечение ГСИ и для оценки возможности достижения предусмотренного в ТЗ назначенного ресурса основных узлов горячей части двигателя из-за эквивалентного повреждения по длительной прочности, а также для выявления запаса по Тг на влияние эксплуатационных факторов и для создания, при необходимости, форсированной по тяге (мощности) модификации двигателя.

Рекомендуемые величины запаса по Тг устанавливаются для вновь изготавливаемых двигателей (вновь разрабатываемых) и учитываются при выборе параметров системы охлаждения элементов горячей части.

Для двигателя должны быть установлены:

- максимально допустимая Тг;

- максимально допустимая измеренная Тг для установившихся режимов;

- допустимые превышения Тг на переходных режимах.