ШААБДІЄВ Сергій Шахамідович

УДК 621. 45. 018. 2: 621. 45. 02

ДІАГНОСТУВАННЯ ПРОТОЧНОЇ ЧАСТИНИ ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВОКОНТУРНОГО ДВИГУНА НА ПЕРЕХІДНИХ РЕЖИМАХ ЙОГО РОБОТИ

Спеціальність: 05.07. 05 – “Двигуни та енергоустановки літальних апаратів”

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Харків 2000

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано на кафедрі авіаційних двигунів Національного авіаційного університету Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Дмитрієв Сергій Олексійович,

Національний авіаційний університет,

завідуючий кафедрою технічної експлуатації літальних апаратів і авіаційних двигунів

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Приходько Іван Михайлович,

професор Харківського військового університету

кандидат технічних наук, доцент

Кіслов Олег Володимирович,

Харківський інститут військово-повітряних сил,

доцент кафедри авіаційних двигунів

Провідна установа: Відкрите акціонерне товариство “Мотор Січ”

Державного комітету промислової політики України

Захист відбудеться ” 26 ” січня 2001 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д .062.02 Національного аерокосмічного університету

ім. М.Є. Жуковського “ХАІ” за адресою:

61070, м. Харків-70, вул. Чкалова, 17, ауд. 202 л.к.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського “ХАІ”

Автореферат розісланий ” 19 ” грудня 2000 року

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

доктор технічних наук Крашаниця Ю.О.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Параметричні методи діагностики базуються на вимірі параметрів робочого процесу двигунів на сталих режимах, що не дає можливості поширити їх з достатньою ефективністю на динамічні процеси роботи двигуна, які, певно, найбільш інформативні. Крім того, саме на перехідних режимах найчастіше виникають несправності, що призводять до виходу з ладу авіаційних двигунів (АД). Також існують несправності, наприклад, втрата газодинамічної стійкості роботи компресора, невірне регулювання паливної автоматики, які можуть бути виявлені тільки на перехідних режимах роботи двигуна. Наукові праці в цій області направлені на теоретичні та концептуальні дослідження по використанню динамічних процесів з метою діагностики АД. Практично відсутні експериментальні дослідження впливу різноманітних видів несправностей на динамічні процеси, методи та алгоритми діагностики турбореактивного двоконтурного двигуна (ТРДД), які вимагають всебічного вивчення та впровадження. Тому задача діагностування проточної частини (ПЧ) ТРДД на перехідних режимах його роботи, рішенню якої присвячена ця робота, є актуальною.

Мета і задачі дослідження. Розробка методики діагностування ПЧ ТРДД з використанням параметрів, що реєструються на перехідних режимах його роботи.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні основні задачі:

-

-

-

-

-

-

-

Об’ектом дослідження є перехідні режими роботи ТРДД.

Предметом дослідження є діагностика ПЧ ТРДД на перехідних режимах його роботи.

Методи дослідження. Методи математичного моделювання робочого процесу ТРДД, методи розрахунку характеристик ТРДД на перехідних режимах роботи, методи теорії газодинамічної подібності, експериментальні методи досліджень, параметричні методи контролю та діагностики АД, методи ідентифікації ММ робочого процесу ТРДД.

Наукова новизна одержаних результатів визначається такими положеннями:

-

-

-

Практичне значення одержаних результатів. Розроблена методика діагностування ПЧ ТРДД на перехідних режимах роботи випробувана та використовується в ВАТ "Мотор Січ" (м. Запоріжжя) при стендових іспитах і діагностуванні ТРДД Д-36. Реалізація методики підтверджена актом впровадження результатів науково-дослідної роботи. Позитивні результати свідчать про доцільність використування розробленої методики на авіапідприємствах України.

Особистий внесок здобувача. У дисертації використовуються наукові роботи, опубліковані здобувачем разом з співавторами, де конкретний особистий внесок здобувача такий:

-

-

-

-

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертації були оприлюднені автором та отримали схвалення на XVI Звітній науково-технічній конференції Київського міжнародного університету цивільної авіації за 1995 рік (Київ, 1996 р.); XVII Звітній науково-технічній конференції Київського міжнародного університету цивільної авіації за 1996 рік (Київ, 1997 р.); Конгресі двигунобудівників України “Двигун XXI сторіччя” (Харків, 1996 р.); Міжнародній науково-практичній конференції “Забезпечення безпеки польотів АТ у нових економічних умовах” (Київ, 1997 р.).

Публікації. Результати дисертації опубліковані у п’яти статтях, з яких дві без співавторів.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаних джерел із 116 найменувань, додатків. Обсяг дисертації - 151 сторінка машинописного тексту, в тому числі 35 малюнків і 17 таблиць – 22 сторінки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У вступі обгрунтована актуальність та перспективність обраної теми дисертації, дана загальна характеристика роботи.

У першому розділі, що має оглядовий та постановчий характер, розглянуті сучасний стан та перспективи розвитку параметричних методів діагностування газотурбінного двигуна (ГТД). Їхній розвиток базується на сучасних досягненнях в області математичного моделювання робочого процесу ГТД, широкому застосуванні сучасних ЕОМ при експлуатації, належному рівні контролепридатності, наявності необхідних приладів та обладнань діагностування, організації діагностичного обслуговування. Автоматична реєстрація багатьох параметрів роботи двигуна дозволяє знімати інформацію безперервно, у тому числі і на перехідних режимах роботи. Перехідні режими містять додаткову інформацію, аналіз якої істотно розширює можливості параметричної діагностики. Діагностування здійснюється на сталих режимах і виявляє несправності, які впливають на роботу двигуна на сталих режимах. Існують несправності, що не погіршують роботу двигуна у стаціонарному режимі, але можуть помітно вплинути на його роботу в умовах нестаціонарності. До них можна віднести зменшення запасу газодинамічної стійкості компресора, невірне регулювання паливної автоматики, непередбачені зміни внутрішньої геометрії двигуна та інші. Таким чином, методи діагностування за ціми умовами, основані на сталих режимах, не прийнятні. Тому одним з перспективних напрямків розвитку параметричних методів діагностування ПЧ ГТД є діагностування на перехідних режимах.

Проведений аналіз відмов та несправностей ПЧ ТРДД, що виникають у процесі експлуатації, свідчить про те, що більшість пошкоджень, виявлених при розбиранні та дефектації розглянутих типів двигунів, зв'язані зі зміною конфігурації їхніх елементів, що, у свою чергу, впливає на роботу двигуна як на сталих, так і на перехідних режимах роботи. Отже, можна зробити висновок, що при наявності дієздатної методики діагностування за газодинамічними параметрами на перехідних режимах роботи, можна було б додатково до сталих режимів виявляти значну частину відмов та несправностей на ранній стадії розвитку.

Розглянуто вплив несправностей ПЧ ТРДД на його функціональні параметри.

У підсумку виконаного огляду та аналізу сформульовані мета, задачі та передбачувані напрямки їхнього розв’язання.

Другий розділ присвячено розробці нелінійної ММ робочого процесу ТРДД, розгляду питань побудови динамічної характеристики та вибіру параметрів в якості діагностичних ознак.

У склад ММ включені динамічні характеристики двигуна, які дозволяють значно поширити можливості розробляємого методу оцінки ТС ТРДД за рахунок аналізу перехідних режимів роботи. Основні програмовані модулі наведено на рис.1.

Рис. 1. Програмовані модулі математичної моделі ТРДД

КНТ – компресор низького тиску; ТНТ – турбіна низького тиску; КВТ – компресор високого тиску; ТВТ – турбіна високого тиску; КЗ – камера згоряння

При моделюванні статичних та динамічних характеристик авіаційних ГТД з метою оцінки їхнього ТС у експлуатації доцільно використовувати спрощені моделі основані, у частковості, на побудові динамічної характеристики двигуна. Така характеристика дозволяє суттєво знизити трудомісткість та витрати часу при моделюванні перехідних процесів з достатньою точністю.

Спрощена динамічна багаторежимна модель трьохвального двигуна має вигляд:

(1)

де – зведені прискорення роторів; – динамічні коефіцієнти підсилення по надаванню палива; - динамічні коефіцієнти підсилення по частоті обертання ротора; – будь який параметр робочого процесу; Gп.над – надмір палива; Sі – невідповідність частот обертання роторів їх значенням на лінії робочих режимів (ЛРР).

ММ двигуна побудована на базі динамічної характеристики та відібражає нелінійну зміну параметрів по дросельній характеристиці з лінійним обліком динамічних факторів, що обумовлюють відхилення параметрів від ЛРР.

З метою діагностування двовального ТРДД визначено динамічні параметри та коефіцієнти підсилення, які входять до складу ММ двигуна, для використання їх в якості діагностичних ознак. Однак їх залежність від зовнішніх умов ускладнює процес діагностування. Однорідними до перетворювання подібності є степіневі комплекси. При виконанні умови подібності, ці комплекси будуть складені з фізичних величин, які вже є подібними.

Найбільш прийнятними комплексами для двовального ТРДД є: , де Р*к – тиск загальмованого потоку за КВТ. Отже, лінія прийомистості задовільно описується рівнянням прямої (Gп / Р*к) = Аnвт + В, де А, В – постійні величини (рис. 2).

Ці величини достатньо чутливі до зміни ТС двигуна. Деякі несправності можуть приводити до зміни параметра В (паралельне зміщення лінії прийомистості у полі залежності (Gп/Р*к) = f(nвт)), а другі – до зміни параметра А (змінення кута нахилу лінії прийомистості). Головна задача діагностування зводиться до оцінки ціх параметрів в присутності шуму вимірювання на перехідних режимах та виявленню кореляції між ціми параметрами і умовами виникнення несправностей. Для цього проведені експериментальні дослідження перехідних режимів ТРДД.

Рис. 2. Траєкторії прийомистості двовального ТРДД при зміні ТС ПЧ у координатах (Gп Р*к) = f(nвт): а) експериментальні; б) апроксимовані

Третій розділ присвячений розробці автоматизованого експериментального комплексу по дослідженню робочого процесу ТРДД на сталих та перехідних режимах його роботи. Для забезпечення циклу експериментальних досліджень, спрямованих на ідентифікацію ММ при випробуваннях двигуна, а також на відпрацювання методів діагностування ТРДД у експлуатації, були модернизовані експериментальна установка та стендове обладнання. Установка базується на повнорозмірному авіаційному ТРДД АІ-25 та дозволяє досліджувати перехідні режими роботи двигуна. З метою забезпечення вірогідності отриманих експериментальних даних, скорочення матеріальних та трудових ресурсів, а також скорочення часу проведення експерименту і обробки експериментальних даних, дослідження проводилися у автоматизованому режимі з використанням керуючого обчислювального комплексу на базі універсального програмуємого контролера СЕТУ-10 та комп'ютера IBM PC/AT. Наведені опис газодинамічного стенда (ГДС) та методика проведення експериментальних досліджень.

Експериментальні дослідження на ГДС проводилися з метою встановлення зв'язків між показниками пошкоджування елементів ПЧ двигуна, які відповідають певним видам несправностей, та змінами дросельних та динамічних характеристик ТРДД. Це необхідно для рішення зворотньої задачі, тобто по зміні названих характеристик двигуна у експлуатації ідентифікувати вид та ступінь пошкодження.

На стенді моделювались такі види пошкоджень елементів ПЧ: шорсткість лопаток компресорів низького (КНТ) і високого тиску (КВТ), закоксованість робочих паливних форсунок та шорсткість турбіни низького тиску (ТНТ).

Визначені та оцінені метрологічні характеристики автоматизованої системи вимірів (АСВ), яка входить до складу ГДС.

Четвертий розділ присвячений результатам експериментальних досліджень на ГДС та їхньому аналізу. Проведена оцінка повторюваності протікання перехідних процесів та розкида реєстраційних параметрів. Для оцінки повторюваності перехідних процесів ТРДД були проведені експериментальні дослідження на ГДС з контрольно-вимірювальною апаратурою, яка дозволила реєструвати параметри з частотою опитування fs=30 Гц. Випробування проводилися при вихідному ТС двигуна у діапазоні температур зовнішнього повітря -10 tз +24 оС. Аналіз результатів проведених досліджень показує, що на всіх розглянутих перехідних процесах спостерігається задовільна повторюваність вимірювальних параметрів вздовж лінії робочих режимів. Однак більш прийнятними, у цьому плані, є процеси прийомистості та дроселювання, тому що на режимі запуску спостерігається істотний розкид крапок по параметру Gп, що погіршує загальну якість оцінки ТС ТРДД. Тому ці перехідні процеси можна використовувати для визначення нев’язок по кожному параметру при виникненні несправностей ПЧ у процесі експлуатації.

Розглянуто вплив несправностей ПЧ двовального ТРДД на його динамічні характеристики. Експериментальні дослідження двовального ТРДД на базі АІ-25 на перехідних режимах його роботи проводилися при вихідному стані двигуна (далі по тексту "вихідний стан"), при модельованих несправностях основних вузлів. Шорсткість лопаток КНТ та КВТ, ТНТ моделювали шляхом наклеювання зернин наждачного папіру різноманітного розміру на лопатки робочого колеса (РК) першої ступені КНТ, РК першої ступені КВТ, та на лопатки РК другої ступені ТНТ.

Після проведення експериментальних досліджень з одним видом несправності здійснювалася очистка завданого шару зернин, після чого моделювався інший вид несправністі. Також моделювалась така несправність, як закоксованість паливних форсунок, шляхом закупорення трьох робочих паливних форсунок камери згоряння. Зміну ТС відповідного вузла для кожного виду несправності оцінювали інтегральним параметром - відносним відхиленням коефіцієнту корисної діі (ККД) *i , що визначали у процесі випробувань двигуна по зміщенню ліній *к =пов.зв) та *т = f (*т) при nвт.зв = const в полі характеристик компресора та турбіни.

Проведені дослідження впливу ККД компресора та турбіни на параметри двигуна дозволяють зробити висновок про те, що зменшення ККД турбіни призводить до зменшення її потужності та викликає зниження прискорення ротора високого тиску, вплив же ККД компресора більш складний. Його зменшення призводить до збільшення потрібної потужності, що підводиться до компресора при даній частоті обертання nвт для одержання тих самих значень параметрів *к, Gпов, Т*к. Якщо потужність, яка підводиться до турбіни, не зміниться, параметри, що характеризують режим роботи компресора, зменшуються (робоча крапка на характеристиці компресора зміщується на більш низьку напірну криву у сторону менших витрат повітря), що, у свою чергу, наводить до зменшення потужності турбіни та зниження прискорення ротора.

Зміна параметрів робочого процесу ТРДД при прийомистості та дроселюванні описується одніми і тими ж рівняннями динаміки. Скидання частоти обертання здійснюється за рахунок зменшення подачі палива Gп по відношенню до сталого режиму при заданому значенні nвт.зв. При цьому падає потужність турбіни та ротор одержує негативне прискорення. На рис. 3 наведені зміни параметрів робочого процесу ТРДД при прийомистості та дроселюванні при модельованих видах несправностей його ПЧ.

Проведені експериментальні дослідження, які спрямовані на оцінку впливу різноманітних видів пошкоджень на протікання процесів прийомистості та дроселювання ТРДД, дозволяють знайти кореляційні зв’язки між ступенню пошкодження вузла та параметрами робочого процесу двигуна. Але використання цих параметрів для діагностування на перехідних режимах роботи

Рис. 3. Зміна параметрів робочого процесу двовального ТРДД:

а) при прийомистості; б) при дроселюванні

ТРДД пов’язано з певними труднощами, а саме, їх залежністю від відхілення частоти обертання початку перехідного процесу, відхіленням процедури переміщення важіля управління двигуном, різницей відхілень вимірюємих параметрів у кожній момент часу при зміні ТС двигуна. Тому для оцінки ТС ТРДД потрібно використовувати комплекси параметрів, які залишаються постійними вздовж лінії робочих режимів. На рис.2 наведені траєкторії прийомистості ТРДД при зміні ТС ТРДД у координатах Gп/Р*к = f (nвт), а на рис. 4 – у координатах Gп/Р*к = f (S).

Аналіз отриманих експериментальних даних показує, що траєкторії прийомистості та дроселювання двовального ТРДД, які побудовані у координатах Gп/Р*к = f (S), також апроксимуються рівнянням прямої з прийнятною для практиці точністю. Для ТРДД з двокаскад-

Рис. 4. Траєкторії прийомистості двовального ТРДД при зміні ТС ПЧ у координатах (Gп Р*к) = f (S): а) експериментальні; б) апроксимовані

ним компресором режими розгону характеризуються зменшенням ковзання S, а дроселювання - його збільшенням. Збільшення ковзання роторів є слідством більш великої зміни теплоперепаду на ТВТ у порівнянні з теплоперепадом на ТНТ. При виникненні пошкоджень елементів ПЧ каскаду низького тиску відбувається паралельне зміщення ліній прийомистості та дроселювання, причому більш значне у порівнянні з відповідними лініями, побудованими у координатах Gп/Р*к = f (nвт), що свідчить про доцільність використання функції Gп/Р*к = f (S) при діагностуванні ТРДД. У даному випадку спостерігаються різні по знаку відхилення значень комплексу Gп/Р*к при пошкодженнях компресора та турбіни, тому ідентифікувати несправності по каскадам можна вже на етапі оцінювання розглянутого комплексу параметрів.

Аналіз результатів експериментальних досліджень показує, що розглянутий комплекс параметрів Gп/Р*к є важливою діагностичною ознакою. Однак даний комплекс дозволяє оцінювати зміну ТС двигуна у цілому (нульовий рівень діагностування). Для визначення класів станів з глибиною діагностування до вузла необхідно використовувати додаткові параметри. У якості таких діагностичних ознак вибрані динамічні параметри ТРДД.

Для оцінки ТС ТРДД з глибиною діагностування до вузла, у якості додаткових діагностичних ознак використовуються коефіцієнти підсилення параметрів по частоті обертання ротора високого тиску та витрати палива, зображених на рис.5.

Рис. 5. Залежність динамічних параметрів ТРДД від частоти обертання ротора високого тиску при зміні ТС ПЧ у процесі прийомистості: а) КnвтР*т; б) КGпР*т

З метою визначення діагностичної информативності вимірювальних параметрів робочого процесу двигуна при виникненні несправності, запропоновано наступний критерій - коефіцієнт чутливості Кпj:

, (2)

де С - сигнал; Ш - шум; Пji - значення j-го параметру при i-ій частоті обертання ротора; Пj – відносна похибка j-го вимірювального каналу; Пбi - базове значення параметру.

Проведений аналіз информативності вимірювальних параметрів при виникненні несправності відповідного вузла двигуна свідчить про більшу чутливість методу діагностування на перехідних режимах у порівнянні зі сталими. Тому одержані результати мають важливе прикладне значення для розробки методик оцінки ТС ТРДД у експлуатації та, зокрема, при локалізації місця несправності.

У п'ятому розділі на основі результатів експериментально-теоретичних досліджень розроблена методика діагностування ПЧ ТРДД на перехідних режимах, до якої входять розпізнавання ТС двигуна, відмінного від справного, та класифікація станів з глибиною діагностування до вузла. Алгоритм цієї методики наведено на рис.6.

Рис. 6. Алгоритм діагностування ТРДД на перехідних режимах роботи

Ця методика базується на аналізі ММ, яка описує взаємозв’язок між вимірювальними на перехідних режимах параметрами. Так, ММ для вхідного параметра Gп и вихідного параметра nнт має вигляд:

, або

, (3)

де b1.c = kH.Gп /ТН; b0.c = kH.Gп + kВ.Gпkn.В; f1.c = (ТН + ТВ)/(ТНТВ); f0.c = (1- kn.Н kn.В)/( ТНТВ).

Для дослідження ТРДД АІ-25 використовувались дві серії даних для бездефектного стану NF1 и NF2, одна серія даних F3 для дефектного стану - зниження коефіцієнту корисної дії (ККД) КНТ на 1,86% и одна серія даних F4 - зниження ККД ТНТ на 2,04%.

Моделювання несправностей відбувалось за наступними значеннями параметрів: період квантовання за часом Тs = 0.25, N = 300, n = 36 у діапазоні 0...10 Гц; v2 = 0.1552. До даних вимірювань вхідного сигналу Gп додавався білий шум з дісперсиєю u2 = 0.00352. За результатами проведених експериментальних досліджень були отримані наступні значення f1 = - 0.3228 и f0 = 1.2482. Крім того, були прийняти значення n = 0.0614 и n2 = 0.093. У критеріях виявлення несправностей використовувались показники Т1 та Тf2, а також для порівняння величина .

Крім того використовувався ще один варіант критерія Тn. Це зроблено для ілюстрації того вдосконалення метода, яке досягається обліком похибок моделювання і лінеаризації при складанні меж для сумарної похибки. Результати моделювання зведені у табл. 1.

Таблиця 1

Результати моделювання несправностей ТРДД АІ-25

№, варіанта | Т1 | Тf2 | Tn

NF1 | 2,38 2,33 | 1,26 1,48 | 0,13 0,11 | 1,96 1,88

NF2 | 6,67 3,28 | 1,49 1,47 | 0,15 0,14 | 2,15 1,92

F3 | 1123 66,17 | 84,53 13,86 | 0,3 0,13 | 3,94 2,06

F4 | 1439 82,04 | 108,34 17,3 | 0,39 0,14 | 5,67 1,93

Отримані результати свидчать, що запропонований метод виявлення несправностей добре працює навіть у присутності похибок від лінеаризації. Він працює краще існуючих за рахунок явного обліку впливу похибок, зв’язаних з неточністю моделювання і лінеаризації нелінійних систем.

Вирішальним критерієм визначення одного із заданих класів станів ТРДД по вимірювальним (розрахованим) значенням параметрів є величина середнього ризику.

У додатку надається акт впровадження результатів науково-дослідної роботи по реалізації розробленої методики діагностування ТРДД на перехідних режимах його роботи.

ВИСНОВКИ

У дисертації наведено теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової задачі, що виявляється у зв’язку з появою в експлуатації двигунів підвищеної контролепридатності, обладнанням експлутаційних підприємств цивільної авіації автоматизованими робочими місцями на базі сучасних комп'ютерів, а також можливістю вимірювати газодинамічні параметри роботи двигуна на перехідних режимах. Цією науковою задачею є розробка методики діагностування проточної частини ТРДД на перехідних режимах його роботи. Розроблена методика дозволяє істотно збільшити діагностичну інформативність вимірювальних параметрів і виявляти несправності, які не обов’язково погіршують роботу ТРДД на сталих режимах, але можуть істотно погіршити надійність роботи в умовах нестаціонарності. Головні наукові результати роботи:

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

Список опублікованих праць за темою дисертації:

1.

2.

3.

4.

5.

АНОТАЦІЯ

Шаабдієв С. Ш. Діагностування проточної частини турбореактивного двоконтурного двигуна на перехідних режимах його роботи. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.07.05 – двигуни та енергоустановки літальних апаратів. - Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського “ХАІ”, Харків, 2000.

Дисертацію присвячено питанням діагностування ТРДД підвищеної контролепридатності на перехідних режимах роботи (на прикладі АІ-25). В дисертації розвивається нове направлення параметричних методів діагностування, яке грунтується на математичному моделюванні динаміки робочого процесу ТРДД. Встановлено, що перехідні режими є більш інформативними та дозволяють визначати ряд несправностей, які не можна виявити на сталих режимах. Запропоновані динамічна багаторежимна ММ двигуна, інваріантні до зовнішніх умов комплекси параметрів та методика ідентифікації несправностей ПЧ ТРДД на перехідних режимах його роботи, ефективність якої обгрунтована теоретично та підтверджена на практиці. Основні результати роботи знайшли промислове застосування у діагностиці контролепридатних ТРДД.

Ключові слова: діагностика, турбореактивний двоконтурний двигун, контролепридатність, перехідний режим роботи, сталий режим роботи, математична модель, комплекси параметрів, методика ідентифікації несправностей, проточна частина.

АННОТАЦИЯ

Шаабдиев С. Ш. Диагностирование проточной части ТРДД на переходных режимах его работы.- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.07.05 – двигатели и энергоустановки летательных аппаратов.- Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского “ХАИ”, Харьков, 2000.

Диссертация посвящена вопросам диагностирования ТРДД повышенной контролепригодности на пере-ходных режимах работы (на примере АИ-25). В работе развивается новое направле-ние параметрических методов диагностирования, основанное на математическом моделировании динамики рабочего процесса ТРДД. Установлено, что переходные режимы являются более информативными и позволяют определять ряд неисправностей, которые нельзя об-наружить на установившихся режимах. Предложена динамическая многорежимная ММ двигателя, построенная на базе динамической характеристики, которая отражает нелинейное изменение параметров по дроссельной характеристике с линейным учетом динамических факторов, обусловливающих отклонение параметров от ЛРР.

В работе проведен анализ отказов и неисправностей ПЧ ТРДД, которые возникают в процессе эксплуатации. Большинство отказов, выявленных при разборке и дефектации рассмотренных типов двигателей, связаны с изменением конфигурации их элементов, что, в свою очередь, влияет на работу двигателя, как на стационарном, так и на переходном режиме работы.

С целью обеспечения цикла экспериментальных исследований, направленных на идентификацию ММ при опробованиях двигателя, а также на отработку методов диагностирования ТРДД в эксплуатации, были модернизированы экспериментальная установка и стендовое оборудование. Установка базируется на полноразмерном авиационном ТРДД АИ-25 и позволяет исследовать переходные режимы работы двигателя.

Для оценки повторяемости протекания переходных процессов ТРДД испытания проводились в диапазоне температур наружного воздуха от –10 0С до +24 0С с контрольно-измерительной аппаратурой, позволяющей регистрировать параметры работы двигателя с частотой опроса 30 Гц. Анализ результатов проведенных исследований показал, что на режимах приемистости и дросселирования наблюдается удовлетворительная повторяемость измеряемых параметров вдоль линии рабочих режимов двигателя.

Экспериментальные исследования проводились при исходном состоянии двигателя, при шероховатости рабочих лопаток компрессора низкого давления, первой ступени компрессора высокого давления, второй ступени турбины низкого давления, при закоксованности трех топливных форсунок.

Рассмотрено влияние данных видов неисправностей ТРДД на параметры рабочего процесса при приемистости и дросселировании, а также проведен анализ экспериментальных данных на диагностическую информативность на установившихся и переходных режимах работы.

С целью диагностирования двухвального ТРДД определены динамические параметры и коэффициенты усиления параметров рабочего процесса двигателя по частоте вращения ротора высокого давления и по расходу топлива, которые входят в состав ММ двигателя, для их использования в качестве диагностических признаков. Однако, их зависимость от внешних условий и частоты вращения ротора высокого давления усложняет процесс диагностирования. В связи с этим, предложено использовать в качестве диагностических признаков комплексы параметров, которые остаются постоянными вдоль линии регулирования и не зависят от внешних условий. При выполнении условия подобия, эти комплексы состоят из физических величин, которые уже являются подобными. Они достаточно чувствительны к изменению ТС двигателя. Некоторые неисправности приводят к параллельному смещению линий комплекса параметров, а другие – к изменению угла наклона. Задача диагностирования сводится к оценке этих параметров в присутствии шума измерения на переходных режимах и выявлению корреляции между этими параметрами и условиями возникновения неисправностей. Уже на этапе их оценки можно идентифицировать неисправность по каскадам. Для определения классов состояний с глубиной диагностирования до узла в качестве диагностических признаков используются динамические параметры.

В результате выполненных экспериментально-теоретических исследований разработана методика диагностирования ПЧ ТРДД на переходных режимах его работы, эффективность которой обоснована теоретиче-ски и подтверждена практически.

Ключевые слова: диагностика, турбореактивный двухконтурный двигатель, контролепригодность, переходной режим работы, установившийся режим ра-боты, математическая модель, комплексы пара-метров, методика идентификации неисправностей, проточная часть.

ANNOTATION

Shaabdiev S. S. Diagnosing of a flowing part of the turbojet two-spool engine on transients of him work.- The manuscript.

Thesis for a candidate’s of engineering science degree by speciality 05.07.05 - engines and energy units of airborne vehicles.- National space university “KhAI”, Kharkiv, 2000.

The dissertation is devoted to questions of diagnosing of a flowing part of the turbojet two-spool engines with enhanced control suitability on transitive modes of operation (on an example АИ-25). A new direction of parametrical methods of diagnosing is developed which based on mathematical modeling of dynamic working process of a flowing part of the turbojet two-spool engines. It is established, that the transitive modes have more information and allow to define the malfunctions, which cannot be found out on the steady-state modes. The complexes of parameters, technique of identification the malfunctions of a flowing part of the turbojet two-spool engine and multi-regame mathematical model are proposed, the high effectiveness of them is stated by using of theoretical investigations and reinforced by illustrative examples. The results of the work have found an industrial utility in the diagnosing of the turbojet two-spool engines with enhanced control suitability.

Key words: diagnostics, turbojet two-spool engine, control suitability, transitive mode of operation, mathematical model, complexes of parameters, technique of identification the malfunctions, flowing part.

Підписано до друку 12.12.2000. Формат 60х90/16. Папір друк. Офсетній друк.

Ум. фарбовідб. 6. Ум. друк. арк. 1,16. Обл-від. арк. 1,25. Тираж 100 прим.

Замовлення № 1971.

Видавництво ХДАВП

61023, Харків, вул. Сумська, 134