автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.05, диссертация на тему:Диагностирование проточной части ТРДД на переходных режимах его работы

НАЦІОНАЛЬНИЙ АЕРОКОСМІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМ. М.Є. ЖУКОВСЬКОГО / . “ХАРКІВСЬКИЙ АВІАЦІЙНИЙ ІНСТИТУТ’ .

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

- Э

СЭ

ои

со

и-І

-Є

с»

Харків 2000

Дисертацією є рукопис. • ’ -

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

Науковий керівник:

Офіційні опоненти:

Провідна установа:

доктор технічних наук, професор .

Дмшрієв Сергій Олексійович, • ^

Національний авіаційний університет, . ’

завідуючий кафедрою технічної експлуатації літальних апаратів і авіаційних двигунів

доктор технічних наук, професор Приходько Іван Михайлович,

Харківський,військовий університет,

професор ' , .

кандидат технічних наук, доцент

Кіслов Олег Володимирович, . ,

Харківський інститут військово-повітряних сил,

доцент кафедри авіаційних двигунів

Відкрите акціонерне товариство “Мотор Січ”

Державного комітету промислової політики України

Захист відбудеться ” січня 2001 р. о 14. годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.062.02 Національного аерокосмічного університете' ім. М.Є. Жуковського “ХАІ” за адресою: ‘

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

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

Автореферат розісланий 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 двигупів на сталих режимах, що не дає можливість 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 регулюванйя паливної автоматики, які можуть бути виявлені

тільки на перехідних режимах роботи двигуна. Наукові прані в цієй області направлені на

теоретичні та концептуальні дослідження по використанню динамічних процесів з метою

діагностики АД. Практично відсутні експериментальні дослідження впішву 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) ТРД Д 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:

- розробити математичну модель (ММ) робочого процесу ТРДД на перехідних режимах роботи та оцінити його динамічні властивості;

- визначити динамічні параметри та коефіцієнти підсилення для використання в якісті діагностичних ознак техничного стану (ТС) двовального ТРДД;

- визначити комплекси параметрів, які не залежать від зовнішніх умов і можуть бути використані в якості діагностичних ознах;

модєрнизувати експериментальний газодинамічний стенд ва базі повнорозмірного авіаційного ТРДД АІ-25 з метою реєстрації параметрів в автоматизованому режимі на електронно-обчислювальної машині (ЕОМ); -

визначити вплив різноманітних видів несправностей ПЧ двигуна на протікання перехідних процесів; •

оцінити ипформативність параметрів, що вимірюються на перехідних та сталих режимах

роботи двигуна; .

розробити методику діагностування ПЧ ТРДД на перехідних режимах його роботи.

Об’єктом дослідження с 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: .

- розроблена методика діагностування ПЧ двовального ТРДД по комплексам динамічних

параметрів та коефіцієнтам підсилення на перехідних режимах його роботи (розроблена вперше [3]); '

- досліджено вплив різноманітних видів несправностей проточної частини ТРДЦ на його динамічні характеристики, а також проведено аналіз експериментальних даних на діагностичну інформативність параметрів робочого процесу на сталих та перехідних режимах його роботи (досліджено вперше [4]);

- Запропоновані діагностичні комплекси параметрів, які не залежать від зовніїштх умов експлуатації і реагують тільки на зміну ТС ТРДЦ (запропоновані вперше [5]).

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

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

- роботи [1 ], [2] виконали здобувачем самостійно;

- робота [3] виконана здобувачем (вибір параметрів, алгорітм оціню, аналіз результатів експерименте) разом з Дмитрієвим С.О., Моісеєвим Б.М., Абу Хайдаром Салім Ханна (постановка задачи, теорія параметрічної діапюсіики);

- робота [4] виконана здобувачем (проведення; експерименту, аналіз результатів) разом, з Дмитрієвим С.О., Карповим А.Є., Ратинським В.В. (постановка задачи);

- робота [5] виконана здобувачем (вибір параметрів, аналіз результатів експеримента) разом з

Дмитрієвим С.О., Ратинським В.В. (проведення експеримента). . '

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертації були оприлюднені автором та отримали схвалення на XVI Звітньої науково-технічної конференції Київського міжнародного університету цивільної авіації за 1995 рік (Київ, 1996 р.); XVII Звітньої науково-технічної конференції Київського міжнародного університету цивільної авіації за 1996 рік (Київ, 1997 р.); Конгресі двигунобудівників України «Двигун XXI сторіччя» (Харків, 1996 р.); Міжнародної науково-практичної конференції «Забезпечення безпеки польотів АТ у нових еко-

з

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 постановили характер, розглянуті сучаспиїі 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 контролепридатністі, 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 ТРДЦ, 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 ТРДЦ 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 параметрі» в якості'діагностичних ознак.

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

Сталий режим

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 використати 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:

' л ™ =і'тС(ІДОпгаі1 + AmS2A52+ЛтЯД53; ■

' П “m = k/x.Cm ^‘^•над km.S2 ^1 >

У ~ УуаАПюя)^' куа,&Спмд + ky_sf&S2

M.^G.-G'JnJi f 0)

^i^n,-neca{G„Jj,

Д5з ’ “ ftfmjcm ({*/,.cm )

де n і- заведені прискорення роторів; динамічні коефіцієнти підсилення по надаванню

палива; кпЛ - динамічні коефіцієнти підсилення по частоті обертання ротора; у - будь який параметр робочого процесу; G„.BM - надмір палива; Sj - 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 с степіневі комплекси. При виконанні умови подібносте, ці комплекси будуть складені з фізичних величин, які вже є подібними.

G

Найбільш прийнятними комплексами для двовального ТРДД с; К, = -------— -const, де Р*к

- тиск загальмованого потоку за КВТ. Отже, лінія прийомистості задовільно описується рівнянням прямої (Gn / Р%) = Апгг + В, де А,75 - постійні величини (рис. 2).

• Ці величини достатньо чутливі до зміни ТС двигуна. Деякі несправністі можуть приводити до зміни параметра В (паралельне зміщення лінії прийомистості у полі залежності (G„/P*K) = ДпЙІ)), а другі - до зміни параметра А (змінення кута нахилу лінії прийомистості). Головна задача діагностування зводиться до оцінки цих параметрів в присутність шуму вимірювання на . перехідних режимах та виявленню кореляції між цими параметрами і умовами виникнення

ностей. Для цього проведені експериментальні дослідження перехідних режимів ТРДЦ.

(а) ' Зведені оберті(п^»),об/мик.

Звелені оберти (п«г.ж.), об/мін

Рис, 2. Траєкторії прийомистості двовального ТРДЦ при зміні ТС ПЧ у координатах (0„ / Р*,) = ііп.т): а) експериментальні; б) апроксимовані ’

Третій розділ присвячений розробці автоматизованого експериментального комплексу по дослідженню робочого процесу ТРДЦ 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 ТРДЦ у експлуатації, були модер-низовані експериментальна установка та стендове обладнання. Установка базується на повно-розмірному авіаційному ТРДЦ 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 експеримен-

експериментальних даних, дослідження провадилися у автоматизованому режимі з використанням керуючого обчислювального комплексу на базі універсального програмуемого контролера СЕТУ-10 та комп'ютера ЮМ 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 пгоького таску (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 повторюваністі протікання перехідних процесів та розкида реєстраційних параметрів. Для оцінки повторюваністі перехідних процесів ТРДД були проведені експериментальні дослідження на ГДС з контрольно-вимірювальною апаратурою, яка дозволїіла реєструвати параметри з частотою опитування fs=30 Гц. Випробування проводилися при вихідному ТС двигуна у діапазоні температур зовнішнього повітря -10 < t, < +24 °С. Аналіз результатів проведених досліджень показує, шо на всіх розглянутих перехідних процесах спостерігається задовільпа повторюваність вимірюваних 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 Gn, 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 двоваяьного ТРДД на його динамічні характеристики. Експериментальні дослідження двовального ТРДЦ 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 стулені КНТ, РК першой ступені КВТ, та на лопатки РК другої ступені ТНТ.

Після проведення експериментальних досліджень з одним видом несправність здійснювалася очистка завданого шару зернин, після чого моделювався інший вид несправність

Також моделювалась така несправність, як закоксованість паливних форсунок, шляхом закупо-рения двох робочих паливних форсунок камери згоряння. Зміну ,ТС відповідного вузла для кожного виду неотравністі оцінювали інтеїральним параметром - відносним відхиленням коефіцієнту корисної діі (ККД) Зті'і , що визначали у процесі випробувань двигуна по зміщенню ліній ц"к= f (Gno«.3n) та т)*т= f (я*т) при neT„ = const в полі характеристик компресора та турбіни.

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

Зміна параметрів робочого процесу ТРДЦ при прийомистості та дроселюванні описується одяіми і тими же рівняннями динаміки. Скидання частоти обертання здійснюється за рахунок зменшення подачі палива AG„ по відношенню до сталого режиму при заданому значенні п„д,. При цьому падає потужність турбіни та ротор одержує негативне прискорення. На рис. З наведені зміни параметрів робочого процесу ТРДЦ при прийомистості та дроселюванні при модельованих видах несправностей його ПЧ.

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

0 1 І 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Зведений нас ({), с (а) -

Звелений час (с), с '

, (б) ‘

Рис. 3. Зміна параметрів робочого процесу двоваяьнога 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, рЬницей відхілень вимірюємих параметрів у кожній момент часу при зміні ТС двигуна. Тому для оцінки ТС ТРДД потрібно використовувати комплекси параметрів, яки залишаються постійними вздовж лінії робочих режимів. На рис.2 наведені траєкторії прийомистості ТРД Д при зміні ТС ТРДД у координатах 0„/Р\ = і (пк), а на рис. 4-у координатах Сі„/Р*к = ї (Э).

Аналіз отриманих експериментальних даних показує, що траєкторії прийомистості та дроселювання двовального ТРДЦ, які побудовані у координатах 0„/Р*к = ґ (8), також алроксимуються рівнянням прямий з прийнятною для практиці точністю. Для ТРДЦ з двокаскад-

1.7 1.« 1,9 2. , 2.1 4» „» . » Ц ,. 2,6

(а) Ковзання роторів, Б ' .

150

Єй № О 130 '

«а 1 f

120 '

1 по -

і V 100 '

О

и 90 '

80 '

у-39.«)*+ 22.796 у* 41,413k ♦ 26.Ш у «47,175*+ 3,316 f »-ІД754Х + 89,91 J у - 40.062x4-ЗО.» 1

м *»*

(б)

2 2,1 2^ 2^ Ковзання роторів, S

Рис. 4. Траєкторіїприйомистості двоаального ТРДД при зміні ТС ГІЧ у координатах (От / Р’х) = 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 G„/P*, = f (авт), що свідчить про доцільність використання функції. Gn/P*« — f (S) при діагностуванні ТРДД. У даному випадку спостерігаються різні по знаку відхилення значень комплексу GJ?', 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 Gn/P’K 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. Уякісті таких діагностичних ознак вибрані динамічні параметри ТРДД.

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

Зведені оберти (П ,т. і* ), об/мія

Зведені оберти {п гг.».), об/мін - (б)

Рис. 5. Залежність динамічних параметрів ТРДД від частоти обертання ротора високого тиску при зміні ТС ПЧ у процесі прийомистості: а) Кпвтр’т; б) Ко„Р*т

-"З метою визначення діагностичної информатавпісті вимірюваних параметрів робочого процесу двитуна при виникненні несправністі, запропоновано наступний критерій - коефіцієнт чутливісті К„): -

С ТІ-П&

К„

Ш П„-5П,

(2)

де С - сигнал; Ш - шум; Пц - значення ;-го параметру при і-ій частоті обертання ротора; 5П, — відносна похибка _і-го вимірювального каналу; Па -базове значення параметру. , . ,

Проведений аналіз информативністі вимірюваних параметрів при виникненні несправністі

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 ТРДЦ у Експлуатації' та, зокрема, при локалізації місця несправність . '

У п'ятому розділі на основі результатів експериментально-теоретичних досліджень розроблена методика діагностування ПЧ ТРД Ц 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.б.

Рис. 6. Алгоритм діагностування ТРДЦ на перехідних режимах роботи -

Ця методика базується на аналізі ММ, яка описує взаємозв’язок між вимірюваними на Перехідних режимах параметрами. Так, ММ для вхідного параметра (Зп и вихідного параметра пт мас вигляд: , ' •

Ди„

¿д = • р + fefil + Kg С,„КГ Д )

Н Тн^в р7 +{гн +Тц)'Р+^~К».нК*.в)

{к „ с„ /Гл р+(кя с,л + іс, А • *. в)/(г„-гд ) — 6,7 • р+¿;

&G,,, або

-AG.

(3)

' •гя)]р+(г-х„^„г)/(гя -rj / +/„ + /0

'лёЬ1с ~ кноп /Тн; Ьо.с = кноп+ IcbgAb; fi.c= (Тн + Тв)/(Тн-Тв); fo.c = (1-к„н 'кп.вУ( Тн'Тв)-

Для дослідження ТРДД АЇ-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 одаа серія даних F4 - зниження ККД ТНТ на 2,04%.

Моделювання несправностей відбувалось за наступними значеннями параметрів: період квантования за часом Т, = 0.25, N = 300, п = 36 у діапазоні 0...10 Гц; tjv2 “ 0.1552. До даних вимірювань вхідного сигнала AGT додавался білий шум з дісперсиєю гт„2 = 0.00352. За результатами проведених експериментальних досліджень були отримані наступні значення f| = - 0.3228 и fo = 1.2482. Крім того, були прийняти значення [}„ = 0.0614 и а„2 = 0.093. У критеріях виявлення несправностей використовувались показники Ті та Tq, а також для порівняння величина

. ■ '

Крім того використовувался ще один варіант критерія Т„. 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. І.

Таблиця !

Результати моделювання несправностей ТРДД АІ-25

№, варіанта т, Тп т т„

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 присутністі 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 вимірюваним (розрахованим) значенням параметрів с величина середнього ризику.

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

ВИСНОВКИ

У дисертації наведене теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової задачі, що виявляється у зв’язку з появою в експлуатації двигунів підвищеної контролепридатносгі, 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 наукової задачею е розробка методики діагностування проточної частини ТРДД на перехідних режимах його роботи. Розроблена методика дозволяє істотно збільшити діагностичну інформативність вимірюємих параметрів і виявляти несправності, які не обов’язково погіршують роботу ТРДД на сталих режимах, але можуть істотно погіршити надійність роботи в умовах нестаціонарністі. Головні наукові результати роботи:

1. Розроблена динамічна багаторежимна ММ трьохвального ТРДЦ, яка описує його динамічну

характеристику двигуна, відображаючу нелінійну зміну параметрів по дросельним характеристикам та дозволяє розраховувати зміну параметрів робочого процесу, а також основних динамічних параметрів двигуна на перехідних режимах його роботи. .

2. Запропоновані динамічні параметри та коефіцієнти підсилення, які входять до рівняння руху двовального ТРДЦ та які доцільно використувати в якості діагностичних ознак для визначення класів ТС. -

3. Запропоновані комплекси параметрів, які не залежать від зовнішніх умов и можуть бути використовані в якості діагностичних ознак.

4. Проведено модернізацію автоматизованого експериментального ГДС на базі повнорозмірного

ТРДД А1-25, що дозволяє моделювати різноманітні види несправностей ІЇЧ та оцінювати їхній вплив на протікання перехідних процесів. .

5. Визначено вплив модельованих видів несправностей на динамічні параметри ТРДД, а також

оцінено інформативність параметрів, що вимірюються на перехідних .та сталих режимах роботи двигуна. '

6. Розроблена методика діагностування ПЧ ТРДД на перехідних режимах його роботи.

7. Розроблені методичне та алгоритмічне забезпечення автоматизованої системи діагностування ТРДЦ за параметрами, які вимірюються у Процесі експлуатації на перехідних режимах його роботи з гяибинрю діагностування до вузла.

Список опублікованих праць за темою дисертації:

1. Шаабдиев С.Ш. Математическое моделирование рабочего процесса турбореактивного двухконтурного двигателя на переходных режимах его работы // Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии: Сб. науч. Тр. - Харьков: “ХАИ”. - 1999. - №3. -С. 158-164.

2. Шаабдиев С.Ш. Оценка динамических свойств турбореактивного двухконтурного двигателя //

'Авиационно-космическая техника и технология: Сб. науч. Тр. - Харьков: “ХАИ”. -Л999г- №9

- С. 253-256. __________—

3. Дмітрієв СО.,__Моісєєв Б.М.Г Абу Хайдар Салім Ханна, Шаабдісв С.Ш. Оцінка технічного стану двовального турбореактивного двоконтурного двигуна за параметрами, що реєструються на перехідних режимах робота//Вісник КМУЦА. - Київ: КМУЦА. - 1998. - Ха 1. - С. 77-81.

4. Дмитриев С.А., Карпов А.Е., Ратынский В.В., Шаабдиев С.ІІІ. Оценка повторяемости

протекания переходных процессов при испытаниях газотурбинных двигателей // Вісник КМУЦА. - Київ: КМУЦА. - 1999. - № 1. - С. 62-68.

5. Дмитриев С.А,, Ратынский В.В., Шаабдиев С.Ш. Исследование переходных процессов в двухконтуряых двигателях при повреждении элементов проточной части // Промышленная теплотехника. - 1998. - т. 20, №6. - С. 42-44.

АНОТАЦІЯ

Шаабдісв 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 ТРДЦ підвищеної контролепридатністі на перехідних режимах роботи (на прикладі АІ-25). В дисертації розвивається цове направлення параметричних методів діагностувашія, яке грунтується на математичному моделюванні динаміки робочого процесу ТРДЦ. 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 ЦЧ ТРДЦ на перехідних режимах його роботи, ефективність якої обгрунтована теоретично та підтверджена на практиці. Основні результати роботи знайшли промислове застосування у діагностиці контролепрндатішх ТРДЦ.

Ключові слова: діагностика, турбореактивний двоконтурний двигун, контролепридатність, перехідний режим роботи, сталий режим роботи, математична модель, безрозмірні 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 переходных режимах работы (на примере АИ-25). В работе развивается новое направление 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 обнаружить 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 я 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 °С до. +24 °С 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 работы 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 дросселирования, а также проведен анализ экспериментальных данных на диагностическую информативность на установившихся и переходных режимах работы,

С целью диагностир'ования двухвального ТРДД определены динамические параметры и коэффициенты пиления параметров рабочего процесса двигателя по частоте вращения ротора высокого давления и по расходу топлива, которые входят в состав ММ двигателя, для их «¿пользования 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 комготексы лара-метров, 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 ТРДЦ на переходных режимах его работы, эффективность которой обоснована теоретически и подтверждена практически.

Ключевые слова: диагностика, турбореактивный двухконтурный двигатель, контролепригодность, переходной режим работы, установившийся режим работы, математическая модель, комплексы параметров, 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

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 pi identification the malfunctions, flowing part