автореферат диссертации по транспорту, 05.22.14, диссертация на тему:Теоретические основы и практическая реализация методов оценки влияния основных эксплуатационных факторов на техническое состояние ГТД

Н6 и»

■I ц тон взз

ЯИНИСТЕРСТВи ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ Киевский институт инненеров граяданской авиации,

На правах рукописи

К9ЛЙК Николай Сергеевич

Теоретические основы и практическая реалнз-цня методов оценки влияния основных эксплуатационных факторов на техническое состояние ГТД

Специальность' 05.22.14 - Эксплуатация воздушного транспорта

. Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Киез-ШГА 1Э93

Работа выполнена в Киевском институте инденеров

гражданской авиации

Научный консультант - доктор технических наук, профессор Ветров П.Н.

Официальные оппоненты - доктор технических наук.

профессор Симбирский Д,Ф,

- член-корр. АН Украина Халатов O.A.

- доктор технических наук, профессор Черненко I.C.

Ведущее предприятие; - Региональное отделение Государственной авиакомпании "Авиалинии Украины",

Запита состоится 25 июня 1ЭЭЗг. в 15 часов на засеги .-¡и.ч специализированного совета Д.072.04.01. при Киевском ш:.- г-уте инменеров грзяданской авиации (252601, Киев 58, ГСП, г::;. ."г.смо-навта Комарова, 1).

С диссертацией моино ознакомиться в н*" той библиотеке института

Автореферат разослан 1993г.

Ученый секретарь специализированного совета Д.07.2.04.01.

вепель Й.Я,

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РйООТИ

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ.В условиях формирования рыночной экономики и новых экономических отношений процесс становления конкурентоспособных авиатранспортных компаний чеизйзяно будет . сопровождаться освоением новнх образцов авиационной техники, разработкой и внедрением ресурсосберегающих технологий, снижением эксплуатационных затрат, экономией материальных и топливно-энергетических ресурсов.

Высокая стоимость приобретаема новнх типов воздушных судов (ВС), авиационных двигателей, комплекту™« изделий к ним и горит че-смазочннх материалов заставляет авиакомпании особое вниманье уделять продлению ¡гизнепного цикла эксплуатируемых ВС, поддержания их летно-технических характеристик на заданном нормативно-технической документацией уровне.

Особуга остроту проблема повышения эффективности перевозок приобретает с поступление« в эксплуатации самолетов ТУ-204, ИЛ-96-300, АН-72. АН-74. АН-124, ИП-114. ТУ-334. Устанавливавшие на них двигатели ПС-ЭОА. Ц-27, Д-36. Д-18Т. ТВ-7-П7, Д-436. помимо высоких энергетических и экономических характеристик, отличаются высокой нагруяенностью конструктивных элементов, повышенной чувствительностью к условиям эксплуатации и обладает высокой стоимостью.

Приведенные данные свидетельствует о необходимости разработки специальных мероприятий, направленных на поддержание эксплуатационных характеристик двигателей на высоком уровне в течение всего периода эксплуатации. Одним из определяющих условий при репонни этой проблемы является оценка технического состояния двигателя на протяяении всего жизненного цикла. Проточная часть ГТД в процессе эксплуатации подвергается повреждения« посторонними предметами, загрязнения, износу, короблении, коррозионно-эрозионныи повреждениям под воздействием пыли, атмосферных осадков, промналенных выбросов. В результате снижается тяга двигателя, повивается расход топлива, суяаетса диапазон безопасных реяинов эксплуатации. Необходимость поддег'ания энергетических характеристик на заданном уровне приводит к повышения теапературы газов перед турбиной, что. в свою очередь, ведет к снияенив ресурса конструктивны;; элементов горячей части двигателя. Налицо комплекс взаимосвязанных технико-экономических проблем, ревение которых вознояни при максимальном учете всех действующих на объект эксплуатационных факторов. Существующие методы оценки технического состояния авиационных ГТД не в полной

I

мере учитывают комплексное влияние основных эксплуатационных факторов на их проточную часть, что обусловлено, прежде всего, отсутствием математических моделей рабочего процесса ГТД, адекватно воспроизводящих рабочий процесс реального двигателя с заданной точностью. Разработка и практическое использование таких моделей сдерживалось, в основном, низкой контролепригодностью эксплуатируемых типов авиационных ГТД и отсутствием надежных и эффективных средств объективного контроля на борту ВС. ориентированных на современные средства вычислительной техники. С разработкой и вводом в эксплуатацию перспективных ГТД высокой контролепригодности, оснащенных бортовыми системами контроля, а также оснащения эксплуатационных авиапредприятий автоматизированными рабочими местами на базе современных персональных ЭВМ, появилась возможность реализации методик комплексной оценки технического состояния (ТС) авиационных двигателей, использующих сложные математические модели рабочего процесса ГТД и ориентированных на использование практически всей информации, накапливаемой в процессе их эксплуатации.

ЦЕЛЬ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РДБОТИ заключается в разработке расчет-но-эксперииентальных методов оценки ТС проточной части авиационных ГТД в эксплуатационных условиях, а также их реализации в наземно-бортовых автоматизированных системах (ОС) оценки ТС ГТД.

НАУЧНАЯ НОВИЗНП заключается в том, что:

- разработана явная нелинейная математическая модель рабочего процесса ГТД, позволяющая учитывать изменение характеристик его узлов под влиянием повреждений проточной части. Математическая модель адаптирована под ТРДД ПС-ЗОА и является моделирующим полигоном. на котором в ходе численного эксперимента моделируются конкретные виды неисправностей проточной части ГТД и производится оценка их влияния на характеристики и Функциональные параметры отдельных узлов и двигателя в целом;

- разработаны методики перестроения характеристик узлов ГТД, изменяющихся под влиянием повреждений его проточной части;

- разработана методика оценки ТС ТРДД, базирующаяся на информационных потоках, Формируемых в процессе летной и технической эксплуатации двигателей, в которой в качестве базовых "образов" неисправностей используются результаты численного моделирования конкретных видов неисправностей проточной части ГТД при помощи адаптированной математической модели его рабочего процесса;

- в ходе стендовых экспериментов и экспериментов в условиях летно-технической эксплуатации различных типов авиационных ГТД по-

лучен большой объем экспериментальных данных по влиянию основных эксплуатационных факторов на ТС ГТД и изменение эксплуатационных характеристик;

- с использованием полученных экспериментальных данных и результатов численного моделирования характерных неисправностей проточной части ГТД разработаны расчетно-зкспериментальные методы оценки ТС проточной части и определения измененных характеристик основных функциональных узлов, необходимые для практической реализации разработанных подходов в АС оценки ТС ГТД:

- разработана экспертная система < интеллектуальный интерфейс АС оценки ТС ГТД ), позволяющая производить анализ результатов, выдаваемых подсистемами диагностирования АС и формировать управляющие воздействия в автоматизированном реяиме экспертами низкой квалификации в условиях ограниченного времени на принятие решения.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ заключается в том. что:

- разработан комплекс прикладных программ для ПЭВМ IBH PC/AT, реализующих разработанное методическое обеспечение в математическом обеспечении ЙС управления ТС ГТД;

- разработаны основные виды обеспечения ( информационное.организационное, методическое, математическое, техническое ) назем-но-бортовой АС управления ТС ТРДД ПС-90А <АС "Алгоритм-90"), и АС диагностирования двигателей НК-8-2У (АСД "Контроль-8-29") и двигателей Д-ЗОКУ (АСД "Контроль-ЗОКУ");

- разработаны программно-аппаратные средства (автоматизированное рабочее место), позволяющие реализовать методическое обеспечение АС управления ТС ГТД повыаенной контролепригодности в условиях непосредственного ввода полетной информации. . накапливаемой бортовыми регистраторами типа НСРП-А-02 в ПВН 1ВН PC/AT;

- на базе ' сернйннх авиационных ГТД различных типов созданы оригинальные газодинамические стенды, позволяюиие производить испытания основных функциональных узлов ГТД с характерными поврея-дениями проточной части в системе гбигателя;

- проведена экспериментальная проверка разработанных методов оценки ТС ГТД и созданных программно- аппаратных средств в составе АС. их реализущих, в стендовых условиях и в условиях реальной эксплуатации авиационных ГТД;

- разработаны практические рекомендации по освоении авиационных двигателей нового поколения в эксплуатации в условиях автоматизированного контроля их технического состояния.

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТ!!. В коде выполнения работы разра-

3

ботаны АС управления ТС двигателей, ПС-90А (АС "Алгоритм-90"), АС диагностирования двигателей НК-8—2Я (АСД "Контроль-8-29") и двигателей Д—ЗОКУ I АСД "Кснтроль-301:У"). АС внедрены в Борисполь-ском, Алма-Атинском, Ростовском авиапредприятгях. АС оценки ТРДД ПС-90А проходит эксплуатационную проверку в АТБ а/п Шереметьево. Отдельные 'компоненты АС и методические разработки внедрены в моторостроительных конструкторских бюро г. Перни (АО"Авиадвигателъ"). г. Казани (КГБН). г. Запорожье (ЗНКБ "Прогресс"), Внуковском авиапредприятии, ИЭС им.Потона с общим экономическим эффектом 1.5 илн. рублей в ценах 1989г.

Результаты работы также широко используются в научно- исследовательской практике ОНИП-2 КИИГй при выполнении хоздоговорных и госбюджетных НИР, а также в учебной процессе кафедры авиадвигателей КНИГА.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ, Основные результаты работы доложены и одобрены на: Всесоюзной научно-технической конференции "Обработка, анализ и использование полетной информации", г. Киев, КНИГА, ГУТЭ-РАТ ИГА, 15-16 декабря 1987г.; Всесоюзной научно-практичпской конференции "Безопасность полетов и профилактгка авиационных проис-яествий", г, Ленинград, 0/1ЛГА, 1-3 ноября 1388г.; Научно-технической конференции "Систе...ы информационного обеспечения управления процессами технической эксплуатации авиационной техники", г. Киев, Обцество "Знание", 13-14 декабря 1986г.; Межотраслевой научно-практической конференции по проблемам, связанным с принятием и освоением двигателей ЛС-90А в базовых эксплуатационных предприятиях гражданской авиации, г. Киев, КИИГй, ИГА. МАП, 2-4 июня 1989г.; Научно-технической конференции "Проблемы эксплуатации авиационной техники", г. Люберцы, 27-28 февраля 1990г.; Всесоюзной научно-технической конференшг: "Научно-технический прогресс и гксплуатация воздушного транспорта", г. Москва, НИИГА, 18-20 апреля 1930г.; На секции N4 Ш"А. посвященной результатам выполнения НИР "Разработка автоматизированных систем диагностировачия и управления техническим состоянием перспективных и эксплуатирующихся ГТЛ", г. Иосква. МГй, 26 июня 1990г.; Межотраслевой научно-технической конференции "Проблемы функциональной диагностики газотурбинных двигателей и их зле^нтов", г. Алумта, ЦИАН, ХАИ, сентябрь 1990г.; Научно-технической конференции по летним испытания« силовых установок летательных аппаратов, г. Чуковский ЛИИ ии.М.И.Громова, 26-27 февраля 1991г.

ПУБЛИКАЦИИ. Основное содержание диссерт 1ии опубликовано в 27

печатных работах,

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РОБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Ее объем составляет 237 с. машинописного текста с основным содержанием, 05 с, с иллюстрациями, 56 с, с таблицами.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВВЕДЕНИЕ содержит краткий анализ проблем, связанных с оценкой технического состояния авиационных ГТД в эксплуатационных условиях и поддержанием их эксплуатационных характеристик на заданном уровне.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ приведен анализ отказов и неисправностей ави -циошшх ГТД, а также условий их эксплуатации, позволяющий выделить основные, наиболее часто встречающиеся повреждения проточной части и основные эксплуатационные факторы, их вызывающие. I! кассовым неисправностям и повреждениям проточной части ГТД з первую очередь необходимо отнести забоины и погнутости элементов конструкции проточной части двигателя, коррозионно-эрозионные повреждения, закок-сованность топливных форсунок, прогары камеры сгорания, увеличение радиальных за-оров, прогар и коробление сопловых и рабочих лопаток турбины, загрязнение проточной части. Как следует из результатов анализа отказов и неисправностей, привецних к досрочному съему'дви гателей (ДСД), а такие результатов дефвктзции головных двигателей па ремонтных заводах и заводах изготовителях, эти повреждения занимают до 90% среди всех неисправностей проточной части ГТД. Причем в больиинстве случаев величина этих постоянно развивающихся повреждений находится в пределах ренонтннх, а зачастую и эксплуатационных допусков. Однако, не сникая резко-безопасность эксплуатации ГТД, медленно развивага-чеся дефекты проточной части.приводят к значительному изменению его характеристик, сужая тем самым область режимов безопасной эксплуатации двигателя и его экономичность. ■

К тому же в этих условиях необходимо постоянное отслеживание ТС двигателя и уровня его основных функциональных параметров с целью выявления предотказчого состояния и предотврацения резкого снижения эн?ргетических и экгкомических характеристик двигателя.

Появление двигателей нового поколения,, оснащенных сложными электронными устройствами сбора и предварительной обработки полетной информации, а также мощных средств вычислительной техники, позволявщих вводить, обрабатывать и хранить больвие потоки параметрической и- служебной информации, Формируемой при летной зкеплуа-

тации и назеыном техническом обслуживании ГТД. дает возможность значительно расширить спектр эксплуатационных факторов, учитываемых при автоматизированной оценке ТС ГТД. Однако очень мало из них реализовано в виде работоспособных автоматизированных систем оценки ТС ГТД. Это вызвано, в первую очередь, следующими основными объективными причинами:

- низкой контролепригодностью большинства эксплуатируемых типов ГТД;

- недостаточной оснащенностью авиапредприятий средствами ввода и обработки информации, формируемой в процессе технической эксплуатации ГТД;

- низкой квалификацией и консерватизмом обслуживающего персонала, тяготеющего к традиционной системе технического обслуживания АТ по назначенному ресурсу;

- ориентацией разрабатываемых элементов АС оценки ТС ГТД на информационную и техническую базу различной структуры, что не позволяет использовать удачные методические и технические решения, реализованные в других АС;

- отсутствием единого центра научно-технического сопровоядения ГТД в эксплуатации, способного сформировать и реализовать стратегии техического обслук;;вания ГТД в условия;, автоматизированного контроля их технического состояния;

- отсутствием возможности у большинства разработчиков методического обеспечения АС довести свои разработки до законченного программного продукта, реализованного в АС управления ТС ГТД.

В условиях резкого вздорожания авиадвигателей и комплектующих к ним, расходов на их эксплуатацию, ограниченное использование возыояностей, предоставляемых обслуживающему персоналу современными наземна-борто'зыын системами сбора и обработки полетной информации и информации, сопровоядающей процесс технической эксплуатации ГТД, для большинства авиакомпаний становится просто недопустимым.

Исходя из анализа существующего положения в области развития методов и средств оценки ТС авиационных ГТД в эксплуатационных условиях у нас в стране и за рубеяом и вышеперечисленных сообравений сформулирована основная цель и задачи настоящего исследования.

РОРАЯ ГЛАВА посвящена разработке математической модели и математическому моделированию рабочего процесса ТРДД.

Математическая модель двигателя (рис.1) содеряит полную сиае-му нелинейных уравнений, описывающих :

- характеристики элементов и узлов двиге еля, в том числе вход-

6

ного устройства (Вй), вентилятора (Вл), подпорных ступеней (ПС), компрессора высокого давления (НВД), камеры сгорания (НС), турбин низкого и высокого давления (ТНД, ТВД), камеры смеаениа (Кем), реактивного сопла (РС) и переходных каналов (ПК);

- уравнения совместной работы узлов:

- законы управления двигателем на установившихся режимах.

Рис Л. Структурная схема математической модели рабочего процесса ТРДЦ

Основной отличительной особенностью разработанной математической модели от существующих является учет, изменения характеристик узлов двигателя в зависимости от различных видов повреждений проточной части. Численное моделирование на ПЭВМ при помочи математической модели позволяет оценить изменение характеристик узлов и основных функциональных параметров двигателя в процессе эксплуатации при различных по величине и видам поврездений проточной части. С этой цельв в модель включена зависимости, связывающие изменение параметров рабочего тела с характеристиками повреждений основных конструктивных элементов. В качестве базовых при расчетах используются исходные характеристики узлов (модулей).

В соответствии со структурной схемой, приведенной на рис.1, отдельные модули, описывающие рабочий процесс каждого из узлов двигателя, является полностью самостоятельными. Параметры, п леченные в результате расчета данного узла является входными для

7

следующего и т.д. По степени детализации рабочего процесса разработанная модель относится к третьему уровни сложности, так как при расчете параметров рабочего процесс-л узлов ГТД и их характеристик используются геометрический характеристики этих узлов.

Математическая модель адаптирована под ТРДДсм ПС-ЗОЙ и реализована в программном обеспечении АС управления техническим состоянием двигателей 11С-90А (АС "Алгоритм-90").

Программное обеспечение АС, по анологии с математической моделью, разработано в виде отдельных автономных программных модулей, реализующих расчет рабочего процесса отдельных узлов двигателя и их совместную работу.

С помощью математической модели (численного моделирования) в главе подробно рассмотрен механизм влияния изменения технического состояния отдельных элементов проточной части двигателя на его эксплуатационные характеристики и параметры рабочего процесса, В качестве примера взят двигатель повышенной контролепригодности ПС-ЗОЙ, дня отдельных узлов которого имеется значительный статистический материал по отказам и неисправностям, полученный в ходе стендовых, заводских летних я эксплуатационных испытаний. Результаты моделирования представлялись для узла турбины в графическом (см.рис.2), а для компрессоров - в табличном виде.

Пиле приведен алгоритм формирования при помощи математической модели "образов" повреадений проточной части ТРДД, необходимых для практической реализации разработанного метода оценки ТС ГТД.

Для локализации места неисправности в проточной части двигателя формируется знаковые и количественные "образы" неисправностей, которые представляются в виде диагностических матриц (таблиц), определяющих взаимосвязь между изменениями диагностических признаков состояния узлов ГТД и знаками или величиной изменения параметров рабочего процесса, измеряемых в процессе эксплуатации на некотором установившемся диагностическом режиме работы. Формирование диагностических матриц осуществляется следующим образом,

В нелинейную метемзтическую модель рабочего процесса ГТД вводятся исходные характеристики основных узлов и рассчитываются параметры рабочего тела в характерных сечениях двигателя, а также его основные функциональные параметры (тяга Р и удельный расход топлива Суд), Математическое моделирование конкретного вида неисправности проточной части двигателя осуществляется путем использования перестроенной характеристики неисправного узла в математи-

8

< турьины. коэфф. расхода о зависимости >

степени расширения Упеньиемие гмоиалм

< от степени расширения газа в турбине. > " Сй - 1-0.03} >

1

о-

У

// /

..... / л" Я-1/1 ,1П сэ'

• / н V "» 1

1Ц ш 1 «у '

- 1 •

/1

1.5

Э

Птв*

101 101,

100 100

33

с Иар-к» турбины. КПД турбины Р (зависимости > < от степени расиирсния гаоа о турбине > с именьиение пиоиади СА - С-0.03 > >

о.зочэ. 0.8777

0. 8335 0.8677

изэ« 0.6577

0.3895 0.8^7;

II

0.2345 0.8Э7?

0.37Э5 0.3277

0.8715 0.3177

0.5оЭ5 0.8077

\

\

\\ \

\\ \ V лл «■И ЛИ

х\ \ \ =0 «и

\ \ ц

\ -с

V \

\ \

\ V ч \

0.7777.

1.3

2 Л

Рис.2. Характеристика турбины высокого давления ТРДЦ . вого соплового аппарата на 3%

< Птв* >

ПС-90А. Уменьшение площади пер-

П.Й1 2.&

ческой модели двигателя. В результате получаем параметры рабочего процесса ГТД для каждого конкретного вида и величины повреждения. Так как параметры рабочего процесса конкретного экземпляра двигателя, измеренные в различные моменты времени на одной и том же режиме при одинаковых условиях испытания и эксплуатации остаются, пока ТС двигателя не меняется, неизменными, то правомерно считать, что диагностическую информацию о состоянии проточной части двигателя содержат не абсолютные значения термогазодинамических параметров, а отклонения этих параметров от исходных значений. Таким образом, определив параметры рабочего процесса двигателя при исходном ТС проточной части, а затем при конкретном виде и величине повреждения, и определив их относительные отклонения, можно сформировать параметрический "образ" этого повреждения.

Расчетные значения отклонений параметров используются для формирования -знаковых расчетных "образов" повреждений по знакам отклонений (ЗРОП) и для формирования количественных расчетных "образов" повреждений (КРОН) по величинам отклонений.

Эти зависимости являются основой для формирования ЗРОП и КРОП, В качестве примера в абл.1 приведены знаковые расчетные образы ловреждений (ЗРОП) для некоторых характерных повреждений проточной части ТРДДсм Г1С-90А.

Таблица 1

Знаковая диагностическая матрица

Вид неисправности Знаки отклонений измеряемых параметров

проточной части ТРДД ЬЪ* ¿©¿Я*

Загрязнение проточной -

части вентилятора + - - + - -

Эрозия проточной части КБД + + - + - +

Уменьшение Fea ТЬД - + + + +

ВТК повреждение лопаток ТВД - - + + - +

Негерметичность системы

отбора воздуха + - + - +

Ч ЗРОП включаются также знаки отклонений других измеряемых параметров, в частности уровней вибраций, результатов спектрального анализа проб масла, расхода топлива и т.д. Отклонения неизмеряе..ых параметров используются для определения параметра, используемых при расчетах тяги и удельного расход., топливу коэффициента газоди-

10

намической устойчивости, параметров, величины которых ограничиваются их предельными значениями. По отклонениям неизиеряемых параметров формируются количественные расчетные "образы" ¡«измеряемых параметров СКРОНп>. Кроме того, на основании экспертных оценок характера развития заданного вида повреждения во времени и статистических данных по этому виду повреждения формируется эталонный трен-довнй "образ" повреждения СТРОП). Расчеты производятся с приведенными значениями параметров (П1пр)) при определенном виде С Nз 1 и степени повреждения.

По величинам 6(П1пр)], найденным при пяти значениях (уровнях) N5 —го поврекдения, формируются аппроксимирукщие зависимости

~ . где ЧЧ •

Такие дефекты как эрозия, высокотемпературная коррозия, загрязнение, забоины приводят к увеличении иерохоьатости поверхности конструктивных элементов проточной части ГТД и к некоторому изменении их формы. При этом падение КПД, связанное с изменением оормы профиля лопаток составляет лнпь 20...30'/. от общего падения КПД, тогда как изменение шероховатости резко сникает КПД и напорность ступеней. Поэтому определение неисправностей при помощи математической модели в этом случае доляно дополняться в экспертной системе ЙС оценки ТС ГТД расчетно-зкспериментальными методами »¡идентификации неисправностей, параметрические "образы" которых похожи.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ приведено описание автоматизированного испытательного комплекса по исследованию влияния характерных поврендений проточной части ГТД на их характеристики и основные функциональные параметры.

Для обеспечения цикла экспериментальных исследований, выполняемых в рамках настояцей работы, созданы специальные экспериментальные установки и стендовое оборудование, базирующиеся на серийных "авиационных ГТД, отдельных узлах ГТД и системах их жизнеобеспечения. Для повышения достоверности получаемых экспериментальных данных, сохранения материальных и трудовых ресурсов, сокращения временя эксперимента, обработки и анализа экспериментальных данных, исследования проводились в автоматизированном реаиме, с использованием управляющего вычислительного ксмплекса . (УВК) на базе ЭВМ СН1420 и ПЭВМ 1ВИ РС/ЙТ. Все технические, средства комплекса, а такае дополнительные устройства и устройства связи с'объектом (НСО) обьединени посредством единой систем сигналов и еди-

II

ного магистрального канала ОН ("Общая шина"), К ОШ в качестве внешнего устройства при помощи специально разработанного приемопередатчика подсоединена ПЭВМ 1ВН РС/АТ, что позволяет использовать ее не только в качестве дополнительного пульта оператора, но и производить обработку информации, передаваемой по магистральному каналу ОН,'Для обеспечения наземной обработки полетной информации, регистрируемой бортовыми системами регистрации МСРП-64-2 и МСРП-й-02. установленны на самолетах, проходящих подконтрольную эксплуатацию и на испытательных стендах других организаций, конфигурация УВК была несколько изменена за счет включения в его состав „стройств считывания информации с магнитных носителей бортовых регистраторов. В такой конфигурации комплекс обеспечивал выполнение ■следующих задач:

- ввод параметрической информации с датчиков, установленных на газодинамических стендах и системах их визнеобеспечения;

- ввод служебной и справочной информации в режиме диалога оператор-ЭВМ;

- ввод информации, накапливаемой на магнитных носителях бортовых систем регистрации МСРП-64-2 и МСРП-й-02;

- обработку параметрической информации по разработанным алгоритмам:

- формирование и выдачу управляющих воздействий на исполнительные механизмы газодинамических стендов;

- формирование банка экспериментальных данных;

- отладку прикладного программного обеспечения в процессе создания АС оценки ТС ГТД;

- проверку эффективности разрабатываемого методического обеспечения АС оценки ТС ГТД в процессе подконтрольной эксплуатации АС в авиапредприяти^х.

Газодинамический стенд (ГДС) для испытания основных узлов и их элементов в системе двигателя с повреждениями, вызванными определенными эксплуатационными факторами, выполнен на базе ГТД РЧ19А-300, Выбор этого двигателя обусловлен тем. что все основные узлы его проточной части и большинство их конструктивных элементов можно менять в эксплуатационных условиях, а также тем, что двигатель прост в эксплуатации, имеет небольшие габаритные размеры и сравнительно невысокие расходы топлива.

Цель» проводимых исследованчй являлось установление корреляционных связей неяду характерными повреждениями элементов проточной части двигателя и изменениями дроссельных х.г тктеристик и характе-

12

ристик основных эзлов. На стенде моделировались завоины лопаток компрессора, эрозия лопаток компрессора, закоксов-знность топливных Форсунок, обгар, -?розия и высокотемпературная коррозия (ВТК) сопловых и рабочих лопаток турбины.

Элементы конструкции с характерными повреждениями подбирались на АРЗ Н421 ГА и определялись характеристики повреждения. Специалисты этого предприятия осуществляли балансировку и монтаи-демон-таж рабочих колес компрессора и турбины. Затем на специально препарированном двигателе снимались характеристики узлов и двигателя в целой, а также определялись параметры рабочего процесса в харакг терных сечениях.

Целью проводимых на ГДС АИ-25 исследований являлось получение характеристик компрессоров в системе двигателя с загрязненной проточной часты!. ГДС позволяет решать следующие задачи:

- вносить в проточнуа часть пыль с заданными характеристиками по заданной программе;

- определять толчину отложений на элементах проточной части при помощи специально разработанных сигнализаторов загрязнения;

- измерять параметры рабочего тела в характерных сечениях проточной части;

- дросселировать поток воздуха на входе в двигатель по заданной программе при помоци специально разработанного устройства;

ГДС на базе ТРД ТГ—1 б предназначался для проведения исследований. связанных с определением ВТК повреждаемости лопаток турбин ГТД . ГДС позволяет испытывать рабочие лопатки турбин ГТД з высокотемпературном потоке продуктов сгорания газотурбинного топлива , содержавего корроэионно-активные вещества (соли щелочных металлов) и определять характеристики говреядения.

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ представлены результаты определения ТС проточной частя ГТД расчетно-зкспериментальными методами, разработанными с использованизм результатов исследований, проведенных на экспериментальных газодинамических стендах, на испытательных стендах других организаций (головные двигатели семейства "НК" и двигатели, создашше в Пермском моторостроительном конструкторском бвро).

а тапе на двигателях, проходяжих подконтрольную эксплуатации в Бориспольском и Еереметьевском авиапредприятиях.

С целы) обоснования методик проведения экспериментальных исследований и практической реализации разработанных расчетно-зкспе-рименталъннх методов количественной оценки отдельных видов повреи-дений проточной части ГТ1 в эксплуатации был проведен анализ кон-

13

центраций пили и других примесей, попадающих в проточную часть двигателя вместе с воздухом, для различных регионов и крупных городов СНГ и Украины. Проведен также химический и гранулометрический анализ образцов пыли с мест стоянок, рулежных дорожеки взлетных полос авиапредприятий.базирующихся в этих регионах.Параллельно выполнялся спектральный анализ отложений на лопатках компрессоров различных типов £ТД и определялась динамика роста загрязнений в условиях эксплуатации и стендового эксперимента на ГДС АН-25. Больное внимание при этом уделялось определению следов химических элементов, повышающих адгезию загрязнений к металлу, стимулирующих коррозионные процессы, снижающих эффективность моющих композиций. Результатом проведенных исследований явилась разработка методик оценки концентрации коррозионно-активных веществ, попадающих в проточную часть двигателя . а такве оценки загрязненности проточной части ГТД с использованием характеристик компрессоров, снимаемых в системе двигателя в условиях эксплуатации.

В ходе проведенных исследований получены также уравнения регрессии по определению динамики роста толщины отложений на лопатках компрессоров двигателей НК-8-2У в эксплуатационных условиях в зависимости от наработки для самолетов ТУ-154 Бориспольского авиап-редприятия. Для коротких рейсов:

0.1748 + -3.76??-Ю"^гН3585-10 Для длинных рейсов (продолжительностью свыше 2.5ч):

= «511 1(А 0.1707■'С -г.5?06-га- Ш"+1.?859-10"^3-1б0аз-Ш V Проведенные на ГДС ТГ-16 исследования позволили получить характеристики высокотемпературной коррозионной стойкости лопаток турбин ГТД без покрытия и с алюминидным диффузионным покрытием в эксплуатационном диапазоне температур и концентраций коррозионно-активных веществ. Исследования были также направлены на определение основных действующих Факторов, определяющих интенсивность высокотемпературной коррозии с использованием информации, накапливаемой бортовыми системами регистрации режимов полета типа МСРП, Такой подход позволил разработать методику оценки ВТК повреждаемости лопаток турбин ГТД и получшь зависимости, связывающие выбранную характеристику ВТК повреждаемости лопаток турбин ГТД (скорость коррозии Чк), с основными действующими Факторами (температурой Т, концентрацией коррозионно-активных веществ К, длительностью режима работы ГТДТ) для сплава типа ШС6Н без покрытия и с алюминидным диффузионным покрытием. В связи с тем, что механизм влияния на падение КПД и ндпорность ступеней таких повреждений проточной

14

части ГТД как эрозия, высокотемпературная коррозия, отложение загрязнений, забоины практически одинаков (основным действующим Фактором при этом является изменение шероховатости конструктивных элементов), большое внимание при разработке методики оценки ВТК повреждаемости лопаток турбин было уделено определении "инкубационного" периодаТ„ то есть периода, при котором практически отсутствуют процессы, характерные для ВТК (до исчерпания защитного действия покрытия): 1и=-1й68.!&55 -0.?525-l0'!f5 +0.5991-l()*'-^3-b0.5i^-l0<!e"X/,Q^

- ОS712. • Ю3-ч- 0.3?9&■«* JT.

Эти зависимости используются в экспертной системе ЙС управления ТС ГТД при идентификации повреядений проточной части, расчетные "образы" которых похожи. Например, длительность роста толщины отложений на лопатках компрессоров ГТД (до максимального уровня) для авиапредприятий Украины колеблется в среднем от 150 до 450 ч. Для ВТК же повреждения "инкубационный" период (двигатели- НК-В-2У и Д-30 2-й серии) длится от <1000 до 7000ч. в зависимости от характеристик обслуживаемых данным авиапредприятием маршрутов.

В главе такяе подробно исследовено влияние коррозиоино-зрози-онных повреждений, загрязнения, забоин конструктивных элементов проточной части на характеристики отдельных узлов ГТД и двигателей в целом (см. рис.3.4,5,6,7,8).

83 90 92 94 96 93 П ,%

Рис.З.Изнрцрние дроссельных характеристик ГТД Ш9Л-300 при эрозии.компрессора

- исходное состояние;

- - эрозия лопаток компрессора

4500 4750 5000 5250 п^^ Рис.4.Дроссельные характеристики ТРДД 1К-3-2У пру эрозии лопаток компрессора:

— исходное состояние;

- - эрозии лопаток КВД

86 08 90 92 S4 95 П ,!

Ркс.й.Изыенепин дроссельных ха- Рис рактеристик ГТД РУ19А-300 при за рак

боинах Pit Iступени компрессора B'!1t

- исходное сэстолнмр.; -

-- лопатки РК с забоинами --

G6 88 90 92 94 96 П,%

.6.Изменение дроссельных хо-териетик ГТД РУГ9А-300 при повреждении лопаток турбины исхоцц.ор состояние; лопатки с ВТК поцр'*ждрниам

II400 ПЬОО II600 П ел,об/мин 4500 £000 5500 П нд

„ _______________ ._____.

тики ТРДД Hit-36 (увеличение

Рис,7. Дроссельные характеристи- Рис.3. Дроссельные характерис-ки ГРДД ПС-90А, построенные по тики 1гДд Hit-86 (увелииенир

радиальных зазоров) :

результатам испытаний но стенде (ресурсные испытания) :— исходные характеристики; - - загрязнение nj'OTotiHofi части

lb

- контрольно« испитзние;

- - характеристика после пксп-луатаиии

Влияние изменения радиальных зазоров рассмотрено на примере двигателей семейства "НК", для которых характерен этот дефект. При этом, для проверки теоретических предпосылок, использованных в процессе моделирования этого вида повреждения при помочи математической модели рабочего процесса ТПДД, использовались данные контрольно-сдаточных испытаний ( контрольных испитат:"! после ремонта) и контрольных испытаний после эксплуатации, полученных на испытатель..ых стендах Казанского проектного бюро наииностроения при анализе изменения параметров головных двигателей НК-86. В качестве исходных данных при расчете по модели брались результаты дефектации этих двигателей (изменение радиальных зазоров по отдельный ступеням турбин и компоессоров). Гшример, в расчетах исходили из того Факта, что увеличение удельного расхода топлива (на 1.35%) объясняется износом сотовых вставок по 1-ой (на 0.6мм). 2-ой (на 0.6мм), З-сй (на 0.7м1ь) ступеням турбины и выработкой по спецслою КПД и КВД. Результаты расчета сведены в табл,4.

Таблица 4

Изменение параметров двигателя НК-86 на максимальном пеииие при П^ ^сопбЬ пюле 2399ч. эксплуатации

Наименование параметра Контрольное Расчет по

испатание модели

Изменение:

тяги 0.6 1.1

часового расхода топлива 1.9 1.96

температуры газоЕ за ТНД ¿Тт,% 2.0 2.13

частоты вращения ротора ВД ¿П^.Я 1.5 1.6

Исследования проводились как в условиях стендового эксперимента с моделируемыми характеристиками поврежден 1я (ГДС Р1Л9А-300. ГДС АИ-25), так и в условиях стендовых испытаний головных двигателей НК-8-2У (рис.4), ПС-90А (рис.7) и НК-86 (рис.9).

Проведенный анализ влияния основных видов повреждений проточной части авиационных ГТД на их характеристики и основные функциональные параметры показал хоровую сходимость полученных результатов с результатами численного моделирования этих же повреждений

при помощи математической модели рабочего процесса. Существует четкая, хорошо различимая связь между отдельными видами повреждений и изменением характеристик узлов и двигателя в целом,что и ис пользуется в предложенном методе оценки ТС проточной части ГТД и методиках учета влияния конкретных видов повреждений на характеристики узлов ГТД. Для тех же видов повреждений, знаковые (а иногда и количественные) "образы" которых похожи, разработаны расчет-но-экспериментальные методы оценки их техсостояния, используемые в процессе идентификации повреждений в экспертной системе АС оценки ТС ГТД.

В ПЯТОП ГЛАВЕ представлен метод оценки технического состояния ГТД в условиях эксплуатации, базирующийся на нелинейной математической модели ГТД с неисправной проточной частью и на термодинамических параметрах, регистрируемых в полете при помощи бортовых систем регистрации режимов полета.

Измеренные в процессе эксплуатации и приведенные к САУ параметры рабочего процесса сравниваются при одинаковых значениях с исходными значениями этих параметров и определяются значения их относительных отклонений. По этим данным формируются знаковые (33-ОП), количественные СI>СОП5 и трендовые (ТЭОП) эксплуатационные образы повреждений. Определение вида и степени повреждения производится путем идентификации полученных образов повреждений с эталонными расчетными образами повреждений проточной части, полученными с использованием математической модели рабочего процесса ГТД. Расчеты по этой модели, как было показано выше, производятся при исходном и неисправном состоянии проточной части двигателя при неизменных условиях работы и одинаковых величинахП,„р. В результате сра внения полученных данных определяются относительные отклонения па раметров рабочеого процесса при данном виде и степени повреждения.

Диагностирование производится на таких режимах работы двигателя и при таких значениях числа Ы полета, при которых функция расхода сопла равна критической Фс = Фс*. Тогда подобие режимов работы двигателя обеспечивается при равенстве только приведенной частоты врашения одного из роторов. В двигателе ПС-ЭОА условие Сс = Фс выполняется при всех допустимых состояниях его газогенератора, если реяимы полета и работы двигателя находятся в следующих пределах: 88.Я< п4пр < 92.3, 9000< Нп <12000, 0.78< Нп <0.85, где Нп и Нп - высота и число Маха 'полета. При формировании эксплуатационных образов повреждений за'базовый принимается не один режим, а базовые исходные характеристики в

1Ь

виде зависимостей измеряемых параметров, приведенных к СД9, ГНпр;

построенные в заданных пределах Пв,р ,Ип на ренинах диагностирования. На режимах, на которих функция расхода сопла Фс:®с", строятся базовые зависимости измеряемых параметров <П(пр>г

Приведение измеряемых параметров к САУ осуществляется с учетом теплофизических свойств рабочего тела в зависимости от температуры на входе в двигатель за счет введения поправочных коэффициентов в виде сомножителей А,"« в формулы приведения.

Аналогично учитываются и отборы воздуха в систему кондиционирования. Для приведения параметров к режиму, на котором отборы воздуха приняты стандартными,вводятся коэффициенты приведения по отборам

■ Учитывается тане влияние отборов на регулирование радиальных зазоров КВД и турбин гАк и Ат' соответственно) и частичное отключение отбира воздуха для охлаидения лопаток КВД (А"'г ). Поправочные коэффициенты рассчитываются с использованием математической модели' рабочего процесса двигателя при постоянном значенииГ1егр, при предельных параметрах газа в минимальном сечении сопла и при задании изменения лишь одного из параметров, дополнительно влияющего на приведение. Результаты представляются в виде зависимостей

Тогда, учитывая вышеизложенное, находим приведенные значения соответствующих температур Т^*, , давлений Р'„р и расхода топлива^.,;

со«,=(так Тст/т;. 4-А^- ; (М«. = ( «V» ■ Р«/Р." ^^ ' С;

Определение относительных отклонений параметров производится при наличии измеренных в процессе эксплуатации и . приведенных к САУ значений контролируемых параметров ([Нпр).гпри соответствующем значенииП4пр и при наличии исходной зависимости параметра (П1пр)исх По этим зависимостям находятся (П1 пр)нсх при измеренном значении Пвпр. Затем подсчитывается относительное отклонение параметра

П.'прХ = (П; - (П ЛР)„.х /(П; л„)цс(.

Для каждого измеряемого параметра на режимах диагностирования формируются выборки относительных отклонений, полученные на базе текущих значений параметра. Каждая выборка проверяется на анормальность распределения и определяются выборочные средние относительных отклонений параметровбс)еыб, с использованием которых

19

формируется среднее значение отклонения параметра за полет:

¿Ой),-- £ |г((Т:)«,

где ж - количество выборок в течение полета. Затем производится отбраковка выпадающих дисперсий по критерию Кохрена и анализируется тенденция отклонения параметра в течение полета и в течение анализируемого интервала эксплуатации.

Идентификация повреждений производится в следующей последовательности. Полученный при обработке измеренных параметров ЗЭОП вводится в соответствующий программный модуль АС, содержащий массив ЗРОП, где производится поиск соответствующего ему ЗРОП. Если только один ЗРОП ( с заданной точностью ) совпал с ЗЗОП. то идентификация вида повреждения произведена. Затем отобранный (отобранные) ЗЗОП напрарпяется в идентификатор образа повреждения, где хранится сформированные при расчете ЗЗОП КЗОП.

"о величине относительного отклонения первого параметра КЗОП и аппроксимированной зависимости этого параметра в КРОП каждого вида повреждения, отобранного в процессе идентификации ЗЗОП с ЗРОП, определяется величина повреждения Н]. По зтой величине К] в каждом КРОП находятся величины расчетных отклонений всех измеряемых параметров. входящих в КРОП, которые сравнивается с соответствующими отклонениями этих же параметров в КЗОП. В результате отбираются те КРОП. относительные отклонения которых совпадают с КЗОП. Если в процессе идентификации установлен совпадение по величинам отклонений параметров только одного КРОП с КЗОП, то процесс диагностирования вида и степени повреждения проточной части двигателя заверяет Соответствующее сообщение с основными служебными данными (Н самолета, Н рейса. N двигателя, наработка ) выводится на печать и дисплей оператор--. Кроме того, по-данному КРОП происходит поиск соответствующего КРОНП. содержащего аппроксимированные зависимости отклонений неизмеряеких параметров от Й}.

Если в результате идентификации установлено, чт" два или более КРОП совпадают с заданной точностью с КЗОП, то дальнейшая идентификация производится с использованием расчетных и эксплуатационных трендовых образов гивреждения (ТРОП и ТЭОП). При совпадении только одного ТРОП с ТЗОП идентификация повреждения завершена. В противном случае по этим данным формируется задание на оценку ТС проточной чгсти двигателя методами неразружаюшего контроля, в результате которого уточняются сформнропнные ранее 'образы" повреждений или же формируются новые (в результа.е расчетов по математической модели). отсутствующие в. базе знаний экспертной системы ЙС оценки ТС

20

гтд.

В заключении главы приведена метрологическая оценка разработанных алгоритмов, реализованных в методе диагностирования и прогнозирования ТС проточной части ТРДДсм ПС-90Й по параметрам, регистрируемым в полете, бортовой сг-темой регистрации ИСРП-А-02.

ШЕСТЙЯ ГЛАВА посвящена практической реализацш разрабатываемых методов оценки ТС авиационных ГТД при помощи автоматизированных систем.

Большое внимание уделено основным видан обеспечения АС: информационному, техническому, организационному. При разработке этих видов обеспечения АС особое внимание уделялось интеграции информа-

циончой базе СИБ) АС в отлаяенные ранее технологические цепочки сбора и обработки информации в АТБ авиапредприятий и привязке в максимально возможной степени к приобретенным ими ранее средстзам вычислительной техники. Это позволило значительно снизить стоимость внедрения АС в практику авиационных предприятий и уменьшило остроту проблем, встающих перед обслуживавшим персоналом при переходе на качественно более высокий уровень технического обслуяива-ния АТ. Пров-денный в условиях Борчспольского авиапредприятия анализ информационных потоков, формируемых в процессе технической'эксплуатации двигателей, позволил оценить объем и структуру основных информационных массивов, которые необходимо создать для нормального функционирования АС управления ТС ГТД. Основой информационной базы АС, определяющей не только принципы обработки-и хранения данных, но и выбор комплекса технических'средств (КТС), является информация накапливаемая в процессе летной и технической эксплуатации двигателей Сортовыми системами регистрации режимов полета, Очевидна такяе необходимость использования информации,'формируемой при техническом обслуживани'- ГТД. Имеется в виду информация о заботах, выполненных на двигателе, результатах спектрального анализа масла, формулярные данные, нормативно-справочная информация, данные наземных гонок двигателя и т.д. Детально ..роанализированы процедуры сбора информации о техническом состоянии, неисправностях и наработке приписного пзрка ГТД, опрер^лены основные характеристики формируемых информационных массивов ИБ.

Представлено описание технологического процесса сбора и обработки информации, а также ведения основных информационных массивов иа примере АС диагностирования двигателей НК-8-2У С ОСД "Конт-роль-8-2У") и АС управления тоническим состоянием ТРДД ПС-90А (АС "Алг1. итм-ЧО"1. Подробно рассмотрено формирование информационного

потока, характеризующего параметры и условия работы ГТД в полете. В связи с этим в Приложении представлено описание алгоритмов копирования полетной информации, накапливаемой бортовыми системами регистрации, создания файла копии полетной информации и ее распаковки в приложения пользователя.

В связи с тем, что реализация многих методик оценки ТС ГТД с использованием информации, накапливаемой бортовыми системами регистрации, возможна лишь при записи каждого рабочего цикла контролируемого двигателя от запуска до его г^танова. приведена методика формирования статистических параметрических моделей полетов, соответствующих конкретным эксплуатационным маршрутам, обслуживаемым данным авиапредприятием. Такие типовые модели работы ГТД необходимы не только для возмещения утраченной безвозвратно по каким-либо причинам информации, но и для отладки методов оценки ТС авиационных ГТД в лаборз-орннх условиях. Технология получения типовых параметрических моделей работы ГТД, формируемых в условиях подконтрольной эксплуатации самолетов ТУ-154 с использованием информации, накапливаемой бортовыми системами регистрации МСРП-64-2, рассмотрена на примере Вориспольского авиапредприятия.

С базой данных АС взаимодействует экспертная система (ЗС), являющаяся интеллектуальным интерфейсом пользователя'АС. ЭС обеспечивает извлечение информации из базы данных АС управления ТС ГТД и ее использование в процессе идентификации неисправностей конкретного экземпляра приписного парка двигателей. Эта информация передается с Файл-сервера на рабочую станцию сети, на которой размещена ЗС и заносится в файл факто" ЗС. При помощи ЗС автоматизированы процедуры интерпретаци результатов обработки данных, извлекаемых из информационной Слзы АС управления ТС ГТД. Информация заносится' в файл фактов ЭС в том же виде, в котором он хранится в ИБ АС управления ТС ГТД. Управлявший модуль в ЭС связывает представленные в ее файле фактов дан"ые с правилами поиска соответ твдющих им неисправностей.

При проектировании ЭС выбрана модель знаний.основанная на фреймах. Приведенная на рис.9 структура фреймов, моделирующая соответствующую предметную область (техническое состояние проточной части ТР1Д) представляет собой четко выраженную иерархическую структуру характерную для струк урной схемы ГТД, в которой фреймы соединены при помощи родовидовых связей Фрейм содержит характеристики типичной ситуации (слоты) и их значения iзаполнители слотов), характерной особенностью слотов является тот факт, что они могут содержать

Входное устройстве

компрессор

¿•к: 55^ ¿в.

загрязнение + - - + - + - -

")£03ця + + - - - - +

........

дСв ут. V \ + - - + + - -

капера сгорания

справочная информация^ контроль измерительный

каналов

контроль параметров

контроль нехани зации компрессо /РД / ■ /

7

подуровень определения охи.дае-мю/харак теристик

Уровень определения иеста возникновения неисправности

Уровень определения вида неисправности

вентилятор

ЙЛт лт* ^Тст 4 Пп

загряз нение № а2 03 а4 8? аб а? а3

1\\......

квд

К1Щ

Уровень определения интенсивности развитии неисправности

загрязнение \

1 = Ш 1

'Тг^о, / в- 1 1'4 1.

к/ К.мг/М3 |

1 ^ 1

1

неисправность

загрязнение ^ 4 = ]

ВТК

забоины дп;=К*)

Рис. 9 .Структура фреймов, моделирующих область оценки ТС ГТД

23

не только конкретное значение, но и имя процедуры, позволяющей вычислить его по данному алгоритму, а также выражения, при помощи которых зто значение можно вычислить. Несомненным достоинством такой структуры в данном конкретном приложении является также и то, что слот может включать компонент (фасет), который задает диапазон или перечень возможных значений анализируемого параметра или ше его гпаничное значение. Процедуры и правила, хранящиеся в слоте, вызывают по мере необходимости вычисления значения искомого параметра. Поэтому в фреймы нами включены кк слоты содержащие конкретное описание стереотипной ситуации ( "образы" повреждений ), так и слоты, содержащие имена процедур, позволяющих вычислить параметры такой ситуации при помощи данных, хранящихся в других слотах фрейма,

Хапактерной особенностью системы организации знаний при помощи фреймов является возможность задавать в слотах указатели на другие фрей"ч. В случае представленном на рис.9, знание "загрязнение" отсылает программу к полному фрейму со слотаии, опчсывавщими загрязнение проточной части. В свою очередо фрейм "загрязнение" может быть связан с родственными фреймами, в результате чего образуется сложная взаимосвязанная структура знаний.

Формирование данных (фактов) для ЭС осуществляется в ЙС управления ТС ГТД ежедневно в целях пополнения данных самыми последними фактами, необходимыми дтя идентификации неисправностей или же для контроля за медленно развивающимися поврекдениями проточной части ГТД. Пересылаемые данные поступают на ПЭВМ, на которую ориетирова-на ЗС, где сортируются па Файлам, идентифицируемым по номерам приписного парка двигателей. Идентификация повреждений производится путем сопоставления параметров (эксплуатационных характеристик), извлекаемых из базг данных ЙС управления ТС ГТД с соответствующими характеристиками расчетных "образов" неисправностей, хранимых в базе фактов ЭС. При этом используется,' на каждом иерархическом уровне, и вся другая, доступная эксперту информация, хранимая в базе данных ЙС. После сопоставления истинность или ложность определяемых фактов заносится в файл фактов для загрузки в управляющую часть ЭС. В процессе идентификации используются также результаты спектрального аназов проб масла, данные файла работ, выполненных на двигателе, характеристики региона эксплуатации и т.д., которые включатся в слоты фреймов соответствующего иерархичесш о уровня или же выдаются эксперту системой объяснений.

С целью максимального использования функциональных возможное-тей бортовых систем контроля и регистрации параметров, а также по-

24

вышения достоверности результатов анализа, нами введены и Фреймовую структуру фреймы (на начальном этапе в рам-чх подсистемы объяснения), содержащие характеристики неисправностей и отклонений в работе отдельных функциональных систем двигателя, ..otopuu можно определить на основе анализа разовых (дискретных) команд i параметров, характеризующих работу этих систем. К ни«, в первую оме редь, необходимо отнести результаты, выдаваемые комплексом зпд-.ч конт' оля работоспособности бортовой системы контроля и регулятора электронного двигателя, контроля параметров работы двигателя по фиксированным и "плавающим" пределам, контроля механизации двигателя, контроля времени запуска и времени выбега роторов. В соответствующие автоматизированные системы, ф"нкционирующие в с .иап-редприатии, передается, наряду с сообщениями о характере и степени развития выявленных неисправностей, и вся информация, формируемая мой объяснений ЗС в каждом конкретном случае, которая необходима для комплексного анализа ТС приписного парка ВС,

8 главе представлена архитектура программно-аппаратных комплексов на базе локальных сетей ПЭВМ различной конфигурации, нз которые ориентировано разработанная в рамках настоящего исследования пртрамное обеспечение АС управления ТС ГТД. Как правило, это модульные системы с открытой архитектурой. То есть, при появлении новых модулей ( реализующих jcnoBime Ф:. шции научно-'эхнического сопровождения ГТД в эксплуатации ) их включение в существующую структуру авиапредприятий осуществляется без переделки остальной, Функционирующей части системы и перестройки ее конфигурации. В таких локальных сетях сохраняется единая структура данных, гарантирующая 'единократн1,й ввод информации с соответствующего рабочего места и обеспечивающая доступ к этой информации другим- пользователям.

При определении конфигурации комплекса технических средств (КТС). на которые должна ориентироваться ЙС управления ТС ГТД, необходимо учитывать тот факт, что основой инлормационний базы (1С является информация, накапливаемая бортовыми системами регистрации. В связи с этим разработан программно-аппаратный комплекс ( автоматизированное рабочее место ), обеспечивавши:' обработку полетной информации,накапливаемой на магнитные носители бортовых систем регистрации типа НСРП-А-02. Комплекс создавался в составе /IDС авиапредприятия как составная часть КТС, выделенного для технической поддержки АС управления ТС ГТД, й состав автоматизированного оабочего места входит ПЭьЛ ЮМ PC/AT, устройство воспроизве-

2?

дения записей с магнитных носителей кассетных бортовых накопителей УВЗ-5М, специально разработанный адаптер сопряжения УВЗ-5М и ПЭВМ 1ВИ РС/АТ. АРМ обеспечивает:

- просмотр полетных данных в физических величинах или контроль полетных данных в процессе копирования на дисплее (в том числе и в графическом виде);

- ввод паспортных данных:

- управление базой данных копирования ( ввод, редактирование, просмотр, документирование данных);

- распаковку параметров полетной копии на диске в приложения пользователя.

Практическая реализация наземно-бортовых АС управления ТС ГТД затруднена во многом из-за неподготовленности материально-технической базы авиапредприятий и обслуживанщег<' перегнала к эксплуатации сло*"чх автоматизированных систем, базирующихся на современных средствах вычислительной техники и реализующих зффзктивные методические разработки в области оценки ТС ЬД. Поэтому в заключение главы приведено обоснование перечня мероприятий, которые необходимо провести авиапредприятиям, при переходе на эксплуатацию двигателей нового поколения с автоматизированной оценкой их технического состояния.

На основании обобщения результатов исследования можно сделать следующие выводы:

В ходе выполнения по теме настоящей работы теоретических и экспериментальных исследований, а также их реализации в условиях летно-технической эксплуатации авиационных ГТД и в КБ моторостроения, получены следующие основные результаты:

1. Разработана нелинейная модель рабочего процесса ГТД, позволяющая учитывать изменение характеристик его узлов под влиянием повреждений проточной части. Математическая модель адаптирована под ТРДД ПС-90А и является моделирующим полигоном АС управления техническим состоянием ГТД, на котором в ходе численного эксперимента моделируются конкретные виды неисправностей проточной части ГТД и производится оценка их влияния на характеристики и основные функциональные параметры отдельных узлов и двигателя и целом.

2. Разработана методика оценки ТС ТРДД, базирующаяся на ин-Формагчонных потоках, формируемых в процессе летней и технической эксплуатации двигателей, в которой в качестве базовых "образов" неисправностей используются резу^,отиты численного моделирования конкретных видов неисправностей проточной части ГТД при помощи

26

адаптированной математической подели рабочего процесса.

3. На базе полноразмерных ГТД созданы оригинальные гашдинами-ческие стенды. В ходе стендового эксперимента и экспериментов в условиях летно-технической эксплуатации ГТД получен большой обт.ом экпериментальных данных по влиянич основных эксплуатационных факторов на техническое состояние ГТД и изменение их эксплуатационных характеристик.

1. С использованием полученных экпериментальных данных и ре-зультов численного моделирования характерных неисправностей проточной части ГТД разработаны расчетно-экспериментальные методы оценки технического состояния проточной части и определения измененных характеристик его основных функционг иных узлов, необлоди-мые для практической реализации разработанных подходов в автоматизированных системах оценки технического состояния ГТД.

3. Разработан комплекс прикладных программ д..тя ПЭВМ типа IBM РС/ЙТ, реализующих разработанное методическое обеспечение в АС управления ТС ГТД.

6. Разработана структура и определены основные характеристики информационного, организационного, математического и технического обеспечения наземно-бортовых АС оценки ТС ГТД. Результаты проведенных исследований реализованы в соответствующих видах обеспечения АС управления техническим состоянием ТРДД ПС—90f^ (АС "Алго-ритм-90"), и АС диагностирования двигателей НК-8-29 (АСД "Конт-роль-8-2У") и двигателей Д-ЗОКУ (АСД "Контроль-ЗОКУ").

7. Разработаны программно-аппаратные средства, позволявшие реализовать методическое обеспечение наземно-бортовых АС управления ТС ГТД повышенной контролепригодности в условиях непосредственного ввода полетной информации, накапливаемой бортовыми регистраторами типа НСРП-А-02, в ПЭВМ IBM PC/AT.

8. Разработана экспертная система (интеллектуальный интерфейс) ЙС управления ТС ГТД, позволявшая производи« анализ результатов, выдаваемых подсистемами диагностирования AC r автоматизированном режиме экспертами низкой квалификации в условиях ограниченного времени на принятие решения.

9. Проведена экспериментальная проверка разработанных методов оценки ТС ГТД и созданных программно-аппаратных средств, их реализующих, в условиях стендовой-и реальной эксплуатации ГТД.

10. Разработаны рекомендации по освоению двигателей повывенной контролепригодности в эксплуатации в условиях автоматизированного ионт[ ^ля'их технического состояния.

2'

Результаты работы неоднократно докладывались в Казанском проектном бюро машиностроения (КПБМ), Пермском научно-производственном предприятии "Авиадвигатель", Запорожском моторостроительном конструкторском бюро "Прогресс", секции N4 Н'ГС МГД, на научно-технических. научно-практических, межотраслевых конференциях, совещаниях, семинарах, на ВДНХ СССР и получили одобрите иную оценку веждах специалистов отрасли как на уровне постановки задачи (ТЗ и рабочие материалы на АС оценки ТС различных типоь ГТД), так и при их практической реализации в АС управл-ния ТС ТРДД ЛС-ЭОА (АС "Ал-горитм-ЭО"), а также в АС диагностирования двигателей НК-8-2У и Д-ЗОКУ (АСД "Контроль-8-2У", "Контроль-ЗОКУ").

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Иваненко A.A., Березлев В.Ф., Ку..лк Н.г., Целованский В.В. Система автоматизированной выработки срочной информации обслуживающему персоналу и экипажам при неисправностях авидвигателей //Перспективы развития методов технической эксплуатации авиационной техники: Тез. докл. Всесоюз. науч. техн, конф. - Киев: КНИГА, Гос-НИИГА, 1979г. - С.80-81.

2. Карпов E.H.,Кулик Н.С., Лаврухин С.Н.Оценка остаточного ресурса двигателя НК-8-29 в процессе эксплуатации//Проблемы повышения эффективности эксплуатации авиационной техники: Неи-вуз.сб.науч.тр.-Киев:КИИГА, 1980.- ".95-100.

3. Березлев В,Ф..Иваненко A.A..Кулик Н.С. и др.Применение автоматизированной системы для выработки оперативной информации обслуживающему персоналу и экипажам в процессе эксплуатации авиадвигателей //Конструкционная прочность двигателей:Тез.докл.У1I Всесоюз. науч.техн.Koi.^. ¡-Куйбышев ,1980.-с.15.

4. Трокиз Г.А..Кулик Н.С..Целованский В.В. Об одном способе уплотнения информации в автоматизированной системе оценки технического состояния ГТ"// Эксплуатационная надежность авиационных газотурбинных двигателей: Нежвуз. сб. науч. тр. -Киев. : КНИГА, 198!.-С.44-48.

5. Кулик U.C. иценка коррозионной повреждаемости лопаток'турбин авиационных двигателей в эксплуатационных условиях//Диагности-р-вание и прогнозирование технического состояния газотурбинных двигателей :Нежвуз.с'.науч.тр.-Киев:КНИГА,1985.-С.31-95.

6. Тарасенко А.В..Кулик ".С.,Карпов E.H. Автоьатизированная система управления процессом сдэточьых и контрольных испытаний ГТД на базе управляющего вычислительного комплекса Н6000//Совершенс-

28

твование технологических процессов ремонта авиационной техники на заводах гражданской авиации:Материалы Всссоюз, науч.-техн. конФ.-М: ВДНХ.1984.-С.69-70. '

7. Тарасенко A.B.,Кулик Н.С.,Малютин С. Д. и др. Использование автоматизированных систем при проведении прочностных испытаний конструкционных материалов и сварных образцово/Автоматическая сварка,N9,1984.-С.57-60.

Tarasenko ñ.U., Kullk N.S., MalyutIn S.A. Use of automatik systems for uaklng strength tests on structural materials and uelded testpleces // THE HELDIMG INSTITUTE.- Ablngton Hall. Ablng-ton, Cambridge, Enggland, 1984,-P,53-54,

8. Лозицкий Л.П.,Малютин С.fl.,Кулик H.C, Использование автоматизированной системы для получения параметров типовых программ работы авиационных ГТД//Проблены оптимизации системы технической экстуатации авиационной техники :Уеявуз,сб.науч.тр,- Киев;ШГА, 1984.-С.24-30.

9. Кулик Н.С. Оценка коррозионной повреждаемости лопаток турбин авиационных двигателей в эксплуатациионных условиях // Диагностирование и прогнозирование технического состояния газотурбин-ны двигателей: Межвуз. сб. науч. тр. - Киев : КНИГА, 1Э85.-С91-95.

10. A.C.' N1082107 (СССР). Стенд для испытания диска турбины с рабочими лопатками /Д.П.Лозицкий,й.В.Тарасенко,Ю.А.Никитин,Н.С.Кулик, В,В.Козлов,С.А.Малютин. .

11. A.C. N1254862 (СССР). Стед для коррозионно-эрозионных испытаний элементов газотурбинного двигателя /Е.Н.Карпов, В.В.Козлов,Н.С.Кулик и др. -Положительное решение ГНТЗИ по заявке N3844187/25- 06(1'5175)от 2В.OB.85г.

13. Лаврухин С.Н.,Кулик Н.С,,Карпов Е,Н.Оценка влияния условий эксплуатации на техническое состояния авиационных ГТД с применением автоматизированных систем контроля//Тр.Всесоюз.науч.конф. 'Совершенствование методов технической эксплуатации авиационной техники" (Киев,17-18 апреля 1984г.)Рукопись представлена КИИГА. Дел.в ЦНТИ ГА 18 апреля 1985г,Н320ГА-85деп.

14. Кулик Н.С. Определение концентрации коррозионно-активных веществ,попадающих в проточную часть ГТД//Оценка те: шческо'о состояния авиационных ГТД в процессе эксплуатации: Межвуз. сб. науч. тр.-Киев'.ШГА, 1986,-С. 83-87,

15. Кулик Н.С. Оценка высокотемпературной коррозионной повреждаемости лопаток турбин авиационных ГТД в эксплуатации' при помощи автоматизированных систем.Автиреф.дисс...канд.тех.наук.-Киев:КИИ-

2?

ГА.1986. -19с.

16. Малютин С.А..Карпов Е.Н.,Кулик Н.С. Контроль расходования топлива в эксплуатационных условиях с учетом аэродинамического состояния планера и технического состояния ГТД// Информационное обеспечение системы технического обслуживания и ремонта авиационной техники:Меявуз.сб.науч.тр.-Киев:ШГА.19В7.-С.59 54.

17. Кулик Н.С.Расчет высокотемпературной коррозионной повреждаемости лопаток турбин газотурбинных двигателей //Техническое диагностирование авиационных двиагателей:Ме«вуз.сб.науч.тр.-Киев:КИ-ИГД,1987.-С.147-154,

18. Кулик Н.С.,Козлов В.В. Определение безопасных ре«имов работы газотурбинных двигателей на взлете //Безопасность полетов и профилактика авиационных происиествий :Тез.докл. Всесоиз.науч. конф.-Ленинград: 0ЛАГА.1988.-С.25.

19. Кулик Н.С. Формирование информационного обеспечения наземной автоматизированной системы оценки технического состояния ГТД//Зксплуатационная надемность авиационных газотурбинных двигателей ¡Неивуз.сб.науч, тр. -Киев :КИИГА, 1988. -С. 29-33.

19. Кулик Н,С;,Цыбалов И.Г..Козлов В.В.Отладка параметрических методов диагностирования двигателей повывенной контролепригодности на автоматизированном испытательном стенде //Системы информационного обеспечения управления процессами технической эксплуатации авиационной техники:Тез.докл.науч.техн.конф,-Киев:Обчество " Знание ".декабрь 1988.-С.34-35.

20. Лозицкий Л.П., Кулик Н.С., Тарасенко Й.В. Информационное обеспечение автоматизированной системы диагностирования ГТД,создаваемой на базе устройства "Луч-84"// Система информационного обеспечения управления процессами технической эксплуатации авиационной техники:Теэ.докл.науч,техн.конф,-Киев¡Общество "Знание",декабрь 1968.-С.31-32.

21. Кулик Н.С. ,Цыбалов И.Г..Степаненко В,Н..Козлов В.В. Математическое моделирование рабочего процесса газотурбинных двигателей в автоматизированной системе диагностирования//Методы и средства диагностирования авиационной техники с использованием автоматизированных систем :Ме«вуз. сб. науч. тр. -Киев :ШГА, 1988.-С. 77-83.

22. Лозицкий й.П.,Кулик Н.С. Перспективы развития методов и средств контроля технического состояния авиационных двигате-лей//Нетоды и средства контроля технического состояния авиационных двигателей:Меявуз.сб.науч.тр,-Киев:КИИГА, 1989.-С.3-12.