Книги по разным темам
Pages: | 1 | 2 | 3 | На правах рукописи
АБДУЛЛИН Булат Ринатович ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ АВИАЦИОННОГО ГТД ПО ПАРАМЕТРАМ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА НА ОСНОВЕ СТАТИСТИЧЕСКОЙ КЛАССИФИКАЦИИ Специальность 05.07.05 - Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Уфа 2008 1
Работа выполнена в ГОУ ВПО Уфимский государственный авиационный технический университет на кафедре авиационных двигателей.
Научный консультант: кандидат технических наук, доцент Алаторцев Владимир Петрович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Куликов Геннадий Григорьевич кандидат технических наук Чечулин Анатолий Юрьевич Ведущее предприятие: ФГУП НПП Мотор
Защита состоится л 2008 г. в час на заседании диссертационного совета Д-212.288.05 при Уфимском государственном авиационном техническом университете (450000, Уфа-центр, ул. К. Маркса, 12, УГАТУ).
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного авиационного технического университета
Автореферат разослан л 2008 года
Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор Ф.Г. Бакиров 1
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Состояние отечественного двигателестроения и мер, направленных на вывод авиационного комплекса в целом из затянувшегося кризиса, предполагают решение ряда задач с помощью реализуемой в настоящее время федеральной целевой программы в рамках приоритетных направлений политики Российской Федерации в области авиационной деятельности. При осуществлении данной программы предусматривается развитие экспериментальной базы и методов экспериментальных исследований авиационной техники.
В современных экономических условиях весьма остро стоит проблема обоснованного использования потенциального ресурса авиационных двигателей, эксплуатируемых по стратегии технического обслуживания по наработке (с контролем уровня наджности). Наличие потенциального ресурса, подтвержднного данными длительных испытаний двигателей, отработавших назначенный ресурс в эксплуатации, создат предпосылки к переходу на стратегию технического обслуживания и ремонта по состоянию при сохранении существовавшего уровня контролепригодности, что предполагает использование соответствующей сервисной технологии по сопровождению двигателя в эксплуатации. Эксплуатация двигателя с контролем параметров, с учтом вида режимов работы и условий полта на конкретном самолте, с учтом тенденций взаимосвязей параметров, характерных для всего парка определнного типа двигателей, позволяют объективно реализовать методы оценки технического состояния двигателя по изменению параметров рабочего процесса и, тем самым, улучшить интегральные характеристики двигателя.
Эксплуатация по состоянию требует определнного уровня контролепригодности, в том числе по параметрам рабочего процесса, и совершенствования всей системы технической эксплуатации. Однако контролепригодность двигателей на летательном аппарате (ЛА) в эксплуатации недостаточна - мало прямых измерений.
Наиболее полная информация о серийном двигателе характерна для примо-сдаточных испытаний на стенде завода-изготовителя. В этих условиях и формируется первоначальная взаимосвязь различных термогазодинамических (ТГД) параметров (по результатам сборки и отладки параметров), отражающих качество проточных частей серии двигателей, то есть технологическую наследственность по параметрам рабочего процесса. Необходимо исследование этой взаимосвязи параметров рабочего процесса серийных авиационных газотурбинных двигателей, позволяющей решать прикладные задачи оценки технического состояния проточной части двигателя на различных этапах жизненного цикла с целью продления срока эксплуатации каждого двигателя.
Тема диссертации, посвящнная оценке технического состояния проточной части авиационного ГТД на основе исследования статистической взаимосвязи параметров рабочего процесса серии новых двигателей для различных режимов работы, а также оценке неслучайного изменения этой взаимосвязи при последовательном переходе в последующие эксплуатационные состояния (самолт, ремонт и т.п.) является актуальной и соответствует современным требованиям, предъявляемым к газотурбинным двигателям с целью поддержания высокого уровня их эксплуатационной наджности.
Актуальность темы исследований отвечает Основам политики Российской Федерации в области авиационной деятельности на период до 2010 года и федеральной целевой программе Развитие гражданской авиационной техники России на 2002 - 2010 годы и на период до 2015 года.
Цель работы. Разработка алгоритма методики оценки технического состояния проточной части авиационного ГТД по параметрам рабочего процесса на основе статистической классификации с целью продления срока службы двигателя, эксплуатируемого по состоянию.
Основные задачи
исследования состоят в следующем:
1. Исследование взаимосвязи между случайными отклонениями параметров рабочего процесса на установившихся режимах работы для различных этапов жизненного цикла ряда двигателей:
а) на стенде завода-изготовителя - новые;
б) на стенде авиаремонтного предприятия (АРП) - после ремонта;
в) на летательном аппарате - новые или после ремонта;
г) на летательном аппарате в процессе эксплуатации (по наработке).
2. Разработка многомерной вероятностно-статистической модели серии ГТД, отражающей изменение состояния проточных частей по параметрам рабочего процесса с учтом погрешностей измерений, а также классификация двигателей по принадлежности к различным классам состояний.
3. Разработка алгоритма методики и критериев оценки технического состояния проточной части двигателя в эксплуатации по контролируемым параметрам рабочего процесса.
Объектом исследования являются серийные авиационные ГТД:
двухвальные ТРД(Ф): Р13-300, Р25-300, Р95Ш, Р29Б-300;
двухвальные ТРДДсм(Ф): АЛ-31Ф, АЛ-31ФП.
Метод исследования расчтно-экспериментальный с привлечением статистических данных испытаний ГТД в различных состояниях и теория воздушно-реактивных двигателей.
Основные результаты исследования, выносимые на защиту:
1. Выявленное изменение степени тесноты взаимосвязи между контролируемыми параметрами рабочего процесса определнных пар термогазодинамических параметров по основным режимам работы и по состоянию двигателя в эксплуатации.
2. Многомерная вероятностно-статистическая модель серии ГТД, отражающая изменение состояния проточных частей по параметрам рабочего процесса с учтом погрешностей измерений и методика оценки температуры атмосферного воздуха на входе в двигатель самолта в условиях полта при отсутствии е прямого измерения.
3. Методика классификации принадлежности двигателя к характерному классу состояния его проточной части и к определнному сектору с использованием двумерных распределений (эллипсов качества).
4. Алгоритм методики и критерии оценки состояний проточной части двигателя в эксплуатации по контролируемым параметрам рабочего процесса.
Научную новизну диссертационной работы представляют:
1. Выявленные закономерности, присущие многомерной вероятностностатистической модели серийных двигателей определнного типа, и неслучайная эволюция этой модели по основным этапам жизненного цикла.
2. Методика определения температуры атмосферного воздуха на входе в двигатель в условиях полта при отсутствии е прямого измерения с использованием линии скольжения роторов двухдвигательной силовой установки для автономной автоматизированной системы оценки технического состояния проточной части двигателя по термогазодинамическим параметрам.
3. Определение состояний проточной части двигателя по классификационным признакам с использованием двумерных распределений (эллипсов качества).
Обоснованность и достоверность результатов исследования обеспечивается:
верификацией метода на основе статистических данных испытаний двигателей Р25-300, Р29Б-300, Р95Ш в различных состояниях;
предварительной обработкой данных испытаний (исключение грубых промахов, приведение к САУ), сопоставлением результатов расчтов со статистическими данными представительных выборок.
Практическая значимость. Проведнные исследования позволили создать методическое и программное обеспечение для повышения информативности контроля состояния проточной части двигателя Р95Ш в эксплуатации по параметрам рабочего процесса, обосновать методы и реализующие их программные средства, обеспечивающие оценку технического состояния проточной части двигателя по изменению параметров рабочего процесса.
Метод учта систематического изменения параметров рабочего процесса использован ФГУП НПП Мотор при обосновании норм на параметры рабочего процесса двигателя Р95Ш в процессе длительной эксплуатации.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на научно-технических конференциях, в том числе: МНТК Интеллектуальные системы управления и обработки информации, Уфа, УГАТУ, 2001 г.; МНТК, посвящнной памяти генерального конструктора аэрокосмической техники академика Н.Д. Кузнецова, Самара, СГАУ, 2001 г.; РНТК Аэрокосмическая техника и высокие технологии - 2001, Пермь, ПГТУ, 2001 г.; 60-ой студенческой НТК, Уфа, УГАТУ, 2001 г.; РНТК Проблемы современного машиностроения, Уфа, УГАТУ, 2002 г.; VI РНТК и XXX НТК ПГТУ Аэрокосмическая техника и высокие технологии - 2003, Пермь, ПГТУ, 2003 г.; Пятой МНТК Математическое моделирование физических, экономических, технических, социальных систем и процессов, Ульяновск, УГУ, 2003 г.; МНТК Интеллектуаль ные системы управления и обработки информации, Уфа, УГАТУ, 2003 г.;
МНТК ХХХ Гагаринские чтения, Москва, МАТИ, 2004 г.; РНТК Проблемы современного машиностроения, Уфа, УГАТУ, 2004 г.; РНТК Аэрокосмическая техника и высокие технологии - 2006, Пермь, ПГТУ, 2006 г.; IV НПК Исследования и перспективные разработки в авиационной промышленности, Москва, ОАО ОКБ Сухого, 2007 г.; РНТК Аэрокосмическая техника и высокие технологии - 2008, Пермь, ПГТУ, 2008 г.
Результаты отдельных этапов и работы в целом обсуждались на НТС кафедры Авиационные двигатели УГАТУ.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе 5 статей и 9 материалов докладов на Международных и Всероссийских научных технических конференциях.
Структура и объм работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и результатов работы, 3 приложений, списка литературы (130 наименований).
Основная часть работы содержит 164 страницы, 86 рисунков, 85 таблиц.
Приложения составляют 11 страниц, содержат 12 рисунков и 1 таблицу.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ Во введении обосновывается актуальность темы исследования, формулируется задача исследования, отмечается научная новизна и практическая значимость полученных результатов, датся краткая характеристика диссертационной работы, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.
Первая глава посвящена анализу состояния проблемы исследования взаимосвязей параметров рабочего процесса серийных авиационных ГТД на различных этапах жизненного цикла.
Анализ выполненных работ по проблеме исследования выявил то, что в них отсутствует:
информация по дифференцированной классификации серийных двигателей на первоначальной стадии эксплуатации по группам риска и предрасположенности к более тщательному контролю их в эксплуатации;
оценка степени тесноты взаимосвязи различных параметров рабочего процесса, как между собой, так и между одноимнными параметрами на различных режимах для различных этапов жизненного цикла;
рассмотрение такого важного фактора как технологическая наследственность по параметрам рабочего процесса, формируемого при производстве и лежащего в основе разработки ММ двигателя серийного производства;
оценка степени изменения вероятностно-статистической ММ двигателя в связи с изменениями его состояния (постановка на самолт, ремонт, эксплуатация).
На основании проведнного анализа работ сформулированы задачи исследований, направленные на решение проблемы повышения уровня контроле пригодности двигателей (на примерах двигателей 2Ц3-го поколений) при переходе на техническую эксплуатацию по состоянию.
Во второй главе рассмотрены вопросы формирования статистической многомерной модели по параметрам рабочего процесса серии авиационных ГТД (двухвальные ТРД(Ф): Р13-300, Р25-300, Р95Ш, Р29Б-300 и ТРДДсм(Ф):
АЛ-31Ф, АЛ-31ФП).
Размерность статистической модели зависит от количества непосредственно измеряемых параметров и параметров, рассчитываемых по ним косвенным путм. Практическая значимость такой вероятностно-статистической модели, объединяющей для конкретного двигателя информацию об его индивидуальных свойствах с общими свойствами, присущими всей совокупности данного типа двигателей, так же важна, как и оценки влияния на прочность, ресурс и другие характеристики двигателей разбросов в свойствах используемых конструкционных материалов и условий нагружения.
Для каждого из этапов жизненного цикла двигателя обработка параметров проводилась по методике, включающей в себя: исключение грубых погрешностей, приведение к САУ и отнесение параметров рабочего процесса к определнной программе регулирования, статистическое сглаживание.
В связи с тем, что некоторые типы исследуемых двигателей не имеют на борту возможности регистрации атмосферных условий tн и Bн, необходимых для предварительной оценки параметров, полученных из полтной информации, предложена методика определения температуры воздуха на входе в двигатель с помощью линии скольжения роторов. Методика рассмотрена применительно к одноконтурному двухвальному ТРД Р95Ш.
Так как силовая установка Су-25 включает два двигателя, то, соответственно, находятся температуры на входе для обоих двигателей. В случае обнаружения расхождения между найденными температурами более чем на 1 К, проводятся итерационные вычисления.
Методика разработана для внеН, м 13 полт (35 борт) дрения в программно-аппаратный Р = 0,Средняя температура комплекс диагностического контроРасчтная линия ля типа ПАК ДК-95Ш в обеспечение эксплуатации двигателя Р95Ш по техническому состоянию.
Pages: | 1 | 2 | 3 | Книги по разным темам