Главная Для женщин Техническая эксплуатация летательных аппаратов и авиационных двигателей. Методы технической диагностики авиационной техники «московский государственный технический

Техническая эксплуатация летательных аппаратов и авиационных двигателей. Методы технической диагностики авиационной техники «московский государственный технический

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Минобрнауки России

Научно-исследовательская работа

Методы технической диагностики авиационной техники

Москва 2014

Введение

3. Методы обобщенной оценки состояния технических систем

3.1 Методы сверток частных параметров контроля к обобщенному показателю

3.2 Методы обобщенной оценки состояния технических систем по информационному критерию

Заключение

Литература

Введение

Техническая диагностика -- это направление в науке и технике, представляющее собой процесс определения технического состояния объекта диагностирования с определенной степенью точности. Основной целью технического диагностирования авиационного ГТД является организация процессов оценки его технического состояния.

Диагностика как научное направление формирует идеологию, принципы, способы диагностирования и прогнозирования технического состояния изделий в процессе их испытаний и эксплуатации.

Техническая диагностика решает следующие задачи:

¦ создание контролепригодного изделия;

¦ разработка систем и средств получения необходимой информации;

¦ разработка методов обработки и анализа получаемой информации;

¦ обоснование и реализация наиболее рациональных способов регистрации параметров;

В данной работе рассматриваются методы технического диагностирования авиационной техники.

1. Методы диагностики авиационной техники

1. Методы диагностики АТ и их возможности

В процессе диагностирования авиационной техники при ее эксплуатации по состоянию можно выделить три основных этапа (рис. 1.). Первый из них - оперативная диагностика, задача которой заключается в определении, можно ли продолжать нормальную эксплуатацию данного объекта АТ ("система исправна") или этот объект должен быть подвергнут до очередного полета каким-либо процедурам обслуживания ("система не - исправна").

Рис. 1. Общая схема эксплуатационной диагностики

Такая задача в том или ином объеме для всех наблюдаемых объектов АТ должна решаться, как правило, в конце каждого полетного дня, "на завтра". Оперативность достигается надлежащей организацией потока информации и применением компьютерной техники для ее обработки.

Второй этап - дополнительный диагностический анализ, результатом которого является перечень процедур обслуживания элементов и систем АТ, признанных неисправными, без снятия их с самолета ("на крыле").

Третий этап -- выполнение указанных процедур обслуживания, после чего принимается решение о дальнейшей эксплуатации объекта АТ или снятии его с самолета и направлении в ремонт.

В настоящее время широко распространены и значительно развиты методы и средства диагностики, основанные на различных физических принципах, позволяющие охватить контролем наиболее ответственные узлы, агрегаты и системы. В качестве примера остановимся на методах диагностики авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) (рис. 2.), являющихся наиболее ответственными объектами АТ. Условно их можно разделить на методы прямых измерений структурных диагностических параметров, определяющих техническое состояние ГТД, и методы безразборной (оперативной) диагностики по косвенным параметрам. В качестве косвенных используют диагностические параметры, содержащие информацию об изменении структурных характеристик состояния двигателя. Эти методы позволяют получить достаточно точные результаты оценки, например, износа отдельных элементов. Однако их применение затруднено низкой технологичностью ГТД и в большинстве случаев вызывает необходимость разборки двигателя. Это снижает достоверность контроля, поскольку состояние любого технического объекта после разборки не адекватно его состоянию до этих процедур. Необходимо отметить также, что в процессе эксплуатации разборка ГТД в большинстве случаев не представляется возможной.

Методы оперативной диагностики по косвенным параметрам лишены перечисленных недостатков, хотя в настоящее время они не всегда позволяют локализовать место дефекта. Использование методов измерений структурных характеристик может оказаться необходимым в случае невозможности применения методов оперативной диагностики или для уточнения результатов контроля.

Рис. 2. Методы и средства диагностики ГТД

К основным из используемых и перспективных методов оперативной диагностики ГТД относят:

· диагностику по результатам анализа термогазодинамических параметров;

· диагностику по тепловым параметрам;

· по виброакустическим параметрам;

· трибодиагностику;

· оптико-визуальную диагностику;

· анализ продуктов сгорания;

· измерение выбега ротора.

Применение каждого из методов осуществляется с помощью диагностического оборудования. Так, например, для анализа состава примесей в масле используют различные по сложности и принципам действия средства - от простейших магнитных пробок, установленных в магистралях маслосистемы двигателя, до сложных спектроанализаторов.

Диагностика неисправностей по тепловым параметрам предусматривает получение информации как от термодатчиков (термопреобразователей), так и от фотоэлектрических пирометров и тепловизоров, в последнее время успешно внедряемых в диагностической практике.

Контроль виброакустических параметров предполагает применение различных типов вибропреобразователей и сигнальной аппаратуры. Разрабатываются методы оценки напряженности конструктивных элементов с помощью голографических установок (создание т.н. "вибропортретов").

Подчас обнаружение неисправностей упомянутыми методами требует создания достаточно сложного математического аппарата, позволяющего идентифицировать признаки с конкретными дефектами.

Относительное многообразие методов объясняется тем, что ни один из них не позволяет учесть все требования, предъявляемые к формированию диагноза со 100% достоверностью, поскольку они несут специфическую информацию разной ценности.

Ни один из методов не позволяет оценить состояние двигателя с достаточной степенью детализации.

С помощью сочетания ряда методов можно осуществить более глубокий контроль (как правило, на земле), однако это часто требует специальных условий и продолжительного времени.

Итак, для диагностики АТ целесообразно использовать параметры, обладающие максимальной информативностью, дополняющие и уточняющие друг друга.

Таким образом, задача оценки информационного потенциала параметров, используемых для целей диагностики АТ, является на сегодняшний день очень актуальной.

2. Анализ методов технической диагностики авиационной техники

Сравнительный анализ информативности методов диагностики АТ, представленный ниже, основан на общепризнанном подходе, выдвинутом М. Бонгардом о величине функции вероятности приближения к цели ("адресу" дефекта) при регистрации значений параметра. Правда, каких-либо количественных характеристик упомянутой функции в этой главе пособия не приводится. Эта взаимосвязь (информативность - метод) подтверждена практикой эксплуатации, где косвенным критерием информативности служит безошибочность диагноза при проявлении признака, регистрируемого данным методом.

2.1 Тепловые методы и их эффективность

Одними из наиболее информативных методов оценки состояния АТ являются методы контроля тепловых параметров. В настоящее время их использование в полете ограничивается контролем температуры в различных точках, например проточной части двигателя, и сравнением ее с допустимыми значениями. Большее развитие тепловые методы нашли при стендовых испытаниях ГТД. Основным достоинством их является возможность получения информации без существенной разборки авиадвигателя. При термометрировании рабочих лопаток турбины на них устанавливают термопары и общий токосъемник. Это влечет за собой неудобства для формирования диагноза вследствие ограниченного количества точек контроля.

Методы бесконтактного термометрирования обладают некоторыми преимуществами. Объектами бесконтактной термометрической диагностики могут являться как двигатель в целом, так и отдельные его агрегаты и детали. Система контроля преобразует инфракрасное изображение в видимое так, чтобы распределение видимой яркости было пропорционально инфракрасной яркости объекта, т.е. пространственному распределению температуры T(y,z) или коэффициента излучения (y,z). Это преобразование обычно осуществляют путем последовательного анализа различных точек объекта элементарным радиометрическим полем зрения, образующем на теле объекта площадь S . Мгновенное поле выбирают малым и быстро перемещают его по объекту. Распределение инфракрасной яркости L(y,z) объекта при сканировании его площадкой S формирует в приемнике сигнал S(t), амплитуда которого изменяется во времени в соответcтвии с изменением визируемой яркости. Сигнал S(t) после усиления преобразуется в видимый сигнал. Воспроизведение инфракрасного изображения путем строчного анализа позволяет получить тепловую карту наблюдаемой зоны (связь между теплообменом в среде и ее строением).

Одним из информативных методов обнаружения дефектов труднодоступных узлов ГТД является метод инфракрасной термографии. Его разделяют на активный и пассивный методы. Активный предполагает предварительный нагрев объекта. Наблюдения тепловых явлений на поверхности в результате распространения тепла по материалу могут дать информацию о его внутренней структуре. Используемый при этом источник тепла служит для создания в материале т.н. термоудара, а приемная термографическая система анализирует рассеяние и распространение тепловых волн.

Ограничения сферы применения метода связаны с тем, что наблюдения могут проводиться только в переходном режиме, когда определяются относительные скорости распространения теплового потока внутри материала. По достижении температурного равновесия тепловые контрасты уже не наблюдаются. К тому же такие объекты, как авиационные ГТД, имеют большую контролируемую поверхность, и осуществить их равномерный нагрев представляется затруднительным. Это касается и других функциональных систем самолета - гидравлической, топливной и др. Сложности в применении метода объясняются тем, что он зависит от большого числа параметров, которые должны быть учтены для каждого применения. К ним относятся:

· коэффициент излучения испытуемого материала;

· тип инфракрасного приемного устройства;

· поле зрения и размещение приемного устройства;

· скорость перемещения приемного устройства относительно объекта;

· природа и интенсивность нагрева (с помощью обычных источников или лазеров);

· фокусировка теплового потока;

· расстояние между источником тепла и испытуемым объектом;

· расстояние между источником тепла и инфракрасной приемной системой.

Существенным недостатком активного метода при оценке состояния функциональных систем ЛА и АД можно считать возможность контроля только тех деталей, которые находятся на его поверхности (корпусе). Доступ к остальным агрегатам требует их детальной разборки.

Более широкими возможностями в этом отношении обладает пассивный метод. Он заключается в использовании естественного тепла, выделяющегося в процессе функционирования ГТД, и в наблюдении с помощью пассивного приемного инфракрасного устройства распределения температур во времени и в пространстве. Сравнение с идеальной моделью рассеяния тепла позволяет определить все отклонения температуры, важные для процесса функционирования объекта. Разность температур отдельных зон характеризует условия теплоотвода от них, и, тем самым, физико-химический состав, толщину, структуру, наличие дефектов и т.д. Пассивный метод представляется более перспективным и может быть использован для определения наиболее информативных точек на поверхности двигателя с целью установки в этих зонах встроенной системы контроля (термодатчиков).

Тепловая диагностика предполагает использование широкого спектра дорогостоящих средств. При визуальном контроле для параллельного съема информации используют электронно-оптические преобразователи - эвапографы, эджеографы, приборы с жидкими кристаллами и фоточувствительными пленками, тепловизоры (рис. 3.) и т.п.

Рис. 3. Тепловизор TVS-200

Несмотря на это, бесконтактная тепловая диагностика является весьма перспективной в силу высокой информативности. Важно, что разработанные средства диагностики позволяют впрямую обнаруживать дефекты и прогнозировать их развитие в процессе испытаний ЛА и АД. Существующие методы обработки инфракрасного термометрирования дают возможность прогнозировать конкретные неисправности.

2.2 Возможности виброакустических методов оценки состояния авиационной техники

Виброакустическая диагностика АТ также в достаточной мере информативна. Она базируется на общих принципах распознавания состояний технических систем по исходной информации, содержащейся в виброакустическом сигнале. В качестве диагностических признаков здесь используют характеристики виброакустического сигнала, сопровождающие функционирование ГТД. Как правило, уровень вибраций двигателя контролируется с помощью вибропреобразователей, которые сигнализируют о возможной неисправности в полете, но не позволяют определить конкретное место ее развития. При стендовых испытаниях для получения информации о вибронапряженности и колебаниях лопаток рабочих колес компрессора используют бесконтактные дискретно-фазовые методы. Их применение требует жесткого закрепления двигателя на стенде и установки на корпусе и роторе компрессора специальных вибропреобразователей. В настоящее время разрабатываются перспективные устройства и методы виброакустического анализа, не дошедшие пока до стадии массового эксплуатационного применения. Как упоминалось, голографические и акустические методы могут позволить определить наиболее информативные точки на корпусе двигателя (амплитуда, частота и фазовые характеристики вибрации, которые связаны с состоянием отдельных узлов и деталей). При обработке информации совокупность упомянутых параметров связывают с состоянием объекта W(t) в момент (период) времени t. При этом множество возможных состояний объекта делят на два подмножества. Подмножество W* представляет собой совокупность работоспособных состояний, которые обладают запасом работоспособности, определяющим близость объекта к предельно допустимому состоянию. Подмножество W** включает все состояния, соответствующие появлению отказов в работе двигателя.

Для постановки диагноза все возможные состояния разбиваются на некоторое число классов Wi, i=1,2, … n , подлежащих распознаванию. Но если число классов в подмножестве W** определяется числом возможных отказов, то практически осуществить классификацию по степени работоспособности в подмножестве W* не представляется возможным в силу непрерывности изменения этих состояний в пространстве диагностических признаков и времени. Кроме того, такая классификация затруднена многопараметричностью объекта, каким и является газотурбинный двигатель.

Если дефект сопровождается повышенной виброактивностью, то важным здесь является локализация источников повышенного уровня колебательной энергии. При этом различают два возможных варианта: источники шума независимы либо статистически связаны. Уровень трудностей, обусловленный необходимостью разделения влияния источников, в значительной степени снижает информативность вибродиагностики ГТД.

К мерам, повышающим ее информативность относят следующие:

· детальный опыт доводки в эксплуатацию двигателя с целью выявления наиболее уязвимых мест, четкое разбиение на конечное множество классов состояний, подлежащих распознаванию - W = {W1 , W2 , … , Wm};

· обоснование эталонных значений вибропараметров;

· выбор средств измерения и мест их размещения на основе протекающих в ГТД физических процессов;

· локализация источников излучения повышенной колебательной энергии в исследуемом двигателе;

· определение динамических характеристик отдельных узлов, агрегатов и двигателя в целом для построения диагностической модели;

· разработка алгоритмов определения текущего состояния ГТД.

Важным моментом является формирование эталонов, представляющих собой усредненные для данного класса значения признаков. С помощью набора классифицирующих функций производится распознавание параметров виброакустического сигнала. В подсистеме принятия решения определяется фактическое состояние объекта контроля по текущим значениям параметров, которые могут быть использованы в качестве исходных при построении алгоритмов прогноза возможных отказов.

Несмотря на перечисленные меры, все же значительные трудности вызывает решение задачи локализации источников излучения повышенной виброактивности.

В последнее время при вибродиагностике ГТД начал находить применение метод оптической голографии, обладающий повышенной информативностью. Условием его эффективного использования также является создание эталонов (библиотеки вибропортретов дефектных состояний ГТД). Сначала получают эталонный вибропортрет исправного двигателя, а затем, вводя известные характерные дефекты, получают вибропортреты, соответствующие конкретным дефектным состояниям. Сравнение последних с эталонным может позволить определить информативные точки на поверхности двигателя, чувствительные к определенным дефектам. Для постановки диагноза достаточно идентифицировать вибропортрет исследуемого двигателя с набором, имеющимся в библиотеке. Однако этот метод пока не достаточно практически отработан и обеспечен аппаратурой.

Менее информативной, но более доступной считается диагностика АТ на основе построения диагностических моделей, т.е. связей между пространством состояний и пространством диагностических признаков. При этом не придается значения, в какой форме представлена эта связь.

Считают, что диагностическая модель отвечает своему назначению, если она позволяет выполнить следующие условия:

· сформулировать принципы разбиения множества W на два подмножества - работоспособных W* и неработоспособных W** состояний;

· определить критерий для оценки степени работоспособности объекта и его принадлежности к одному из классов в подмножестве W*;

· установить признаки возникших отказов (различить состояния в подмножестве W**).

В качестве диагностических моделей обычно используют дифференциальные и алгебраические уравнения, логические соотношения, матрицы узловых проводимостей, функциональные, структурные, регрессионные и другие модели, позволяющие связать параметры технического состояния с виброакустическим состоянием объекта. К основным типам моделей можно отнести: структурно-следственные; динамические; регрессионные.

Структурно-следственная модель диагностируемого объекта создается на основе инженерного изучения его устройства и функционирования, статистического анализа показателей надежности и диагностических параметров. Она должна давать наглядное представление о наиболее уязвимых и ответственных элементах, а также связи структурных параметров с диагностическими признаками. Эту задачу необходимо решать при построении модели любого типа. Она решается на основе статистического анализа, что требует значительных затрат времени.

При построении динамической модели диагностирования объект рассматривают как многомерную систему с р входами и n выходами. Уравнение связи вектора входных воздействий

X(t) = {х1(t) , х2(t) , …. , хn(t)}

и вектора выходных сигналов

Y(t) = { y1(t) , y2(t) , …. , yn(t)}

записывают в операторном виде

где В - оператор системы, содержащий в неявном виде данные о параметрах технического состояния Zi системы.

На рис. 4. показана простейшая модель "черного ящика".

Изменение параметров технического состояния может вызвать изменение оператора при неизменном X(t).

В качестве критерия работоспособности динамического звена принимают степень соответствия действительного оператора Bi оператору нормального функционирования механизма Bio, которую можно оценить значением невязки в соответствии со схемой, приведенной на риc. 5., где X - возмущающее воздействие, Yо - реакция номинальной модели исследуемого динамического звена, Y - невязка, U - диагностический признак.

Рис. 4. Модель "черного ящика"

Рис. 5. Простейшая схема динамического звена

1 - динамическое звено объекта контроля;

2 - формирующее звено;

3 - номинальная математическая модель

С помощью уравнений идентификации можно сформировать модель " черного ящика " , диагностические признаки, представляющие собой значения собственных частот, декремент колебаний и т.д. Однако их конкретизация зависит от понимания физики процессов, порождаемых развивающимся дефектом. К этому можно добавить, что использование сложного математического аппарата, необходимого при построении моделей данного типа, для решения практических задач часто представляется затруднительным.

Наиболее эффективным считают метод построения регрессионной модели, базирующийся на использовании математического аппарата планирования эксперимента. С помощью этого метода ищут "характерный" диагностический признак, однозначно связанный с каким- либо параметром технического состояния. Задача моделирования сводится к нахождению коэффициентов регрессии и оценке адекватности модели в соответствии с определенными правилами. В процессе обработки результатов эксперимента оценивают следующие величины: дисперсию функции отклика по результатам параллельных опытов; дисперсию воспроизводимости функции отклика по результатам всех опытов; однороднородность дисперсий по F - критерию Фишера (коэффициенты регрессии; доверительный интервал коэффициентов регрессии; адекватность модели).

В результате анализа определяют характерный диагностический признак, являющийся функцией одного аргумента. Следует отметить, что несмотря на значительный уровень развития вибрационных диагностических моделей и алгоритмов построения диагностических процессов в целом, в большинстве случаев получают оценки состояния типа "норма - не норма", что в ряде случаев является недостаточным.

При решении задач локализации источников вибрации (повышения информативности), а также установления связей между структурными параметрами и параметрами сигнала, важное место отводится расшифровке последнего. Виброакустический сигнал любого механизма имеет сложную структуру, зависящую от динамики функционирования и набора комплектующих узлов. В настоящее время получен ряд зависимостей изменения характеристик виброакустического сигнала от возникающих дефектов типовых элементов различных механизмов, в том числе и применяющихся в авиационных двигателях. Спектры вибрации измеряют на нескольких режимах работы ГТД для более надежного сопоставления расчетных частот с реальным частотным спектром вибрации. При обнаружении в некоторой полосе частот источника интенсивной вибрации место его расположения определяют по пространственному распределению уровня вибраций конструкции.

Для некоторых рабочих процессов была найдена определенная связь режимных и виброакустических параметров. Например, в компрессорах вихревой шум пропорционален 3,5-5-й степени относительной скорости потока среды на лопатке, а сплошной шум подшипников качения в значительно меньшей степени зависит от нагрузки и частоты вращения ротора. Поэтому, если в данном механизме при изменении скоростного режима интенсивность шума нарастает пропорционально, например, 4-й степени частоты вращения ротора, то можно сделать вывод о его аэродинамическом происхождении. В ряде случаев для выявления источников определяют форму колебаний, т.е. измеряют амплитуду и фазу, а также распределение возбуждающих сил.

Таким образом, методы виброакустической диагностики ГТД базируются на общих принципах диагностики технических систем по косвенным (в целом малоинформативным) параметрам. К тому же область их применения ограничена возможностью доступа к двигателю, а также несовершенством средств диагностирования и математических моделей, связывающих структурные параметры с диагностическими признаками. Тем не менее в ряде случаев можно получить количественную оценку запаса работоспособности узлов двигателя по результатам измерения виброакустических сигналов, что позволяет прогнозировать величины остаточных ресурсов элементов ГТД.

2.3 Эффективность трибодиагностики элементов ГТД

Процесс разрушения изнашиваемых деталей, как правило, начинается с разрушения поверхностного слоя материала под действием высоких динамических напряжений, что проявляется в виде отрывов частиц материала. Это приводит к повышенной концентрации напряжений в местах отрыва и как следствие к дальнейшему развитию процесса разрушения. При этом продукты износа уносятся маслом, циркулирующим в двигателе. Их наличие и накопление могут служить сигналом о возникновении неисправности.

Масло в данном случае является носителем информации о состоянии трущихся пар. Как показывает опыт, отрезок времени от начала процесса разрушения поверхностного слоя до момента полного разрушения детали, как правило, достаточно велик, что дает возможность обнаруживать неисправности уже на начальном этапе процесса изнашивания.

Количество и форма продуктов износа, поступающих в масло, зависит от скорости накопления частиц износа.

Наиболее распространенными методами трибодиагностики являются: магнитный, спектрального анализа, колориметрический, феррографический, метод радиоактивных изотопов. Каждый из них более информативен, чем методы вибродиагностики.

Магнитный метод (в ГА применяется прибор ПКМ, ранее ПОЖ-М). Метод основан на измерении силы взаимодействия ферромагнитных частиц масла с искусственно созданным внешним магнитным полем. Поскольку количество ферромагнитных металлов в работавшем масле двигателей обычно существенно больше, чем других продуктов износа, то их определение может служить интегральной оценкой степени износа трущихся пар двигателя.

Электромагнитный метод контроля, как разновидность магнитного метода, основан на взаимодействии переменного магнитного поля катушки индуктивности с электромагнитным полем, возникающим от вихревых токов металлических частиц в работающем масле. К недостаткам метода следует отнести малую чувствительность анализаторов, их подверженность влиянию внешних переменных полей, а также невозможность определения немагнитных частиц износа.

Эмиссионно-спектральный метод (в ГА применяются установки типа МФС, МОА, Spektrooil). Этот метод использует явление свечения газа исследуемого вещества в результате нагревания его до температуры свыше 10000С. При таких температурах энергия движения частиц газа такова, что при их столкновении происходят процессы диссоциации и ионизации, в результате которых, наряду с атомами и молекулами, в газе образуются свободные электрические заряды-ионы и электроны. Нагретый, частично ионизированный, проводящий электрический ток газ-плазма излучает электромагнитные колебания в оптическом диапазоне спектра. Существенной составляющей этого излучения являются линейчатые спектры атомов, в которых каждому элементу соответствует своя длина волны излучения определенной интенсивности. Исследуя спектр, можно определить химический состав образующего его газа, и, следовательно, состав анализируемой пробы.

Интенсивность аналитических спектральных линий (мощность излучения единицы объема плазмы) пропорционально связана с концентрацией соответствующих элементов в пробе. Установка позволяет определить не только качественный, но и количественный состав пробы. Для проведения количественного анализа необходимо выбрать адекватную модель спектроаналитического процесса (связь между сигналом и концентрацией исследуемого элемента) и провести с ее помощью градуирование установки.

Рентгеноспектральный метод (в ГА применяются установки типа БАРС-3, "СПЕКТРОСКАН", БРА-17, "ПРИЗМА"). Метод основан на регистрации длины волны и интенсивности характеристического флуоресцентного излучения химических элементов, входящих в состав "сухой" масляной пробы. Характеристическое излучение - это квантовое излучение с линейчатым (дискретным) спектром, возникающее при изменении энергетического состояния атома. Длина волны характеристического излучения зависит от атомного номера химического элемента и уменьшается по мере его возрастания. Явление флуоресценции связано с переходом атомов, молекул или ионов из возбужденных состояний в нормальное состояние под действием характеристического излучения. Излучение возбуждается рентгеновскими лучами, направленными на масляную пробу. Характеристическое излучение определяемых элементов выделяется из вторичного излучения образца кристалл-анализатором и регистрируется с помощью шести селективных рентгеновских фильтров и шести пропорциональных счетчиков ("Спектроскан").

авиационный диагностика виброакустический технический

Рис. 6. Энергодисперсионный анализатор "Спектроскан Макс"

Анализ начинается сустановки анализируемой пробы в пробо-загрузочное устройство спектрометра и продолжается от 10 до 1000 сек. в зависимости от анализируемого материала и требуемой точности анализа. Кванты излучения преобразуются в импульсы напряжения, скорость поступления которых измеряется и выводится на дисплей, и сохраняются в памяти компьютера, значения распечатываются на принтере. Спектрометр полностью управляется компьютером.

Рис. 7. Рентгеноспектральный анализатор "ПРИЗМА"

Сцинтилляционный метод. Метод регистрации заряженных частиц с помощью счета вспышек света, возникающих при попадании этих частиц на экран из сернистого цинка (ZnS), является одним из первых методов регистрации ядерных излучений. Еще в 1903 г. Крукс и другие ученые показали, что если рассматривать экран из сернистого цинка, облучаемый частицами через увеличительное стекло в темном помещении, то на нем можно заметить появление отдельных кратковременных вспышек света -- сцинтилляций. Было установлено, что каждая из этих сцинтилляций создается отдельной частицей, попадающей на экран. Круксом был построен простой прибор, названный спинтарископом Крукса, предназначенный для счета частиц. Визуальный метод сцинтилляций был использован в дальнейшем в основном для регистрации частиц и протонов с энергией в несколько миллионов электрон-вольт. Отдельные быстрые электроны регистрировать не удалось, так как они вызывают очень слабые сцинтилляции. Иногда при облучении электронами сернисто-цинкового экрана удавалось наблюдать вспышки, но это происходило лишь тогда, когда на один и тот же кристаллик сернистого цинка попадало одновременно достаточно большое число электронов. Гамма-лучи никаких вспышек на экране не вызывают, создавая лишь общее свечение. Это позволяет регистрировать частицы в присутствии сильного излучения. Визуальный метод сцинтилляций позволяет регистрировать очень небольшое число частиц в единицу времени. Наилучшие условия для счета сцинтилляций получаются тогда, когда их число лежит между 20 и 40 в минуту. Конечно, метод сцинтилляций является субъективным, и результаты в той или иной мере зависят от индивидуальных качеств экспериментатора. Несмотря на недостатки, визуальный метод сцинтилляций сыграл огромную роль в развитии ядерной и атомной физики. С помощью него Резерфорд регистрировал частицы при их рассеянии на атомах. Именно эти опыты привели Резерфорда к открытию ядра. Впервые визуальный метод позволил обнаружить быстрые протоны, выбиваемые из ядер азота при бомбардировке их частицами, т.е. первое искусственное расщепление ядра.

Сцинтилляционный метод регистрации возродился в конце сороковых годов XX в. на новой основе. К этому времени были разработаны фотоэлектронные умножители (ФЭУ), позволяющие регистрировать очень слабые вспышки света. Были созданы сцинтилляционные счетчики, с помощью которых можно увеличить скорость счета в 108 и даже более раз по сравнению с визуальным методом, а также можно регистрировать и анализировать по энергии как заряженные частицы, так и нейтроны и гамма-лучи.

Сцинтилляционный счетчик представляет собой сочетание сцинтиллятора (фосфора) и фотоэлектронного умножителя (ФЭУ). В комплект счетчика входят также источник электрического питания ФЭУ и радиотехническая аппаратура, обеспечивающая усиление и регистрацию импульсов ФЭУ. Иногда сочетание фосфора с ФЭУ производится через специальную оптическую систему (светопровод). Принцип работы сцинтилляционного счетчика состоит в следующем. Заряженная частица, попадая в сцинтиллятор, производит ионизацию и возбуждение его молекул, которые через очень короткое время (10-6--10-9 сек.) переходят в стабильное состояние, испуская фотоны. Возникает вспышка света (сцинтилляция). Некоторая часть фотонов попадает на фотокатод ФЭУ и выбивает из него фотоэлектроны. Последние под действием приложенного к ФЭУ напряжения фокусируются и направляются на первый электрод (динод) электронного умножителя. Далее в результате вторичной электронной эмиссии число электронов лавинообразно увеличивается, и на выходе ФЭУ появляется импульс напряжения, который затем уже усиливается и регистрируется радиотехнической аппаратурой. Амплитуда и длительность импульса на выходе определяются свойствами как сцинтиллятора, так и ФЭУ. В качестве фосфоров используются: органические кристаллы, жидкие органические сцинтилляторы, твердые пластмассовые сцинтилляторы, газовые сцинтилляторы. Основными характеристиками сцинтилляторов являются: световой выход, спектральный состав излучения и длительность сцинтилляций. При прохождении заряженной частицы через сцинтиллятор в нем возникает некоторое число фотонов с той или иной энергией. Часть этих фотонов будет поглощена в объеме самого сцинтиллятора, и вместо них будут испущены другие фотоны с несколько меньшей энергией. В результате процессов реабсорбции наружу будут выходить фотоны, спектр которых характерен для данного сцинтиллятора. Очень важно, чтобы спектр фотонов, выходящих из сцинтиллятора, совпадал или хотя бы частично перекрывался со спектральной характеристикой ФЭУ. Степень перекрытия внешнего спектра сцинтилляции со спектральной характеристикой данного ФЭУ определяется коэффициентом согласования.

ОАО "НПО "Сатурн" стало первым российским предприятием, которое вложило серьезные финансовые средства в разработку технологии диагностирования по результатам сцинтилляционных измерений ГТД серий Д-30КП/КУ/КУ-154. В рамках бюллетеней 1756БД-Г и 1772БД-Г специалистами разработан экспрессный количественный способ получения максимально возможной диагностической информации о параметрах частиц износа, находящихся в масле, в смывах с маслофильтра, магнитных пробок, фильтров-сигнализаторов и др. Использование сцинтилляционного анализатора масла позволило в диагностической авиационной практике оперативно оценивать не только общее техническое состояние двигателя по критерию "исправен" - "не исправен", но и раздельно оценивать техническое состояние подшипников трансмиссии и коробок приводов авиадвигателей.

Колориметрический метод (в ГА используются приборы типа КФК-2, ФЭК-М). В основу метода положен закон Ламберта-Бера и принцип измерения коэффициента пропускания света через исследуемую среду. На фотоприемник поочередно направляются световые потоки: полный и прошедший через эталонную и затем масляную среду, далее определяется отношение этих потоков. В качестве эталона используется либо дистиллированная вода, либо масло, соответствующее нормам ТУ. По значениям оптико-цветовых характеристик исследуемых проб масла и судят о состоянии узлов трения, омываемых маслом.

Отношение световых потоков, есть коэффициент пропускания или степень прозрачности исследуемого раствора

Оптическая плотность (D) определяется по формуле:

Органолептический метод. При этом методе степень частиц износа выявляется визуально или с использованием каких-либо устройств и приспособлений (магнитные пробки, фильтры, сигнализаторы). Как известно , на двигателях применяются сигнализаторы стружки различного типа (электронные, электромеханические и др.). Эти сигнализаторы имеют один принципиальный недостаток, который связан с возможностью ложного срабатывания из-за накопления смолистых веществ в масле и различного рода посторонних загрязнений, не имеющих отношения к развитию дефекта. Сигнализаторы только фиксируют наличие износа, но не позволяют отслеживать скорость процесса накопления стружки в масле. Таким образом, этот метод недостаточно информативен с точки зрения точности выявления морфологии частиц износа.

Феррографический метод (в ГА используются феррографы типа PF, DR в основном импортного производства). Феррография - это метод микроскопического анализа частиц, отделенных от жидкостей. Метод обладает рядом преимуществ по сравнению с методами, упомянутыми выше, главным из которых является низкая погрешность измерений.

Для оценки состояния трущихся пар пользуются двумя типами феррографов. Это аналитический феррограф и прямопоказывающий феррограф. Последний оценивает массовую концентрацию примесей в пробе; с помощью аналитического феррографа изучаются морфологические признаки частиц износа с целью установления "адреса" дефекта.

Частицы, которые вместе с маслом стекают по наклонной поверхности пластины, изготовленной из кварцевого стекла, подвергаются воздействию градуированного магнитного поля, под воздействием которого Fe-частицы оседают в порядке убывания своего размера. Минимальный размер частиц - 3,0-5,0 мкм.

Концентрация частиц "улавливается" в двух областях: на входе в зону отложения и на расстоянии 4 мм от этой зоны. В этих точках производится измерение интенсивности прохождения света через отложения, которая пропорциональна концентрации частиц в пробе.

Метод радиоактивных изотопов

Использование метода радиоактивных изотопов заключается в установке на двигатель активированной детали, износ которой требуется определить. В процессе работы двигателя радиоактивные частицы вместе с остальными продуктами износа попадают в масло. Степень износа детали определяют на основе измерения радиоактивности масла. Метод высоко информативен, т.к. впрямую указывает "адрес" дефекта. Основными способами активации масла являются: установка радиоактивных вставок на заданных участках поверхности детали; облучение деталей нейтронами; введение изотопов в металлы во время их плавки; электролитическое покрытие деталей радиоактивным элементом.

Применение радиоактивных изотопов для исследования износа обладает рядом преимуществ. Этот метод обладает высокой чувствительностью и возможностью непрерывной регистрации измерений непосредственно при работе двигателя. С его помощью можно определять износ заданного участка детали. Кроме того, метод позволяет исследовать ряд вопросов, связанных с работой и износом двигателя: приработку деталей при пусках, характер изнашивания (коррозионный, механический и т.п.), расход масла и др.

Однако определение износа деталей методом радиоактивных изотопов представляет известную сложность. К этому необходимо добавить, что применение метода ограничено необходимостью специальной подготовки двигателя перед испытаниями, а также биологической защиты обслуживающего персонала от излучения. Метод позволяет оценивать износ только одной детали (или группы деталей). Одновременное раздельное определение износа нескольких деталей весьма сложно, т.к. требует применения изотопов с различными энергиями излучения и специальной аппаратуры для раздельной регистрации этих излучений.

2.4 Эффективность диагностики жидкостных систем ЛА и АД

При диагностировании жидкостных систем АТ в условиях эксплуатации используют переносные и встроенные средства. Большинство параметров, характеризующих состояние жидкостных систем, являются неэлектрическими величинами (давление, температура, расход рабочей жидкости и др.). Для удобства измерения и обработки диагностических параметров необходима их трансформация в электрические сигналы.

Для этого используются различные преобразователи, которые классифицируются по своему принципу действия следующим образом, причем их функциональные возможности измерения параметров отмечены в скобках:

· ультразвуковые (расход, параметры рабочей жидкости);

· пьезоэлектрические (пульсации давления, вибрации);

· индукционные (частота вращения);

· трансформаторные (перемещение, давление, расход);

· фотоэлектрические (частота вращения, интенсивность излучения);

· индуктивные (давление, линейные перемещения);

· термопары, термосопротивление (температура);

· тензорезисторные (относительные перемещения);

· потенциометрические (давление, линейные и угловые скорости) и др.

Приемлемую точность измерения расхода имеют турбинные расходомеры типа РТСМ. В них измеряемые объемы жидкости отсекаются вращающейся крыльчаткой, а частота ее вращения свидетельствует о значении объемного расхода.

Простыми и надежными приборами для измерения избыточного давления являются пружинные манометры, для степени разряжения - т.н. вакуумметры. В качестве чувствительных элементов в этих приборах используются различного рода мембраны, сильфоны, сельсины и т.п.

Рис. 8. Течеискатель ИВУ-002:

1 - электронный блок-преобразователь;

2 - ультразвуковой щуп с кабелем;

3 - программное обеспечение;

4 - соединительный шнур подзаряда аккумулятора;

5 - аккумулятор; 6- футляр

Для регистрации утечек рабочей жидкости применяются регистраторы особого типа, называемые термисторами (полупроводниковые микротермосопротивления). Термисторы применяют для оценки внутренней негерметичности жидкостных систем. Они устанавливаются в сливные магистрали. Причиной внутренней негерметичности является обычно износ золотников, уплотнительных втулок и других элементов в агрегатах жидкостных систем, образующих пары трения. Пульсации давлений жидкости передаются на корпус агрегатов с ультразвуковой частотой. Наибольшая амплитуда колебаний возникает в том месте корпуса агрегата, где расположены изношенные пары трения. Для измерения колебаний и преобразования их в электрический сигнал в ГА применяют ультразвуковые индикаторы типа ТУЗ-1, ИКУ-1, ИВУ-002/5-МП, Т-2001 и др., называемые течеискателями (рис. 8). Метод течеискания достаточно информативен, однако заключение о неисправности агрегатов жидкостно-газовых систем АТ делается на основе косвенных признаков, что в некоторой степени снижает информативность.

2.5 Эффективность диагностики ГТД по термогазодинамическим параметрам

В соответствии с общепринятыми концепциями к термогазодинамическим параметрам относят: давление, температуру, отношение давлений и температур, скорость течения, расход топлива и масла, проходные площади сечений проточной части, тягу, а также частоту вращения роторов. Информативность термогазодинамической диагностики ГТД невысока.

Общие подходы здесь не отличаются от подходов, применяемых при вибро- или модельном диагностировании, рассмотренных выше. Имеются лишь некоторые специфические отличия. Обычно при термогазодинамическом диагностировании ГТД применяется метод математического моделирования "поведения" вышеперечисленных параметров в процессе работы двигателя. Различают детерминированные, вероятностные и комбинированные модели ГТД. В детерминированных моделях все взаимосвязи, переменные и константы задаются точно (что весьма сложно при профилактике отказов). Данное условие обеспечивает возможность однозначного определения результирующей функции. В вероятностных моделях задаются соответствующие законы распределения случайных величин, что приводит к вероятностной оценке этой функции. Чаще применяют детерминированные модели. Здесь признаками состояния двигателя могут быть: тяга R, расход топлива Cr , температура газов перед (Т) или за турбиной (Тг), параметры рабочего тела по тракту, параметры топливной, масляной систем и т.д. Примерами возможных неисправностей могут служить: прогары лопаток турбины, жаровой части камер сгорания, деформация элементов проточной части и т.п. Решения принимают по критическим отклонениям термогазодинамических параметров.

Изменение температуры газа за турбиной сравнивают с эталонной математической моделью. Эталонная модель строится по исходным формулярным данным двигателя. Температура контролируется на взлетном режиме, которому соответствует контрольная температура за турбиной. В некоторых случаях температуру Т, а также параметры Тн и Рн используют для подсчета тяги двигателя и сравнивают ее с той тягой, которая должна быть в конкретно заданных условиях.

Определенные возможности заложены в диагностический параметр "расход топлива". Опыт показывает, что повреждение проточной части ГТД увеличивает расход топлива на 120-150 кг/ч при одновременном изменении других термодинамических параметров. Расход топлива достаточно хорошо отражает состояние камер сгорания и сопловых аппаратов турбин. Однако точное измерение расхода затруднено из-за погрешностей расходомеров, вызванных необходимостью учета плотности керосина при разных температурах.

В определенных условиях диагностику ГТД можно осуществлять и по давлению топлива перед форсунками Рф, но и здесь погрешности измерений могут играть решающую роль.

Для минимизации погрешностей оценки состояния ГТД по результатам измеренных термогазодинамических параметров, значения параметров приводят к стандартным условиям, а их измерение должно проводиться на одних и тех же высотах и режимах работы двигателя.

Результаты исследований в области термогазодинамической диагностики ГТД позволили установить, что самым чувствительным и информативным показателем состояния проточной части двигателей является адиабатический КПД турбины т. Конечно, непосредственно замерить т невозможно, однако, его можно выразить через частоту вращения роторов, степень повышения давления к и температуру газов перед турбиной Тг*. Эта зависимость будет эмпирической и специфичной по отношению к данному типу двигателя.

Детерминированные модели диагностирования ГТД могут выражаться через систему уравнений состояния двигателя, решив которую можно сформировать диагноз, осуществить прогноз и дать рекомендации по предупреждению или устранению возможного отказа. Диагностические уравнения представляют собой конечное множество выражений, построенных для приращения расхода воздуха, температуры газа перед турбиной, удельного расхода и других термогазодинамических параметров. В правой части этих уравнений содержатся отклонения параметров, которые определяют путем сравнения текущих значений с эталонными значениями (при определенном режиме работы двигателя).

Наиболее ответственным этапом термогазодинамического диагностирования ГТД является составление диагностических уравнений. Число диагностических уравнений определяется классами возможных состояний ГТД.

В последнее время для диагностики ГТД предлагается использовать комплексные параметры, которые в аналитической форме связывают между собой несколько параметров и, тем самым, наиболее полно характеризуют рабочие процессы, происходящие в двигателе. Так, для диагностирования ТВД в ряде предприятий используют отношение температуры газов за турбинной Тг к давлению масла в измерителе крутящего момента Рикм. При этом в качестве критерия оценки состояния двигателя по комплексному параметру используют относительное отклонение контролируемого параметра от эталонного:

К=Взам-Вэ,

где Взам = Тг/Рикм - комплексный параметр, приведенный к стандартным атмосферным условиям. Использование данной величины для контроля технического состояния ТВД в процессе проведения стендовых испытаний, а также в условиях эксплуатации оказалось эффективным для оценки работоспособности двигателя.

2.6 Методы диагностики проточной части ГТД

Наряду с описанными выше методами контроля и диагностики АТ наиболее общую и оперативную информацию о состоянии ответственных узлов и деталей двигателя, таких как лопатки компрессора и турбины, камеры сгорания, диски, сварные швы корпусов и т.д., дают оптические методы контроля с использованием бороскопов, фиброскопов и эндоскопов. Этими приборами успешно выявляется обширная группа дефектов типа: трещин, прогаров, короблений (нарушение макрогеометрии деталей), коррозии, эрозии, выработки контактных поверхностей, износа элементов лабиринтных уплотнений, нагарообразования и др.

На сегодняшний день на российском рынке предлагают свою продукцию ряд отечественных и зарубежных фирм - изготовителей эндоскопов: "Интек", "Карл Шторц", "Намикон", "Олимпас", "Оптимед", "Рихард Вольф", "Мачида", "СиМТ", "Казанское оптико-механическое объединение", "Точприбор", "Эверест-ВИТ" и др. Существующие оптические приборы для обнаружения указанных дефектов условно можно разделить на три группы.

Первая группа приборов -- это прямые эндоскопы с линзовой оптикой, торцовым и боковым зрением, с прямыми и угловыми окулярами. Эти приборы различаются по диаметру и длине рабочей части. У них различные оптические характеристики и различная механизация. К этой группе относятся такие приборы, как Н-200, УСП-8М, РВП-491 и ряд других.

Эндоскопы предназначены для осмотра и выявления поверхностных дефектов (трещин, забоин, рисок и т.д.) на рабочих лопатках всех ступеней компрессора и турбины двигателей в эксплуатации. Конструкция прибора позволяет оператору, не меняя своего положения, осматривать все поверхности, расположенные вокруг рабочей части эндоскопа. При подготовке к работе прибор подключают к источнику электрического тока и вводят через смотровой лючок в корпусе в проточную часть двигателя.

Эндоскоп УСП-8М служит для осмотра и выявления дефектов на сопловом аппарате турбины первой ступени, форсунках и стенках камеры сгорания. Конструктивно он состоит из трубы с объективом, осветительным устройством и окуляра.

Эндоскоп РВП-491 предназначен для осмотра рабочих лопаток турбины и по конструкции аналогичен эндоскопу УСП-8М. Для фиксации объектива на определенном расстоянии от объекта, а также для удобства работы с прибором во время осмотра имеется упор, которым прибор устанавливается на кромку осматриваемой лопатки.

Ко второй группе приборов можно отнести эндоскопы с одним или несколькими подвижными звеньями, соединенными между собой универсальными оптическими шарнирами. Их отличительной чертой является возможность осмотра криволинейных каналов.

Эндоскоп Н-185 предназначен для обнаружения трещин на промежуточном кольце соплового аппарата первой ступени турбины двигателя косвенным методом, заключающемся в осмотре задней внутренней оболочки турбины с целью обнаружения на ней цветов побежалостей, образующихся от газов, выходящих из внутреннего контура двигателя через трещины (при наличии таковых) на промежуточном кольце соплового аппарата. Конструктивно прибор представляет собой трубу, состоящую из объективной части с поворотными и неподвижными звеньями ("коленами") основной, промежуточной, трех удлинительных труб и окуляра. На подвижном звене объективной части укреплено осветительное устройство. Все части прибора легко собираются и разбираются без применения инструмента. Эндоскоп H-170 предназначен для осмотра и выявления дефектов на сопловом аппарате первой ступени турбины, форсунках и деталях камеры сгорания. Прибор представляет собой довольно сложную шарнирно-линзовую систему, состоящую из головного звена с объективом и осветительным устройством, нескольких промежуточных звеньев и звена окуляра, соединенных между собой при помощи оптических шарниров. Благодаря большому числу степеней свободы прибор проникает через сложный криволинейный канал -- смотровые лючки в оболочках двигателя и кольцевую камеру сгорания, обеспечивая тем самым контроль нижней части соплового аппарата, форсуночной плиты и элементов камеры сгорания на двигателях, которые не имеют нижних лючков.

...

Подобные документы

Общие принципы технической диагностики при ремонте авиационной техники. Применение технических средств измерений и физических методов контроля. Виды и классификация дефектов машин и их частей. Расчет оперативных показателей надежности воздушных судов.

дипломная работа , добавлен 19.11.2015

Технологии объективного контроля состояния авиационной техники. История развития CALS-технологии. Анализ вопросов эксплуатации гражданских самолетов и величины годового налета самолета. Контроль за состоянием бортовых систем пассажирского самолета.

доклад , добавлен 15.09.2014

Организация выполнения регламентных работ на авиационной технике, контроль их качества. Состав ремонтных работ, выполняемых в передвижных авторемонтных мастерских (ПАРМ). Подготовка ПАРМ к восстановлению авиационной техники. Планирование работы ПАРМ.

дипломная работа , добавлен 29.10.2013

Типы беспилотных летательных аппаратов. Применение инерциальных методов в навигации. Движение материальной точки в неинерциальной системе координат. Принцип силовой гироскопической стабилизации. Разработка новых гироскопических чувствительных элементов.

реферат , добавлен 23.05.2014

Анализ систем технической диагностики объектов железнодорожной инфраструктуры. Разработка организационной структуры регионального центра диагностики и мониторинга. Расчет и сравнение экономических затрат при использовании различных средств контроля.

дипломная работа , добавлен 06.07.2012

Отказ как непредусмотренное нарушение функционирования авиационной транспортной системы, его основные причины и предпосылки, источники угрозы. Роль и оценка человеческого фактора при авиакрушении. Неисправности по вине инженерно-технического персонала.

презентация , добавлен 11.10.2015

Анализ руководства по летной эксплуатации вертолетов с целью выявления ограничений, связанных с аэродинамикой. Характеристика летных ограничений, влияющих на безопасность полета, его особенности в турбулентной атмосфере. Модернизация авиационной техники.

дипломная работа , добавлен 04.02.2016

Требования и факторы, определяющие организацию инженерно-авиационной службы. Организационно-штатная структура части; основы подчинённости и управления. Обязанности должностных лиц авиации Российской Федерации в мирное время и при воздействии противника.

презентация , добавлен 08.07.2014

Диагностирование цилиндро-поршневой группы и газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания, электрооборудования, микропроцессорных систем управления. Основные функции программы диагностики, функции кнопок меню информации по ремонту.

лабораторная работа , добавлен 06.03.2010

Рассмотрение летательного авиадвигателя как объекта технической эксплуатации. Характеристика контролепригодности и надежности. Система технического обслуживания и ремонта транспортных средств. Заправка летательных аппаратов горюче-смазочными материалами.

Глава 1. Современное состояние и анализ существующих методов * диагностики авиационных ГТД.

1.1. Методы диагностики ГТД и их возможности.

1.2. Анализ методов технической диагностики ГТД с позиций информативности.

1.2.1. Тепловые методы и их эффективность.

1.2.2. Возможности виброакустических методов оценки состояния ГТД.

1.2.3. Эффективность трибодиагностики элементов ГТД.

1.2.4. Эффективность диагностики жидкостных систем двигателя.

1.2.5. Эффективность диагностики ГТД по термогазодинамическим

I параметрам.

1.2.6. Методы диагностики проточной части ГТД.

1.3. Методы обобщенной оценки состояния технических систем.

1.3.1. Методы сверток частных параметров контроля к обобщенному показателю.

1.3.2. Методы обобщенной оценки состояния технических систем по информационному критерию.

1.4. Требования к информационному критерию технического состояния ГТД.

Постановка задач.

Выводы по 1-й главе диссертации.

Глава 2. Теоретические и информационные аспекты технического диагноза ГТД.

2.1. Основные философские воззрения теории информации.

2.2. Основные информационные законы. щ 2.2.1. Закон сохранения информации.

2.2.2. Основной информационный закон формообразования и развития материи.

2.2.3. Основной закон термодинамики в информационной трактовке.

2.2.4. Принцип минимума диссипации.

2.3. Энтропия и диагностическая информация.

2.3.1. Энтропия Больцмана-Гиббса-Шеннона в решении прикладных задач.

2.3.2. Применение Н-теоремы для открытых систем.

2.3.3. Динамическое и статическое описание сложных движений.

2.4. Оценка значимости и ценности информации в практических задачах диагностики.

2.5. Обоснование применения информационной энтропии К. Шеннона к решению поставленных задач.

Выводы по 2-й главе диссертации.

Глава 3. Применение теории классификации к решению задач вибродиагностики ГТД.

3.1. Задачи постановки диагноза.

3.2. Множество возможных состояний ГТД.

3.3. Пространство диагностических сигналов.

3.4. Классификация вибросостояний ГТД, их информативность.

3.4.1. Роторная вибрация, ее связь с возможными отказами.

3.4.2. Вибрация аэродинамического происхождения.

3.4.3. Вибрация, возбуждаемая процессами в проточной части ГТД.

3.4.4. Вибрации подшипниковых узлов.

3.4.5. Вибрационные колебания лопаток и дисков.

3.5. Метод экспертных оценок для ранней вибродиагностики ГТД.

3.6. Методика нахождения «адреса» дефекта на основе оценки информации о вибрации.

6 Выводы по 3-й главе диссертации.

Глава 4. Принципы классификации авиационных ГТД при их диагностике.

4.1. Параметрическая классификация объекта диагностики на примере двигателя ПС-90А.

4.2. Определение оптимального состава диагностических признаков для узлов двигателя ПС-90А, подверженных вибронагрузкам.

4.2.1. Расчет интенсивности отказов ГТД ПС-90А.

4.2.2. Оценка средней условной энтропии на промежутке наработки от 0 до 6000 часов.

4.2.3. Результаты оценки количества и качества диагностической информации.

4.3. Определение оптимального состава контролируемых параметров двигателя Д-ЗОКУ.

4.3.1. Расчет интенсивности отказов ГТД Д-ЗОКУ.

4.3.2. Оценка средней условной энтропии на промежутке наработки от 0 до 5000часов.

4.3.3. Результаты оценки количества и качества диагностической информации.

Выводы по 4-й главе диссертации.

5.1. Система информационного обеспечения процессов диагностирования

СИОПД) ГТД.

5.1.1. Назначение и цели системы.

5.1.2. Общие требования, предъявляемые к системе.

5.1.3. Требования к программному обеспечению системы.

5.1.4. Реализация и совершенствование системы.

5.2. Особенности анализа потока информации по результатам опробования

5.3. Метод постановки диагноза с использованием предлагаемых информационных критериев.

5.4. Реализация методики постановки диагноза с учетом информационных критериев на примере авиационного ГТД ПС-90А.

5.4.1. Формирование исходных матриц и определение начальной энтропии узлов и систем ГТД ПС-90А.

5.4.2. Определение оптимального состава диагностических признаков функциональных систем и узлов авиадвигателя ПС-90А.

5.5. Эффективность предложенной системы СИОПД ГТД.

5.5.2. Оценка трудозатрат на выполнение мероприятий по внедрению системы СИОПД ГТД.

Выводы по 5-й главе диссертации.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Диагностика авиационных газотурбинных двигателей с использованием информационного потенциала контролируемых параметров»

Актуальность и постановка задач

Важным приоритетным направлением в области повышения безопасности и регулярности полетов авиационной техники (AT) является совершенствование как структуры и логической организации эксплуатационно-технической диагностики, так и ее процессов, направленных на эффективность раннего обнаружения предотказных состояний высоконагруженных элементов летательных аппаратов (JIA), составляющих основу методологии диагностики. Безопасность использования AT в значительной степени определяется надежностью, заложенной при проектировании и производстве, а также эффективностью методов и средств диагностики технического состояния AT, обеспечивающих своевременное обнаружение неисправностей и предотказных состояний, возникающих в процессе эксплуатации.

К 2010 году, по словам президента РФ, высокие технологии составят 5% ВВП, а это значит, что необходим «прорыв в сфере информационных технологий и создание техно-парковых зон, в создание которых планируется инвестировать порядка 18 млрд. рублей». Это впрямую относится к проблемам, стоящим перед отраслью гражданской авиации (ГА) в целом, и в области диагностики AT, в частности.

Планер, двигатель, функциональные системы AT подвержены непрерывным, качественным изменениям. Направление этих изменений предопределяется вторым законом термодинамики, который утверждает, что упорядоченные системы, а к ним относятся все технические устройства, имеют тенденцию самопроизвольно разрушаться со временем, т.е. утрачивать упорядоченность, заложенную в них при создании. Эта тенденция проявляется при совместном действии многочисленных дезорганизационных факторов, которые не могут быть учтены при проектировании и изготовлении AT, поэтому процессы изменения качества кажутся нерегулярными, случайными, а их последствия - неожиданными.

При переходе к эксплуатации AT по фактическому техническому состоянию необходимо найти путь, обеспечивающий высокою эффективность технического обслуживания (ТО). Таким путем является ранняя диагностика, позволяющая обнаружить неисправности AT с упреждением, в такой стадии их развития, которая допускает хоть и ограниченное, но безопасное продолжение эксплуатации. Это означает, что диагностика, совершенствуясь и развиваясь, должна перерастать в прогнозирование состояния AT.

Однако, как показывает практика, в эксплуатации зачастую трудно добиться «адресности» дефектов, в частности в такой сложной динамической многокомпонентной системе, которой является авиационный газотурбинный двигатель (ГТД). Накопленный опыт доказывает это. Известные методы инструментального контроля, математического моделирования предотказных состояний ГТД, методы полунатурных испытаний, факторного анализа и др., не дают желаемого эффекта.

Альтернативой здесь являются физические методы диагностики, к которым относятся известные методы оптико-визуального контроля, трибодиагностики, анализа продуктов сгорания, диагностика по виброакустическим параметрам, по результатам контроля термогазодинамических параметров и др. Здесь всегда возникает вопрос - при каком сочетании методов диагностики можно в короткие сроки «адресно» и достоверно предупредить отказ? Этот вопрос до настоящего времени всесторонне не раскрыт. И сейчас имеют место случаи необоснованного съема двигателей с эксплуатации или, что более опасно - пропуск дефектов из-за неправильно поставленного диагноза, как правило, связанных с погрешностями обработки диагностической информации или сбоя в процессе ее анализа (т.н. человеческий фактор). К тому же полностью до конца не раскрыт информационный потенциал контролируемых параметров, несущих важную информацию об объекте диагностирования. Здесь следует акцентировать внимание на термине «информационный потенциал», под которым понимается недоиспользованная возможность учета информационной значимости, как контролируемых параметров, так и методов диагностики, позволяющих более точно определить состояние объекта, т.е. быстрее приблизиться к цели, «адресу» дефекта. Ранее такого рода задачи рассматривались в известных работах Волькенштейна М.В. , Пархоменко П.П. и др. ученых. Однако применительно к конкретным, прикладным задачам диагностики ГТД они не решались.

Большой вклад в развитие методов постановки диагноза авиационных ГТД в России внесли работы, проведенные в ЦИАМ им. П.И.Баранова, ГосНИИ ГА, НИИЭРАТ ВВС, НПО «Сатурн», ОАО «Авиадвигатель», МГТУ ГА, ОАО «Аэрофлот - Российские авиалинии» и др. Анализ результатов исследований, выполненных в упомянутых организациях, показал, что угрожающие при своем развитии разрушением ГТД неисправности можно укрупнено разделить на три группы : а) неисправности, очень быстро (в течение долей секунды или нескольких секунд) переходящие в аварию двигателя, или, что почти то же самое -неисправности, слишком поздно обнаруживаемые с помощью доступных средств диагностики. В эту группу входят, например, «раскрутка» вала свободной турбины двигателя, возникновение отрицательного крутящего момента на валу турбовинтовых двигателей, помпаж и т.п.; б) неисправности, способные развиваться в аварию в течение нескольких минут, а также неисправности, характер и темп развития которых нельзя достоверно предсказать на основе достигнутого уровня знаний. Возникновение подобных неисправностей должно сопровождаться немедленной выдачей сигнала экипажу самолета (или персоналу испытательного стенда) для привлечения внимания, оценки ситуации и принятия необходимых мер. С этой целью двигатели снабжаются определенным набором аварийных сигнализаторов (пожара, падения давления масла, появления «стружки» в масле и т. п.). в) неисправности, развивающиеся относительно медленно или обнаруживаемые наличными диагностическими средствами на столь ранней стадии, что переход их в аварию в продолжение данного полета можно считать практически исключенным. Раннее обнаружение именно таких неисправностей и составляет основу прогнозирования состояний двигателей.

Интервал времени от появления первого симптома неисправности до опасного ее развития является не столько физическим свойством конкретной неисправности, сколько мерилом уровня наших познаний о ее причинах, признаках и процессах развития. По мере накопления таких познаний и появления соответствующей аппаратуры перестали, например, считаться «внезапными» и стали прогнозируемыми некоторые виды разрушения зубчатых передач, подшипников и т. д. .

Одна из практических задач исследований динамики развития неисправностей ГТД состоит в том, чтобы максимально сокращать число неисправностей первой и второй групп и постепенно «переводить» их в третью группу, расширяя, таким образом, возможности раннего диагностирования и долгосрочного прогнозирования состояния ГТД. Высокая степень упреждения диагноза не только повышает безопасность полетов, но и способствует существенному снижению эксплуатационных затрат, связанных с нарушением регулярности полетов, ремонтом ГТД.

Опыт эксплуатации ГТД показывает, что для правильной постановки диагноза необходимо на первом этапе заранее знать все возможные состояния ГТД, исходя из априорных статистических данных и вероятностей проявления ситуаций, а также массив диагностических признаков, реагирующих на эти состояния. Как уже отмечалось, процесс качественного изменения технических свойств авиационного ГТД происходит непрерывно, а это значит, что множество возможных его состояний бесконечно и даже несчетно; поэтому задача состоит в том, чтобы разбить множество состояний на конечное и небольшое число классов состояний. В каждом классе объединяются состояния, обладающие одинаковыми свойствами, выбранными в качестве признаков классификации. При этом статистическая база параметров, полученных перечисленными выше методами диагностики должна быть непредвзятой и реальной .

Не все параметры, которые могут быть использованы в диагностике, равноценны по содержательности сведений о функционирующем ГТД. Одни из них приносят информацию сразу о многих свойствах работающих модулей двигателя, другие, напротив, крайне бедны. Безусловно, предпочтение следует отдавать диагностическим параметрам, носящим флуктуирующий характер, а не тем, которые постоянны или меняются очень медленно . Например, шум ГТД и его вибрация по количеству привносимой информации имеют большое преимущество перед такими устойчивыми инертными сигналами, как температура охлаждающей жидкости, скорость вращения вала и др., хотя эти параметры так же, как шум и вибрация, зависят от состояния работающего ГТД. Поэтому, на втором этапе интересным представляется рассмотреть взаимосвязь диагностических параметров, их изменение и возможное влияние друг на друга, а также оценить значимость признаков разных функциональных параметров ГТД.

Известно, что теория постановки диагноза довольно хорошо описывается общей теорией связи, являющейся одним из разделов теории управления . На службу диагностике можно поставить математический и логический аппараты, систему освоенных понятий и терминологию. Необходимо лишь найти физическую интерпретацию абстрактных формул и пути практического осуществления предписываемых ими подходов. Таким образом, на третьем этапе необходимо подтвердить, воспользовавшись известными принципами информационной теории, значимость диагностических признаков, и с учетом этого сформировать диагноз, а в дальнейшем осуществить прогноз предотказных состояний. Эта часть работы связана с наибольшими трудностями, т.к. авиационный двигатель является многопараметрической системой, но не все параметры одинаково существенны (информативны) в тех или иных конкретных условиях.

Актуальность выбранной проблемы подтверждается также тем фактом, что за рубежом разработки по оптимизации методов технической диагностики авиадвигателей осуществляются рядом ведущих авиационных фирм, например, крупнейшим концерном «Airbus Industry». Однако внедрение иностранных разработок не всегда целесообразно по причине различной контролепригодности ГТД отечественного и иностранного производства.

Сегодня новая отечественная авиатехника вводится в эксплуатацию с трудом, едва ли не во время прохождения необходимых предварительных испытаний. Важно уже на первом этапе эксплуатации самолетов и авиадвигателей реализовывать современные подходы к диагностике, одним из которых является повышение достоверности диагноза авиационных ГТД на основе оптимального выбора (сочетания) методов диагностики с учетом информационного потенциала контролируемых параметров. Это и является главной целью диссертационной работы.

Учитывая прикладную направленность исследований, при изложении математических вопросов автор не стремился достигнуть той строгости, которая принята в специальной математической литературе, но не всегда уместна в технической монографии, и жертвовал ею, если это вело к упрощению физической интерпретации и к лучшему уяснению путей практической реализации результатов.

На сегодняшний день существует множество научных разработок, посвященных проблемам диагностики AT и в частности авиационным ГТД . Большинство этих работ сводятся к узко поставленным задачам диагноза или к разработке отдельных методов и средств технической диагностики, что также весьма актуально и важно.

Надеюсь, что предлагаемые в работе подходы в формировании диагнозов с учетом ценности получаемой информации контролируемых параметров и недоиспользованного их информационного потенциала дополнят эти исследования и улучшат эффективность практики технической эксплуатации ГТД.

Научной новизной обладают следующие результаты, полученные в диссертации; в ней впервые:

1. Исследован и определен потенциал современных методов диагностики ГТД с позиций их информационной значимости.

2. Обоснованы принципы использования положений теории информации в решении задач диагностики ГТД.

3. Разработаны методологические основы совершенствования диагностирования ГТД с учетом информационной значимости контролируемых параметров и диагностических признаков.

4. Разработаны новые принципы т.н. параметрической классификации на примере анализа вибраций ГТД и введен критерий оценки динамики её изменения.

5. Обоснован выбор обобщенного информационного критерия эффективности диагноза ГТД, мерой значимости которого являются энтропийные характеристики диагностируемых объектов и систем.

6. Разработан метод постановки диагноза ГТД с использованием предложенных информационных критериев.

7. Предложена система информационного обеспечения процессов диагностирования ГТД.

Достоверность результатов исследований подтверждается анализом физических явлений, корректным применением методов исследования и положительными результатами апробации предложенных разработок в ряде предприятий.

Практическая ценность работы заключается в том, что ее результаты позволяют:

Правильно классифицировать (группировать) параметры ГТД с целью установления объективных связей между системой состояний и системой диагностических признаков, а также осуществлять содержательное толкование проверок и формировать конечное количество «адресов» отказов; сформировать рекомендации и создавать методики по совершенствованию диагностирования любых сложных технических систем с учетом предложенных информационных критериев;

Реализовывать на практике рекомендации по нахождению «адреса» неисправных (предотказных) состояний ГТД с учетом максимальной информативности методов диагностики, что в конечном итоге позволит повысить безопасность полетов, а также снизить трудоемкость и стоимостные затраты на обслуживание и ремонт ГТД;

Снизить необоснованный досрочный съем ГТД «с крыла».

Реализация и внедрение результатов работы. Основные научные результаты, полученные в диссертационной работе, использованы и внедрены в МГТУ ГА, ОМТУ ЦР ВТ, ФГУАП «Кавминводыавиа», НИИ Строительной Физики, что подтверждено соответствующими актами. Полученные результаты апробированы на практике. Они используются также в учебном процессе подготовки специалистов по технической эксплуатации JLA и Д (дисциплины «Диагностика АТ», «Диагностика и НК», курсовое и дипломное проектирование) по специальности 130300. По материалам диссертационной работы разработано и издано 7 учебных пособий, 1 монография, опубликовано 12 научных статей, в том числе в печатных изданиях, утвержденных ВАК для публикации материалов докторских диссертаций.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Новый подход к использованию ряда положений теории информации в решении конкретных задач диагностики ГТД.

2. Методические основы новых принципов классификации ГТД и рекомендации по выбору и подсчету критериев информативности, позволяющих оптимально сочетать методы диагностики ГТД с целью определения «адреса» предотказного или неисправного состояния.

3. Обоснование и метод количественной оценки обобщенного информационного. критерия и его практического применения в задачах формирования диагноза.

4. Метод постановки диагноза на основе оптимального выбора состава контролируемых параметров ГТД с учетом информационных критериев.

5.Система информационного обеспечения процессов диагностирования авиационных ГТД.

Работа состоит из 5-ти глав.

В первой главе представлен обзор литературы и анализ современного состояния существующих подходов к диагностике авиационных ГТД, дается анализ применяемых на практике методов и средств диагностики авиадвигателей, сформулированы цель и задачи исследования.

Вторая глава посвящена рассмотрению теоретических аспектов технического диагноза, исследованию информационных законов в контексте философской и технической точек зрения. Обосновываются возможности применения теории информации к решению задач диагностики авиационных ГТД. Научно обосновано применение информационной энтропии К.Шеннона к решению диссертационных задач.

В третьей главе рассматриваются, предложенные автором, принципы параметрической классификации технического состояния ГТД. Выведены математическая модель и критерий оценки динамики изменения параметров на примере вибрации ГТД. Приводятся результаты оценки вибрации с позиций нахождения «адреса» неисправности.

В четвертой главе представлены результаты применения принципов параметрической классификации для определения оптимального состава контролируемых параметров применительно к авиадвигателям ПС-90А и Д-ЗОКУ. Получены конкретные оценки информативности контролируемых параметров и диагностических признаков, указывающих на различные состояния авиационных ГТД, во взаимосвязи с наработкой. Сформированы рекомендации по использованию результатов исследования.

Пятая глава посвящена разработке системы информационного обеспечения процессов диагностирования ГТД и соответствующей методики при обслуживании авиадвигателей «по состоянию».

Автор выражает глубокую признательность коллективу кафедр «Двигатели летательных аппаратов» и «Техническая эксплуатация летательных аппаратов и авиадвигателей», а также лично - научному консультанту доктору технических наук, профессору Пивоварову В.А. за конструктивные предложения по формированию содержания и оформлению диссертации.

Заключение диссертации по теме «Эксплуатация воздушного транспорта», Машошин, Олег Федорович

Выводы по 5-й главе диссертации

1. Предложена система информационного обеспечения процессов диагностирования (СИОПД) для оценки работоспособности авиационных ГТД.

2. Разработаны метод выбора оптимального состава контролируемых параметров ГТД по предложенному информационному критерию и методика количественной оценки информационного критерия для правильной постановки диагноза при обслуживании авиадвигателей «по состоянию».

3. Рассмотрен конкретный пример реализации новой методики применительно к авиационному ГТД ПС-90А.

4. Определены условные трудозатраты на выполнение мероприятий по внедрению системы СИОПД и новой методики диагностирования в практику ТО и Р ГТД.

Заключение

1. На основании опыта эксплуатации отечественных авиационных ГТД * и многофакторной диагностической информации, характеризующей их техническое состояние, обоснована необходимость совершенствования диагностики авиационных ГТД с учетом информационного потенциала контролируемых параметров. Анализ существующих методов диагностики показал, что для достоверной оценки состояния авиационных ГТД, необходимо использовать комплексную диагностику. При этом важным является оценка диагностической информации по результатам регистрации различных по своей физической природе параметров и характеризующих признаков. Выявлено, что поскольку не все контролируемые параметры ГТД имеют одинаковую информационную ценность, то большое практическое значение приобретает задача выявления тех из них, которые должны включаться в процедуру контроля в первую очередь.

2. Исследованы существующие информационные законы в контексте философской и технической точек зрения, что позволило обосновать возможность применения теории информации к решению задач технической диагностики авиационных ГТД. Рассмотрены новые подходы к решению поставленных задач с использованием теории информации. Обосновано применение информационной энтропии К.Шеннона.

3. Сформированы задачи постановки технического диагноза применительно к авиационным ГТД типа ПС-90А и Д-30 КУ.

4. Рассмотрены задачи классификации состояний ГТД. Предложена т.н. параметрическая классификация.

5. На основе расчетов информационной энтропии на разных этапах т> наработки даны рекомендации по выбору состава контролируемых параметров и диагностических признаков для узлов авиадвигателей ПС-90А и Д-ЗОКУ, проверки по которым для постановки диагноза должны производиться в первую очередь, что повысит безопасность полетов.

6. Построены экспериментальные модели развития дефектов по характеристикам вибрации. Разработана математическая модель и диагностический критерий информативности, основанный на динамике изменения вибрации ГТД в зависимости от наработки и конкретных повреждений проточной части авиационного ГТД ПС-90А. На основе разработанной методики и проведенного эксперимента, сформированы дискретные уровни распознавания «адресов» неисправностей с помощью параметра «повышенная вибрация».

7. Разработаны метод постановки диагноза на основе выбора оптимального состава контролируемых параметров ГТД по предложенным информационным критериям и методика количественной оценки информационных критериев для правильной постановки диагноза при обслуживании авиадвигателей «по состоянию» на примере ПС-90А.

8. Разработана система информационного обеспечения процессов диагностирования для оценки работоспособности авиационных ГТД, которая позволяет качественно произвести оценку технического состояния ГТД с использованием современных методов диагностики при максимальных наработках с начала эксплуатации и после последнего ремонта, а также для реализации методов статистического и информационного анализа отказов и неисправностей двигателей в эксплуатации.

9. Определены условные трудозатраты на выполнение мероприятий по внедрению системы информационного обеспечения процессов диагностирования и усовершенствованной диагностики в практику ТО и Р ГТД.

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Машошин, Олег Федорович, 2005 год

1. Августинович В.Г., Акиндинов В.А., Боев Б.В. и др. Под ред. Дедеша В.Т. Идентификация систем управления авиационных газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 1984.

2. Александров В.Г., Майоров А.В., Потюков Н.П. Авиационный технический справочник. М.: Транспорт, 1975.

3. Ахмедзянов A.M., Дубравский Н.Г., Тунаков А.П. Диагностика состояния ВРД по термогазодимическим параметрам. М.: Машиностроение, 1983.

4. Барзилович Е.Ю., Каштанов В.А. Обслуживание систем при ограниченной информации об их надежности. М.: Сов. Радио, 1976.

5. Барзилович Е.Ю., Воскобоев В.Ф. Эксплуатация авиационных систем по состоянию (элементы теории). М.: Транспорт, 1981.

6. Бартлетт М.С. Введение в теорию случайных процессов. М.: Изд-во иностр. лит., 1958.

7. Белкин Ю.С., Боев Б.В., Гуревич О.С. и др. Под ред. Шевякова А.А. Интегральные системы автоматического управления силовыми установками самолетов. М.: Машиностроение, 1983.

8. Биргер И.А. Техническая диагностика. М.: Машиностроение, 1978.

9. Бом Д. Квантовая теория. М.: Наука, 1990.

10. Бонгард М.М. Проблема узнавания. М.: Наука, 1967.

11. И. Боумейстер Д., Экерт А., Цайлингер А. Физика квантовой информации. М.: Постмаркет, 2002.

12. Васильев В.А., Романовский Ю.М., Яхно В.Г. Автоволновые процессы. М.: Наука, 1987.

13. Васильев В.И., Гусев Ю.М., Иванов А.И. и др. Автоматический контроль и диагностика систем управления силовыми установками летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1989.

14. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М.: Наука, 1969.

15. Винер Н. Интеграл Фурье и некоторые его приложения. М.: Физматгиз, 1963.

16. Волькенштейн М.В. Энтропия и информация. М.: Наука, 1986.

17. Гасленко Р.В. УМР по определению экономической эффективности мероприятий, направленных на совершенствование ИАОП. М.: МГТУГА, 1995.

18. Гельфанд И.М., Колмогоров А.Н., Яглома A.M. Теория информации. Изд-во ДАН СССР, 1956.

19. Гнеденко Б.В. Курс теории вероятностей. М.: Гостехиздат, 1954.

20. ГОСТ 27.003-90. Надежность в технике. Состав и общие правила,задание требований по надежности.

21. ОСТ 1-00156-75. Надежность изделий AT. Классификаторыпризнаков неисправностей.

22. ГОСТ 2.106-96. ЕСКД. Текстовые документы.

23. ГОСТ 3044-84. Преобразователи термоэлектрические. Номинальные статические характеристики преобразования.

24. Гусев Ю.М., Зайнашев Н.К., Иванов А.И. и др. Под ред. Петрова Б.Н. Проектирование систем автоматического управления ГТД. М.: Машиностроение, 1981.

25. Дейч А.М. Методы идентификации динамических объектов. М.: Энергия, 1979.

26. Давенпорт В.Б., Рут B.JL Введение в теорию случайных сигналов и шумов. М.: Изд-во иностр. лит., 1960.

27. Домотенко Н.Т., Кравец А.С. Масляные системы газотурбинных двигателей. М.:, Транспорт, 1972.

28. Дружинин Г.В. Надежность автоматизированных систем. М.: Энергия, 1977.

29. Дятлов В.А., Кабанов А.Н., Милов JI.T. Контроль динамических систем. Д.: Энергия, 1978.

30. Ермаков Г.И. Физико-химические методы определения металлов в авиамаслах с целью прогнозирования технического состояния двигателей. М.: Изд-во МГА, 1973.

31. Ермаков Г.И. Диагностирование технического состояния АД путем анализа работавшего масла. М.: Изд-во МГА, 1985.

32. Ермаков Г.И., Пивоваров В.А., Ицкович А.А. Диагностирование ГТД по результатам спектрального анализа работавших масел. М.: РИО МИИГА, 1986.

33. Ицкович А.А. Надежность летательных аппаратов и авиадвигателей. Часть 1. М.: РИО МИИГА, 1990.

34. Ицкович А.А. Надежность летательных аппаратов и авиадвигателей. Часть 2. М.: РИО МГТУГА, 1995.

35. Кадомцев Б.Б. Динамика и информация. М.: Ред. журн. УФН, 1997; 2-е изд. М.: Ред. журн. УФН, 1999.

36. Казанджан П.К., Тихонов Н.Д., Шулекин В.Т. Теория авиационных двигателей. М.: Транспорт, 2000.

37. Карасев В.А., Максимов В.П. Методы вибрационной диагностики машин. М.: Машиностроение, 1975.

38. Карасев В.А., Максимов В.П., Сидоренко М.К. Вибрационная диагностика ГТД. М.: Машиностроение, 1978.

39. Килин С.Я. Квантовая информация. М.: Ред. журн. УФН, 1999.

40. Климонтович Ю.Л. Статистическая физика. М.: Наука, 1982.

41. Климонтович Ю.Л. Статистическая теория открытых систем т. 1. М.: ТОО «Янус», 1995.

42. Клышко Д.Н. Основные понятия квантовой физики с операциональной точки зрения. М.: Ред. журн. «Успехи Физических Наук» (УФН) №9, 1998.

43. Клышко Д.Н. Неклассический свет. М.: Ред. журн. УФН №6, 1996.

44. Клышко Д.Н. Физические основы квантовой электроники. М.: Наука, 1986.

45. Кобринский Н.Е., Трахтенброт Б.А. Введение в теорию конечных автоматов. М.: Физматгиз, 1962.

46. Коняев Е.А. Техническая диагностика авиационных ГТД. Рига: РИО РКИИГА, 1989.

47. Косточкин В.В. Надежность авиационных двигателей и силовых установок. М.: Машиностроение, 1988.

48. Крылов К.А., Хаймзон М.Е. Долговечность узлов трения самолетов. М.: Транспорт, 1976.

49. Кудрицкий В.Д., Синица М.А., Чинаев П.И. Автоматизация контроля радиоэлектронной аппаратуры. М.: Сов. радио, 1977.

50. Куно А.Я., Генкин М.Д. Цифровая следящая фильтрация и спектральный анализ. М.: Транспорт, 1974.

51. Ланге Ф. Корреляционная электроника. М.: Судпромгиз, 1963.

52. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Квантовая механика. М.: Наука, 1974.

53. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Статистическая физика. Часть 1. М.: Наука, 1976.

54. Лебедев В.Л. Случайные процессы в электрических и механических системах. М.: Физматгиз, 1958.

55. Левин Б.Р. Теория случайных процессов и ее применение в радиотехнике. М.: Сов. радио, 1957.

56. Леонтович М.А. Введение в термодинамику. Статистическая физика. М.: Наука, 1983.

57. Лишаев А.И., Егоров К.И., Есинский В.М. Автоматизация контроля, регистрации и анализа вибрации ГТД. Куйбышев: РИО КуАИ, 1974.

58. Лозицкий Л.П. Янко А.К. Лапшов В.Ф. Оценка технического состояния авиационных ГТД. М.: Воздушный транспорт, 1982.

59. Лэнинг Дж.Х., Бэттин Р.Г. Случайные процессы в задачах автоматического управления. М.: Изд-во иностр. лит., 1958.

60. Машошин О.Ф. Информационное обеспечение процессов диагностирования авиадвигателей. Егорьевск: В сб. научн. трудов конф. ЕАТК, 2001.

61. Машошин О.Ф. Оптимизация процессов диагностирования авиационной техники с использованием критериев информативности. М.: В сб. научн. трудов конф. ВВИА им. Проф. Н.Е.Жуковского, 2002.

62. Машошин О.Ф. Интерпретация теории К.Шеннона в классификационных задачах информационной диагностики авиадвигателей. М.: Научный вестник МГТУ ГА № 80, серия: эксплуатация воздушного транспорта и ремонт AT, безопасность полетов, 2004.

63. Машошин О.Ф., Бигус А.В. Информационное обеспечение процессов диагностирования авиационной техники. М.: Научный вестник МГТУ ГА № 49, серия: эксплуатация воздушного транспорта и ремонт AT, безопасность полетов, 2002.

64. Машошин О.Ф., Бигус А.В. Прогнозирование технического состояния ГТД по выбегу ротора. М.: Научный вестник МГТУ ГА №66, серия: эксплуатация воздушного транспорта и ремонт AT, безопасность полетов, 2003.

65. Миддлтон Д. Введение в статистическую теорию связи. М.: Сов. радио, 1961.

66. Некипелов Ю.Г. Авиационные топлива, смазочные материалы и специальные жидкости. Киев, КИИГА, 1986.

67. Павлов Б.В. Кибернетические методы технического диагноза. М.: Машгиз, 1964.

68. Павлов Б.В., Змановский В.А. Корреляционные методы прогнозирования аварий. М.: Вестник сельхознауки №5,1963.

69. Пархоменко П.П., Согомонян Б.С. Основы технической диагностики: (Оптимизация процессов диагностирования, аппаратные средства). М.: Энергоатомиздат, 1981.

70. Пересада В.П. Автоматическое распознавание образов. Л.: Энергия,1970.

71. Пивоваров В.А. Повреждаемость и диагностирование авиационных конструкций. М.: Транспорт, 1994.

72. Пивоваров В.А. Прогрессивные методы технической диагностики. М.: РИО МГТУГА, 1999.

73. Пивоваров В.А. Авиационный двигатель ПС-90. М.: РИО МГА,1989.

74. Пивоваров В.А. Современные методы и средства неразрушающего контроля состояния авиационной техники. М.: РИО МИИГА, 1988.

75. Пивоваров В.А., Машошин О.Ф. Дефектоскопия гражданской авиационной техники. М.: Транспорт, 1994.

76. Пивоваров В.А., Машошин О.Ф. Применение аппарата теории статистической классификации к задачам диагностирования авиационной техники. М.: Научный вестник МГТУ ГА №20, серия: эксплуатация воздушного транспорта и ремонт AT. Безопасность полетов, 1999.

77. Пугачев B.C. Теория случайных функций и ее применение к задачам автоматического управления. М.: Физматгиз, 1960.

78. РД 50-690-89. Методические указания. Надежность в технике. Методы оценки надежности по экспериментальным данным. М.: Гос. комитет СССР по управлению качеством продукции и стандартам, 1990.

79. Резников М.Е. Топлива и смазочные материалы для летательных аппаратов. М., Воениздат, 1973.

80. Свешников А.А. Прикладные методы теории случайных функций. М.: Судпромгиз, 1961.

81. Селиванов А.И. Основы теории старения машин. М.: Машиностроение, 1964.

82. Серия отчетов по НИР № 63-91. Разработка требований к программе ТО и Р авиадвигателей и методики ее формирования. М.: РИО МИИГА, 1992.

83. Синдеев И.М. К вопросу о синтезе логических схем для поиска неисправностей и контроля состояния сложных систем. М.: Изв. АН СССР. Техническая кибернетика №2, 1963.

84. Сиротин Н.Н., Коровкин Ю.М. Техническая диагностика авиационных газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 1979.

85. Смирнов Н.Н., Чинючин Ю.М. Эксплуатационная технологичность летательных аппаратов. М.: Транспорт, 1994.

86. Смирнов Н.Н., Ицкович А.А. Обслуживание и ремонт авиационной техники по состоянию. М.: Транспорт, 1980.

87. Смирнов Н.Н., Владимиров Н.И., Черненко Ж.С. Техническая эксплуатация летательных аппаратов. М.: Транспорт, 1990.

88. Справочник под редакцией В.Г.Александрова. Контроль узлов трения самолетов и вертолетов. М.: Транспорт, 1976.

89. Отчет о 16-ой Всемирной конференции по НК в Монреале (Канада) (16th World Conference on NDT). http://www.ronktd.ru, 2004.

90. Степаненко В.П. Практическая диагностика авиационных ГТД. М.: Транспорт, 1985.

91. Стратонович P.J1. Теория информации. М.: Сов. радио, 1975.

92. Стратонович P.JI. Нелинейная неравновесная термодинамика. М.: Наука, 1985.

93. Тойбер M.JI. Электронные системы контроля и диагностики силовых установок. М.: Воздушный транспорт, 1990.

94. Теория автоматического управления силовыми установками летательных аппаратов/ Ю.С.Белкин, Л.Н.Гецов, Ю.В.Ковачич и др. Под ред. А.А.Шевякова. М.: Машиностроение, 1976.

95. Харкевич А.А. Спектры и анализ. М.: Физматгиз, 1961.

96. Холево А.С. Введение в квантовую теорию информации. М.: МЦНМО, 2002.

97. Цыпкин ЯЗ. Основы теории автоматических систем. М.: Наука,1977.

98. Шеннон К.Э. Работы по теории информации и кибернетике. Под ред. Р.Л.Добрушина, О.Б.Лупанова. М.: Изд-во иностр. литер., 1963.

99. Шилов Г.Е. Математический анализ. М.: Физматгиз, 1961.

100. Яглом A.M. Введение в теорию стационарных случайных функций. «Успехи математических наук», т.7,вып.5, 1952.

101. Ямпольский Я.И., Белоконь НИ. Диагностирование авиационной техники. М.: Транспорт, 1983.

102. Ebeling W., Freund J., Schweitzer F. Komplexe Strukturen: Entropic und Information. Stuttgart, Leipzig: B.G.Teubner, 1998.

103. Engine Test and measuring equipment "Oil Engine and Gas Turbine" vol. 30, №346, 1962.

104. Grunberg L., Scott D. The Effect of Additives on the Water-Induced Pitting of Ball Bearings, "Inst/ Petrol"? 1960.

105. Hirano F., Yamamoto T. Four-Ball Test on Lubricating Oils Containing Solid Particles, "Wear", 1959.

106. Kamber P. W., Zimmerman W. H. Progress in electronic propulsion control for commercials aircraft. // AIAA Paper, 1976, № 655.

107. Lee I., W., Chetham T.P., Wiesner I. B. Application of correlation analysis to the detection of periodic signals in noisl. Proc. IRE, Oct. 1950.

108. Nielsen M.A., Chuang I.L. Quantum Computation and Quantum Information. Cambridge University Press. Internat inf. 2001.

109. Staton L. Automatic Inspection and Diagnostic Systems for Automative Equipment, «SAE Preprints», 1962.

111. Airbus adopts infrared thermography for in-service inspection. -Insight. 1994. V. 36. No. 10.

112. Welch C., Eden T.J. Numerically enhanced thermal inspection of shuttle solid rocket motor inhibitor/liner/fuel bondline. - In: Rev. of Progress in Quant. NDE. Vol. 8B. New York: Plenum Press. 1989.

113. ИЗ. Коллинз Дж. Повреждение материалов в конструкциях. Анализ, предсказание, предотвращение: Пер. с англ.- М.: Мир, 1984.

114. Мэтью Д., Альфредсон Р. Применение вибрационного анализа для контроля технического состояния подшипников качения: Пер. с англ.-Конструирование и технология машиностроения.- М.: Мир, 1984.-т. 106, №3.-с.100-108.

115. Дорошко С.М. Контроль и диагностирование технического состояния газотурбинных двигателей по вибрационным параметрам.- М.: Транспорт, 1984.-128с.

116. ГоссоргЖ. Инфракрасная термография. М.: Мир, 1988.

117. Кольер Р., Берхарт, Лиин Л. Оптическая голография. М.: Мир,1973.

118. Волноводная оптоэлектроника. Под ред Т.Тамира. М.: Мир, 1991.

119. Беллман Р., Заде Л. Принятие решений в расплывчатых условиях//Вопросы анализа и процедуры принятия решений. М.: Мир, 1976.

Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.

Введение

транспортный самолет топливо судно

Топливная система самолета предназначеня для хранения на борту самолета необходимомго для выполнения полетного задания топлива и подачи его в работающие двигатели в необходимом количестве и под требуемым давлением. Конструктивно топлиная истема состоит из двух основных подсистем.

1.Самолетная топливная система

.Двигательная топливная система

К двигательной топливной системе относятся все агрегаты топливной системы, находящиеся непосредственно на двигателе и поставляемые вместе с двигателем. Мы в данной дипломной работе двигательную топливную систему рассматривать не будем.

Самолетная топливная система состоит из следующих основных элементов: топливный бак, подкачивающие насосы, перекачивающие насосы систем перекачки, трубопроводы, топливные фильтры, обратные клапаны, краны различных видов, температурно-разгрузочные краны, противопожарные краны перекрытия, системы дренажа и наддува, система заправки топливом и т.п. В некоторых самолетах имеются системы слива топлива.

Топливный бак служит для размещения и хранения необходимого количества топлива для выполнения полетного задания. Существуют три вида топливных баков: жесткие топливные баки, гибкие (резиновые) топливные баки и кессон баки. Жесткие топливные баки представляют собой обычные металлические емкости, в которые заливается топливо. Конструктивно очень простые, не требовательны в тех. эксплуатаций, но не выгодны в плане веса. Резиновые баки представляют собой резиновые мешки в металлических гондолах. Используются в основном в военной авиаций. Бали широко распространены в середине XX века. Резина имеет свойство самозатягивания при образований мелких отверстий (самолет то военный, всякое может случиться). Имеет недостатки. Резина с истечением времени разъедается топливом, а устойчивая к химической коррозий резина очень дорога. «Боится» прямых солнечных лучей. в современной авиаций широкое распространение получили кессонные баки. В этом случае, баков как таковых нет. Для размещения используется свободное пространство между нервюрами, верхней и нижней панелью обшивки самолета. Очень выгодно в весовом плане. Несуществующий бак не весит. Изготовление технологический сложно. К тому же требуется абсолютно герметичное соединение нервюр и панелей обшивки. Малейшая деформация может привести к разгерметизаций и утечке топлива. А это не есть хорошо.

В военной авиаций так же могут применяться дополнительные подвесные топливные баки. Но у нас в стране этот метод не используется (Этот метод применителен для истребителей сосровождения сверхдальных стратегических бомбардировшиков. Имеющиеся на воружений в ВС РК истребители и перехватчики способны перекрыть расстояние в пределах воздушного пространства РК, а наступательных кампаний мы пока не планируем).

Дальность полета напрямую зависит от вместимости топливных баков. В связи с этим различают три различных вида дальности.

.Теоретическая дальность

.Практическая дальность

.Тактическая дальность

Теоретическая дальность - расстояние пролетаемое самолетом с полной заправкой до полного опустошения всех топливных баков.

Практическая дальность - расстояние пролетаемое самолетом с полной заправкой, до остатка баках 7-9% топлива от начального количества.

Тактическая дальность - дальность полета с учетом времени и расхода топлива на выполнения полетного задания. В основном применительна к военной авиаций, авиаций МЧС и АХР (сель. хоз. авиация).

Подкачивающие насосы предназначены для перекачки топлива под давлением к двигателям через трубопроводы. Некоторые легкомоторные самолеты не имеют таких насосов. У таких самолетов топливо в двигатели поступает самотеком. Баки таких самолетов, обычно, расположены выше уровня двигателей (как у мотоциклов). Перекачивающие насосы предназначены для перекачки топлива из одного бака в другой. Большинство самолетов имеют расходный бак. Топливо из остальных баков поступает в расходный бак, а от туда к двигателям. Перекачивающие насосы доставляют топливо в расходный бак из других баков, расположенных в ОЧК (отъемные части крыла). Во время перекачки важно следить за балансом количества топлива в баках. На некоторых самолетах это происходит автоматический.

Существует три основных вида насосов:

.Плунженые

.Центробежные

.Шестеренчатые

В топливной системе самолетов используются центробежные и шестеренчетые насосы. Плунжерные насосы не используются в силу неравномерности расхода жидкости. Чаше всего используется центробежный насос. Так как в отличий от шестеренчатого насоса, центробежные насосы обладают большим расходом жидкости.

Топливные насосы питаются напряжением переменного или постоянного тока. Обычно на самолетах параллельно используются оба вида. Для повышения надежности. Что бы в случае отказа системы постоянного или переменного тока не потерять полностью систему подачи топлива в двигатели (Во многих случаях топливо будет подаваться в двигатели и без подкачки самотеком, но м меньшем количестве. Это негативно отразится на мощности двигателя, и в следствий на тяге и на всех энергетических системах ВС). Вероятность того, что обе системы откажут одновременно, очень мала (схемная надежность).

Трубопроводы предназначены для доставки топлива к двигателям. Топливные фильтры предназначены для очистки топлива от механических примесей. Фильтры бывают тонкой и грубой очистки.

Обратные клапаны или блок обратных клапанов служат для того, что бы предотвратить (исключить) перетекание топлива в обратную сторону в случае отказа насоса или потери производительности и (или) мощности.

Краны могут перекрывать канал течения топлива при необходимости. Большинство самолетов имеют пожарные перекрывные краны. Эти краны в случае возникновения пожара на двигателе способны перекрыть доступ топлива в данный двигатель.

При изменений температуры топливо может расширяться или сжиматься. Во время расширения в трубопроводах создается избыточное давление, опасное для труб и отдельных агрегатов. Что бы избежать этого некоторые самолеты снабжены температурно-разгрузочным краном (клапаном). Этот кран сливает излишнее топливо обратно в бак. То есть работает как предохранительный клапан (клапан перепуска).

Очень важной является система дренажа и наддува. Через систему дренажа полость бака сообщается с атмосферой. Это нужно для того что бы во время заправки снизу не «разорвать» бак. Без системы дренажа заправка самолета топливом крайне затруднительна. При повышений давления выше нормы клапан перепуска на дренажном бачке открывается и сбрасывается избыточное давление.

Наддув наоборот, нагнетает давление в баки. Проблема в том что по мере выработки топлива в баках может образоваться пустота, что приведет к снижению давления у поверхности топлива в баках. Поддерживать давление, напрямую сообщаясь с атмосферой невозможно. Так как на большой высоте давление значительно мало. А снижение давления у поверхности может привести к кавитаций (появление и схлопывание пузырьков жидкости). Это приводит к снижению эффективности насосов и появлению опасных вибраций и гидроударов в трубопроводах. Что бы избежать этого, необходимо поддерживать повышенное давление в топливных баках. Система наддува может это обеспечить. Во многих самолетах система наддува и дренажа «пользуются» одни бачком. На бачке находятся и клапан перепуска системы дренажа и клапан впуска системы наддува. Наддув осуществляется воздухом высокого давления (Обычно из последней ступени компрессора, предварительно охлажденный, возможны и другие варианты). Некоторые самолеты могут не иметь систему наддува топливных баков. Но такие самолеты, обычно, маловысотные.

Некоторые самолеты снабжены системой слива топлива. Данная система предназначена для сброса некоторого количества топлива во премя полета. Это требуется в тех случаях, когда самолет вынужден совершит посадку через некоторое время после взлета. Но если от момена взлета не прошло много времени то в баках находится большое количество топлива. И шасси самолета можетны выдержать во время посадки слишком большой вес самолета, даже если шасси выдаржит, есть возможность образования остаточной деформаций. Поэтому в таких случаях в полете сливается некоторое количество топлива. Если самолет не имеет данную систему, то экипажу приходится кружа над аэродромом, выработаь (сжечь) необходимое количество топлива. Но в некоторых случаях может потребоваться срочно произвести вынужденную посадку, поэтому данная система является очень нужной в плане безопасности полета.

Система заправки топливом обеспечивает заправку топливом и равномерного распределения топлива по бакам. Обычно рядом с заправочной горловиной находится щиток (пульт) управления заправкой самолета топливом. Во время заправки самолета важно следить за уронем топлива в каждом баке. Есть множество способов определения количества топлива в баках. Но самым простым на мой взгляд, является мерная магнитная линейка. Мерная магнитная линейка представляет собой герметичную трубку внутри бака, в которм находится линейка с обозначенными на ней шкалами (градулировкой) уровня топлива. Нижнии конец линейки во время заправки выступает с нижней части бака наружу. И по длине пыступабщей части определяется уровень топлива в баках. Если баки наполнены топливом, то линейка полностю исчезает в баке. В верхней части линейки распологается сердечник (обычно из железа). Снаружи трубки расположен попловок, к которому закреплен постоянный магнит. При изменений уровня топлива, попловок перемещается вертикально вдоль трубки, а вместе с ним и магнит. А сердечник в верхней части линейки следует за магнитом. Таким образом линейка связана с поплавком, при этом герметичность бака остается ненарушенной.

Один из вариеатов такой мерной магнитной линейки показан на рисунке.

Винт; 2 - защёлка; 3 - линейка; 5 - фланец; 6 - кронштейн; 7-уплотнительное кольцо; 8 - фторопластовое кольцо; 9 - поплавок; 10 - корпус; 11 - магнит; 12 - чашка; 13 - пружина

При отказе системы централизованной заправки топливом, неоторые самолеты снабжены горловинами в верхнихчастях баков. И с этих горловин каждый бак заправляется по одтлеьности.

Одной из разновидностей систем заправки является, система заправки в полете. Но эта система характерна только для самолетов военной авиаций. И только для истребителей соправождения. Появление таких истем обусловлено историческим случаем того что две сверхдержавы второй половины XX века были расположены друг от друга на значительном расстояний и люто ненавидели друг друга. Ясно что бомбардировщики не долетят до цели без истребительного сопровождения (это стало известно еще во время первой мировой войны). Но проблема в том что истребители не имеют большого запаса хода в силу ограниченности вместимости топливных баков и прожорливости двигателей. Поэтому было решено производить дозаправку в полете.

Особенно в этом направлений продвинулись советские инженеры. Так как в отличий от сил НАТО, советская военная авиация того времени остро нуждалась в увеличений дальности полета самолетов. Это тоже сложилось исторически (Силы НАТО в этом не нуждались так остро, так как в те времена СССР был окружен со всех сторон базами сил НАТО. И бомбардировщики и истребители враждебных стран вылетев из этих баз, могли долететь, почти до любой точки СССР. Самолеты советской стратегической авиаций могли поразить эти базы и некоторые цели в Европе, но до США было очень и очень далеко). Но данный способ заправки самолета топливом является очень сложной операцией, и требует от пилота максимальной концентраций внимания, высоких профессиональных навыков и отлично слаженной работы экипажей и заправщика танкера и заправляемого самолета.

Важно отметить, что масса топлива на самолете составляет значительную долю взлетной массы самолета. Поэтому во время полета по мере выработки топлива изменяется масса и центровка самолета. Обычно топливные баки расположены в районе центроплана, что бы, не нарушать центровку самолета в полете. И это влияние мало, но все же сказывается на центровку. В топливных системах самолетов нет прибора, регистрирующего изменения центровки самолета по мере выработки топлива. И экипажу приходится во время полета производить расчеты в уме, отвлекаясь от других важных дел. Поэтому считаю необходимым разработать такой прибор, или предложит его варианты в виде принципиальных схем.

1. Военно-транспортный самолет Ил-76

К разработке турбореактивного самолета Ил-76 коллектив ОКБ приступил в соответствии с приказом Министра авиационной промышленности СССР от 28 июня 1466 г. Приказом предписывалось провести исследовательские работы по определению возможности создании среднего военно - транспортного самолета с четырьмя турбовентиляторными двигателями, «предназначенного для выполнения задач, возлагаемых на военно-транспортную авиацию центрального подчинения и на фронтовую ВТА по посадочному и парашютному десантированию войск, боевой техники и военных грузов».

По результатам проведенной совместно с ЦАГИ проектно-исследователь - ской проработки было разработано техническое предложение по созданию военно-транспортного самолета с турбовентиляторными двигателями Д-30КП конструкции ОКБ П.А. Соловьева. Техническое предложение Генеральный конструктор С.В. Илыошин утвердил 25 февраля 1967 г. 27 ноября 1967 г. Совет Министров СССР принял Постановление о создании военно-транспортного самолета Ил-76. Выполняя это Постановление, коллектив ОКБ приступил к разработке конструкторской документации на самолет. Все работы по созданию самолета проходили под руководством заместителя Генерального конструктора Г.В. Новожилова (28 июля 1970 года его назначили Генеральным конструктором опытного конструкторского бюро московского машиностроительного завода «Стрела» - в настоящее время Авиационный комплекс им. С.В. Ильюшина). Работы по созданию эскизного проекта и подготовке к Макетной комиссии велись под руководством Д.В. Лещине - ра.

Работа Макетной комиссии по рассмотрению разработанных материалов и макета самолета, построенного в натуральную величину, проходила в ОКБ с 12 по 31 мая 1969 г. Макетную комиссию возглавлял командующий военно-транспортной авиацией генерал - лейтенант Г.Н. Пакилев. Одним из разделов работы комиссии было проведение натурных примерок размещения в самолете военной техники, предназначенной для транспортировки на этом самолете. Этот раздел работы Макетной комиссии со стороны ОКБ возглавил Заместитель Главного конструктора Р.П. Панковский. С 1976 г. - Главный конструктор по самолету Ил-76 и его модификациям. Пол макета был построен силовым, с силовой рампой, что позволило полностью провести загрузку, швартовку и разгрузку самоходной и несамоходной техники в макет самолета. Кроме того, были проведены примерки размещения личного состава войск в вариантах посадочного и парашютного десантирования.

Две недели, практически круглосуточно, шла напряженная работа Макетной комиссии. Результаты ее работы позволили более глубоко и тщательно вести работы по выпуску конструкторской документации на самолет. 20 ноября 1969 года Акт работы Макетной комиссии был утвержден Главнокомандующим ВВС П.С. Кутаховым.

Первый опытный Ил-76

Первый опытный Ил-76 в полете

Проектирование транспортного самолета с предъявляемыми к нему разнообразными требованиями, диктуемыми универсальностью применения самолета, является технически трудной задачей. Для самолета Ил-76 эта задача еще более усложнялась требованиями по обеспечению эксплуатации самолета на грунтовых аэродромах ограниченных размеров и получения в этих условиях сравнительно коротких для такого класса самолетов длин разбега и пробега. Поэтому необходимо было изыскивать новые технические решения и проводить дополнительные исследования. В частности потребовалось создать специальное многоколесное шасси повышенной проходимости.

Сравнительно короткий разбег и пробега обеспечивались следующими конструктивными решениями:

аэродинамической компоновкой крыла умеренной стреловидности с высокоэффективной механизацией:

повышенной тяговооруженностью за счет установки на самолет четырех двигателей с взлетной тягой по 11 760 даН (12 ООО кге), снабженных реверсивными устройствами тяги для торможения самолета при пробеге;

высокоэффективной тормозной системой колес основных опор самолета.

Эти особенности выгодно отличают самолет Ил-76 от существующих транспортных самолетов как в СССР, так и за рубежом. Кроме того, при разработке самолета большое внимание было уделено обеспечению безопасности полета, надежности и автономности эксплуатации. В процессе создания самолета на его конструкцию и системы было получено более двухсот авторских свидетельств на изобретения и более тридцати иностранных патентов.

Постройка первого опытного самолета проводилась в Москве на опытном производстве предприятия с участием многих предприятий страны, которые поставляли материалы, необходимые для постройки самолета, агрегаты и системы. Возглавляли постройку самолета директор предприятия Д.Е. Коф - ман и главный инженер В.А. Юдин.

Постройка первого опытного самолета была завершена в начале 1971 года. Самолет выкатили на Центральный аэродром города Москвы. Как известно, знаменитая Ходынка расположена всего в шести километрах от Кремля, но первый полет предстояло выполнить именно отсюда. Аэродромные отработки самолета проводили коллективы цеха общей сборки под руководством В.М. Орлова, лабораторно-стендового комплекса под руководством В.П. Боброва и бригады самолета под руководством старшего наземного механика В.В. Лебедева. Общее руководство работами по подготовке к первому вылету самолета было возложено на ведущего инженера по летным испытаниям самолета М.М. Киселева. 25 марта 1971 года экипаж во главе с Заслуженным летчиком-испытателем Э.И. Кузнецовым выполнил перный полет на первом опытном самолете Ил-76, совершив посадку на аэродроме Раменское.

Сразу же после перелета самолета на летную базу предприятия начался заводской этап летных испытаний по разделу определения летно-техничес - ких и взлетно-посадочных характеристик самолета.

В мае того же года самолет был продемонстрирован руководителям страны, на подмосковном аэродроме Внуково, а затем впервые был представлен на XXIX международном авиационно-космическом салоне в Париже.

Практически через два года с того же Центрального аэродрома был поднят второй опытный самолет Ил-76. Первый полет на этом самолете выполнил экипаж во главе с летчиком-испытателем Г.Н. Волоховмм. Ведущим инженером по летным испытаниям был П.М. Фомин, а затем В.В. Смирнов. Самолет приступил к летным испытаниям систем самолета, а также пило - тажно-навигационного прицельного комплекса.

мая 1973 года совершил первый полет первый серийный самолет, он же стал третьим опытным самолетом, который с аэродрома ташкентского авиационного завода поднял экипаж лет - чика-испытателя A.M. Тюрюмина. Этот самолет приступил к летным испытаниям по разделу боевого применения (отработка вопросов посадочного и парашютного десантирования личного состава, грузов и техники). Ведущим летчиком-испытателем этого раздела испытаний самолета Ил-76 был Александр Михайлович Тюрюмин. В августе 1974 года он был удостоен звания «Заслуженный летчик-испытатель СССР», а в марте 1976 года Указом Президиума Верховного Совета СССР «за испытания и освоение новой авиационной техники и проявленные при этом мужество и героизм» ему было присвоено звание Героя Советского Союза. Штурманам В.А. Щеткину, С.В. Терскому и В.Н. Яшину, которые работали с ним в одном экипаже при выполнении программ по десантированию. были также присвоены высокие звания «Заслуженный штурман-испытатель СССР».

Бригаду испытателей возглавил ведущий инженер по летным испытаниям В.С. Кругляков, который впоследствии возглавлял летные испытания таких самолетов, как первый широкофюзеляжный пассажирский самолет Ил-86, штурмовик Ил-102. пассажирские самолёты Ил-96-300 и Ил-96МО. Ведущими инженерами по испытаниям десантно-транспортного и санитарного оборудования самолета Ил-76 были А.Д. Егутко и Н.Д. Таликов.

В ноябре 1973 года выполнил первый полет второй серийный (четвертый опытный) самолет. Этот самолет поднял в воздух экипаж летчика-испытателя С.Г. Близнюка. Испытания проводила бригада под руководством ведущего инженера Г.Д. Дыбунова, а затем П.М. Фомина. На этом самолете отрабатывалось его вооружение. 15 декабря 1974 года завершились Государственные испытания военно-транспортного самолета Ил-76. Этот этап испытаний проводили испытательные бригады Государственного Краснознаменного научно-исследовательского института имени В.П. Чкалова. Всего на четырех опытных самолетах выполнено 964 полета с налетом 1676 часов.

Первые самолеты Ил-76 начали поступать в 339 военно-транспортный ордена Суворова III степени авиационный полк, который базировался в белорусском городе Витебске. Это был именно тот полк, на базе которого проходил испытания по боевому применению первый серийный самолет Ил-76. Командиром полка в это время был полковник А.Е. Черниченко, который вместе с командиром гвардейской Смоленской орденов Суворова и Кутузова дивизии ВТА В.А. Грачевым, оказывал огромную помощь в проведении летных испытаний самолета Ил-76.

Если говорить о помощи, которую оказывали ВДВ в проведении испытаний, то ее переоценить невозможно. Огромную помощь оказывали лично командующий военно-транспортной авиацией генерал-полковник Г.Н. Пакилев и командующие воздушно-десантными войсками генерал армии В.Ф. Маргелов и его приемник генерал армии Д.С. Сухоруков. Видя эту помощь, их подчиненные также оказывали всестороннюю помощь и поддержку.

Ил-76М/ МД - основа ВТА и крылья ВДВ

Десантирование БМД-1 из Ил-76М

21 апреля 1076 года вышло Постановление Правительства СССР о принятии на вооружение военно-транспор - тной авиации военно-транспортного самолета Ил-76 с четырьмя турбовентиляторными двигателями Д-30КП.

Первые модификации самолета Ил - 76 имели взлетную массу 170 т, грузоподъемность 28 т и дальность полета с максимальной нагрузкой 4 200 км. В ходе модернизации взлетная масса возросла до 190 т, грузоподъемность до 43 т, а дальность с этой нагрузкой достигла 4 000 км.

В грузовой кабине могут разместиться 145 или 225 (модификации - М, - МД в двухпалубном варианте) солдат или 126 десантников (в первоначальном варианте их было 115). В грузовой кабине могут разместиться три боевые машины десанта БМД-1, которые могут быть перевезены в варианте посадочного десантирования, так и в варианте парашютного десантирования в платформенном или бесплатформенном виде. Самолет может десантировать четыре груза массой по 10 т или два моногруза массой по 21 т.

Наряду с основными летно-техническими характеристиками новой авиационной техники существенно возросли качество и возможности радиосвязного. навигационного, пилотажного, десантно-транспортного оборудования и вооружения самолета. ПНПК-76 позволил осуществить автоматический полет по маршруту, выход в точку десантирования. прицеливание, десантирование и заход на посадку в автоматическом или деректорном режиме. Оборудование самолета позволило полностью автоматизировать полет в боевых порядках.

2. Особенности компоновки самолета

Военно-транспортный самолет Ил - 76, созданный в основном на базе проверенных в эксплуатации достижений отечественной и зарубежной авиационной техники, обладает многими необычными чертами, которые потребовали при его проектировании решения ряда проблем. Большой интерес в этом отношении представляют: компоновка хвостовой части фюзеляжа, высокоэффективная механизация крыла, специальное многоколесное шасси, топливная система, система управления самолетом. А также комплекс бортового транспортного оборудования.

При проектировании самолета ИЛ - 76 одной из сложных проблем было определение оптимальных размеров фюзеляжа. его конфигурации, а также расположения и размеров грузового люка, которые с наибольшей эффективностью отвечали бы условиям эксплуатации самолета.

Выбор размеров грузовой кабины транспортного самолета представляет собой сложную задачу из-за большого разнообразия перевозимых грузов и техники. Для перевозки на самолете Ил-76 крупногабаритных грузов и техники. вписывающихся в стандартный железнодорожный габарит 02-Т, обеспечения проходов достаточной ширины вдоль бортов для выполнения швартовки грузов и техники, поперечное сечение грузовой кабины было выбрано шириной 3,45 м и высотой 3,4 м со срезанными верхними углами, а поперечное сечение фюзеляжа круглое диаметром 4,8 м.

Длина грузовой кабины 20 м (без учета рампы) была определена из условия размещения в ней шести стандартных авиационных контейнеров 2,44x2.44x2,91 м (или трех контейнеров 2,44х 2,44x6,06 м) и различных типов техники с учетом установки в передней части грузовой кабины двух загрузочных лебедок, рабочего места бортового техника по авиадесантному оборудованию и наличия поперечного прохода достаточной ширины.

Общая длина грузовой кабины с наклонной грузовой рампой, служащей одновременно трапом для въезда техники, составляет 24.5 м. Пространство под полом грузовой кабины используется под вспомогательные грузовые отсеки для размещения различного снаряжения.

Проектирование хвостовой части фюзеляжа с большим грузовым наклонным люком стало одной из основных проблем при разработке самолета. Создание заднего наклонного грузового люка, обеспечивающего возможность сброса тяжелых крупногабаритных грузов на платформах методом парашютного срыва, потребовало обеспечить высоту грузового люка в свету (по полету). близкую к высоте грузовой кабины.

В результате анализа компоновок фюзеляжей различных военно-транспортных самолетов для Ил-76 была выбрана такая конфигурация хвостовой части фюзеляжа, которая обеспечивала свободную и быструю загрузку самолета со стороны хвоста, а также свободный выход грузов при их парашютном десантировании.

Проведенные в ЦАГИ исследования по сбросу с помощью парашютов высокогабаритных грузов на платформах показали возможность уменьшения высоты проема грузового люка в зоне концов створок с 3.4 до 3.0 м. благодаря чему была увеличена строительная высота силовых элементов хвостовой части фюзеляжа, на которых крепится киль.

Для обеспечения необходимой прочности хвостовой части фюзеляжа пришлось сделать специальную жесткость (верхний замкнутый контур), опирающуюся на боковые бимсы - усиленные продольные элементы коробчатого сечения, ограничивающие вырез люка в хвостовой части фюзеляжа.

Грузовой люк закрывается рампой и тремя створками: средней, открывающейся вверх и двумя боковыми лепесткового типа, открывающимися наружу. Благодаря разделению створок гру - золюка на небольшие по ширине (среднюю и две боковые), при открытии в полете боковые створки не оказывают заметного влияния на внешнюю аэродинамику фюзеляжа. Кроме того, обеспечивается перемещение задней пары электротельферов за порог рампы. Грузовая рампа является одной из створок грузового люка и служит для его закрытия, для заезда в грузовую кабину техники (при опущенном до земли положении рампы), а также сброса грузов в полете при горизонтальном ее положении.

Грузовая кабина заканчивается вертикальной гермостворкой у конца рампы, что позволило облегчить герметизацию большого грузового люка. Гер - мостворка в открытом положении занимает горизонтальное положение, освобождая проход для грузов.

Конфигурация носовой части фюзеляжа определилась необходимостью размещения в ней нижней (обзорной) антенны и обеспечения штурману хорошего обзора вниз. Кабина экипажа была разделена на верхнюю, в которой размещаются два пилота, бортинженер и бортрадист, и нижнюю, в которой размещается штурман с комплексом пилотажно-навигационного оборудования. Позади кабины пилотов находится технический отсек с оборудованием, дополнительным откидным сиденьем бортоператора по десантно-транспор - тному оборудованию и местами хтя отдыха экипажа.

Кабина экипажа и грузовая кабина самолета Ил-76 герметизированы, имеют наддув до перепада 0.049 МПа (0,05 кгс/см). Благодаря этому до высоты полета 6 700 м в кабинах поддерживается нормальное атмосферное давление. а на высоте I I 000 м давление в кабинах соответствует высоте полета 2 400 м.

Конструктивно фюзеляж самолета представляет собой цельнометаллический полумонокок с усиленным продольным и поперечным набором по границам больших вырезов и в местах крепления к фюзеляжу других агрегатов. По бортам фюзеляжа расположены обтекатели. в которые убираются основные опоры самолета.

На самолете Ил-76 применены четыре основные опоры, колеса которых размером I 300x480 мм оборудованы высокоэффективными тормозами большой энергоемкости и расположены по четыре на общей оси каждой опоры. Такое расположение колес позволило значительно улучшить проходимость самолета по грунту. Уборка основных опор с разворотом колес вокруг стойки на 90» выполняется под пол грузовой кабины в обтекатели специальной формы со створками, открывающимися только в момент при их выпуске или уборке шасси. Это исключает попадание в отсеки воды, снега и грязи при движении самолета по аэродрому, что особенно важно при эксплуатации самолета на грунтовом аэродроме. Минимальные размеры обтекателей шасси и их расположение позволили исключить возникновение вредной интерференции воздушного потока от обтекателей.

На передней опоре установлены четыре колеса размером 1x100x300 мм.

Колеса передней опоры могут поворачиваться на угол 50» для обеспечения разворота самолета на полосе шириной 40 м.

Специальное многоколесное шасси позволяет самолету Ил-76 использовать значительно большее число грунтовых аэродромов, чем самолету Ан-12.

Установка на Ил-76 четырех двигателей Д-ЗОКП обеспечивает самолету высокую тяговооруженность. Двигатели снабжены устройствами реверсирования тяги створчатого (ковшового) типа, что дает возможность использовать тягу двигателей в качестве дополнительного средства торможения самолета при пробеге.

Расположение двигателей на пилонах под крылом позволило унифицировать силовую установку самолета ИЛ - 76 и сделать двигатели с гондолами взаимозаменяемыми.

Топливная система самолета Ил-76 отличается высокой надежностью работы. простотой в эксплуатации и обеспечивает бесперебойное питание двигателей топливом на всех возможных режимах полета. Топливо размещается в кессонных баках крыла, разбитых по числу двигателей на четыре группы. В каждой группе баков имеется расходный отсек, из которого топливо подается к двигателю.

Работа топливной системы, в том числе управление насосами перекачки топлива в расходные отсеки, осуществляется автоматически, без дополнительных переключений баков в процессе выработки топлива.

Одной из основных особенностей системы управления самолетом Ил-76 является возможность перехода с бустерного управления на ручное, что потребовало при проектировании решения сложных технических задач для самолета таких больших размеров, обладающего к тому же достаточно высокой скоростью полета. Такое решение позволило иметь минимальное резервирование бустерного управления, что обеспечило управление самолетом при посадке в случае отказа всех двигателей и. таким образом, значительно повысило безопасность полета. Другой особенностью системы управления является применение автономных рулевых машин, объединяющихся в одном агрегате бустер и гидравлическую насосную станцию (с баком и электроприводом), что дало возможность повысить надежность системы управления (благодаря отказу от широкоразветвленной централизованной гидросистемы хтя питания бустеров), а также значительно упростить обслуживание и ремонтоспособность системы в аэродромных условиях.

Механические проводки системы управления (кроме руля направления) дублированы и выполнены в виде жестких тяг. проложенных по обоим бортам фюзеляжа с обеспечением их разъединения в случае заклинивания одной из них.

. Транспортный самолет Ил-76ТД

Во второй половине 1960-х годов в начался интенсивный рост грузовых воздушных перевозок. В те годы значительное количество грузов перевозили на пассажирских самолетах за счет их догрузки, а крупногабаритные грузы и технику перевозили на транспортных самолетах Ан - 12 или на самолетах Ан-22, которые находились на вооружении ВТА.

Необходимость доставки грузов воздушным транспортом, особенно в отдаленные и бездорожные районы Сибири. Крайнего Севера и Дальнего Востока, а также потребность в быстром повышении эффективности парка транспортных самолетов МГА определили целесообразность создания в нашей стране нового транспортного самолета или использования создаваемого в те годы самолета Ил-76 в интересах МГА.

В соответствии с распоряжением Министра авиационной промышленности СССР от 6 марта 1970 года коллектив ОКБ приступил к созданию гражданской модификации самолета Ил-76.

В мае 1973 года была проведена Макетная комиссия МГА по рассмотрению материалов по самолету, предназначенного для эксплуатации в МГА. Возглавлял эту комиссию заместитель министра гражданской авиации Аксенов.

В мае 1975 года первый серийный самолет прошел пробную эксплуатацию в тюменском регионе, перевозя различные грузы из Тюмени в Сургут, Надым и Нижневартовск. Командиром экипажа был А.М. Тюрюмин, ведущим инженером по летным испытаниям В.В. Шкитнн. В ходе этой пробной эксплуатации были впервые проведены воздушные перевозки грузов в контейнерах. с использованием легкосъемного напольного оборудования самолета, что позволило применить новые технологии в авиационных перевозках.

В декабре 1975 - феврале 1976 года в этом регионе с более, сложной программой работал первый опытный самолет, который также перевозил различные грузы в города Западной Сибири. Было перевезено более 1 700 г. Грузов, включая различную инженерную и строительную технику, автомобили. автобусы типа «Икарус». Командиром экипажа в этой экспедиции был Заслуженный летчик- испытател ь СССР Герой Советского Союза Э.И. Кузнецов, ведущий инженер - И.Б. Воробьев.

В декабре 1976 года в Тюменское управление гражданской авиации поступили два серийных самолета Ил-76. Это были практически такие же самолеты Ил-76, которые поставлялись ВТА, но без вооружения.

География полетов самолетов Ил - 76Т связана с освоением районов Крайнего Севера, Западной и Восточной Сибири, Дальнего Востока. Самолет надежно работает на грунтовых и заснеженных аэродромах в сложных погодных условиях. Весной 1978 г. самолеты Ил-76Т вышли на международные трассы и сегодня они летают во всех регионах мира, в любых климатических условиях.

Большую и нужную работу выполняют самолеты Ил-76ТД, которые эксплуатируются в Министерстве по чрезвычайным ситуациям.

«Появлении в гражданской авиации такого большегрузного универсального транспортного самолета было вполне закономерным, удовлетворяющим требованиям по решению стоящих перед отраслью задач. И в то же время поражали воображение его комфортность для экипажа, автономность, возможность взятия на борт практически всевозможной загрузки (даже «с земли»), возможность использования для взлета и посадок грунтовых и заснеженных аэродромов относительно ограниченных размеров, с простейшими средствами УВД и минимумом аэродромного оборудовании». (Из выступления бывшего командира отряда самолетов Ил-76 Центрального управления международных воздушных сообщений гражданской авиации Г.П. Александрова на летно-технической конференции, посвященной 20-летию летной эксплуатации самолетов Ил-76 в гражданской авиации).

4. Модифицированный военно-транспортный самолет Ил-76МФ

Практически одновременно с принятием самолета Ил-76 на вооружение. 13 января 1976 года Министерство авиационной промышленности СССР дало указание провести проработку вопроса создания самолета Ил-76МФ. имеющего более лучшие характеристики по транспортной производительности. Тогда для такого самолета еще не имелось подходящего двигателя, поэтому работы по созданию данной модификации самолета Ил-76 были приостановлены.

В 1980-х г. необходимый двигатель был создан, его устанавливали на самолеты Ил-96-300 и Ту-204. Изменилось и экономическое положение в нашей стране. Учитывая ограниченные финансовые возможности страны и необходимость сохранения потенциала ВТА. Авиационным комплексом имени С.В. Ильюшина по Техническому заданию ВВС создан самолет Ил-76МФ. который является модификацией основного самолета ВТА - Ил-76МД.

Основные отличия самолета Ил - 76МФ от Ил-76МД:

грузовая кабина удлинена на 6,6 м;

двигатели Д-30КП заменены на двигатели ПС-90А-76;

пилотажно-навигационный прицельный комплекс ПНПК K-II-76 заменен на ПНПК K-III-76;

самолет переведен на эксплуатацию по техническому состоянию без капитального ремонта.

Первый серийный самолет Ил-76МФ построен Ташкентским авиационным производственным объединением имени В.П. Чкалова в кооперации с российскими авиационными предприятиями (- 90% комплектующих и материалов). Самолет выполнил свой первый полет 1 августа 1995 года. Командиром экипажа был А.Н. Кнышов.

По своим транспортным возможностям самолет Ил-76МФ на 40% превосходит самолет Ил-76МД, увеличен объем грузовой кабины с 326 м2 до 400 мг. в грузовой кабине установлена новая система напольной механизации, обеспечивающая перемещение и крепление международных авиационных поддонов и контейнеров с грузами. Все эти изменения позволили:

увеличить боевую нагрузку с 50 т до 60 т;

обеспечить возможность длинномерных грузов (до 31 м);

увеличить дальность полета на 20%:

снизить удельный расход топлива на 15%;

выполнить требования ИКАО по уровню шума на местности и эмиссии (выбросам вредных примесей при сгорании топлива);

снизить уровень прямых эксплуатационных расходов.

Одним из решающих факторов создания модифицированного самолета Ил-76МФ для ВТА. а не создания нового военно-транспортного самолета, является факт сохранения всей инфраструктуры военно-транспортной авиации, так как самолет Ил-76 является основным самолетом ВТА.

К настоящему времени проведен заводской этап летно-конструкторских испытаний самолета по определению летно-технических и взлетно-посадочных характеристик самолета, причем эта программа проводилась при участии инженерного и летного составов 929-го ГЛИЦ МО (так сегодня называется ГК НИИ ВВС). Выполнено 459 полетов с налетом 1 428 ч. То есть выполнен большой объем испытаний, но вопрос начала Государственных испытаний все время задерживается и в основном по вопросам политики - параллельно идут работы по созданию среднего военно-трансиортного самолета Ан-70. Естественно, две большие программы Министерство обороны РФ финансировать не может…

Впрочем, в середине марта этого года вопрос сдвинулся с места. В Ташкент, где сейчас находится самолет Ил - 76МФ. направлена комплексная бригада ВВС РФ и АК им. С.В. Ильюшина с задачей выполнить небольшой объем испытаний самолета с тем, чтобы по результатам проведенных с 1995 года работ принять решение о возможности начала серийного производства самолета Ил-76МФ.

5. Транспортный самолет Ил-76ТФ

Одновременно с созданием модифицированного военно-транспортного самолета Ил-76МФ ОКБ приступило к созданию еще одной модификации самолета - транспортный самолет Ил - 76ТФ. Этот самолет отличается от своего военного аналога тем, что с него, как в свое время при создании самолетов И-76Т из Ил-76М и Ил-76ТД из Ил - 76МД, снято все вооружение и специальное оборудование. За счет снижения массы оборудования увеличена дальность полета самолета Ил-76ТФ и снижены прямые эксплуатационные расходы.

. Транспортный самолет Ил-76ТФ-100

В ОКБ прорабатывался вопрос создания самолета Ил-76ТФ с французскими двигателями CFM-56-5C4. В основном характеристики самолета получились такие же, как и у самолета Ил - 76ТФ. Самолет создавался в качестве подстраховочного варианта на случай отсутствия в достаточном количестве двигателей ПС-90А-76. Кроме того, таким образом могли быть решены вопросы предполагаемых экспортных поставок самолетов.

. Транспортный самолет Ил-76МД(ТД) - 90

С целью обеспечения соответствия самолета Ил-76МД(ТД) нормам ИКАО по уровню шума на местности и нормам по эмиссии двигателей в ОКБ проведены работы но установке на самолеты двигателей ПС-90А. Самолеты в этом случае будут полностью соответствовать этим нормам и смогут без ограничений летать на любых маршрутах, совершать посадки и взлеты на любых зарубежных аэродромах, где с апреля 2002 г. неукоснительно соблюдаются жесткие ограничения.

Получилось так. что двигатели ПС - 90А в первую очередь будут установлены на нескольких самолетах Ил - 76МД, принадлежащих ВВС нашей страны и которые обеспечивают перелеты Президента РФ в зарубежные страны.

В течение нескольких лет продолжаются переговоры с авиакомпаниями, которые имеют в своем составе самолеты Ил-7бТД, о необходимости проведения работ но замене двигателей Д-30КП на двигатели ПС-90А. По нашему мнению, прежде всего авиакомпании должны были первыми откликнуться на эту проблему и найти источник финансирования доработок самолетов. Причем сегодня вся документация на проведение этих доработок выпущена (за счет АК им. С.В. Ильюшина), внедрена в производство и прошла всестороннюю оценку, включая летную, на самолете Ид-76МФ. То есть авиакомпании ничем не рискуют, а вкладывая свои средства, получают самолет, полностью отвечающий международным нормам. При этом летно-технические характеристики изменяются незначительно. даже в лучшую сторону. Но авиакомпании предпочитают другое решение - добивать самолеты по ресурсу (доставшиеся им практически бесплатно в результате раздела бывшего «Аэрофлота» и раздела самолетов, оставшихся в бывших союзных республиках СССР), не вкладывая в их модернизацию ни копейки. Но придет незаметно и 2006 г., когда будут введены еще более жесткие ограничения. Что эти авиакомпании будут делать тогда?

Сегодня первые два самолета Ил-76 МД, принадлежащие ВВС, находятся на воронежском авиационном заводе и на них проводятся работы по ремото - ризации - замене двигателей. Тем самым вскоре ВВС получит самолеты, отвечающие современным нормам.

Вместе с тем. на этих самолетах будет установлено и новое иилотажно - навигационное оборудование, которое также устанавливается в соответствии с требованиями ИКАО.

Опытное конструкторское бюро готовится и к работам по глубокой модернизации пилотажно-навигационного оборудования. И через некоторое время в кабине экипажа будут установлены шесть многофункциональных жидкокристалических экранных индикаторов, на экранах которых будет полностью отображаться вся пилотажно-навигационная информация, а также будет отображаться вся информация о работе систем самолета. Для этот придется заменить некоторые системы и оборудование.

8. Влияние расхода топлива на центровку самолета

Центр тяжести находится в некой плоскости. Растояние от этой плоскости до опор a и b, как показано на рисунке.

Ясно что сумма растояний от плоскости, в которной находнися точка приложения массовых сил (центр тяжести), до опор равно базе шасси (растояние от передней опоры до задней(основной)).

А вес самолета - есть сумма сил тяжести на весах.

Так как самолет прилогает к поверхности земли силы F2 и F1, то земля действует на самолет такими же силами в точках А и С. Ну а вес самолета приложен в точке В. Для определения растояний a и b необходимо составить уравнение моментов относительно точки В.

Таким образом получаем систему из двух уравнений:

Это системное уравнение можемрешить тремя различными способами:)выражаем через а

Вторую часть системы оставляем без изменнений

во вторую часть уравнения

Уравнение с одним неизвестным решить не трудно

После определения значения «а», значение «b» находится простым путем.

Второй способ более прост и объяснения не требует.

)

Метод Крамера

На основе системы уравнений стройм матрицу. И вычисляем определитель. Так как матрица квадратная, с этим проблем нет.

Итак центр массы самолета найден. Но проблема в том что в полете асса самолета изменяется по мере выработки топлива. Для снижения влияния выработки топлива центровке самолета, принято топливные баки распологать вблизи центра масс самолета, то есть в районе центроплана. Но отъемные части крыла, в которых находятся топливные кессон баки, расположены не на одной поперечной оси с центропланом. К тому же самолет Ил-76 имеет топливный бак и на хвосте, который значительно удален от центроплана. Этот топливный бак небольшей вместимости но в силу того что плечо велико, он можеть создать значительный момент, нарушая центровку самолета. Поэтому центровка самолета на момент посадки (самый ответственный и опасный момент всего полета) может значительно отличаться от центровки начала полета. Экипаж не имеет возможности следить за изменением центровки по мере выработки топлива. Включение в состав топливной системы самолета рибора, контролирующего изменение центровки в полете, значительно облегчило бы деятельность экипажа и повысила бы безопасность полета. Для оценки влияния выработки топлива на центровку самолета обратимся к рисунку. Баки пронумерованы и каждый бак имеет свой центр тяжести (центр тяжести топлива, находящегося в баках). Центр тяжести баков обозначены точкой. центр тяжести всего самолета вместе с топливом находится в плоскости f. А центр тяжести самолета без топлива находился бы в точке α. Растояние между этими плоскотями обозначим бкувой d. По мере выработки топлива плоскость f будет приближаться к плоскости α. То есть растояние d будет уменьшаться. и когда все топливо на самолете кончится (такого бать не должно), эти эти плоскости соединятся. Растояние d превратиться в ноль.

Так как масса топлива в каждом баке известно, то масса самолета без топлива определяется выражением:

Уравнение моментов относительно плоскости α, и последующее упрощение этого уравнения дает нам следующее выражение.

Так как зависимость массы самолета от топлива известно, то подставив вместо G выражение вышесказанной зависимости, получаем:

Отсюда следует что:

Итак, мы выявили зависимость между расстоянием между центрами тяжести самолета с топливом и самолета без топлива

Эта формула не учитывает возможность выработки с левых и правых баков по разному. Такое маловероятно, но не невероятно, то есть все же вероятно. Поэтому все баки, левые и правые, должны рассматриваться как разные источники момента, влияющего на центровку самолета и на безопасность полета.

Если рассмативать каждый бак по отдельности, выявленная ранне формула примет следубщий вид:

А вес самолета без топлива будет определяться выражением:

Возникает вопрос, почему бы без таких формул и выражений узнать вес самолета без топлива, посмотрев ТТХ самолета. Дело в том что, здесь имеется ввиду, не сухой вес самолета, а вес только без топлива, но с грузом и «пассажирами». Поэтому

Но это постоянство только для одного полета, от начала до конца. И конечно же

за исключением случаев десантирования большого количества живой силы и тяжелой техники. В таком случае даже масса самолета с грузом не может являться постоянной величиной на протяжений всего полета.

Ранне бала выявена завсимость между количесвом топлив в баках и центровкой. Но формула:

Число в индексе означает номер бака согласно рисунку. А буквой «і» в индексе обозначено массовое количество израсходованного топлива. «m» без «і» - начальное массовое количество топлива б баке.

9. Прибор, определяющий центр масс

Известная формула позволяет экипажу в любой момен времени определить степень изменения центровки самолета в полете, по мере расходования (выработки) топлива. Имея подрукой формулу можем заставить машину решать уравнение. Конечно для любой приличной ЭВМ (электронной вычислительной машины) решение этого уравнения не является сложной операцией. Но к сожалению у нас в стране нет возможностей собрать какую либо вычислительную машину на основе микросхем (у нас нет заводов, выпускающих микросхемы). А на основе транзисторов любая электронная вычислительная машина получится громоздкой. Этого мы не можем позволить. Первая причина: это приведет к утяжелению самолета. Вторая причина: использование громоздких транзисторных (следует признать с прискорбием что производство транзисторов у нас в стране то же не налажено) электронных вычислительных машин в век развития нанотехнологий негативно отразится на престиже технической науки страны перед другими станами и перед свойми то же. Поэтому предлагаю использовать более простой прибор. Если вес самолета без топлива отождествить с сопротивлением в электрической цепи:

а расстояние между плоскостями центра масс самолета без топлива и центра масс самолета с топливом отождествить с силой тока в цепи

и выражение

отождествить с напряжением в цепи

то, ранее известное выражение:

можем «перевести» на «понятный» приборам язык в виде простого закона Ома

Датчики передают сигнал в виде электрического напряжения. Чем больше топлива в баке, тем выше напряжение. Но нам известно что весовое количество топлива в различных баках по разному влияют на центровку самолета, в силу разности плеч каждого бака. Чем больше плечо, тем сильнее влияние. Это прекрасно видно в формуле:

То есть, степень влияния на центровку самолета определяется умножением массы топлива в баке и плеча результирующей силы распределенных сил тяжести топлива по всему баку. Это умножение на «языке» прибора можем устроить в виде увеличения напряжения в c, b, a, e раз, с помощью обычных трансформаторов.

А сумма степеней влияния баков на центровку самолета осуществляется суммированием напряжений, путем последовательного соединения. Если, каким то образом при определений степеней влияния баков на центровку самолета, окажется что какой либо бак влияет в обратном направлений, то есть центр масс топлива в данном баке находится по другую сторону плоскости α, то при последовательном соединений вторичных обмоток трансформаторов, нужно просто поменять концы проводов местами. Тогда в выражений:

вместо «+» получаем «-» (в верхней части дроби).

На рисунке указано, во сколько раз трансформатор должен увеличивать напряжение буквами c, b, a, e. Так как работа трансформатора основана на законах Фарадея, они не могут преобразовывать постоянное напряжение. Поэтому, для данного прибора использование переменного тока является обязательным условием. Я считаю что для данного прибора самым подходящим напряжением из всех, используемых на воздушных суднах, является однофазное напряжение 36 В, частотой 400 Гц.

А значение веса самолета баз топлива (G), определяемое выражением:

выставляется на приборе переменным резистором вручную. Включение всех элементов цепи прибора указано на рисунке.

Датчик уровня топлива (предполагается что под воздействием температур и давлений, топливо не изменит свою плотность, конечно, под воздействием данных факторов плотность топлива изменяется, но эти изменения ничтожно малы, поэтому будем исходить из того что плотность топлива постоянна, то есть масса топлива в баке прямо пропорционально, объему топлива в баке) представляет собой обычный переменный резистор, который изменяет сопротивление, в зависимости от уровня топлива в баке. Ниже на рисунке показана принципиальная схема соединения датчика с трансформатором и источником напряжения.

На рисунке показана схема соединения источника питания однофазного напряжения 36 В, частотой 400 Гц.

Перед полетом экипаж получает сведения о центровке самолета на текущий момент, массе груза и количества топлива в баках. И для определения величины d, необходимо решить уравнение:

Но для этого необходимо знать центр масс самолета относительно САХ. И зная центр тяжести (центр тяжести совпадает с центром масс, мне не ясно почему их в аэродинамике рассматривают как разные характеристики ЛХ ЛА, скорее всего, разница в определениях этих понятий не более чем жонглирование словами) самолета относительно САХ, и расстояние то ЦТ до центра тяжести каждого бака легко определит и значение числа «d». Но как определить расстояние центров масс баков и плоскости центра масс самолета. Для этого предлагаю снабдить каждый экипаж линейкой, изображенной на рисунке.

Линейка имеет полосу, обозначающей САХ. И полоски расположения центров масс каждого бака (на рисунке указан номер бака и его полоса его центра масс). На рисунке раположение полос цетров масс баков изображено на основе интуиций. Для более точного изображения, тем более создания такой линейки, необходимо провести весьма простой эксперимент с самолетом. Но к сожалению на момент написания данного дипломного проекта у меня в гараже не оказалось самолета Ил-76. Для определения положения центра масс баков относительно САХ, необходимо провести экспермент следующим образом. К прмеру рассмотрим баки 3 и 6. Учитывая симметричнсть конструкций самолета и расположения баков, можем утверждать что баки 3 и 6 имеют одинаковое расположение центров масс относительно САХ. Расположение центров масс остальных баков определяются анологичным образом.

.Находим центр масс самолета ранее известным путем.

.Наполняем баки 3 и 6 топливом. Как показано на рисунке.

Если после наполнения баков, поставит самолет на весы, то можем заметить смешение центра масс самолета от прежней точки сосредотачивания массовых сил (из точки «В» в точку «D»).

Вспомним что М - масса самолета с топливом, а G - масса самолета без топлива. Предполагая что во время эксперимента самолет не будет загружен, можем принять G за сухую массу самолета. Масса самолета с топливом определяется формулой:

Необходимо помнить что наполнены только баки 6 и 3. Нетрудно догадаться что расстояние от центра масс самолета без топлива до центра масс самолета с топливом, и расстояние от центра масс самолета с топливом м центром плоскостью центра масс топлива в топливных баках имеют следующую зависимость:

От этого следует что:

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ВОЗДУШНОГО ТРАНСПОРТА

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ»

Кафедра технической эксплуатации летательных аппаратов

и авиационных двигателей

ДИАГНОСТИКА АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ

методическим объединением вузов

Российской Федерации по

образованию в области эксплуатации

авиационной и космической техники

для межвузовского использования

Москва - 2007

Печатается по решению редакционно-издательского совета Московского государственного технического университета ГА

Рецензенты: д-р техн. и экон. наук, проф. ;

д-р техн. наук, проф. .

М38 Диагностика авиационной техники. Учебное пособие. - М.: МГТУ ГА, 2007. – 141 с.

В учебном пособии рассматривается комплекс вопросов, связанных с теоретическими основами технической диагностики, с позиций информационного обеспечения процессов диагностирования летательных аппаратов и авиадвигателей.

На фоне рассмотрения классических трактовок и теоретических положений технической диагностики, в пособии изложены вопросы, связанные с информационным потенциалом, как контролируемых параметров, так и методов диагностики и выбора в первую очередь тех из них, которые обладают максимальной информативностью. Также значительное внимание уделено теории информации применительно к решению задач диагностики.

Пособие издается в соответствии с учебным планом и программой специальности 160901 по дисциплине «Диагностика авиационной техники» для студентов дневного отделения IV и V курсов, а также может быть полезным для магистрантов и аспирантов, изучающих проблемы диагностики в авиации.

Рассмотрено и одобрено на заседаниях кафедры 06.03.07 г. и Методического совета 13.03.07 г.

технический университет ГА, 2007

Предисловие……………………………………………………………………….5

Введение…………………………………………………………………………… 7

Словарь терминов и понятий........…………………………………………….. 10

Глава 1. Основы технической диагностики……………………………………13

1.1. Основные направления технической диагностики……………………..13

1.2. Задачи технической диагностики………………………………………..14

Глава 2. Теоретические и информационные аспекты технического диагноза…………………………………………………………………………..19

2.1. Основные философские воззрения теории информации………………19

2.2. Основные информационные законы…………………………………….27

2.2.1. Закон сохранения информации………………………………………….27

2.2.2. Основной информационный закон формообразования

и развития материи……………………………………………………….29

2.2.3. Основной закон термодинамики в информационной трактовке………31

2.2.4. Принцип минимума диссипации………………………………………...32

2.3. Энтропия и диагностическая информация……………………………...33

2.3.1. Энтропия Больцмана-Гиббса-Шеннона в решении

прикладных задач…………………………………………………………33

2.3.2. Применение Н-теоремы для открытых систем…………………………35

2.3.3. Динамическое и статическое описание сложных движений…………..36

2.4. Оценка значимости и ценности информации

в практических задачах диагностики……………………………………37

2.5. Применение информационной энтропии К. Шеннона

в задачах распознавания. Выбор критериев информативности……….42

Глава 3. Методы диагностики авиационной техники

с позиций информативности……………………………………………………47

3.1. Методы диагностики АТ и их возможности……………………………47

3.2. Анализ методов технической диагностики АТ

с позиций информативности……………………………………………..51

3.2.1. Тепловые методы и их эффективность………………………………...51

3.2.2. Возможности виброакустических методов оценки состояния АТ…...55

3.2.3. Эффективность трибодиагностики элементов ГТД…………62

3.2.4. Эффективность диагностики жидкостных систем ЛА и АД………70

3.2.5. Эффективность диагностики ГТД по термогазодинамическим

параметрам ………………………………………………………………72

3.2.6. Методы диагностики проточной части ГТД……………………………75

3.3. Методы обобщенной оценки состояния технических систем………...80

3.3.1. Методы сверток частных параметров контроля

к обобщенному показателю……………………………………………….. 80

3.3.2. Методы обобщенной оценки состояния технических

систем по информационному критерию………………………………...87

3.4. Требования к информационному критерию технического

состояния АТ……………………………………………………………...92

Глава 4. Теория информации в решении классификационных

задач технической диагностики……………………………………………….. 95

4.1. Задачи постановки диагноза……………………………………………..95

4.2. Множество возможных состояний ЛА и АД…………………………..101

5.2. Система информационного обеспечения процессов

диагностирования (СИОПД) ГТД………………………………………131

5.2.1. Назначение и цели системы…………………………………………….133

5.2.2. Общие требования, предъявляемые к системе………………………...135

5.2.4. Реализация и совершенствование системы……………………………138

Литература……………………………………………………………………...139

ПРЕДИСЛОВИЕ

Учебная дисциплина «Диагностика авиационной техники» является одной из основных для подготовки студентов Механического факультета. Цель ее преподавания диктуется требованиями квалификационной характеристики студентов – выпускников указанной специальности по приобретению знаний и формированию умений в области управления техническим состоянием самолетов и двигателей ГА в процессе эксплуатации, позволяющие научно и технически обоснованно решать современные вопросы диагностики авиационной техники.

Следует отметить, что в представленном учебном пособии акцент сделан на информационную составляющую часть диагностики, ее основы. На суд читателя наряду с классическим подходом изложения материала предложен и нетрадиционный способ, раскрывающий как техническую сторону диагностики, так и философские воззрения, аспекты – суть формирования потока информации вообще и информационного обеспечения процессов диагностирования в частности.

Согласно Второму началу термодинамики, в окружающем нас мире любое состояние системы, получаемое от различных источников информации, стремится к дезорганизации , и в последствии является нестабильным и разрозненным. В связи с этим важно выявить и уяснить сущность понятия – «информационный потенциал», под которым понимается недоиспользованная возможность учета информационной значимости как объекта диагностики, методов диагностирования, так и контролируемых параметров любой технической системы, подверженной диагностированию.

Таким образом, в настоящем учебном пособии акцентировано внимание на формирование диагнозов с учетом ценности получаемой информации контролируемых параметров, т. е. недоиспользованного их информационного потенциала, что позволит внимательному читателю дополнить классические представления об исследованиях в области диагностики, и улучшить эффективность практики технической эксплуатации авиационной техники.

Диагностика авиационной техники – это современная наука, которая постоянно совершенствуется, находится в поиске нового, ранее неизведанного. Стремление человека понять сущность физических процессов, заложенных природой и возникающих в авиационных конструкциях при эксплуатации, постоянно движет эту науку вперед.

«В мире нет ничего

постоянного кроме перемен»

Джонатан Смит

ВВЕДЕНИЕ

Термин «ДИАГНОСТИКА» греческого происхождения (diagnostikos), состоящий из слов - dia (между, врозь, после, через, раз) и gnosis (знание). Таким образом, слово diagnostikos можно трактовать, как способность распознавать. В античном мире диагностиками назывались люди, которые после битв на полях сражений подсчитывали количество убитых и раненых. В эпоху Возрождения диагностика - уже медицинское понятие, означающее распознавание болезни. В XIX - ХХ вв. это понятие стало широко использоваться в философии, а затем и в психологии, медицине, технике и других областях. В общем смысле, диагностика особый вид познания, находящийся между научным знанием сущности и опознаванием какого-либо единичного явления. Результат такого познания - диагноз, т. е. заключение о принадлежности сущности, выраженной в единичном явлении, к определенному установленному наукой классу.

В свою очередь, распознание - учение о методах и принципах распознавания болезней и о признаках, характеризующих те или иные заболевания. В широком смысле этого слова процесс распознавания используется во всех отраслях науки и техники, является одним из элементов познания материи, то есть позволяет определять природу явлений, веществ, материалов и конкретных предметов. С философской и логической точек зрения термин «диагностика» правомерно можно использовать в любых отраслях науки. Таким образом технической диагностикой называется наука о распознавании (отнесение к одному из возможных классов) состояния технической системы. При диагностировании объект устанавливается путем сопоставления знаний, накопленных наукой, о группе, классе соответствующих объектов.

Введем еще один термин – «индивидуальность». Индивидуальность – это неповторимость объекта, его тождественность, равенство с самим собой. В природе нет и не может быть двух тождественных друг другу объектов. Индивидуальность объекта выражается в наличии у него неповторимой совокупности признаков, которых нет у другого подобного объекта. Такими признаками для предмета диагностики являются размеры, форма, цвет, вес, структура материала, рельеф поверхности и иные признаки. К примеру, для человека это: особенности фигуры, строение головы, лица и конечностей, физиологические особенности организма, особенности психики, поведения, навыки и т. д. Для технических объектов – изменение физико-механических свойств, диагностических критериев, технических параметров в различных условиях функционирования.

Раз объекты материального мира индивидуальны, тождественны самим себе, то им, следовательно, присущи индивидуальные признаки и свойства. В свою очередь эти признаки объектов изменчивы и отображаются на других объектах. Значит отображения также являются индивидуальными, обладающие свойством изменчивости .

С другой стороны, все объекты материального мира подвергаются
непрерывным изменениям (человек стареет, обувь изнашивается и т. д.). У
одних эти изменения наступают быстро, у других - медленно, у одних
изменения могут быть значительными, а у других – не столь значимыми. Хотя объекты изменяются постоянно, но в течение определенного времени
сохраняют наиболее устойчивую часть своих признаков, которые позволяют
осуществить идентификацию . Здесь под идентификацией понимается отождествление между закономерностями проявляемых диагностических параметров и тем или иным состоянием объекта. При идентификации конкретного объекта чаще всего обращают внимание на пороговые значения каких–либо физических величин, при этом важную роль играют диагностические признаки, указывающие на изменение состояния объекта в процессе его распознавания. Свойство материальных объектов сохранять
совокупность своих признаков несмотря на их изменения называется относительной устойчивостью .

Необходимо отметить, что словари и энциклопедии все еще отождествляют диагностику и термин «диагноз» чаще с медицинской разновидностью распознавания, между тем, этот вид познания распространен в самых разнообразных областях научной и практической деятельности человека.

Диагностика, как научная дисциплина и как область научно-практической деятельности , является социально обусловленной, изменяющейся в ходе исторического развития общества. Ее современное развитие в XXI веке осуществляется в направлении расширения возможностей более быстрого и точного приближения к цели, распознавания причин отклонений от норм технического объекта. В свою очередь, развитие диагностики характеризуется неравномерностью изменчивости ее отдельных сторон, а также влиянием друг на друга различных признаков и параметров контролируемых объектов с позиций информативности, а зачастую даже с позиций избыточности потока информации. Это касается всех уровней и разделов диагностики.

Надеюсь, что те читатели, которые склонны серьезно задуматься над основными вопросами научного познания, кто имеет тягу к самостоятельному мышлению, кто в поиске нового, необычного, выходящего за привычные рамки, оставят свои отзывы и критические замечания по прочтении данного пособия.

Словарь терминов и понятий

Техническая диагностика базируется на ряде специфических терминов и понятий, установленных государственными стандартами (ГОСТ , ГОСТ ) . Ниже приведены данные согласно ГОСТам, ОСТам, СТП, а также взятые в научно-технической и учебной литературе . Выборочно остановимся на основных терминах.

Техническое состояние – совокупность свойств объекта, подверженных изменению в процессе эксплуатации, характеризуемых в определенный момент времени заданным требованиям и признаками, установленными НТД.

Объект диагностики – изделие или его составная часть, являющаяся предметом выполнения работ в процессе диагностирования.

Диагностирование – процесс определения вида технического состояния объекта, системы.

Диагностический признак – индивидуальная характеристика состояния или развития объекта, процесса, характеризующая его свойство, качество.

Диагностический параметр - оцифрованная физическая величина, отражающая техническое состояние объекта и характеризующая какое-либо свойство объекта в процессе его диагностирования.

Критерий – (от греч. kriterion) признак, на основании которого производится оценка, определение или классификация чего-либо; мерило оценки.

Неисправность (неисправное состояние) – состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований, установленных НТД.

Исправность (исправное состояние) – состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям, установленным НТД.

Работоспособное состояние (работоспособность) – состояние объекта, изделия, при котором он способен выполнять заданные функции, сохраняя значения заданных параметров в пределах установленных НТД.

Неработоспособное состояние (неработоспособность) – состояние объекта, изделия, при котором значение хотя бы одного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям НТД.

Отказ – событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта диагностики.

Дефект – каждое отдельное несоответствие объекта требованиям, установленным НТД.

Контролепригодность – свойство, характеризующее приспособленность объекта к проведению его контроля заданными методами и средствами технической диагностики.

Программа диагностирования – совокупность алгоритмов диагностики, выстроенных в определенной последовательности.

Безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение определенного времени или наработки.

Надежность – свойство объекта выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, режимов хранения и транспортирования.

Долговечность – свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе ТО и Р.

Прогнозирование – процесс определения технического состояния объекта контроля на предстоящий период времени в определенном интервале.

Наработка – время эксплуатации объекта (в часах, посадках, циклах, годах).

Априори - (от лат. apriori - из предшествующего) понятие логики и теории познания, характеризующее знание, предшествующее опыту и независимое от него.

Диссипация – (от лат. Dissipatio - рассеивание): 1) для энергии - переход энергии упорядоченного движения (например, энергии электрического тока) в энергию хаотического движения частиц (теплоту); 2) для атмосферы - постепенное улетучивание газов атмосферы (земли, других планет и космических тел) в окружающее космическое пространство.

Ресурс – продолжительность эксплуатации объекта (в часах, посадках, циклах).

Неразрушающий контроль – контроль качества продукции, изделия, объекта, который должен не нарушать пригодности для использования по назначению.

Метод контроля – совокупность правил применения определенных принципов для осуществления контроля.

Способ контроля – совокупность правил применения определенных видов осуществления методов контроля.

Средство контроля – изделие (прибор, дефектоскоп) или материал, применяемые для осуществления контроля с учетом разновидностей способов, методов контроля.

Автоматизированная система диагностики – система диагностики, в которой процедуры диагностирования осуществляются с частичным непосредственным участием человека.

Автоматическая система диагностики – система диагностики, в которой процедуры диагностирования осуществляются без непосредственного участия человека.

Трибодиагностика – (от лат. tribus, tribuo – делить, распределять) область диагностики, занимающаяся определением технического состояния трущихся деталей на основе анализа продуктов износа в смазочном масле.

Развитие двигателестроения и накопление значительного опыта эксплуатации ГТД позволили в настоящее время достичь больших межремонтных и назначенных ресурсов. Межремонтные ресурсы

лучших отечест I ИНЫХ ДИИГаТе — лей достигают iciupcx и более тысяч часов, назначенные ресурсы некоторых двигателей достигают свыше десяти тысяч часов При этом характерно то, что основные базовые узлы двигателей в большинстве случаев работают в пределах назначенного ресурса. Однако по мере увеличения межремонтных ресурсов двигателей безотказность их уменьшается (рис. 14.5).

При увеличении ресурса ГТД (по данным зарубежных авиационных компаний) свыше 7000 ч вероятность досрочного съема двигателей с эксплуатации составляет 0,5.

Современные газотурбинные двигатели являются дорогостоящими изделиями, стоимость их ремонта также очень высока Поэтому увеличение ресурсов экономически выгодно при условии обеспечения высокого уровня надежности двигателей. Это может быть достигнуто прежде всего путем внедрения технической диагностики, позволяющей выявлять неисправности двигателя на ранней стадии их развития. Внедрение средств и методов диагностики позволяет предотвращать отказы двигателей в полете и тем самым максимально использовать индивидуальные возможности эксплуатации каждого двигателя без выполнения принудительных ремонтов. Кроме того, ьиедрение диагностики позволяет предупреждать вторичные разрушения двигателей и тем самым уменьшать затраты на восстановление отказавших двигателей. Для технической диагностики двигателей используют и совершенствуют следующие основные методы:

визуальный осмотр н осмотр с помощью оптических приспособлений;

методы неразрушающего физического контроля; контроль вибрации двигателя;

контроль состояния масла, характеризующего состояние узлов, омываемых маслом;

контроль параметров, характеризующих состояние ГТД. Авиационный газотурбинный двигатель является сложным изделием, и ни один из перечисленных методов в отдельности ие может дать достоверную оценку его технического состояния. Только совершенствование методов комплексной оценки может ПОВЫСИТЬ! достоверность контроля технического состояния газотурбинного двигателя (рис. 14.6).

Метод визуального осмотра является оперативным видом контроля технического состояния корпусов двигателя, герметичности топливной и масляной систем силовой установки, входных направляющих аппаратов и лопаток первых ступеней компрессоров и последних ступеней турбины, а также других доступных элементов

двигателя и систем силовой установки Однако наиболее нагруженными в двигателе являются первые ступени турбины, камеры его рания, последние ступени компрессора, опоры трансмиссии двига теля и другие элементы, которые зачастую недоступны для визу ального контроля.

Поэтому в последние годы широкое применение находят различ иые оптические приспособления, позволяющие контролировать конструктивные элементы проточной части двигателя, лопатки всех ступеней компрессора и турбины, камер сгорания Б качестве омических средств в зарубежной практике используют боросколы, позволяющие осматривать конструктивные элементы в самых труднодоступных местах Для облегчения контроля большого количе ства лопаток используют телевизионные приставки Для доступа к элементам проточной части в конструкции двигателя предусматри ваются смотровые окна.

В конструкции двигателя Олимп-593 обеспечен доступ с помощью 60 двойных смотровых окон для бороскопического осмотра всех ступеней компрессора и турбины.

Для контроля отдельных конструктивных элементов дввтедя используются различные методы неразрушающего физического контроля, такие как токовихревой, ультразвуковой, магнитный Однако указанные методы требуют больших трудозатрат и имеют ограниченные области применения. Поэтому они используются, как правило, как дополнительные виды контроля для уточнения характера дефекта.

Некоторые зарубежные авиационные компании используют метод рентгеноскопии конструктивных элементов двигателя, недоступных для визуального контроля Принцип метода основан на дистанционном введении радиоактивного изотопа «ирндий-192» в. полый вал двигателя, а снаружи двигателя размещают рентгеновскую пленку для получения изображения контролируемых деталей. Метод может быть эффективен для оценки состояния камер сгорания, лопаток сопловых аппаратов и других элементов газовоздушиого тракта.

Контроль вибрации

Величина вибрации корпуса двигателя является одним нз основных параметров, характеризующих техническое состояние двигателя. Под контролем вибрации обычно подразумевают контроль интенсивности (уровня) общей вибрации двигателя.

Корпусы авиадвигателя испытывают вибрации, порождаемые вращающимися узлами и автоколебательными процессами в газо — воздушиом тракте в широком диапазоне частот (рис. 14.7). Наиболее опасны вибрации, вызванные неуравновешенными центробежными силами. Частотный диапазон таких вибраций находится в пределах от 50 до 300 Гц н зависит от величины дисбаланса вращающихся частей роторов двигателя. В настоящее время все самолеты с ГТД оборудованы виброизмерительной аппаратурой, позволяющей производить контроль общей вибрации двигателя в низкочастотной области, т. е. интенсивность роторной вибрации.

Основные параметры вибрации на некоторой фиксированной частоте / в герцах (вибросмещение s в миллиметрах, виброскорость v в миллиметрах в секунду и виброускорение w в миллиметрах на секунду в квадрате) связаны между собой следующими зависимостями-

■o-Znfs; та=4л2/2х.

Для контроля уровня вибрации турбовинтовых двигателей, работающих при фиксированных частотах вращения, используется безразмерный коэффициент вибрационной перегрузки k, равный отношению вибрационного ускорения w к ускорению свободного падения g в метрах на секунду в квадрате:

Для миогорежимных двигателей, работающих в диапазоне частот вращения роторов от режима малого газа до максимального.

Для оценки уровня вибрации используют параметр виброскорости, не зависящий от частоты вращения роторов

При отсутствии неисправностей во вращающихся деталях роторов уровень вибрации, соответствующий их частоте, сохраняется почти стабильным до выработки ресурса двигателя

В случае появления неисправностей во вращающихся деталях роторов, приводящих к разбалансировке их, происходит изменение уровня вибрации

При превышении уровня вибрации в полете выше допустимого значения необходимо принимать решения в соответствен с рекомендациями, изложенными в руководствах по летной эксплуатации самолетов

В целях диагностики н прогнозирования технического состояния двигателей необходимо производить регистрацию параметров вибрации в каждом полете и анализировать их изменение по наработке двигателей Именно анализ тенденций изменения уровня вибрации каждого двигателя позволяет выявлять неисправности во вращающихся деталях роторов на ранней стадии их развития (рис. 14.8)

Однако оценка изменения общего уровни вибрации двигателя, измеряемого бортовой системой контроля, зачастую не позволяет обеспечить достаточную глубину контроля, т е выявление неиспр авного элемента.

Постановка уточненного диагноза может быть обеспечена путем замера всего спектра вибрации и использования других методов контроля Учитывая то обстоятельство, что двигатели в большинстве случаев при появлении дефектов в роторной части в процессе их эксплуатации ие восстанавливаются, постановка общего диагноза по параметру вибрации может быть достаточной для принятия решения о досрочной замене двигателя. Для эффективного контроля технического состояния по изменению уровня вибрации необходимо обоснование норм на величину скорости изменения уровня вибрации.

Рис. 14 8. Изменение коэффициента вибрационной перегрузки ТВД по наработке’ а -при разрушении диска турбины (б -начало, б -конец разрушения); б -при роэру шеиии средней опоры ротора (0-б - период прйработкві

Анализ отказов и неисправностей газотурбинных двигателей показывает, что около 50% отказов двигателей происходит по причине разрушения детален, работающих в масляной среде (подшипников, зубчатых передач, шлицевых соединений и др.). Масло является носителем информации технического состояния изнашиваемых деталей, омываемых маслом. Б процессе работы двигателя продукты износа попадают в масло н циркулируют в маслосистеме. Как известно, количество продуктов износа т, поступающих в масло, пропорционально скорости износа и узлов двигателя (рис. 14.9). При аварийном износе трущихся узлов двигателя поступление продуктов износа в масло резко увеличивается как по объему, так и по величине металлических частиц, появляется так называемая металлическая стружка.

Простейшими способами контроля изнашиваемых деталей являются: периодический контроль наличия стружки на маслофильтрах, постановка и контроль магнитных пробок и сигнализаторов стружки. Магнитные пробки и сигнализаторы стружки устанавливают в трубопроводах откачки масла, в коробках приводов и редукторах. Указанные методы контроля позволяют в ряде случаев выявлять начальные разрушения изнашиваемых деталей, омываемых маслом. Анализ состояния частиц, улавливаемых магнитными пробками или фильтрами, может позволить зачастую определить причину их появления. Рассмотрение частиц под микроскопом при увеличении в 10-40 раз позволяет определить их форму и размеры.

При постановке диагноза необходимо учитывать наработку двигателя. Так, в приработочном периоде металлические частицы обычно крупные и шероховатые. В периоде нормальной эксплуатации частицы обычно мелкие, неправильной формы, смешанные с металлической пылью. При появлении неисправностей в период повышенного износа размеры частиц увеличиваются, а внешний вид их имеет обычно ту особенность, что одна поверхность (рабочая) блестящая, а другая матовая, форма чешуйчатая. На блестящей поверхности можно рассмотреть линии направленной нагрузки. Однако указанные методы контроля не позволяют прогнозировать изпоеовые отказы двигателей, а в основном служат для выявления неисправности двигателя.

Б последние годы в диагностической практике на различных видах транспорта находит применение метод спектрального анализа масел, позволяющий оценивать концентрацию продуктов износа в масле и прогнозировать износовые отказы двигателей. Метод основан на сжигании в электрической дуге проб масел, при этом атомы химических элементов возбуждаются и изучают фотоны света. Интенсивность свечения при этом зависит от концентрации каждого химического элемента в данной пробе.

Анализ изменения концентрации продуктов износа в масле позволяет оценивать интенсивность износа вращающихся узлов двигателей и в ряде случаев прогнозировать износовые отказы (рис.

Рис 14 9 Зависимость скорости изно са узлов двигателя и и поступления продуктов износа в масло m по иа работке

/ - приработка // - нормальный износ, III - аварийный износ

Ї4.10). Для повышения достоверности контроля необходимо учитывать наработку масла и количество его дозаправок. Учет дозаправок масла позволяет также определять расход масла в двигателе. Параметр расхода масла по наработке двигателя может быть самостоятельным диагностическим признаком появления неисправностей в лабиринтных уплотнениях « других элементах двигателя.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Подобные документы

Рекомендованный список диссертаций

Метод диагностики авиадвигателей на основе параметрической модели работы турбокомпрессора 2008 год, кандидат технических наук Торбеев, Станислав Александрович

Похожие диссертационные работы по специальности «Эксплуатация воздушного транспорта», 05.22.14 шифр ВАК

Методы, модели и алгоритмы вибродиагностики авиационных зубчатых приводов 1992 год, доктор технических наук Баринов, Юрий Григорьевич

Заключение диссертации по теме «Эксплуатация воздушного транспорта», Машошин, Олег Федорович

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Машошин, Олег Федорович, 2005 год

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ