ПОВЫШЕНИЕ РЕСУРСОСПОСОБНОСТИ АВИАДВИГАТЕЛЕЙ В УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ И ПРИ РЕМОНТЕ

Дата публикации: 20.03.2022

Өмірәлі Асылбек

магистрант 2 курса Академии Гражданской Авиации
г.Алматы, Казахстан

Научный руководитель – к.т.н., доктор PhD, ассоциированный профессор кафедры

«Авиационная техника и технологии»

Академии гражданской авиации

Аннотация

Проявление отказов и неисправностей - это закономерная картина отражения объективных процессов искусственного (под нагрузкой) и естественного старения авиационных конструкций. К ним предъявляются довольно жесткие требования по характеристикам надежности работы. Эти требования обусловили введение ресурсных ограничений (сроков службы) практически для всех элементов планера, двигателя, функциональных систем и разработки процедур их установления. Повышение ресурсов авиадвигателей при сохранении заданных показателей надежности является насущным требованием рыночной экономики. В данной работе проведен анализ возможности увеличения допустимой наработки двигателей при эксплуатации по фактическому техническому состоянию.

Ключевые слова:

Ресурсоспособность, износ, термическая обработка, ГТД, двигатель, прочность.

Известно, что для обеспечения надежной ресурсоспособности авиационные конструкции проектируются и изготавливаются с некоторыми запасами прочности и износостойкости, которые обеспечивают их работоспособность в условиях воздействия широкого спектра рабочих нагрузок, а также процессов старения. Тем не менее, имеют место случаи отказов авиационных конструкций при работе, вызываемые конструктивными, производственно-технологическими или эксплуатационными причинами.

NEO - одно из многих усовершенствований, введенных Airbus для поддержания позиций своей линейки A320 как самого совершенного и экономичного семейства самолетов с одним проходом в мире[2].

A320neo обеспечивает минимальные изменения с максимальной выгодой благодаря наличию двух усовершенствованных вариантов двигателей – турбовентиляторного двигателя PurePower PW1100G-JM от Pratt & Whitney и LEAP-1A от CFM International, оба из которых обеспечивают выдающиеся эксплуатационные, экономические и экологические характеристики.

Также в A320neo включены SharkletsTM от Airbus, которые были впервые применены в версии A320neo. Устройства на законцовках крыльев высотой 2,4 метра являются стандартными для самолетов NEO и обеспечивают снижение расхода топлива на 4% на более длинных участках, что соответствует ежегодному сокращению выбросов CO2 примерно на 900 тонн на самолет. Шарклеты устанавливаются на самолеты новой сборки, а также доступны для модернизации на более ранних реактивных лайнерах A320 neo[2]..

В целом, A320neo обеспечивает экономию топлива на 20% и сокращение выбросов CO2 по сравнению с самолетами Airbus предыдущего поколения.

Благодаря анализу отказов и неисправностей двигателей PurePower PW1100G-JM, возникающих в процессе работы, можно провести работу по внедрению мероприятий для повышения ресурсоспособности данных деталей.

Наиболее сложным, внедрением различных мероприятий при ремонте, является обеспечение требуемой длительной прочности диска второй ступени турбины. Учитывая практическую невозможность контроля процесса накопления повреждений в эксплуатации, ресурс диска ограничен и остается «очевидным» при эксплуатации по техническому состоянию. Для дисков первой ступени КВД и других деталей ротора, подверженных малоцикловой усталости, целесообразно проведение ремонтных мероприятий по повышению ресурса. Недостаточный запас выносливости направляющих лопаток второй и третьей ступеней КВД эффективно устраняется за счёт выведения резонансов по пластинчатой форме колебаний за рабочий диапазон оборотов путём увеличения Сmax в верхней части пера лопатки[5].

Износ контактных поверхностей бандажных полок лопаток второй ступени КВД на величину более чем 1.5 мм приводит к увеличению вибронапряжений в лопатках и возбуждению колебаний, которые приводят к появлению в замковых пазах диска опасных динамических напряжений. Напайка материала ВПР-16 + релит на контактные поверхности бандажных полок лопаток обеспечивает надёжную работу лопаток в течении межремонтного ресурса.

Также, усталостное выкрашивание на рабочих поверхностях зубьев замков диска первой ступени турбины является следствием взаимодействия замков дисков и лопаток при резонансном возбуждении последних. Зачистка мест выкрашиваний при ремонте высокооборотной конусной шарошкой с алмазным напылением предотвращает дальнейшее развитие дефекта[3].

Неудачное сочетание индивидуальных особенностей сборки двигателя и эксплуатационных режимов, а также загрязнение масла могут приводить к дефектам межвального подшипника, дефекты могут нести разнообразный характер, что подчёркивает необходимость разработки эффективных методов контроля их состояния в эксплуатации.

На элементах «горячей части» АД, наблюдают процесс ползучести. Достаточно часто его можно встретить на элементах турбины и ротора, где и протекает при повышенной температуре процесс накопления деформации. В результате развития ползучести, в частности, происходит процесс растяжения детали. Деталь, проработавшая некоторое время в условиях ползучести, разрушается при пластической деформации во много раз меньшей, чем от кратковременной перегрузки при той же температуре. Повышение рабочих температур на ГТД приводит к тому, что многие детали работают в области температур, при которых проявляется ползучесть[5].

Самым простым способом избежать ползучести – это снижение температуры отработанных газов, понизив тем самым общую температуру двигателя, но, это невозможно по причинам резкого падения КПД и нарушения термодинамического цикла. Пределы длительной прочности и ползучести зависят в значительной степени от микроструктуры материала. Основными способами повышения длительной прочности и сопротивляемости ползучести является рациональное легирование и применение оптимальных режимов термической обработки. На некоторых двигателях были разработаны монокристаллические лопатки турбины высокого давления с перспективной системой охлаждения, позволяющая турбине работать при температуре до 1726,85°C. Лопатки изготовлены из легчайшего сплава - интерметаллида титана. Повсеместное использование подобных лопаток позволит нарастить как само КПД АД, так и его ресурсоспособность[3].

Практика эксплуатации АД, соответственно и КВД показывает, что наиболее нагруженными являются зоны концентрации напряжений, расположенные вблизи радиусов шлиц, у дисков первой ступени максимальную нагрузку испытывает передний ряд шлиц, расположенный под полотном диска. У дисков 11 ступени под полотном диска расположен задний ряд шлиц, в радиусах пазов которого действуют наибольшие напряжения.

В целях повышения ресурсоспособности дисков при ремонте возможна частичная срезка шлиц, аккумулирующих повышенную концентрацию напряжений, а также удаление после определенной наработки поверхностного слоя с усталостными дефектами, накопившимися в процессе эксплуатации. Ресурс дисков после данной доработки увеличивается более чем в два раза, от начального состояния[1].

Также, на лопатках КНД с шарнирным замком крепления к диску, изготовленных из сплава ВД-17 в процессе эксплуатации происходила выработка на полке по месту соударения с ребордой диска. В результате появлялся скол полки, а попадание отколовшегося кусочка полки в проточную часть приводило к забоинам на лопатках и, соответственно, повышение вибраций при эксплуатации. Решается данная проблема изготовлением лопаток с полиуретановыми демпферами. С ростом наработки выработка на полках исходных лопаток увеличивается[6].

Список литературы

M. Bazargan, “An optimization approach to aircraft dispatching strategy with maintenance cost: a case study,” Journal of Air Transport Management, vol. 42, pp. 10–14, 2015.
Aircraft Commerce, “A320 family 1st & 2nd base airframe check cost analysis,” Issue no. 75, pp. 34, 39, 2011.
K. A. Muchiri and K. Smit, “Application of maintenance interval de-escalation in base maintenance planning optimization,” Journal of Enterprise Risk Management, vol. 1, no. 2, pp. 63–75, 2009.
IATA and MCTF, Airline Maintenance Cost Executive Commentary—An Exclusive Benchmark Analysis of Maintenance Cost Task Force (MCTF) FY 2013, IATA, 2014.
L. Clarke, E. Johnson, G. Nemhauser, and Z. Zhu, “The aircraft rotation problem,” Annals of Operations Research, vol. 69, pp. 33–46, 1997.
https://knastu.ru/media/files/page_files/page_421/posobiya_2015/_Osobennosti_konstruktsii%2C_organizatsiya_raboty_aviatsionnykh_dvigateley.pdf

По всем вопросам, просим написать на почту!