Проблема повышения эффективности использования самолетного парка в гражданской авиации чрезвычайно актуальна для государственных и коммерческих организаций (авиакомпаний), осуществляющих перевозки пассажиров и грузов в условиях конкуренции. Здесь немалую роль играют вопросы обеспечения безотказной работы всей авиационной техники и в частности, авиационных двигателей (АД).
Известно, что к АД предъявляются довольно жесткие требования в части сохранения показателей безотказности. Поэтому в целом ряде случаев они не отрабатывают планируемых ресурсов по разным причинам. Среди таких причин наиболее частыми являются механические повреждения элементов проточной части (ПЧ) газотурбинных двигателей (ГТД), вызванные попаданием («засасыванием) внутрь тракта посторонних предметов (ГТП) со взлетно — посадочной полосы. Такого рода повреждения появляются, как правило, при посадке (пробеге) или разбеге самолета перед взлетом. Отмечаются случаи повреждения проточной части конструктивными элементами самого ГТД в полете (деталями крепежа, контровки и т. п.). Иногда причиной повреждений могут быть птицы, куски льда и пр.
На уязвимость ГТД посторонними предметами влияет целый ряд факторов. К основным из них относятся компоновка двигателей на ВС (высота расположения над землей), расположение и режимы работы реверсивных устройств, степень двухконтурности, эффективность работы системы противообледенения, эксплуатационная технологичность ГТД и др.
В настоящее время выделены две основные группы мер по защите ГТД от попадания ПП — активные и пассивные. К активным относятся конструктивные решения в виде постановки защитных устройств (решеток) на вход в ГТД, специальным образом спрофилированые коки, отбрасывающие.
ГШ за пределы входного устройства, расположение реверсивного устройства (РУ) под некоторым углом к вертикали (в этом случае выходящие из РУ газы создают эффект «восходящего вихря» не перед входным устройством ГТД, а несколько в стороне).
К пассивным мерам относятся: методы и средства выявления полученных неисправностей, возможность замены поврежденных элементов проточной части в эксплуатации, обрезка уголков поврежденных лопаток, пересмотр норм на размеры допустимых механических повреждений лопаток, а также зачистка (удаление) забоин на лопатках при техническом обслуживании (ТО) с применением специального инструмента.
Опыт эксплуатации показывает, что, несмотря на принимаемые меры по предотвращению повреждений ГТД ГШ, доля досрочно снимаемых «с крыла» по этой причине двигателей весьма велика и достигает в отдельные годы 35−40 процентов. 48].
В зависимости от влияния на работоспособность ГТД, все ПП попадающие в проточную часть также условно подразделяются на две категории. К первой относятся предметы, вызывающие т.н. локализованную неисправность без разрушения корпуса двигателя. Это может быть контро-вочная проволока, проволока от машин аэродромных служб, небольшие частицы аэродромного покрытия. Намного опаснее нелокализованные повреждения, вызванные попаданием крупных ПП (птиц, кусков льда, и т. д.). При нелокализованном повреждении обычно происходит разрушение корпуса двигателя с последующими непредсказуемыми последствиями. Следует отметить, что такие отказы встречаются не часто.
Повреждения ПП вызывают на лопатках проточной части механические неисправности в виде забоин, погнутостей, рисок и т. п. При этом двигатель может эксплуатироваться в пределах установленных ресурсов. Опасность перечисленных повреждений заключается в возможности развития трещин механической усталости от мест их расположения и последующего разрушения лопаток, что может вызвать нелокализованный отказ.
В условиях эксплуатации комплекс мер по обеспечению отработки ресурса АД, поврежденных посторонними предметами весьма ограничен. Из числа вышеперечисленных мер наиболее перспективными следует считать работы связанные с обеспечением достоверного обнаружения, измерения и фотовидеорегистрации (документирования) выявленных повреждений на лопатках для принятия на их основе обоснованных решений о возможной зачистке (устранении) повреждений и дальнейшей эксплуатации двигателей.
Это подтверждает, что задача обеспечения ресурсоспособности ГТД методом оптико-визуальной диагностики проточной части является одной из актуальных.
Важную роль в обеспечении качественного диагностирования средствами оптико-визуального контроля играет контролепригодность двигателя. Часто возможность осмотра ограничена количеством и расположением технологических (смотровых) отверстий на корпусе ПЧ, что во многом предопределяет результат выполняемых работ. Большое значение имеет также опыт и профессиональная подготовка контролеров, к которым предъявляются специальные требования.
Несмотря на очевидную значимость упомянутых факторов, главным фактором, оказывающим влияние на обеспечение работоспособности ПЧ, поврежденной посторонними предметами, является конструктивная возможность, и способность самих средств оптико — визуального контроля, обнаруживать и измерять повреждения на лопатках с минимальной погрешностью.
В настоящее время имеется большая возможность приобретения средств оптико — визуального контроля с различными потенциальными возможностями предлагаемых поставщиками. Тем не менее, задача выбора какого — либо из средств представляется не простой. Ведь каждый конкретный АД имеет определенные специфические особенности конструкции, которые по — разному обеспечивают доступность к элементам объекта контроля, возможности их освещения и т. д.
Упомянутая задача обоснованного выбора средств контроля является, на наш взгляд, приоритетной. Решение ее существенно повысит эффективность диагностирования ПЧ АД, что, в свою очередь окажет несомненное положительное влияние на обеспечение безопасной эксплуатации авиационных ГТД.
Теоретические и практические вопросы выявления и предотвращения причин повреждения деталей проточной части двигателей, а также их диагностики исследовались в работах отечественных авторов В.А. Пиво-варова, Г. Г. Белоусова, Н. Н. Сиротина, А. А. Комова и др. 9, 31,32,33,48,55],.
Ниже приводится краткая характеристика цели, задач, содержания и основных результатов диссертационной работы.
Целью диссертационного исследования является обеспечение объективного контроля проточной части АД при оптико-визуальном осмотре, обоснование критериев количественной и качественной оценки возможности использования приемлемой для отрасли номенклатуры эндоскопических средств контроля в практике эксплуатации ГТД, а также создание автоматизированной системы учета и обработки информации по неисправностям ПЧ АД.
Главными задачами исследований являлись:
— анализ данных об эксплуатационных повреждениях лопаток ГТД посторонними предметами;
— анализ оптико-визуальных средств выявления повреждений конструктивных элементов проточной части авиадвигателей, используемых в гражданской авиации;
— проведение теоретических обобщений результатов исследований и оценок внутренней повреждаемости лопаточных материалов;
— анализ существующих и обзор новых методов измерения повреждений, конструктивных элементов проточной части ГТД;
— анализ методов регистрации выявленных повреждений проточной части авиадвигателей;
— разработка единой отраслевой информационно-поисковой системы фото-и видеодокументирования повреждений авиадвигателей с целью разработки мероприятий по дальнейшей эксплуатации ГТД.
Объектом исследования являются методы выявления и измерения повреждений конструктивных элементов ПЧ авиационных двигателей воздушных судов гражданской авиации. использовались аналитические методы и инструментальные средства идентификации повреждений, выявленных в процессе технического обслуживания АД.
Научная новизна работы состоит в следующем:
1. Проведены теоретические обобщения в области усталостной повреждаемости материала лопаток компрессоров АД в эксплуатации.
2. Определена взаимосвязь полноты, качества и достоверности результатов контроля проточной части двигателя от используемого оборудования, квалификации контролеров и других факторов.
3. Проведена экспертиза существующих и перспективных методов выявления, классификации и определения размеров повреждений ПЧ в эксплуатации при ТО.
4. Определены приоритетные технические и эксплуатационные характеристики современного эндоскопического оборудования с целью определения возможности его использования для контроля проточной части двигателей в ГА.
5. Разработан порядок организации регистрации, оформления и учета полученной информации о результатах контроля ПЧ в системе поддержания летной годности авиационных двигателей.
6. Разработаны требования для создания отраслевой базы данных системы учета и принятия решений о мерах по устранению выявленных повреждений и дальнейшей эксплуатации АД.
Точность и достоверность проведенных исследований обусловлены обоснованностью и приемлемостью цели и задач, практического опыта автора, корректностью обработки данных, достаточным объемом экспериментов, а также глубиной теоретических проработок.
Положения выносимые на защиту.
1. Результаты статистического анализа причин возникновения повреждений конструктивных элементов проточной части двигателей вследствие попадания посторонних предметов.
2. Результаты сравнения технических и эксплуатационных характеристик используемого оборудования оптико-визуального контроля авиадвигателей.
3. Результаты теоретических обобщений в области усталостной повреждаемости лопаточных материалов.
4. Система организации регистрации, оформления и учета полученной информации о результатах контроля.
5. Отдание бединрй отраслевой информационно-поисковой системы фото и видеодокументирования повреждений авиадвигателей.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
— на основе полученных результатов можно с высокой достоверностью проводить контроль конструктивных элементов проточной части АД;
— принимать обоснованные решения по результатам контроля о восстановлении двигателей или снятия их для ремонта;
— осуществить выбор оптико-визуальных средств контроля ПЧ ГТД по критерию «эффективность-стоимость»;
— возможность формирования банка наглядных объективных данных по повреждениям АД и оперативного управления процессами их ТО и Р.
Реализация и внедрение результатов работы.
Результаты, полученные в работе, использованы в следующих направлениях деятельности:
— при разработке нормативно-технической документации, определяющей порядок организации регистрации, оформления и учета полученной информации о результатах контроля;
— при формировании комплекта средств оптико-визуального контроля в организациях по ТО и Р;
— при учете и классификации повреждений АД в единой отраслевой информационно-поисковой системы фото — и видеодокументирования повреждений авиадвигателей;
Часть диссертационных исследований внедрена автором при разработке «Положения о порядке сбора, обработки и анализа информации о результатах эндоскопического контроля состояния двигателей в составе информационнно — поисковой системы», а также в Программу целевого обучения специалистов ГА по выполнению требований «О порядке объективной регистрации результатов контроля состояния авиадвигателей ВС ГА».
По материалам диссертационных исследований опубликованы 4 научных статьи.
Автор выражает признательность коллективу кафедры двигателей JTA Московского государственного технического университета гражданской авиации, научному руководителю, заведующему кафедрой, д.т.н., профессору В. А. Пивоварову за оказанную помощь и конструктивные замечания в ходе выполнения и оформления данной диссертационной работы.
Выводы к 5-й главе.
Анализ существующих в отрасли систем информационного обеспечения, а также информации, необходимой для использовании в базе данных, позволяет сделать следующие выводы.
1. Выявлены основные принципы построения новой системы информационного обеспечения процедур поддержания летной годности авиационных двигателей гражданской авиации.
2. Создана и внедрена единая (отраслевая) автоматизированная система учета и обработки информации о неисправностях двигателей, объединяющую всех участников поддержания JTT и БП для решения задачи предупреждения аварийности в ГА при минимальных затратах ресурсов.
3. Разработаны нормативно-справочные и телекоммуникационные требования к системе учета и обработки информации о неисправностях двигателей.
4. Определен круг пользователей создаваемого «информационного поля», и расписана схема информационных потоков в создаваемой системе информационного обеспечения.
5. Предложена схема взаимодействия между участниками (абонентами) разрабатываемой системы в части поддержания JTT АД, где для каждого пользователя расписан перечень выдаваемой и получаемой из центрального обрабатывающего комплекса информации, а в некоторых случаях и форма ее представления.
6. На основе разработанного Положения о порядке сбора, обработки и анализа информации о результатах эндоскопического контроля состояния двигателей в составе информационно-поисковой системы предполагается определять причины и источники появления повреждения, а также ответственность за последующий ремонт в условиях эксплуатации или на заводе.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.
По результатам проведенных исследований сделаны следующие основные выводы:
1. Выполненный в работе анализ статистической информации о повреждениях элементов проточной части двигателей, приводящих к их досрочному отстранению от дальнейшей эксплуатации, показывает, что основной причиной таких повреждений являются механические воздействия посторонними предметами. Показано, что на протяжении многих лет повреждения двигателей твердыми предметами остаются основной причиной снятия с эксплуатации 30−40 процентов двигателей от общего числа досрочных съемов.
2. В результате механических воздействий появляются повреждения в виде забоин, вмятин, трещин и других проявлений, возникновение и развитие которых оказывает существенное влияние на работоспособность и долговечность нагруженных конструктивных элементов и двигателя в целом. В работе показано, что своевременное и достоверное выявление повреждений подобного вида является важной задачей и может быть обеспечено применением приборов оптико — визуального контроля (ОВК) определенного технического уровня.
3. В диссертационной работе обосновано, что требуемый уровень технического совершенства приборов ОВК тесно взаимосвязан с требуемыми условиями обеспечения работоспособности компрессора ГТД с поврежденными элементами, которые должны включать: фиксирование повреждений, точное определение размеров и координат их расположения для сравнения с действующими нормамивыявление двигателей, имеющих опасные недопустимые размеры и (или) места расположения повреждений, установление возможности устранения повреждения (зачистки) или замена лопаток в условиях эксплуатации.
4. Широкий разброс характеристик и типоразмеров старого оборудования не обеспечивает требуемого уровня точности оценки размеров повреждений и качества обзора для принятия обоснованных решений.
В диссертации обоснована необходимость разработки и внедрения приборов, отвечающих определенным требованиям. Установлены количественные параметры и оптические характеристики, которые должны учитываться на этапах разработки и предъявления заказчику (ГА) для оценки.
Работа с разработчиками приборов должна строиться не на выборе приборов из предлагаемого ряда типоразмеров, а на создании новых приборов по техническим требованиям гражданской авиации. Для каждого типа ГТД должен разрабатываться индивидуальный комплект оптико — визуальных средств контроля с учетом конструктивных особенностей двигателей.
Для реализации этих требований по результатам работы впервые разработаны и утверждены технические требования (ТТ) и технические условия (ТУ) на поставку новых типов технических эндоскопов для организаций ГА.
5. Разработана и утверждена Программа проведения эксплуатационных испытаний эндоскопического оборудования нового типа, для обеспечения которой отработаны методические указания, определяющие необходимые условия оценки соответствия проверяемых приборов заданным техническим требованиям. Сформирован перечень количественных характеристик и технических параметров подлежащих испытаниям (проверке).
6. На основании материалов диссертации и с учетом ее результатов были решены следующие практические задачи:
— проведена оценка, опытная эксплуатация и аттестация новых эндоскопических средств, с подготовкой Заключения о внесении их в отраслевой Реестр специальных средств измерений гражданской авиации;
— согласованы с промышленностью и выпущены решения и бюллетени, регламентирующие эндоскопический контроль конкретных типов двигателей;
— определена номенклатура эндоскопов практически для всех типов серийных авиадвигателей, предложенных и используемых в гражданской авиации;
— определены типоразмеры технических эндоскопов производства ЗАО НПП «СиМТ» при выполнении работ по контролю состояния проточной части двигателей типа АИ-20, АИ-24, АИ-25, Д-18Т, Д-36, Д-136 разработки ЗМЬСБ «Прогресс», для каждого из которых также определен состав необходимого комплекта эндоскопов в привязке к типу двигателя и перечню мест конструкции, требующих контроля в эксплуатации, с учетом рекомендаций по уточнению этих перечней.
— начато постепенное переоснащение лабораторий ТД и НК новыми эндоскопами.
С учетом этих результатов для двигателей Д-ЗОКУ, Д-ЗОКП, Д-30КУ-154 в качестве базовых приборов выбраны жесткие и гибкие эндоскопы разработки ЗАО НПП «СиМТ» (г. Москва). — бюллетень № 1748БЭ-Г и методика № 81.НЦ-12−126.
Для выявления конструктивных повреждений двигателя ПС-90А введен в действие бюллетень № 94 268-БЭ-Г от 05.01.2001 г.
7. В диссертации установлено, что для определения размеров выявленных повреждений наиболее перспективными представляются приборы, работающие со специальными измерительными объективами. Такие системы реализуются в основном с помощью объективов, действующих при рассеянном освещении и основаны, как правило, на методах триангуляции. Используя методологию триангуляционной геометрии можно проводить измерения на основе стереоскопического изображения повреждения («стереоизмерения»), а также при помощи положения тени, отбрасываемой на повреждение («метод тени»).
8. Для принятия обоснованных решений по результатам контроля о допуске двигателей к эксплуатации или снятия их для ремонта, признано необходимым установить порядок анализа результатов контроля, основанный на объективной регистрации повреждений.
В работе показано, что решение этой задачи может быть обеспечено внедрением обязательной процедуры и технологии фото и видеодокументирования, с цифровой записью результатов и последующей их распечаткой с помощью компьютера.
В качестве практической реализации этой задачи с участием автора было разработано «Положение о порядке организации регистрации и учета фото и видеодокументации результатов эндоскопического контроля состояния газовоздушного тракта авиадвигателей в условиях эксплуатации». Положением определены ситуации требующие обязательной регистрации. К таким производственным ситуациям отнесены:
— выявленные повреждения, устранение которых в эксплуатации недопустимо, требующие съема двигателей для направления в ремонт или предъявления рекламации;
— выявленные повреждения, устранение которого допустимо в условиях эксплуатации. Документирование производят до и после выполнения работ по устранению неисправности;
— повреждения, выявленные при выполнении работ по программам увеличения ресурсов или сроков службы;
— выполнение целевых (разовых, контрольных) осмотров по решениям, извещениям, бюллетеням, указаниям и т. д. При этом регистрация обязательна при обнаружении повреждения, с заключением в акте о возможности дальнейшей эксплуатации;
— повреждения, выявленные при эксплуатационной проверке новых средств или технологий контроля;
— сомнительные повреждения, требующие уточнения;
— регистрация обязательна во всех случаях при проведении измерений обнаруженных повреждений.
9. В настоящее время работы по регистрации и учету информации имеют системный регулярный характер. Появляются массивы информации, требующие обобщенного анализа, систематизации и, в конечном итоге, разработки рекомендаций по принятию типовых решений по результатам контроля и оценки их эффективности.
В качестве практического выполнения работы также с участием автора разработано «Положение о порядке сбора, обработки и анализа информации о результатах эндоскопического контроля состояния двигателей в составе информационно-поисковой системы».
Положение определяет порядок оперативного обмена, анализа информации и разработки последующих рекомендаций на основе сведений, получаемых в результате объективной регистрации обнаруженных повреждений, выявленных при эндоскопическом контроле состояния проточной части авиадвигателей.
10. На основании Положения разработана и внедрена информационно — поисковая система учета и обработки информации по неисправностям двигателей, обнаруженным в ходе эндоскопических осмотров проточной части ГТД за весь период эксплуатации. В рамках работы определены участники и программные требования к информационно — поисковой системе.
На основании полученных результатов можно сделать заключение о том, что цель диссертационной работы достигнута.
