СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ И ТУРБОРЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, ЭКСПЛУАТИРУЕМЫЙ ЭТИМ СПОСОБОМ
TURBOJET ENGINE OPERATION METHOD AND TURBOJET ENGINE OPERATED USING THIS METHOD

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, а именно к способам эксплуатации авиационных турбореактивных двигателей.
Известен двухконтурный, двухвальный турбореактивный двигатель (ТРД), включающий турбокомпрессорные комплексы, один из которых содержит установленные на одном валу компрессор и турбину низкого давления, а другой содержит аналогично объединенные на другом валу, соосном с первым, компрессор и турбину высокого давления, промежуточный разделительный корпус между упомянутыми компрессорами, наружный и внутренние контуры, основную и форсажную камеры сгорания, камеру смешения газовоздушных потоков рабочего тела и регулируемое сопло (Н.Н. Сиротин и др. Основы конструирования производства и эксплуатации авиационных газотурбинных двигателей и энергетических установок в системе CALS технологий. Книга 1. М.: Наука, 2011 г., стр.41-46, рис.1.24).
Известен турбореактивный двигатель, который выполнен двухконтурным, содержит корпус, опертые на него компрессоры и турбины, охлаждаемую камеру сгорания, топливно-насосную группу, реактивные сопла, а также систему управления с командными и исполнительными органами (Шульгин В.А., Гайсинский С.Я. Двухконтурные турбореактивные двигатели малошумных самолетов. М.: Машиностроение, 1984, стр.17-120).
Известен способ разработки и испытаний авиационных двигателей типа турбореактивных, включающий отработку заданных режимов, контроль параметров и оценку по ним ресурса и надежности работы двигателя. С целью сокращения времени испытаний при доводке двигателей 10-20% испытания проводят с температурой газа перед турбиной, превышающей максимальную рабочую температуру на 45-65°C (SU 1151075 A1, опубл. 10.08.2004).
Известен способ испытания турбореактивного двигателя по определению ресурса и надежности работы, заключающийся в чередовании режимов при выполнении этапов длительностью, превышающей время полета. Двигатель испытывают поэтапно. Длительность безостановочной работы на стенде и чередование режимов устанавливают в зависимости от назначения двигателя (Л.С. Скубачевский. Испытание воздушно-реактивных двигателей. М.: Машиностроение, 1972, с.13-15).
Известен способ эксплуатации и ремонта турбореактивного двигателя по техническому состоянию. В основу эксплуатации двигателя по техническому состоянию положено техническое диагностирование как средство получения объективной информации о состоянии конкретного двигателя. Это означает, что реальное техническое состояние практически всех узлов, агрегатов и систем двигателя с определенной периодичностью и точностью можно оценить по изменению их параметров (Н.Н. Сиротин и др. Основы конструирования производства и эксплуатации авиационных газотурбинных двигателей и энергетических установок в системе CALS технологий. Книга 1. М.: Наука, 2011 г., стр.44-50).
Недостатками указанных известных технических решений являются повышенная трудо- и энергоемкость испытаний и недостаточно высокая оценка ресурса и надежности работы двигателя в широком диапазоне полетных режимов и условий эксплуатации вследствие неотработанности программы приведения конкретных результатов испытаний к результатам, отнесенным к стандартным условиям эксплуатации двигателя известными способами, которые не учитывают с достаточной корректностью изменение параметров и режимов работы двигателя. Это осложняет возможность приведения экспериментальных параметров испытаний к параметрам, максимально приближенным к реальной структуре и удельному соотношению режимов работы двигателя в процессе эксплуатации.
Задача группы изобретений, связанных единым творческим замыслом, заключается в разработке способа эксплуатации турбореактивного двигателя и эксплуатируемого заявленным способом турбореактивного двигателя с улучшенными эксплуатационными характеристиками и повышенной достоверностью экспериментально проверенного ресурса и надежности двигателя после капитального ремонта в условиях, максимально приближенных к реальной структуре и удельному соотношению режимов работы двигателя в процессе послеремонтной эксплуатации на высокоманевренных самолетах.
Поставленная задача решается тем, что в способе эксплуатации турбореактивного двигателя согласно изобретению перед каждым запуском двигателя, выполненного двухконтурным, двухвальным, осуществляют проверку готовности двигателя к работе, производят запуск, прогрев и вывод двигателя на рабочие режимы, предусмотренные регламентом, останов двигателя, периодически производят профилактические осмотры и обслуживание модулей, узлов и коммуникационных систем, включая компрессор низкого давления (КНД) с входным направляющим аппаратом, промежуточные направляющие и выходной спрямляющий аппараты; узлы газогенераторора - компрессор высокого давления (КВД); соединяющий указанные компрессоры промежуточный корпус; производят осмотр корпуса основной камеры сгорания (ОКС) и при необходимости осмотр корпуса и системы форсунок жаровой трубы ОКС; а также осмотр состоящего, предпочтительно, из шестидесяти четырех трубчатых блок-модулей кольцевого воздухо-воздушного теплообменника; периодически осматривают турбину высокого давления (ТВД), имеющую сопловый аппарат, ротор с валом и не менее чем одно рабочее колесо; производят осмотр опор двигателя, осмотр турбины низкого давления (ТНД), а также осматривают смеситель, фронтовое устройство и корпус форсажной камеры сгорания, реактивное сопло; коробку приводов сервисных двигательных агрегатов; осматривают и при необходимости тестируют электрическую, воздушную, гидравлические топливную и масляную системы, кроме того? периодически проверяют состояние командных блоков, исполнительных механизмов и кабелей систем мониторинга и автоматического управления двигателем; периодически выполняют предусмотренные регламентом текущие, а также, по меньшей мере, один капитальный ремонт, в процессе которого производят внешний осмотр и установку двигателя на испытательный стенд, проверку наличия дефектов и перемещение двигателя в сборочный цех, в котором производят демонтаж наружных коммуникаций и разборку двигателя на функциональные модули, узлы и сборочные единицы; разборку, промывку, контроль состояния и дефектацию модулей, узлов и деталей, направление на механосборочные/механические посты с выполнением восстановительного ремонта, конструктивно-технологической доработки или постдефектационной замены деталей на новые; комплектование прошедших ремонт и новых деталей и сборочных единиц, сборку и цеховые испытания узлов, модулей и сборку двигателя; причем испытывают двигатель по многоцикловой программе, включающей чередование режимов при выполнении этапов испытания длительностью работы турбореактивного двигателя, превышающей программное время полета, по программе до испытаний формируют типовые полетные циклы и определяют повреждаемость наиболее нагруженных деталей, исходя из этого определяют необходимое количество циклов нагружения при испытании, а затем формируют и производят полный объем испытаний, включающий выполнение последовательности испытательных циклов - быстрый выход на максимальный или полный форсированный режим, быстрый сброс на режим «малого газа», останов и цикл длительной работы с многократным чередованием режимов во всем рабочем спектре с различным размахом диапазона изменения режимов работы турбореактивного двигателя, в совокупности превышающем время полета в 5-6 раз, при этом различный размах диапазона изменения режимов работы двигателя реализуют изменением уровня перепада газа в конкретных режимах испытания от начального до наибольшего - максимального или полного форсированного режима работы двигателя путем переноса начальной точки отсчета при выполнении соответствующего режима, принимая последнюю в одном из режимов в положении, соответствующем уровню «малый газ», а в других режимах - в промежуточных или конечном положениях, соответствующих различным процентным долям или полному значению уровня газа максимального или полного форсированного режима, причем быстрый выход на максимальный или форсированный режимы на части испытательного цикла осуществляют в темпе приемистости с последующим сбросом.
При этом при запуске двигателя в ремонт и подготовке деталей к нанесению восстановительных покрытий могут выполнять химическую, ультразвуковую промывку и/или пескоструйную обработку деталей, микрометрические обмеры и определение прочности неразрушающими видами контроля и выбраковку дефектных деталей.
В процессе капитального ремонта двигателя нанесение на детали восстановительных покрытий могут выполнять при необходимости вариантно хромированием, цинкованием, кадмированием, меднением, оксидированием, алитированием, оксидным фосфатированием, серебрением, химическим никелированием, пассивированием и/или нанесением лакокрасочных покрытий.
Нанесение на детали восстановительных покрытий в процессе капитального ремонта для повышения износостойкости поверхностей восстанавливаемых деталей при необходимости вариантно могут выполнять электроискровым легированием поверхностей, детонационным или плазменным напылением порошковых композитов.
Поставленная задача в части турбореактивного двигателя решается тем, что турбореактивный двигатель согласно изобретению подвержен эксплуатации описанным выше способом.
Технический результат, обеспечиваемый группой изобретений, связанных единым творческим замыслом, состоит в разработке способа эксплуатации и эксплуатируемого заявленным способом ТРД с экспериментально проверенным ресурсом, а также с повышенной надежностью ТРД в процессе послеремонтной эксплуатации. Повышение достоверности результатов испытаний, проводимых после капитального ремонта эксплуатируемого ТРД, достигается за счет разработанного в изобретении чередования режимов при выполнении этапов испытания, которые по длительности превышают программное время полета в 5-6 раз. При этом уточняют типовые полетные циклы, на основании которых по программе определяют повреждаемость наиболее загруженных деталей. Исходя из этого определяют необходимое количество циклов нагружения при испытании, включая быструю смену циклов в полном регистре от быстрого выхода на максимальный, либо полный форсированный режим до полного останова двигателя и затем формируют репрезентативный цикл длительной работы в послеремонтный период с многократным чередованием режимов во всем рабочем спектре с различным размахом диапазона изменения режимов. Это позволяет повысить корректность и расширить репрезентативность оценки ресурса и надежности работы двигателя после капитального ремонта и обеспечивает повышенный послеремонтный ресурс двигателя в условиях летной эксплуатации ТРД на высокоманевренных самолетах.
Сущность изобретения поясняется чертежом (фиг.1), где изображен турбореактивный двигатель, продольный разрез.
Способ эксплуатации ТРД осуществляют следующим образом.
Перед каждым запуском турбореактивного двигателя, выполненного двухконтурным, двухвальным, осуществляют проверку готовности двигателя к работе. Производят запуск, прогрев и вывод двигателя на рабочие режимы, предусмотренные регламентом, и затем останов двигателя. Периодически производят профилактические осмотры и обслуживание модулей, узлов и коммуникационных систем, включая компрессор 1 низкого давления с входным направляющим аппаратом 2, промежуточные направляющие аппараты 3 и выходной спрямляющий аппарат 4; узлы газогенераторора - компрессор 5 высокого давления; соединяющий КНД и КВД промежуточный корпус. Производят осмотр корпуса основной камеры 6 сгорания и при необходимости осмотр корпуса и системы форсунок жаровой трубы ОКС. Также производят осмотр состоящего, предпочтительно, из шестидесяти четырех трубчатых блок-модулей кольцевого воздухо-воздушного теплообменника 7. Периодически осматривают турбину 8 высокого давления, имеющую сопловый аппарат, ротор 9 с валом и не менее чем одно рабочее колесо. Производят осмотр опор двигателя, осмотр турбины 10 низкого давления. Также осматривают смеситель, фронтовое устройство и корпус форсажной камеры сгорания, реактивное сопло 11, коробку приводов сервисных двигательных агрегатов. Осматривают и при необходимости тестируют электрическую, воздушную, гидравлические топливную и масляную системы.
Кроме того? периодически проверяют состояние командных блоков, исполнительных механизмов и кабелей систем мониторинга и автоматического управления двигателем. Периодически выполняют предусмотренные регламентом текущие ремонты, а также, по меньшей мере, один капитальный ремонт.
В процессе капитального ремонта производят внешний осмотр и установку двигателя на испытательный стенд, проверку наличия дефектов и перемещение двигателя в сборочный цех, в котором производят демонтаж наружных коммуникаций и разборку двигателя на функциональные модули, узлы и сборочные единицы. Производят разборку, промывку, контроль состояния и дефектацию модулей, узлов и деталей, направление на механосборочные/механические посты с выполнением восстановительного ремонта, конструктивно-технологической доработки или постдефектационной замены деталей на новые. После чего производят комплектование прошедших ремонт и новых деталей и сборочных единиц, сборку и осуществляют цеховые испытания узлов, модулей и сборку двигателя.
На завершающей стадии капитального ремонта после сборки двигатель подвергают испытаниям, при необходимости производят послеремонтную доводку, в процессе которой выполняют испытания отремонтированного двигателя. Двигатель испытывают по многоцикловой программе, включающей чередование режимов при выполнении этапов испытания длительностью работы ТРД, превышающей программное время полета. По программе до испытаний уточняют и формируют типовые полетные циклы и определяют повреждаемость наиболее нагруженных деталей. Исходя из этого определяют необходимое количество циклов нагружения при испытании. Затем формируют и производят полный объем испытаний, включающий выполнение последовательности испытательных циклов - быстрый выход на максимальный или полный форсированный режим, быстрый сброс на режим «малого газа», останов. Также производят цикл длительной работы с многократным чередованием режимов во всем рабочем спектре с различным размахом диапазона изменения режимов работы ТРД, в совокупности превышающем время полета в 5-6 раз. Различный размах диапазона изменения режимов работы двигателя реализуют изменением уровня перепада газа в конкретных режимах испытания от начального до наибольшего - максимального или полного форсированного режима работы двигателя путем переноса начальной точки отсчета при выполнении соответствующего режима, принимая последнюю в одном из режимов в положении, соответствующем уровню «малый газ», а в других режимах - в промежуточных или конечном положениях, соответствующих различным процентным долям или полному значению уровня газа максимального или полного форсированного режима. Быстрый выход на максимальный или форсированный режимы на части испытательного цикла осуществляют в темпе приемистости с последующим сбросом.
При запуске двигателя в ремонт и подготовке деталей к нанесению восстановительных покрытий выполняют химическую, ультразвуковую промывку и/или пескоструйную обработку деталей, микрометрические обмеры и определение прочности неразрушающими видами контроля и выбраковку дефектных деталей.
В процессе капитального ремонта двигателя нанесение на детали восстановительных покрытий выполняют при необходимости вариантно хромированием, цинкованием, кадмированием, меднением, оксидированием, алитированием, оксидным фосфатированием, серебрением, химическим никелированием, пассивированием и/или нанесением лакокрасочных покрытий.
Нанесение на детали восстановительных покрытий в процессе капитального ремонта для повышения износостойкости поверхностей восстанавливаемых деталей при необходимости вариантно выполняют электроискровым легированием поверхностей, детонационным или плазменным напылением порошковых композитов.
Турбореактивный двигатель подвергают эксплуатации описанным выше способом.
Пример реализации испытания ТРД по многоцикловой программе.
Испытанию подвергают ТРД с заданным ресурсом 500 часов общей наработки после первого капитального ремонта. В указанном ресурсе задана наработка 20 час на максимальном режиме, из них 5 час на полном форсированном режиме. Формируют типовые полетные циклы (ТПЦ) и устанавливают заданное время работы двигателя 1 ч, эквивалентное полетному времени летательного аппарата (ЛА) по принятому ТПЦ. На основании ТПЦ расчетным путем определяют повреждаемость наиболее нагруженных деталей. Исходя из этого определяют необходимое эквивалентное по повреждаемости количество циклов при испытаниях. В данном варианте принимают следующий состав нагрузочных испытательных циклов - выполнение 700 (400+300) запусков с выходом соответственно на максимальный и форсированные режимы, а также 400 приемистостей от режима «малый газ» (МГ) до максимального (Макс) и 300 с режима 0,8 Макс до форсированного (Фор) режима.
Устанавливают коэффициент запаса на требуемое количество испытательных нагрузочных циклов и времени наработки К=1,2.
Формируют полный объем ресурсных испытаний и разрабатывают программу проведения испытаний:
1. Общую наработку при проведении ресурсных испытаний принимают 500·1,2=600 ч, из них наработку на максимальном режиме принимают (20-5)·1,2=18 ч, а на форсированном режиме 5·1,2=6 ч.
2. Принимают продолжительность этапа испытаний 5 ч, и определяют количество пятичасовых этапов 600:5=120.
3. Устанавливают количество запусков с учетом коэффициента запаса 700·1,2=840, а также от МГ до Макс 400·1,2=480 и от 0,8 Макс до Фор 300·1,2=360.
4. Каждый пятичасовой этап включает 840:120=7, приемистостей от режима МГ до Макс 480:120=4 и приемистостей с режима 0,8 Макс до Фор 360:120=3, а также наработку на максимальном и форсированном режимах 18·60:120=9 мин. 360:120=3 мин.
5. Устанавливают последовательность испытательных циклов: быстрый выход на максимальный или полный форсированный режим, быстрый сброс на режим МГ и останов. Затем предусматривают цикл длительной работы с многократным чередованием нагрузочных циклов с размахом диапазонов изменения режимов от МГ до Макс и 0,8 Макс до Фор в пределах установленного выше объема испытательных этапов.
Выполняют испытания ТРД по указанной программе. Затем проводят дефекацию двигателя и анализ результатов испытаний, по которым принимают решение о признании двигателя выдержавшим испытания после капитального ремонта.