ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МОДЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ В УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Особенности оценки надежности двигателя. Возможная об­ласть использования математических моделей для оценки на­дежности ГТД определяется с учетом его конструктивных осо — з* За»
бенностей. ГТД представляет собой сложную систему. Много­образие процессов, протекающих при работе двигателей, приво­дит к многообразию физических причин отказов. В ГТД прак­тически исключена возможность резервирования основных эле — імєнтов и агрегатов. Поэтому модели оценки надежности с ре­зервированием имеют ограниченное применение. Для ГТД не­обходимо подтверждение больших значений межремонтных и назначенных ресурсов, что ограничивает использование тради­ционных методов испытаний на надежность и требует проведе­ния циклов ускоренных испытаний. Для ГТД характерно нали­чие переходных режимов, количество которых по меньшей мере равно числу запусков и остановов двигателя, что требует иссле­дований влияния этих режимов на надежность.

Использование статистических моделей надежности предпо­лагает подразделение изделий и агрегатов ГТД на не — восстанавливаемые и восстанавливаемые. Динамические’мо­дели надежности требуют рассмотрения соотношения типа «нагрузка — прочность». В случае, когда отказ приводит к досрочному снятию двигателя с самолета, следует рассматривать модели надежности невосстанавливаемого изде­лия. В качестве показателя надежности используется Гд. с.д. Если последствия отказа устраняются на борту, то такой отказ классифицируется, как отказ восстанавливаемого изделия. В этом случае для оценки надежности используется со — пара­метр потока отказов, устраняемых в эксплуатации.

В силу особого влияния отказов двигателя на безопасность полета следует отдельно выделять отказы, которые произошли в полете. Для оценки надежности в этом случае используется средняя наработка на отказ в полете 7’„. Не следует судить о надежности двигателя только по статистическим данным. Боль­шое внимание надо уделять инженерному анализу, обращая внимание на единичные отказы (разрушения лопаток, дисков), которые могут быть опасными по своим последствиям.

Среднестатистические показатели надежности. Для оценки надежности двигателя в целом используем эмпирические зави­симости по данным об отказах в эксплуатации.

Основной среднестатистический показатель надежности — средняя наработка на отказ

Т= 2 й/лот»

(=1

где п — общее число двигателей в рассматриваемой совокупности; б 1— на­работка ї-го двигателя за анализируемый период; пот — число отказавших двигателей.

Аналогично определяем

П

Тд. с.д — 2 Й/Лд. с.д.

1=1

m

Удобной характеристикой оценки надежности за определен­ный период является число отказов на 1000 ч наработки:

Кюоо = 1000/Г = 1000ш.

Коэффициент Кюоо служит чувствительной мерой для оценки динамики надежности. Он может использоваться и при отказах, Приведших К досрочному СНЯТИЮ двигателей (КіОООд. с.д), и для отказов, ВОЗНИКШИХ В полете (KlOOOo. n) •

Параметрическая надежность. Ее можно оценить вероятно­стью того, что параметры, определяющие техническое состояние изделия, не выходят за границу допуска.

В ряде случаев таких параметров может быть несколько. Изменяясь в процессе увеличения наработки изделия, они до­стигают значений, при которых дальнейшая эксплуатация недо­пустима. Наступает состояние отказа. Изменение параметров по наработке подчиняется физическим законам и, следовательно, имеет закономерный характер. Но для любого изделия из рас­сматриваемой совокупности однотипных изделий момент пара­метрического отказа точно предсказать нельзя. Например, изве­стно, что вследствие эрозии поверхностей лопаток, увеличения зазоров в проточной части ГТД по мере увеличения наработки повышается удельный расход топлива. Статистические данные по распределению отклонений удельного расхода топлива от его номинального значения (іАСуд), полученные в разные моменты наработки, позволяют определять вероятность выхода ДСуд за границы допуска. При большой вероятности такого выхода ре­шается вопрос о возможности дальнейшей эксплуатации.

Простейшая зависимость параметрической надежности от времени (рис. 1.9) может быть применена для давления, темпе­ратуры, расхода, а также и для зависимостей типа «нагрузка — прочность», которые ранее были рассмотрены для планера.

Если под термином «нагрузка» понимать совокупность на­грузок, действующих на данный элемент двигателя (например, лопатку), а под термином «живучесть» — способность элемента выдерживать эту совокупность нагрузок, то можно построить график, отображающий характер изменения этих величин во времени {14, 15]. В момент, когда «живучесть» элемента станет равной действующей на него нагрузке, произойдет отказ. Про-

1.9. Износ однотипных элементов с начальной живучестью Но лод воз­действием нагрузок _Раад

1.10. Износ элементов с законом рас­пределения начальной живучестю //Р;ор под воздействием нагрузки. Р зад

стейший случай для одного эле­мента представлен на рис. 1.9. Аналогичная линейная зависи­мость получится и для множе­ства элементов, если они рав­нопрочны и работают при рав­ных нагрузках.

При учете закона распределения (например, нормального) «живучести» элементов модель приобретает вид, представлен­ный на рис. 1.10. При постоянной нагрузке (Р3ад = const) плос­кость распределения начальной «живучести» может быть раз­делена на две зоны: Hot < Рзад и Я0. > Рзад. Все элементы, на­чальная «живучесть» которых соответствует первой зоне (за­штрихована), откажут в начале эксплуатации за время Ар. (длительность приработки). При А >’Ар кривая распределения вероятности отказов элементов if (Ат) будет являться отображе­нием участка зависимости f (Я), который расположен выше уровня нагрузки Рзад.

Из. подобных рассуждений о надежности каждого агрегата следует, что долговечность (ресурс Т) всего двигателя в основ­ном определяется отклонением начальной «живучести» от сред­него значения Но сР и разбросом скоростей износа dHJdt. .

Для гарантии ресурса необходимо, чтобы все агрегаты н двигатель в целом проектировались с некоторым оптимальные средним запасом начальной «живучести».

Из опыта эксплуатации известно, что дисперсии долговеч­ности Я2 (Г) у большинства элементов двигателя малы по срав­нению со средними значениями их долговечности ГСр. Это поло­жение можно выразить следующим условием [84]:

}’ЩГ)/ТСР < 0,2.

Поэтому элемент с минимальной долговечностью можно счи­тать слабым звеном и определять по нему ресурс двигателя в целом.