ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТА ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ СИЛОВЫХ УСТАНОВОК

Требования к уровню надежности. Надежность силовой уста­новки (СУ) — сохранение ее способности обеспечивать потреб­ную для полета самолета тягу i[ 14]. Эта способность обусловли­вается надежностью всех входящих в СУ устройств и ФС. Важ­нейшей частью СУ является двигатель, отказ которого приво­дит к отказу СУ в делом.

Рассмотрим возможность использования моделей надежно­сти нескольких двигателей для оценки безопасности полета са­молета.

Для четырехдвигательного самолета будем считать сложной ситуацией возникновение в полете независимых отказов на двух и более двигателях. При оценке вероятности выключения п дви­гателей из общего числа т двигателей, установленных на само­лете данного типа, можно воспользоваться биноминальным рас­пределением дискретных случайных величин:

Qm(n) =A"TnQn(l — Q)m~n, (2.4) —

где Qrn (я) — вероятность появления п искомых исходов в выборке т;. Апт — число сочетаний из т по я; Q —■ вероятность отказа в полете любо­го из т двигателей.

Известно i[l], что параметр потока отказов двигателя данно­го типа в процессе эксплуатации достаточно быстро выравнива­ется и становится простейшим. Его можно определить как

сод. с.д = 1/Тд. о.д. (2-5).

Вероятность отказа в промежутке времени (наработки) to — Q(6>) = 1 — e-fo/T, (2.6) і

где Т — средняя наработка на отказ для промежутка U — fa — б.

С учетом (2.6) вероятность отказа двигателя за время поле­та ^пол-

Qo. n{inon) ” 1 Є пол / П~ tuonlTu• (2*7)

Используя (2.4) и (2.7), можно определить значение Qa. c для многодвигательного самолета.

Вычислим вероятность аварийной ситуации 3-двигательного самолета

Qa. c == Q3(2) + Q3(3), (2.8)

где Qs (2) и Q3 (3) ■— вероятности отказов 2 или 3 двигателей на 3 двига­тельном самолете соответственно.

Итак, для 3-двигательного самолета

Qa. c — 3(іаоя/ТпУ(1 ■— tnonlTп ) — f — + (tnoxITn)3 = 3 (Йюд/П)2 — 2 X

X (tno3~Tn)K (2.9)

Важно отметить, что при больших значениях Тп {Тп>2-104) второй член уравнения (2.9) на 104 меньше первого и тогда

Qa. c£=!3(W57)2. (2.10)

‘После упрощения (2.4)

Qa. c^Cm™-2(4on/rn)2. (2.11)

Рассмотрим изменение Qa. c для ВС с 3 двигателями при 7Пол = 2,5 ч и значениях Гп = 25-103 и 25-102. В первом случае ‘Qa. c= 3 ■ 10 s, во втором Qa. c = 3-10~6. При 7’п = 25-102 вероят­ность возникновения аварийной ситуации слишком велика и не •соответствует требованиям НЛГС.

Анализ причин отказов силовых установок. Рассмотрение ■типовых причин отказов силовых установок показывает, что ■обеспечить заданную надежность можно только путем учета всех факторов, влияющих на ресурс и надежность. К этим при­чинам относятся:

недостаточная стабильность свойств и низкое качество ис­пользуемых материалов, в том числе металлов, резинотехничес­ких изделий, топлив и масел;

несовершенство конструкции;

ошибки при расчете характеристик рабочего процесса дви­гателей;

низкое качество изготовления и ремонта серийных двига­телей;

низкое качество комплектующих изделий;

нарушение требований, правил и ограничений эксплуатаци­онно-технической документации в процессе использования и тех­нического обслуживания.

m

При эксплуатации приходится сталкиваться с большим мно­гообразием причин отказов и не всегда удается однозначно классифицировать физическую природу отказа. Например, раз­рушение лопасти компрессора может быть следствием и недо­статочной прочности и коррозионного износа и повреждения от ударов посторонними предметами. Поэтому причины отказов надо анализировать более подробно, учитывая данные разра­ботчика, изготовителя и эксплуатирующих организаций |1]. От­казы при испытаниях и доводке серийных двигателей распре­деляются следующим образом: прочностные дефекты и недо­статки 60%, функциональные нестабильности 15, параметриче­ские ошибки 5, производственная и эксплуатационная нетехно- логичность 5, другие дефекты и недостатки 15%.

Значительный интерес для планирования мероприятий по совершенствованию конструкции двигателей представляют све­дения о распределении отказов основных элементов двигателя, вызывающих задержки рейсов и невыполнение задания: подача и регулирование топлива 35%, проточная часть компрессора 20, система смазки 15, система запуска 15, приводы агрегатов 10, турбина 5%. Сложность функций, выполняемых системой регу­лирования топлива, наличие электронных блоков и прецёзион — ных пар в конструкции, вызывают наибольшее число отказов этой системы. Повреждения проточной части компрессора свя­заны с наличием большого числа разнонагруженных лопаток и повреждением их посторонними предметами, попадающими в воздухозаборник двигателя.

Конструктивные способы, повышающие надежность силовой установки. При проектировании новой силовой установки важ­нейшее условие обеспечения безопасности полета — учет ожи­даемых условий эксплуатации и правильный выбор запасов ра­ботоспособности. Но любые запасы работоспособности (проч­ность, гидродинамическая устойчивость) ведут к увеличению габаритных размеров и массы конструкции. Поэтому проработ­ка размеров и форм всех деталей, анализ действующих на них нагрузок, рациональный выбор материалов, совершенствование методов изготовления деталей, оптимизация методов контроля и программы ТО и Р — вот перечень основных путей конструк­тивного совершенства и повышения надежности силовой уста­новки.

К опасным отказам относятся трещины и разрушения лопа­ток компрессора и турбины, возникающие вследствие сочетания напряжений от нагрузок и вибраций. Демпфирование колеба­ний лопаток компрессора осуществляется путем использования антивибрационных перемычек и шарнирным креплением комля. В некоторых случаях эффективным средством снижения: вибра­ций ротора двигателя в целом являются упругодемпфированные: опоры подшипников. В конструкции между наружной обоймой-

Г>‘!

подшипника и гнездом в корпусе монтируется гофрированное металлическое кольцо толщиной 1,5—2 мм.

Распространенный способ повышения долговечности лопатки турбины — нанесение покрытия, препятствующего коррозии и окислению в потоке горячих газов. Пластичные покрытия имеют толщину до 2 мм и практически не взаимодействуют с основным материалом.

Для двигателей, работающих на взлетном режиме и при по­садке в пыльных условиях, используют воздухоочистители, ус­танавливаемые на входе перед компрессором. Ряд неподвижных направляющих лопаток закручивает входящий воздух, сбрасы­вает в пылесборник тяжелые частицы пыли и песка. В компрес­сор воздух попадает по кольцевому каналу с неподвижными спрямляющими лопатками. Степень очистки достигает 80—90%•

Защитно-ограничительные конструкции применяются для то­го, чтобы такие параметры, как отрицательная тяга винта, тем­пература газов и другие не выходили за пределы допусков. Уни­фикация и стандартизация повышают надежность всей элемент­ной базы. Важным направлением унификации является моди­фикация базового двигателя с целью совершенствования его ха­рактеристик, ресурса, надежности при сохранении взаимозаме­няемости с первоначальной конструкцией.