Решение задачи по распознаванию состояния двигателя возможно, если имеются эффективные методы и средства оценки фактического состояния двигателя, разработка которых относится к области технической диагностики АД. Исследования в области технической диагностики являются комплексными и затрагивают различные вопросы конструирования, производства и эксплуатации двигателя, электроники, механики и др. областей науки. В соответствии с ГОСТом техническая диагностика- отрасль знаний, исследующая техническое состояние объектов диагностирования и проявления технических состояний, разрабатывающие методы их определения, а также принципы построения и организацию использования системы диагностирования. Техническая диагностика АД базируется на общей теории технической диагностики и развитии диагностики двигателей, неразрывно связана с прогрессом в области авиадвигателе строения и совершенствованием системы эксплуатации. В последнее время значение технической диагностики возросло по причинам:

1. Поступление в эксплуатацию все более сложных двигателей и повышенными требованиями к надежности.

2. Недостаточно высокая надежность отдельных авиационных двигателей, когда количественные показатели надежности, такие как наработка на отказ, коэффициент досрочного съема и другие не всегда удовлетворяют возросшим требованиям по надежности и безопасности полетов.

3. Необходимость своевременного выявления неисправностей на ранней стадии развития и предупреждение отказов в полете.

4. Сложность, а в основном и невозможность без применения спец методов и средств оценить техническое состояние двигателя и найти неисправность.

5. Сложная природа отказов, возникающих в системах двигателей, например помпаж, повышение вибраций, колебание частоты вращения ротора могут вызываться различными причинами, поэтому определение истины причины отказов возможно только при наличии разработанных методов и средств в поиске неисправностей.

6. Необходимость в короткие сроки определять техническое состояние и осуществлять поиск неисправностей в системах отказавших двигателей.

7. Необходимость оценки работоспособности двигателя в случае, когда произошли нарушения условий эксплуатации(взлет без прогрева двигателя, длительная работа в форсажном режиме).

8. Переход на новый принцип эксплуатации по фактическому состоянию.

Поэтому в настоящее время для определения неисправностей применяются виброаккустическая диагностика, диагностика по параметрам систем двигателя, спектральный анализ масла, визуально- оптическая диагностика, термометрия и радиография.

Решение диагностических задач двигателей имеет особенности:

1. Большое разнообразие систем двигателей и агрегатов, построенных на различных физических принципах.

2. Различие в структуре систем двигателя, как объектов диагностирования.

3. Различный характер действия систем двигателя(непрерывный, дискретный) требует разных подходов.

4. Различные режимы использования двигателя в эксплуатации на земле и в полете.

5. Неодинаковый уровень надежности систем, узлов и агрегатов двигателя.

6. Ограничение по массе, габаритным размерам, надежности диагностических средств, расположенных на летательном аппарате.

7. Ограниченные возможности постановления двигателя в условиях эксплуатации.

Поэтому задачей является исследование двигателя, как объекта диагностирования, разработка методов технической диагностики, построение и организация системы диагностирования. Решение этих задач содержит этапы:

1. Выявление возможных состояний двигателя, распознавание которых необходимо осуществлять в эксплуатации.

2. Анализ физических и физико-химических процессов, протекающих в элементах и системах конструкции двигателя при нормальном функционировании при возникновении и развитии неисправности.

3. Разработка методов экспериментального определения диагностических параметров и признаков.

4. Выбор диагностических параметров и признаков, обеспечивающих распознавание состояния двигателя.

5. Разработка и обоснование выбора методов оценки состояния, поиска не исправностей и прогнозирования.

6. Разработка оптимальных алгоритмов диагностирования.

Для выполнения этих этапов необходимо иметь систему сбора, хранения и анализа диагностической информации, определение места технической диагностики в системе эксплуатации двигателя, разработка рекомендаций по совершенствованию двигателя как объекта диагностирования.

Принципы технической диагностики двигателя.

Термины и определения.

Деталь или элемент- составная часть технического устройства, которая при расчетах не подлежит расчленению, например вал, корпус, шестерня.

Блок или узел- совокупность деталей, собранных по определенной схеме, для выполнения заданной функции оформленная сборочным чертежом, например редуктор.

Устройство или агрегат- совокупность деталей, элементов, узлов, блоков, обеспечивающее решение определенных функциональных задач и имеющая самостоятельное эксплуатационное значение.

Система- совокупность взаимодействующих устройств полностью обеспечивающее выполнение определенных практических задач, например, топливная система, система смазки, система управления.

Надежность- свойство двигателя, его узла или детали выполнять свою работу в течении заданного времени и при определенных условиях эксплуатации. Нельзя измерить, поэтому формы проявления надежности:

1. безотказность

2. долговечность

3. ремонтопригодность

Безотказность- свойство двигателя или его узла непрерывно сохранять свою работоспособность в определенных режимах и условиях эксплуатации. Количественно оценивается вероятностью безотказной работы и интенсивностью отказов и наработкой на отказ.

Работоспособность- состояние двигателя, при котором он в данный момент времени соответствует всем требованиям, установленным техническими условиями для всех основных параметров, характеризующих нормальное выполнение заданных функций двигателя.

Ремонтопригодность- свойство двигателя или узла, заключающееся в приспособленности к восстановлению неисправности и поддержанию технического ресурса путем предупреждения обнаружения и устранения отказа.

Дефект- всякое повреждение или разрегулировка узлов агрегатов механизмов двигателя не приведшее к потере их работоспособности.

Неисправность- несоответствие хотя бы одного из параметров требованиям технической документации. Неисправный двигатель может быть работоспособным.

Долговечность- свойство двигателя длительно с возможными перерывами на ремонт сохранять работоспособность в определенных режимах и условиях эксплуатации до разрушения или другого предельного состояния. Основные показатели характеризующие надежность двигателя- отказы.

Отказ- полная или частичная утрата способности двигателя выполнять свое назначение. Делятся на внезапные, возникающие в результате скачкообразного изменения значений одного или нескольких параметров, и постепенные, возникающие в результате постепенного изменения значений параметров двигателя вследствие износа, старения и других аналогичных причин. Бывают независимые и зависимые. Независимый отказ вызывается различными случайными причинами. Зависимый отказ возникает в результате отказа смежных деталей и систем. По степени нарушения параметров двигателя отказы разделяются на полные, до устранения которых использование двигателя по прямому назначению становится невозможным и частичные отказы, до устранения которых остается возможность хотя бы частично использовать двигатель. Могут быть разделены на 2 группы:

1. необратимые- влекут за собой возможность возникновения аварии либо вообще не могут быть устранены без прекращения нормального функционирования двигателя.

2. обратимые- не влекут за собой возможность возникновения аварии, а устранение их не требует обязательного прекращения функционирования двигателя.

По месту действия:

1. Отказы, проявившиеся в полете.

2. Отказы, приведшие к досрочному снятию двигателя с самолета.

3. Отказы, устраненные в эксплуатации без снятия двигателя с самолета.

Двигатель имеет сложную систему управления, которая характеризуется тем, что отказ одного или нескольких узлов не влечет за собой полное прекращение ее работы, а лишь несколько снижает эффективность управления.

При построении структурных схем встречаются виды соединений:

1. Последовательное- совокупность систем, отказ которой возникает при отказе хотя бы одной системы, входящей в данную структуру.

2. Параллельное- совокупность систем, отказ которой наступает в случае отказа всех систем, входящих в структуру.

3. Смешанное- сочетание последовательного и параллельного соединения.

Возникновение прогаров жаровых труб объясняется склонностью к медленному накоплению нагара на внутренней поверхности трубы, особенно в зонах горения и расположения рабочих форсунок. Нагарообразование появляется в результате неполноты сгорания топлива и зависит от конструкции жаровой трубы, времени эксплуатации двигателя и качества топлива. Прогар жаровой трубы может быть из-за нарушения работы форсунок, поэтому необходим регулярный контроль за состоянием камер сгорания с помощью различных методов контроля. Может происходить закоксованность рабочих форсунок. Уровень закоксованности зависит от конструктивной схемы охлаждения форсунки, сдува топлива и в большой мере от наработки в эксплуатации. Признаком закоксованности рабочей форсунки является увеличение давления перед форсункой. По величине зазоров между антивибрационными полками рабочих лопаток КНД может стать причиной разрушения. Контроль осуществляется прямым измерением зазоров между ними. Как показывает опыт диагностирования все неисправности, за исключением закоксованности форсунок, имеют общие диагностические признаки, однако они не указывают место неисправности, они лишь позволяют определить, исправен или неисправен двигатель без указания причин. Если в дополнение измеряется давление воздуха за компрессором, перепад давления на турбине, давление в наружном контуре, то глубина дефекта может быть увеличена до одного узла.

Разрушение деталей подшипников опор роторов и приводов агрегатов происходит вследствие усталости материалов, повышенного износа поверхностей, изменения зазоров и посадок между деталями подшипников и опор, повреждений вызванных масляным голоданием и загрязненностью масла. Общий признак данной неисправности- наличие металлической стружки в масле, которая обнаруживается в фильтрах и магнитных пробок, по сигналу фильтросигнализатора, но увеличению давления на фильтрах, по результатам спектрального анализа масла. Признаки: наличие стружки, увеличение температуры масла в опорах, изменение виброскоростей на опорах и времени выбега роторов. В эксплуатации подробный перечень неисправностей содержится в письменной документации или в банке данных конкретной системы диагностирования, при этом объемы на содержание определяются обозначением и целями системы. Обязательно хранятся все сведения о неисправностях, наблюдаемых в эксплуатации, которые по мере увеличения срока службы подвергаются уточнениям и дополнениям, кроме этого было отмечено, что причины возникновения одной и той же неисправности могут изменяться под влиянием эксплуатационных факторов. Перечень сведений о неисправностях и их диагностических признаках, характерных для данного двигателя, является основой для анализа возникающих и будущих неисправностей, с целью разработки алгоритма поиска неисправностей. Важнейшим для авиационного двигателя является обеспечение его контролепригодности. Уже на стадии проектирования обеспечивается контролепригодность, т.к. достаточная контролепригодность двигателя обеспечивает рациональную систему диагностирования технического состояния двигателя. Под контролепригодностью АД понимается обеспеченная его конструкцией и оборудования возможность получения информацией, необходимой для достоверной оценки исправности и состояния каждого двигателя в условиях эксплуатации без его разборки и снятия с самолета. Зависит от конструкции АД и корпуса самолета, поэтому достижение высокого уровня контролепригодности возможно лишь при непрерывной, тесной, взаимной связи процессов проектирования, доводки и эксплуатации двигателя с процессами разработки и внедрения в эксплуатацию методов и средств диагностирования. Это позволяет учесть в конструкциях двигателей самолета возможность применения различных методов и средств диагностирования, обеспечивающих достоверное распознавание неисправностей, влияющих на безопасность полета на ранних стадиях возникновения, поэтому для каждого двигателя разрабатываются методы и средства диагностирования, отрабатывается перечень неисправностей, снижающих безопасность полета, диагностические параметры, признаки, алгоритмы обработки и анализа диагностической информации, реализованные в диагностических устройствах, встроенных в двигатель. Конструкция двигателя должна обеспечить выявление неисправностей на ранних стадиях возникновения и развития:

1. Разрушение лопаток по перу и замку ротора компрессора и турбины

2. Разрушение дисков ротора двигателя

3. Разрушение подшипников опор двигателя

4. Помпаж

5. Повышенный уровень вибрации

6. Прогар лопаток соплового аппарата

7. Изменение неравномерности температурного поля в процессе эксплуатации

8. Разрушение деталей вспомогательной и основной камер сгорания

9. Отказы в работе агрегатов топливопитания и регулирования двигателя

10. Изменение тяги двигателя до уровня, не обеспечивающего безопасный взлет.

11. Ухудшение характеристик газовоздушного тракта.

Выявление этих неисправностей возможно путем применения виброаккустического, рентгенографического, визуальнооптического, пирометрического и газодинамического метода, а так же с помощью спектрального анализа масла системы смазки и непрерывной регистрации комплекса параметров на различных режимах в полете и на земле. Согласно современным нормам летной годности в настоящее время двигатель должен обеспечить инструментальный контроль не менее 15 параметров, а на двигателях до 1975 года не менее 30 параметров. Характеристики контролепригодности является функцией конструктивных и эксплуатационных факторов и представляет собой переменные величины которые могут изменяться в определенных границах. Это показывает, что свойствами контролепригодности двигателя можно управлять. Соответственно значения показателей контролепригодности могут устанавливаться, обеспечиваться и оцениваться при проектировании, изготовлении и эксплуатации, которые удовлетворяют следующим требованиям:

1. Учет технических показателей двигателя и средств диагностирования

2. Возможность сравнения различных диагностических средств и определение пути повышения их технических показателей

3. Простота вычислений при выполнении инженерных расчетов

Контролепригодность.

Наиболее полно удовлетворяет этим требованиям комплексный критерий коэффициенты контролепригодности и эффективности. Комплексный критерий характеризует глубину, полноту, стоимость, целесообразность применения системы диагностирования в конкретной ситуации и учитывает структуру двигателя, как объекта диагностирования. Глубина диагностирования характеризует степень детализации, с которой устанавливается место, возникшей неисправности. Стоимостной критерий целесообразности диагностирования: Кс=Сэ/(Сэ+Со).

Сэ- затраты на систему диагностирования.

Со- первоначальная стоимость на систему диагностирования. Критерий эффективности учитывает влияние большого числа составляющих системы диагностирования и выражается зависимостью Кэ=Р1*Р2*Р3*Р4*Р5*Р6. Кэ- критерий эффективности.

Р1- вероятность отсутствия неисправностей в неконтролируемой части двигателя в процессе диагностирования.

Р2- вероятность правильной оценки состояния двигателя.

Р3-вероятность правильного функционирования технических средств в период диагностирования.

Р4- достоверность алгоритма диагностирования.

Р5-Вероятность правильной работы оператора.

Р6- инструментальная достоверность диагностирования.

На ряду с рассмотренными выше критериями оценка контролепригодности двигателя должна проводиться с учетом ремонтопригодности и эксплуатационной технологичности двигателя. Для эффективного проведения диагностики двигателя необходимо иметь заданный уровень контролепригодности. Это достигается путем оптимального конструирования двигателя как объекта диагностирования. Если регистрация диагностический информации осуществляется с помощью временно подсоединяемых средств, то требуется большое число точек для подсоединения аппаратуры двигателя, снятия заглушек штуцеров в различных системах двигателя. При таком подходе к диагностированию в отдельных случаях двигатель может оказаться неработоспособным. Причины: попадание в системы двигателя посторонних частиц при подсоединении и отсоединении аппаратуры, нанесение повреждений при многократной установке датчиков и т.д. этот недостаток можно устранить, если иметь спец. точки для подсоединения и отсоединения аппаратуры. Поэтому при проектировании двигателя необходимо предусмотреть возможность определения технического состояния двигателя без разборки двигателя и, чтобы средства диагностирования не влияли на состояние двигателя. Поэтому основными требованиями при конструировании двигателя, обеспечивающие высокий уровень контролепригодности являются: простота конструкции, эксплуатации и ремонта, высокая надежность, приспособленность конструкции к условиям эксплуатации диагностирования, достаточность обзора и доступность к необходимым деталям и узлам двигателя в самолетной компоновке, возможность применения автоматизированных и неавтоматизированных систем диагностирования для поиска неисправностей, устранение выявленных неисправностей при минимальных трудозатратах и времени простоя. Это означает, что уровень контролепригодности обеспечивается на стадии проектирования. По статистике об отказах аналогов, оценке затрат на проведения диагностирования. Разработке единой НТД на диагностирование при производстве, ремонте и эксплуатации самолета. Выбор средств диагностирования производится по требованиям: минимальные габаритные размеры, масса и стоимость, высокая надежность и беззатратность, возможность применения средств без разборки двигателя, обеспечение быстрого поиска неисправностей, необходимой достоверности результатов диагностирования, универсальности, автоматизации, стандартизации и унификации и возможность для хранения и обработки диагностической информации. Наряду с совершенствованием аппаратуры диагностирования необходима разработка математического обеспечения систем диагностирования. Направления работы:

1. Определение признаков неисправности. Диагностические признаки определяются и обобщаются на основании специальных экспериментальных и теоретических исследований

2. Разработка стандартных математических программ для компьютера

3. Оценка допусков значений диагностических параметров. Это обеспечит достоверное выявление возможных в эксплуатации неисправностей

4. Расширения возможности контроля диагностирования с помощью компьютера на борту самолета. Должен удовлетворять требованиям по стоимости, массе и объему памяти.

Для раннего обнаружения неисправностей и определения места неисправностей с точностью до съемного узла двигатель оборудуется датчиками для измерения параметров, которые характеризует возможное его состояние. Кроме этого используется информация с датчиков режима работы двигателя.