Оптимизация параметров ускоренных совмещенных ресурсных испытаний авиационных газотурбинных двигателей | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 15 августа, печатный экземпляр отправим 2 сентября.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №24 (158) июнь 2017 г.

Дата публикации: 19.06.2017

Статья просмотрена: 87 раз

Библиографическое описание:

Гишваров, А. С. Оптимизация параметров ускоренных совмещенных ресурсных испытаний авиационных газотурбинных двигателей / А. С. Гишваров, А. Х. Рахимов. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2017. — № 24 (158). — С. 139-142. — URL: https://moluch.ru/archive/158/44564/ (дата обращения: 06.08.2020).



В статье рассматривается метод выбора параметров ускоренных совмещенных ресурсных испытаний газотурбинных двигателей многовариантного применения, устанавливаемых на нескольких типах летательных аппаратов и эксплуатирующихся в различных климатических зонах и режимах нагружения. Под ускоренными совмещенными ресурсными испытаниями понимаются испытания одного двигателя, в которых ускоренно обеспечивается проверка надежности и ресурса одновременно нескольких эксплуатационных вариантов применения двигателя или его агрегатов, узлов и элементов. Оптимизируемыми параметрами испытаний является: количество двигателей, устанавливаемых на испытания; параметры режима нагружения и длительность испытаний; множество эксплуатационных вариантов применения двигателя, проверяемых в одних ускоренных совмещенных ресурсных испытаниях. Выбор оптимальных значений параметров испытаний проводится с учетом основных критериев эффективности ускоренных совмещенных ресурсных испытаний и применением метода Парето. Приводятся вид обобщенной целевой функции, используемой для формирования Парето — оптимальных решений и пример практической реализации методики для двигателя, эксплуатируемого на трех типах самолетов.

Ключевые слова: ускоренные совмещения ресурсные испытания, авиационный газотурбинный двигатель, оптимизация

Современный период развития авиационной техники, включая авиационные газотурбинные двигатели, характеризуется высокими требованиями к ее надежности, сжатыми сроками создания и внедрения в эксплуатацию. При этом значительной мере высоким является ресурс технических систем, например, самолеты Ту-204 и Ил-96–300 имеют назначенный ресурс гидросистемы и ее элементов 45000 и 60000 часов соответственно. В этих условиях актуальным является создание и внедрение методов ускоренных ресурсных испытаний, обеспечивающих получение необходимой информации о надежности и ресурсе изделий в более короткие сроки. При этом особо актуальной является проблема обоснования ускоренных ресурсных испытаний газотурбинных двигателей, устанавливаемых на нескольких типах летательных аппаратов и эксплуатируемых в различных климатических зонах и режимах нагружения. Это обусловлено тем, что фактор многовариантности существенно усложняет обоснованный выбор объема, режимов и длительности ускоренных ресурсных испытаний двигателей.

Под совмещенными ресурсными испытаниями понимаются испытания, в которых обеспечивается проверка надежности и ресурс одновременно нескольких эксплуатационных вариантов применения изделия (двигателя, агрегатов, узлов, элементов и т. д.).

Анализ существующих программ ускоренных совмещенных ресурсных авиационных двигателей и агрегатов испытаний показывает, что они не позволяют в полной мере проводит достоверную проверку надежности и ресурса испытываемых двигателей [1, 2]. Поэтому очевидна актуальность разработки научно — обоснованного метода выбора оптимальных значений объема, режимов и длительности ускоренных совмещенных ресурсных испытаний, обеспечивающих проверку надежности и ресурса двигателей многовариантного применения при минимальных временных и материальных затратах.

Авторами предлагается выбор параметров ускоренных совмещенных ресурсных испытаний проводить с учетом основных критериев, характеризующих эффективность совмещенных ресурсных испытаний:

− критерия гарантированной проверки надежности двигателя К1 по всем эксплуатационным вариантом применения;

− критерия дифференцированного (последовательного) «зачета» в одни ресурсных испытаниях нескольких эксплуатационных вариантов применения К2 двигателя;

− показателей объема испытываемых двигателей К3 и длительности К4 ускоренных ресурсных испытаний.

Критерий К2 характеризует уровень дифференцированного «зачета» в ускоренных совмещенных испытаниях нескольких эксплуатационных вариантов применения двигателя, начиная от наименее нагруженного и кончая наиболее нагруженным вариантами, что позволяет, даже в случае отказа двигателя в испытаниях, признавать двигатели годными к эксплуатации по тем вариантам, эксплуатационная повреждаемость которых была подтверждена до момента отказа.

Ввиду противоречивости критериев друг другу выбираемое решение о параметрах ускоренных совмещенных ресурсных испытаний носит компромиссный характер. Поэтом выбор параметров испытаний проводится из области Парето–оптимальных значений [1]. Для совместного учета критериев К1...,К4 в методе Парето их значения преобразуются и нормируются .

При этом оптимизируемыми параметрами являются:

− количество двигателей Nи, устанавливаемых на ускоренные совмещенные испытания;

− параметры режима Rи k и длительности испытаний иk ();

− множество эксплуатационных вариантов применения Nk, достоверно проверяемые в k-ых совмещенных ресурсных испытаниях ().

Парето — оптимальные значения параметров , , и определяются по обобщенной целевой функции Ф, являющейся сверткой частных критериев эффективности :

(1)

где P0 и R() — вектора параметра которых характеризуют исходное состояние двигателя перед испытаниями, обусловлено влиянием производственно — технологических факторов на качество изготовления двигателя P0 = [p01,…, p0]ТGP и режим нагружения R() = [r1(),…, rs()]ТGR и длительность нагружения ;– повреждаемость - го элемента узла двигателя по — ой характеристике расходования ресурса (длительная прочность, усталость и др.) в условиях эксплуатации и стендовых испытаниях соответственно ; – весовые коэффициенты, характеризующие точность моделей расходования и значимость элементов узлов двигателя с учетом которых проводится выбор ускоренных совместных ресурсных испытаний; Nэ — число эксплуатационных вариантов применения двигателя; Gp, GRk — области определения векторов P0 и R() соответственно; A, B, C, D — положительные числа, используемые в методе Парето (A + B + C + D = 1); — оптимальное значения параметров для конкретных значений контакт А, В, С, D.

Получение Парето — оптимальных точек проводится многократной минимизацией функционала варьированием значений коэффициентов А, В, С и D.

Предлагается метод выбора параметров ускоренных совместных ресурсных испытаний был апробирован на примере авиационного газотурбинного двигателя, устанавливаемого на трех самолетах (Nэ = 3; ) и эксплуатируемого по типовым циклам нагружения .

Объем, режимы и длительность ускоренных совмещенных ресурсных испытаний, определялись с учетом основных (лимитирующих ресурс) элементов узлов двигателя:

− малоцикловой прочности дисков ротора П11;

− длительная прочность рабочей лопатки первой ступени турбины П22;

− контактной прочности радиально-упорного подшипника опоры П33;

− контактная прочность ведущей шестерни редуктора П43.

Обобщенная модель расходования ресурса двигателя с учетом перечисленных элементов узлов имела вид:

(2)

где — температура газа перед турбиной, K; Тн — температура воздуха на входе в двигатель, K; — частота вращения ротора, %; W — загрузка генераторов постоянного и переменного токов, кВт; Nz — число циклов нагружения; P0 — область исходного состояния двигателя, соответствующая техническим требованиям на его изготовление (Po = idem).

Из множества Парето–оптимальных значений Nи, Rиk(), k за окончательный выбран вариант, для которого получены наилучшие значения критериев эффективности :

Полученные значения была сформирована программа ускоренных совместных ресурсных испытаний. Испытания проводился на одном двигателе ( = 1), первый эксплуатационный вариант проверяется («засчитывается») при τа.1 = 1670 час (Nz = 2560 циклов), второй τа.1 = 750 час (Nz = 1240 циклов), третий τа.1 = 600 час (Nz = 1080 циклов). Таким образом в совместных испытаниях время на проверку надежности двигателя сокращается в три раза.

Литература:

  1. Гишваров А. С. Современные ресурсные испытания технических систем. –Уфа: Гилем АН РБ, 2002. — 268 с.
  2. Гишваров А. С., Тимашев С. А. Синтез ускоренных ресурсных испытаний технических систем многовариантного применения. — Екатеринбург: УрО РАН, 2012. — 188 с.
Основные термины (генерируются автоматически): испытание, двигатель, проверка надежности, авиационный газотурбинный двигатель, контактная прочность, обобщенная целевая функция, эксплуатационный вариант, длительность испытаний, метод выбора параметров, режим нагружения.


Ключевые слова

оптимизация, ускоренные совмещения ресурсные испытания, авиационный газотурбинный двигатель

Похожие статьи

Перспективы и проблемы развития авиационных газотурбинных...

Оптимизация параметров ускоренных совмещенных ресурсных испытаний авиационных газотурбинных двигателей. Метод ультразвукового упрочнения поверхностей узлов и деталей авиационных газотурбинных двигателей как одна из перспективных технологий в...

Метод ультразвукового упрочнения поверхностей узлов и деталей...

Усталостные испытания лопаток моноколеса выдержали заданный режим испытаний без признаков разрушений.

Оптимизация параметров ускоренных совмещенных ресурсных испытаний авиационных газотурбинных двигателей.

Модернизация схемы испытания тяговых двигателей...

Различают следующие методы нагружения испытуемых тяговых двигателей постоянного тока: Механическая нагрузка (схема непосредственной нагрузки испытуемой машины), т. е. механический тормоз, который служит для испытания ЭМ.

Формирование подходов к моделированию авиационных...

Оптимизация параметров ускоренных совмещенных ресурсных испытаний авиационных газотурбинных двигателей. Перспективы и проблемы развития авиационных газотурбинных двигателей нового поколения.

Анализ методов защиты авиационных газотурбинных...

Оптимизация параметров ускоренных совмещенных ресурсных испытаний авиационных газотурбинных двигателей. Перспективы и проблемы развития авиационных газотурбинных двигателей нового поколения.

Влияние условий эксплуатации и хранения летательных аппаратов...

1. Григорьев В. А. Испытания и обеспечение надежности авиационных ГТД. — Самара: Изд-во Самар. гос. аэрокосм. ун-та, 2011.

Оценка влияние внешних факторов на работу авиационного газотурбинного двигателя.

Лабораторные испытания ТЭГ системы выпуска двигателя...

Испытания были проведены для различных режимов работы двигателя внутреннего сгорания, используемого в качестве источника горячего теплоносителя для работы ТЭГ.

Полученные в результате исследовательских испытаний величины параметров, характеризующих основные...

Комплексный стенд для проведения автономных ресурсных...

Неустановившиеся режимы работы авиационных газотурбинных двигателей.М.: Машиностроение, 1975.

Оптимизация параметров ускоренных совмещенных ресурсных испытаний авиационных газотурбинных двигателей.

Перспективы и проблемы развития авиационных газотурбинных...

Оптимизация параметров ускоренных совмещенных ресурсных испытаний авиационных газотурбинных двигателей. Метод ультразвукового упрочнения поверхностей узлов и деталей авиационных газотурбинных двигателей как одна из перспективных технологий в...

Метод ультразвукового упрочнения поверхностей узлов и деталей...

Усталостные испытания лопаток моноколеса выдержали заданный режим испытаний без признаков разрушений.

Оптимизация параметров ускоренных совмещенных ресурсных испытаний авиационных газотурбинных двигателей.

Модернизация схемы испытания тяговых двигателей...

Различают следующие методы нагружения испытуемых тяговых двигателей постоянного тока: Механическая нагрузка (схема непосредственной нагрузки испытуемой машины), т. е. механический тормоз, который служит для испытания ЭМ.

Формирование подходов к моделированию авиационных...

Оптимизация параметров ускоренных совмещенных ресурсных испытаний авиационных газотурбинных двигателей. Перспективы и проблемы развития авиационных газотурбинных двигателей нового поколения.

Анализ методов защиты авиационных газотурбинных...

Оптимизация параметров ускоренных совмещенных ресурсных испытаний авиационных газотурбинных двигателей. Перспективы и проблемы развития авиационных газотурбинных двигателей нового поколения.

Влияние условий эксплуатации и хранения летательных аппаратов...

1. Григорьев В. А. Испытания и обеспечение надежности авиационных ГТД. — Самара: Изд-во Самар. гос. аэрокосм. ун-та, 2011.

Оценка влияние внешних факторов на работу авиационного газотурбинного двигателя.

Лабораторные испытания ТЭГ системы выпуска двигателя...

Испытания были проведены для различных режимов работы двигателя внутреннего сгорания, используемого в качестве источника горячего теплоносителя для работы ТЭГ.

Полученные в результате исследовательских испытаний величины параметров, характеризующих основные...

Комплексный стенд для проведения автономных ресурсных...

Неустановившиеся режимы работы авиационных газотурбинных двигателей.М.: Машиностроение, 1975.

Оптимизация параметров ускоренных совмещенных ресурсных испытаний авиационных газотурбинных двигателей.

Похожие статьи

Перспективы и проблемы развития авиационных газотурбинных...

Оптимизация параметров ускоренных совмещенных ресурсных испытаний авиационных газотурбинных двигателей. Метод ультразвукового упрочнения поверхностей узлов и деталей авиационных газотурбинных двигателей как одна из перспективных технологий в...

Метод ультразвукового упрочнения поверхностей узлов и деталей...

Усталостные испытания лопаток моноколеса выдержали заданный режим испытаний без признаков разрушений.

Оптимизация параметров ускоренных совмещенных ресурсных испытаний авиационных газотурбинных двигателей.

Модернизация схемы испытания тяговых двигателей...

Различают следующие методы нагружения испытуемых тяговых двигателей постоянного тока: Механическая нагрузка (схема непосредственной нагрузки испытуемой машины), т. е. механический тормоз, который служит для испытания ЭМ.

Формирование подходов к моделированию авиационных...

Оптимизация параметров ускоренных совмещенных ресурсных испытаний авиационных газотурбинных двигателей. Перспективы и проблемы развития авиационных газотурбинных двигателей нового поколения.

Анализ методов защиты авиационных газотурбинных...

Оптимизация параметров ускоренных совмещенных ресурсных испытаний авиационных газотурбинных двигателей. Перспективы и проблемы развития авиационных газотурбинных двигателей нового поколения.

Влияние условий эксплуатации и хранения летательных аппаратов...

1. Григорьев В. А. Испытания и обеспечение надежности авиационных ГТД. — Самара: Изд-во Самар. гос. аэрокосм. ун-та, 2011.

Оценка влияние внешних факторов на работу авиационного газотурбинного двигателя.

Лабораторные испытания ТЭГ системы выпуска двигателя...

Испытания были проведены для различных режимов работы двигателя внутреннего сгорания, используемого в качестве источника горячего теплоносителя для работы ТЭГ.

Полученные в результате исследовательских испытаний величины параметров, характеризующих основные...

Комплексный стенд для проведения автономных ресурсных...

Неустановившиеся режимы работы авиационных газотурбинных двигателей.М.: Машиностроение, 1975.

Оптимизация параметров ускоренных совмещенных ресурсных испытаний авиационных газотурбинных двигателей.

Перспективы и проблемы развития авиационных газотурбинных...

Оптимизация параметров ускоренных совмещенных ресурсных испытаний авиационных газотурбинных двигателей. Метод ультразвукового упрочнения поверхностей узлов и деталей авиационных газотурбинных двигателей как одна из перспективных технологий в...

Метод ультразвукового упрочнения поверхностей узлов и деталей...

Усталостные испытания лопаток моноколеса выдержали заданный режим испытаний без признаков разрушений.

Оптимизация параметров ускоренных совмещенных ресурсных испытаний авиационных газотурбинных двигателей.

Модернизация схемы испытания тяговых двигателей...

Различают следующие методы нагружения испытуемых тяговых двигателей постоянного тока: Механическая нагрузка (схема непосредственной нагрузки испытуемой машины), т. е. механический тормоз, который служит для испытания ЭМ.

Формирование подходов к моделированию авиационных...

Оптимизация параметров ускоренных совмещенных ресурсных испытаний авиационных газотурбинных двигателей. Перспективы и проблемы развития авиационных газотурбинных двигателей нового поколения.

Анализ методов защиты авиационных газотурбинных...

Оптимизация параметров ускоренных совмещенных ресурсных испытаний авиационных газотурбинных двигателей. Перспективы и проблемы развития авиационных газотурбинных двигателей нового поколения.

Влияние условий эксплуатации и хранения летательных аппаратов...

1. Григорьев В. А. Испытания и обеспечение надежности авиационных ГТД. — Самара: Изд-во Самар. гос. аэрокосм. ун-та, 2011.

Оценка влияние внешних факторов на работу авиационного газотурбинного двигателя.

Лабораторные испытания ТЭГ системы выпуска двигателя...

Испытания были проведены для различных режимов работы двигателя внутреннего сгорания, используемого в качестве источника горячего теплоносителя для работы ТЭГ.

Полученные в результате исследовательских испытаний величины параметров, характеризующих основные...

Комплексный стенд для проведения автономных ресурсных...

Неустановившиеся режимы работы авиационных газотурбинных двигателей.М.: Машиностроение, 1975.

Оптимизация параметров ускоренных совмещенных ресурсных испытаний авиационных газотурбинных двигателей.

Задать вопрос