Сертификационные испытания вентиляторов авиационных двигателей

При появлении признаков обрыва лопатки (не характерный для нормальной работы шум, резкое возрастание виброперегрузок) двигатель останавливают и проводят анализ разрушения. Подвергшиеся изменению детали и узлы фотографируют.

Рис. 7,8

На время испытаний вокруг двигателя устанавливается защита от осколков, толщина которой выбирается из расчета задержания крупных осколков диска турбины (1/3 - 1/2 массы диска): Между защитой и двигателем устанавливают пять - шесть слоев тонких ( 1мм) листов стали на расстоянии 10 - 15 мм друг от друга (рис. 8). Если корпус двигателя во время испытания будет пробит, то по количеству поврежденных тонких листов можно ориентировочно судить о требуемом усилении корпуса. [3]

Современная технология, описанная НПО Сатурн

Испытания на обрыв лопатки вентилятора. На одной из лопаток будет закреплен пиротехнический заряд, который сработает после выхода двигателя на штатный высокооборотный режим. Лопатка - это металлическая деталь, которая движется с огромной скоростью и имеет колоссальную кинетическую энергию. О сохранении работоспособности двигателя в случае ее обрыва не может быть и речи, напротив - дорогостоящий механизм, скорее всего, будет полностью разрушен. Испытание считается успешным при соблюдении двух условий: если при этом не возникнет пожара и если все обломки двигателя останутся внутри мотогондолы без риска повредить крыло или фюзеляж самолета. А сама по себе потеря одного из двигателей для современного воздушного судна не опасна.

Используемое оборудование

Испытательный стенд

В процессе разработки, экспериментальной доводки, а также при производстве воздушно - реактивных двигателей необходимо проводит большой объем испытаний на различных испытательных стендах По типу испытуемого объекта их можно подразделить на: стенды для испытаний полноразмерных двигателей; стенды для автономных испытаний узлов (компрессоров камер сгорания, турбин); стенды для испытаний отдельных элементов, агрегатов.

Стенды для испытания полноразмерных двигателей можно разделить на 2 большие группы - стенды открытого типа и высотные стенды.

К открытым стендам относятся как стенды, установленные вне помещений, так и стенды, имеющие всасывающие и выхлопные шахты.

На стендах открытого типа реализуются условия M = 0 и H = 0. На этих стендах выполняются большие объемы испытаний при опытной доводке двигателя (проверка основных данных двигателя путем снятия дроссельной характеристики, оценка характеристик отдельных элементов, ресурсные испытания) и при его серийном производстве (приемосдаточные, периодические, типовые испытания).

Рис.1

На высотных стендах исследуется особенности работы двигателя или силовой установки в условиях полета (определение высотно-скоростных характеристик, проверка надежности запуска в полете, исследование совместной работы входного устройства и двигателя при сверхзвуковых скоростях полета). По сравнению с летными испытаниями испытания на высотных стендах позволяют получить более точные и надежные данные благодаря использованию специализированной измерительной аппаратуры, возможности непосредственного измерения тяги и более широкого диапазону изменения параметров, а также требуют меньших затрат. [2]

Открытые стационарные и передвижные стенды (смонтированные на автомобильных шасси), для проведения экспериментов перебазируют на открытую местность (обычно в район аэродрома). Конструкция силоизмерительного устройства не отличается от обычного, главное, чтобы оно было достаточно удалено от зданий, сооружений и источников постороннего шума. Пульт управления располагают на определенной глубине в земле вблизи двигателя на расстоянии 10--15 м (рис. 9) или на уровне земли, удалив на 20--30 м от стенда. Двигатель крепят на высоте 1,8--2,2 м (в зависимости от габаритов и расположения его на самолете), чтобы исключить влияние поверхности земли на реактивную струю и входное устройство. Вокруг на расстоянии до 300 м должно быть твердое искусственное или естественное покрытие, исключающее при работе двигателя появление облака пыли, искажающего акустику среды. [3]

Рис. 9

Высокоскоростная киносъёмка 

Высокоскоростная киносъёмка (Ультра-рапид съёмка) -- киносъёмка с частотой кадров от 104 до 109 кадров в секунду. Киноплёнка в этом методе съёмки остаётся неподвижной в процессе экспонирования, а движутся образующие изображение пучки света, образованные оптической системой. Обычно для этого применяют вращающуюся зеркальную призму.

Испытание

В качестве примера подтверждения соответствия лопаток вентилятора международным требованиям безопасности, мы рассмотрим испытания проводимые для двигателя Trent-900 компании Rolls - Royce. Данный двигатель успешно прошел проверку, после чего поставляется для самолета Airbus A380.

Лопасти стараются изготавливать как можно легче и как можно прочнее. Для этого их изготавливаются из сверхпрочных и сверхлегких титановых сплавов. Чтобы увеличить легкость их накаливают в печи до температуры 900 градусов, пока они не станут мягкими. В образуемые внутри лопасти полости нагнетается газ, который раздувает лопасти как длинный узкий воздушный шар. В результате этого деталь получается полая, загнутая в 3-х направлениях для улучшения аэродинамических качеств, исключительно прочная и в то же время достаточно легкая (возможно поднять и перенести вручную). Каждая лопасть сопоставима со стоимостью роскошного автомобиля, целый набор состоящий из 24 лопастей будет уничтожен во имя безопасности. Стоимость такого двигателя примерно 9 млн. фунтов стерлингов.

Габариты А380 серьезно повышают проблему, чем больше двигатель, тем больше у него лопасти и тем большая энергия высвобождается если одна из них отскакивает. При вращении со скоростью 3000об/мин лопасти испытывают воздействие силы в 7000 раз превышающей собственный вес.

Перед началом испытания двигателя А380 его заводят и дают поработать 5 минут на малых оборотах, так чтобы можно было провести окончательные проверки. Главное, чтобы при отскакивания лопасти кожух вентилятора выдержал и не дал бы огромной энергии вместе с опасными осколками вырваться наружу. Для анализа процесса используется высокоскоростные кинокамеры. Дроссели открываются и двигатели переходят в режим полной мощности. Заряд взрывчатого вещества находящийся в основании окрашенной лопасти (рис. 10), разрывается и лопасть отскакивает со страшной силой. Чтобы не произошло, нельзя допустить чтобы лопасть вырвалась из двигателя, так как в реальных условиях это может нанести серьезный ущерб самолету. За долю секунды во время которой лопасть отскакивает, двигатель должен сохранить огромное количество энергии.

В результате исследования двигатель был полностью разрушен, однако кожух вентилятора со своей задачей справился - ни одного большого куска металла из него не вырвалось.

Рис. 10

Заключение

Изучен процесс подтверждения соответствия разлета лопаток сертификационным требования. Специфика проведения данного процесса. Эксперимент был рассмотрен на примере успешно проведенного компанией Rolls-Royce с двигателеv trent 900.

В своей работе я изучила требования АП-33 к ТРД по птицестойкости и попаданию посторонних предметов. И рассмотрела испытание образцов на открытом испытательном стенде, а так же подробно рассмотрела конструкцию самого стенда, и все необходимые условия для проведения данного эксперимента.

Существуют лишь три подобных испытательных стенда по всему миру, что делает его очень ценным и значимым. От проведенных исследований зависит не только целостность самолета, но и жизни людей.

Список литературы

Авиационные правила, часть 33 (НЛГ двигателей воздушных судов), (Поправка 2) Издание 2012

Е.Ю. Морчуков, И.И. Онищик, Испытание и обеспечение надежности авиационных двигателей и энергетических установок - М.: издательство МАИ, 2004

Солохин Э.Л., Испытания авиационных ВРД - М.: Машиностроение, 1975 г.

Сиротин Н.Н., Основы конструирования производства и эксплуатации авиационных газотурбинный двигателей и энергетических установок в системе CALS технологий, Книга 1 - МОСКВА НАУКА, 2011 г.

Размещено на Allbest.ru