Разделы: Техника
Размещена 23.06.2017. Последняя правка: 23.06.2017.
Просмотров - 1482

Оптимизация параметров ускоренных совмещенных ресурсных испытаний авиационных газотурбинных двигателей многовариантного применения

Рахимов Абдусаттор Хасанович

магистр

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Уфимский государственный авиационный технический университет»

лаборант

Гишваров Анас Саидович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой

УДК 620.178

Введение. Современный период развития авиационной двигателестроения, характеризуется высокими требованиями к ее надежности, сжатыми сроками создания и внедрения в эксплуатацию. В этих условиях актуальным является создание и внедрение методов ускоренных ресурсных испытаний, обеспечивающих получение необходимой информации о надежности и ресурсе двигателей в более короткие сроки. При этом особо актуальной является проблема обоснования ускоренных ресурсных испытаний газотурбинных двигателей, устанавливаемых на нескольких типах летательных аппаратов и эксплуатирующихся в различных климатических зонах и режимах нагружения. Такие двигатели рассматриваются как двигатели многовариантного применения, для которых экономически выгодным является оценка их надежности и ресурса в ускоренных совмещенных ресурсных испытаниях.

Актуальность. Анализ существующих программ ускоренных  совмещенных ресурсных  двигателей показывает, что они не позволяют в полной мере проводить достоверную проверку надежности и ресурса испытываемых двигателей [1,2]. Поэтому актуальность является разработка методов выбора оптимальных значений объема, режимов и длительности таких испытаний, обеспечивающих проверку надежности и ресурса двигателей многовариантного применения при минимальных временных и материальных затратах.

Выбор параметров ускоренных совмещенных ресурсных испытаний проводиться с учетом основных критериев, характеризующих эффективность совмещенных ресурсных испытаний:

• критерия (К₁) гарантированной проверки в испытаниях надежности двигателя  по всем N_э эксплуатационным вариантам применения;
• критерия (К₂) дифференцированного зачета в одних ускоренных ресурсных испытаниях нескольких эксплуатационных вариантов применения  двигателя;
• количества двигателей (К₃) и длительности испытаний (К₄).

Примечание: учет критерия К₂  позволяет последовательно в ускоренных испытаниях оценивать надежность и ресурс 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 выработана до момента отказа.

Ввиду противоречивости критериев эффективности друг другу выбор параметров ускоренных совмещенных ресурсных испытаний носит компромиссный характер и такая задача решается методом Парето [1]. Для совместного учета критериев К₁,….К₄ в методе Парето их значения преобразуются и нормируются К₁^н, К₂^н, К₃^н, К₄^н. При этом оптимизируемыми параметрами являются:

• количество двигателей N_и, устанавливаемых на ускоренные совмещенные ресурсные испытания;
• параметры режима R_иk  и длительности испытаний t_иk (k=1,N_u);
• множество эксплуатационных вариантов применения N_эк, достоверно проверяемые   в k-ых совмещенных ресурсных испытаниях (k=1,N_u,SN_эк=N_э).

Парето ‑ оптимальные значения параметров N_u^*, R_u.k^*, t_u.k^*, и N_k^*   определяются по обобщенной целевой функции Ф, являющейся сверткой частных критериев эффективности К₁^н, …, К₄^н: 

где P₀ и R(t)  – векторы параметры которых характеризуют исходное состояние двигателя перед испытаниями (P₀ = [p₀₁,…, p_0n]^Т Î G_P), режимы нагружения  по наработке t (R(t) = [r₁(t),…,r_s(t)]^Т Î G_R );- повреждаемость i- го элемента узла двигателя по j - ой характеристике расходования ресурса (длительной прочности, усталости и др.) соответственно в условиях эксплуатации и ускоренных испытаниях; b_ij, r_ij– весовые коэффициенты, характеризующие точность моделей расходования и значимость элементов узлов двигателя, с учетом которых проводится выбор ускоренных совместных ресурсных испытаний; N_э – число эксплуатационных вариантов применения двигателя; G_p, G_Rk – области определения векторов P₀ и R(t) соответственно; А₁, А₂, А₃, А₄ – положительные числа, используемые в методе Парето (SА_i=1); N_u^*, R_u.k^*, t_u.k^*, и N_k^*   – оптимальные значения параметров N_u^*, R_u.k^*, t_u.k^*, и N_k^* из области Парето – оптимальных решений, определяемых многократной минимизацией функционала Ф[N_u^*, R_u.k^*, t_u.k^*, и N_k^*] варьированием значениями коэффициентов А_i. 
Пример. Двигатель, устанавливается на трех типах самолетов (N_э = 3; ) со своими эксплуатационными циклами нагружения.

Надежность и ресурс двигателя определяют [1]:

• малоцикловая прочность дисков ротора П₁₁;
• длительная прочность рабочей лопатки первой ступени турбины П₂₂;
• контактная прочность радиально-упорного подшипника опоры П₃₃;
• контактная прочность ведущей шестерни редуктора П₄₃.

Вектор режима нагружения включает параметры (T_г^*, Т_н, n, , W, N_z^*), где Т_г^*  – температура газа перед турбиной, K; Т_н – температура воздуха на входе в двигатель, K;n   – частота вращения ротора, %; W – загрузка генераторов постоянного и переменного токов, кВт; N_z^*  – число циклов нагружения (запусков двигателя).
Из множества Парето – оптимальных решений выбран вариант, для которого  При этом ускоренные испытания проводятся на одном двигателе проверка надежности первого эксплуатационного варианта обеспечивается при наработке τ_u.1 = 1670 час и количество запусков N_z = 2560, второго – при наработке τ_u.1 = 750 час и  N_z = 1240, третьего – при наработке τ_u.1 = 600 час и N_z = 1080. Таким образом,  совмещенные  ускоренные  испытания позволили сократить время на проверку надежности двигателя многовариантного применения  в t_эS/t_u =54 раза.

1. Гишваров А.С. Совмещенные 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.

Рецензии:

24.06.2017, 17:04 Феоктистов Игорь Борисович
Рецензия: Статья в высшей степени актуальна, поскольку посвящена проблеме ускорения разработки и внедрения сложных многопараметрических технических систем, предназначенных для использования в нескольких различных вариантах режимов и условий эксплуатации. Рассмотрен метод интенсификации и форсирования получения интегральных оценок результатов ответственных и затратных по времени и финансовым вложениям ресурсных испытаний новых технических систем. Это позволит многократно сократить сроки доводки и совершенствования новейших технических решений, их внедрения в серийное производство и массовое широкое использование. Статья рекомендуется к опубликованию Феоктистов И.Б., кандидат технических наук.

25.06.2017, 19:01 Лобанов Игорь Евгеньевич
Рецензия: Актуальность статьи имеется. Метод, предложенный в статье, позволит ускорить испытания двигателей, а также снизить расходы на их внедрение. К недостаткам статьи следует отнести то, что нет выводов в её конце, для чего приходится их выискивать в тексте статьи. Автору следует написать чёткие выводы, после чего статью можно будет рекомендовать к публикации. Есть также недостатки по струкруте статьи: выделены только ВВЕДЕНИЕ и АКТУАЛЬНОСТЬ. Желательно, чтобы автор ввёл ещё соответствующие подзаголовки.



Комментарии пользователей:

Оставить комментарий