Контроль, диагностирование и прогнозирование технического состояния СУ

Основное условие успешности контроля технического состояния - контролепригодность СУ конкретных типов ЛА, а также организация работ по контролю на авиационном предприятии.

Отказы СУ можно объединить в четыре группы:

К первой следует отнести отказы, приводящие к возникновению особых ситуаций в полете, которые обусловливают специальные действия экипажа по парированию возможных последствий.

Вторая группа отказов при их возникновении в полете не требует специальных действий от экипажа, поскольку не вызывает особой ситуации выше, чем усложнение условий полета. Оперативная выдача информации в этом случае не предусматривается. Однако с такой категорией отказов продолжение полета из промежуточного аэропорта не допускается и они должны устраняться при подготовке к очередному полету.

Третья группа отказов явного проявления не имеет и выявляется только в процессе диагностирования на базовом предприятии. Они подлежат устранению при ТО. Вылет с такими отказами не разрешается.

К четвертой группе отказов относятся такие, которые допускают выполнение полетов, поскольку создают вероятность особой ситуации существенно менее нормируемой. Они подлежат устранению при очередной форме ТО.

Контроль технического состояния СУ осуществляется бортовыми, наземно-бортовыми и наземными устройствами.

Бортовыми средствами контроля в настоящее время оснащаются все ЛА. Эти средства постоянно совершенствуются. Так, в силовой установке самолета Ил-86 контролируются системы: масляная, автоматического регулирования топливной системой, запуска, измерения и регистрации параметров, газовоздушный тракт двигателей. Кроме того, оцениваются вибросостояние двигателя, состояние узлов крепления, эквивалент и циклическая наработка, которая характеризует выработку ресурса, тяга на взлетном режиме.

Контроль технического состояния двигателей производится на режимах запуска, земного малого газа, взлета, набора высоты, крейсерском режиме, при реверсировании тяги, при перекладке РНА, при выдаче сигнала «номинал» от телеметрической системы управления двигателем.

В настоящее время в большинстве случаев обработка всех измеренных в полете параметров осуществляется в наземных условиях вручную или автоматически. Для полноты оценки технического состояния двигателей информация дополняется сведениями, поступающими из лабораторий АТБ, которые используют все доступные им наземные средства. Обработка и анализ измеренных параметров позволяют оценить техническое состояние СУ и, в частности, двигателей и наметить необходимые работы по подготовке их к очередному полету. Для обработки полученной информации, как правило, используются ЭВМ, хотя имеются отдельные этапы ручной обработки. Последняя включает: анализ и отбраковку резко выпадающих случайных значений параметров, которые обусловлены явным сбоем в записи информации; вычисление средних значений по выборкам; определение начала неслучайного изменения параметров, свидетельствующего о начале развития неисправности.

После контроля переходят к диагностированию технического состояния СУ и прогнозу изменения параметров. Контроль, диагностирование и прогноз тесно связаны между собой.

Информация о выполненном полете сохраняется до начала следующей обработки полетной информации по данному двигателю. Карты оценки технического состояния двигателей, находящихся в эксплуатации, сохраняются в лаборатории диагностирования не менее чем за 20 последних полетов.

Подобная методика используется, в частности, для диагностирования состояния двигателей по изменению температуры газов за турбиной. Диагностирование по изменению температуры газов за турбиной осуществляется по эталонной модели и базовым моделям вида . Для построения модели используются формулярные данные, а базовая модель строится по данным наземных опробований СУ при периодических формах ТО.

Высокую ценность имеет также метод диагностирования двигателя по изменению расхода топлива. Однако здесь следует учитывать возможность ошибочных оценок из-за неисправностей датчиков топливомера и датчика-плотномера.

Диагностирование по накоплению продуктов изнашивания в масле основано на оценке общего числа и интенсивности поступления в масло продуктов износа трущихся двигательных поверхностей. Для контроля технического состояния и диагностирования двигателя на основе анализа продуктов изнашивания деталей, омываемых маслом, используются различные методы: контроль фильтров на наличие стружки в масле, контроль при помощи магнитных пробок и др.

Перспективным и эффективным методом, нашедшим широкое распространение на практике, является метод спектрального анализа масла. Этот метод характеризуется высокой чувствительностью и точностью. С его помощью можно выявить до 95 % зарождающихся неисправностей деталей, омываемых маслом, за 40...50 ч до возникновения отказного состояния. Квантомер МФС-5, применяемый при диагностировании двигателей этим методом, способен определить содержание в масле следующих элементов: железа, меди, серебра, алюминия, свинца, кремния, магния, хрома, никеля, олова. Метод основан на сжигании небольшой порции масла в электрической дуге, а сам анализ заключается в установлении концентрации продуктов изнашивания в масле. Эту величину сравнивают с допустимой, а самое главное — определяют интенсивность ее повышения от полета к полету, которая и характеризует процесс изнашивания, т. е. развитие неисправности.

По характеру содержащихся в масле примесей определяют предполагаемое место развития неисправности и возможного отказа. Наряду с установкой МФС-5 используется более компактная установка «Барс-3», представляющая собой рентгеновский бездифракционный анализатор. Эта установка позволяет_выполнять экспресс-анализ до 16 разновидностей элементов. На авиапредприятиях используются главным образом железо, медь, хром, никель. Принцип действия установки «Барс-3» основан на возбуждении и регистрации характеристического излучения химических элементов, входящих в состав анализируемого вещества. Интенсивность рентгеновского излучения образца находится в определенной зависимости от концентрации этих элементов в исследуемом образце. В том случае, когда двигатель находится на особом контроле по повышенной концентрации какого-либо металла в масле, JIA выпускается в полет лишь на короткие рейсы с отбором проб масла после каждого полета.

Диагностирование по вибрационным параметрам или виброакустическое диагностирование базируется на использовании информации, содержащейся в колебательных процессах, сопровождающих функционирование ГТД, и относится к динамическим методам диагностирования. Основные направления виброакустического диагностирования связаны с измерением: акустического шума, излучаемого двигателем; пульсации скорости и давления потока в проточной части ГТД; вибрации корпуса двигателя; колебаний рабочих лопаток и других ответственных элементов ротора турбины; акустической эмиссии деталей ГТД.

Съем гидроакустической информации осуществляется с помощью измерительных преобразователей — измерительных микрофонов и вибропреобразователей (ВП). В качестве основных типов микрофонов применяются конденсаторные, а вибропреобразователей — индукционные и пьезоэлектрические. Пьезоэлектрические ВП имеют существенно более широкий частотный диапазон (от/,долей герц до 20... 50 кГц), малые габаритные размеры, массу и большую надежность. Перспективные методы вибродиагностики связаны с анализом структуры вибросигналов и обычно называются методами спектрального анализа вибрации. Основные виды спектрального анализа (полосовой, частотный, синхронный и специальные виды) основаны на изучении тонкой структуры спектра. Этим методом контролируется уровень роторной вибрации и, следовательно, состояние роторов. В турбовентиляторных двигателях возможно измерение в двух частотных диапазонах, так как диапазон изменения частот вращения ротора вентилятора и роторов среднего и высокого давления не перекрывается (в Д-36 — 30...100 Гц и 115...270 Гц).

Примерами устройств, реализующих спектральный анализ вибрации, являются малогабаритные приборы УМ-ЗХ (Швейцария) и ВВМ-337 (СССР). Приборы обеспечивают: измерение уровня вибрации в полосе роторных частот (т. е. так же, как и бортовая виброизмерительная аппаратура); частотный анализ в заданном интервале частот; синхронный анализ в рабочем диапазоне режимов (при этом в качестве опорной частоты используется сигнал от штатного или специального датчика частоты вращения, установленного на двигателе); регистрацию результатов анализа с помощью встроенного самописца.

Для контроля рабочих лопаток ГТД могут быть применены методы, основанные на бесконтактном съеме информации. К ним относятся дискретно-фазовый и стробоголографический методы. Первый позволяет определить параметры колебаний лопатки с помощью одного (или нескольких) импульсных датчиков, установленных на корпусе ГТД. Он может быть использован для подбора лопаток на рабочем колесе и контроля автоколебаний. Второй использует различные лазерные устройства. Получаемые интерферрограммы позволяют, например, выявить трещины лопаток и другие дефекты.

Таким образом, системы автоматизированного контроля значительно повышают оперативность проверки работоспособности систем ЛА и двигателей и безопасность полетов при появлении отказов AT. На современных ЛА регистрируется более 100 параметров работы двигателя.