А) эллептическая вмятина; б) эллептическая забоина; в) V -образная забоина

 

Статистические данные [4] по исследованию повреждений лопаток оптическими методами, показывают, что наибольший процент повреждений были получены при соударении ПП с входной кромкой лопатки под углами 30...60° к хорде профиля (рисунок 7.4).

 

Рисунок 7. 4 – Схема направления движения ПП по анализу эксплуатационных повреждений

Итак, анализ исследований эксплуатационной статистики по повреждениям лопаток компрессора посторонними предметами показывает, что наиболее типичными являются повреждения в виде вмятины, разрыва и забоиньг с глубиной до 2,5 мм на входной кромке лопатки. Наиболее часто встречающийся угол соударения - 30...60° к хорде профиля.

Рисунок 7.5 - Основные виды повреждений лопаток компрессоров:

Повреждение входной кромки в корневой части лопатки; 2- повреждение входной кромки лопатки; 3- повреждение входной кромки на периферии лопатки; 4- повреждение торца лопатки;

Повреждение выходной кромки на периферии лопатки; 6- повреждение выходной кромки лопатки

 

Основные виды повреждений лопаток компрессоров при эксплуатации двигателей семейства Д-30 показаны на рисунке7.5. На рисунках 7.5 и 7.6 представлены распределение повреждений по длине лопатки вентилятора и первой ступени КВД двигателя ПС-90А соответственно.

 

 

 

Рисунок 7.6 - Распределение повреждений по длине лопатки вентилятора

двигателя ПС-90А:

1 – входная кромка; 2 - торец пера; 3 – выходная кромка

 

 

 

Рисунок 7.7 - Распределение повреждений по длине лопатки первой ступени

КВД двигателя ПС-90А:

1 – входная кромка; 2 – выходная кромка

 

Размер и месторасположение забоин на лопатках компрессора тоже строго учитывается. Для каждого типа двигателя классификация, конечно, своя. При слишком больших повреждениях (особенно в компрессоре высокого давления ТВРД) двигатель обычно снимается с самолета и отправляется в ремонт. Если же размер забоин ниже определенного предела и расположены они не слишком близко к комлю, то они чаще всего зачищаются.

Рисунок 7.8 - Пример норм по допустимым забоинам на лопатках компрессора

Рисунок 7.9 – Пример норм по возможному устранению забоин на лопатках компрессора

То есть обрабатываются специальным инструментом (ассортимент его достаточно разнообразен, иной раз это целые комплексы) через приспособленные для этого окна в корпусе движка с целью придания им определенных плавных очертаний и ликвидации, тем самым, очага концентрации напряжений.

Эта операция проводится чаще всего даже без съема двигателя с самолета. Для таких операций больше приспособлены ТРД и ДТРД с малой степенью двухконтурности. Зато современные турбовентиляторные двигатели, имеют возможность замены лопаток вентилятора и целых модулей без снятия двигателя с самолета.

Защита от попадания ПП

Повреждения газовоздушного тракта в основном происходят от попадания в двигатель частиц износа с ВПП, пыли, льда, воды, проволоки, щеток снегоочистителей, града, птиц и т.д. В зимнее время уровень съема двигателей по забоинам на лопатках превышает уровень съема в летнее время. Это объясняется ухудшенным состоянием ВПП и рулежных дорожек зимой из-за образования на них льда и внедрения в него твердых частиц.

Преимущественно попадание посторонних предметов и частиц в газовоздушный тракт компрессора происходит:

- во время рулежки, разбега и пробега из-под передних и основных колес шасси (рисунок7.10);

- из-под струй газов при позднем закрытии створок реверса тяги при посадке самолета;

- при работе двигателя на стоянке из-за возникновения вихревого жгута под воздухозаборником на поверхности ВПП.

В настоящее время определены основные направления защиты двигателя от повреждений:

- предотвращение попадания посторонних предметов в воздухозаборник;

- очистка воздуха на входе в двигатель от посторонних предметов;

-создание «самозащищенных» двигателей, приспособленных к сохранению работоспособности в условиях попадания на вход посторонних предметов.

 

 

Рисунок 7. 10 – Заброс ПП в двигатель

 

Например, для предотвращения попадания посторонних предметов в воздухозаборник, на самолетах СУ-24 используется система струйной защиты. Сжатый воздух, забираемый в компрессоре двигателей, выдувается через профилированные щели в нижней панели фюзеляжа, создавая что-то вроде воздушной пелены под воздухозаборниками, которая исключает возможность возникновения вихревого жгута и попадания камней с ВПП при больших оборотах двигателя. Защита включается вручную, а отключается автоматически при достижении определенной скорости полета.

Кроме того на некоторых пассажирских самолетах, в частности на Boeing – 737 тоже используется система разрушения вихрей. Воздух, забираемый за одной из ступеней компрессора, выдувается через отверстия в обтекателе воздухозаборника, тем самым разрушая зарождающийся вихрь. Работает эта система часто совместно с противообледенительной системой.

Для таких двигателей («самозащищенных») лопатки первой ступени компрессора, то есть вентилятора выполняются широкохордными (хорда лопатки – то же самое, что и хорда профиля крыла). Передняя кромка у них упрочнена (часто со специальным покрытием), и они имеют большую ширину и толщину корневого сечения. Их конфигурация при участии центробежной силы позволяет отбрасывать посторонние предметы во второй контур.

 

 

Рисунок 7.11 – Широкохордные лопатки двигателя SAM-146 (SSJ-100)

 

Также кок профилируется таким образом, чтобы посторонние предметы, попадающие в двигатель из возможной зоны «подсоса» вместе с потоком воздуха ударялись о кок и отлетали затем в сторону второго контура, таким образом минимизируя повреждения.

На характер движения частицы при отражении влияют ее величина и толщина стенки кока, а также угол при вершине самого кока (как конуса). Экспериментальным путем выяснено, что наилучший диапазон углов от 71° до 118°. При углах больших, 118-ти, посторонний предмет отлетает к концам лопаток вентилятора, то есть в зону больших скоростей вращения и малых толщин лопатки, что чревато большими повреждениями. При углах меньше 71-го такого не происходит.

Предотвращение попадания посторонних предметов в воздухозаборник осуществляется следующим комплексом мероприятий:

- применением на колесах шасси щитков (рисунок 7.12, 7.13);

- отработкой методики взлета;

- защитой от образования вихря (рисунок 7.14). Это такая звездообразная конструкция, состоящая из пластин высотой 0,07 диаметра воздухозаборника и толщиной около 2 мм. Располагается это устройство под воздухозаборником с центром в районе эпицентра возникновения вихря.);

- совершенствованием покрытий аэродромов и улучшением качества ухода за ними.

 

 

Рисунок 7. 12 – СУ-24М с грязевым щитком на передней стойки шасси

 

 

 

Рисунок 7. 13 – Boeing-737 с защитным щитком на передней стойки шасси

 

 

 

Рисунок 7. 14 – Антивихревой рассекатель для защиты двигателя

 

Также после запуска, руление производится на скорости, исключающей подсос. Эта скорость определяется в руководстве по летной эксплуатации конкретного типа самолета (для примера Boeing-737 – 32 км/ч, SSJ 100 – 25 км/ч).

Само руление производится на малых оборотах двигателя (в районе малого газа), а при разгоне применяется метод роллинг-старта. Он означает додачу оборотов двигателя уже в процессе движения, после достижения определенной скорости, что исключает образование вихревых жгутов и подсоса посторонних предметов в двигатель.

Роллинг-старт увеличивает длину разбега самолета (до 100 метров), но зато это выливается в ощутимую выгоду с экономической точки зрения.

Также взаимное расположение передней стойки и двигателей должны располагаться так, чтобы расчетный конус разброса предметов из-под колес не пересекал входа в двигатели или же экранировался крылом и фюзеляжем.

Важную роль здесь играет именно угол расположения воздухозаборника относительно точки контакта колес передней стойки с ВПП. Такими исследованиями, в частности, занимается ЛИИ им. Громова.

 

Рисунок 7. 15 – Схема возможного конуса разлета посторонних предметов из-под передней стойки

 

Рисунок 7. 16 – Конус разлета ПП (в данном случае вода с ВПП) в данном случае вода с ВПП на практике

Или, как показано на рисуноке7.17, для самолетов с задним распоожением двигателей.

 

 

Рисунок 7. 17 – Возможная область защиты воздухозаборников двигателя фюзеляжем и крылом

 

Очистка воздуха на входе в двигатель от посторонних предметов осуществляется:

- применением управляемых сеток или щитков (рисунок 7.18), перекрывающих вход в двигатель на соответствующих режимах;

- использованием искривлений воздухоподводящих каналов для организации инерционной очистки воздуха путем установки в местах поворота потока оконловушек;

- применением роторных систем защиты, в которых очистка воздуха от посторонних предметов осуществляется специальной ступенью, установленной перед входом в двигатель (рисунок 7.11).

 

 

Рисунок 7. 18 – МИГ-29СМТ с закрытыми защитными щитками

 

Воздухозаборники двигателей МИГа с началом запуска закрываются специальными подвижными гидравлически управляемыми панелями. Они автоматически открываются при достижении самолетом скорости 200 км/ч. При падении скорости ниже 200 км/ч они закрываются вновь, а также открываются при выключении двигателя.

Для питания двигателей воздухом при закрытых панелях в верхней поверхности наплывов крыла предусмотрены специальные 5-секционные входы (рисунок 19), которые прикрыты подпружиненными панелями, открывающимися при создании разрежения в канале воздухозаборника.

На «самозащищенных» двигателей устанавливаются:

- кок, который профилируется таким образом, чтобы посторонние предметы, попадающие в двигатель из возможной зоны «подсоса» вместе с потоком воздуха ударялись о кок и отлетали затем в сторону второго контура, таким образом минимизируя повреждения;

- используется система струйной защиты;

 

Конструкции современных двигателей позволяют ремонтировать поврежденные лопатки вентиляторов и КПД вплоть до замены модулей без съема двигателя с самолета. В то же время повреждения КВД ведут к досрочному съему двигателей и их полной переборке.

 

 

Рисунок 7. 19– Истребитель МИГ-29 с верхними входами

 

Анализ повреждений проточной части компрессоров показывает, что соответствующей компоновкой компрессоров, профилированием лопаток и проточной части, использованием систем сдува вихря и ПОС можно существенно снизить вероятность повреждения лопаток КВД.

Для разработки мероприятий по предотвращению попадания постороннего предмета в газовоздушный тракт необходимо ясно представлять себе процессы, вызывающие вихревое засасывание предметов, и как влияют конструктивные и эксплуатационные параметры на интенсивность засасывания. Для этого рассматривается кинематическая структура потока около воздухозаборника двигателя при его работе над поверхностью аэродрома.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В первой главе выпускной квалификационной работы представлено определение состава СУ, изучена и описана конструкция самолета-прототипа.

Во второй главе детально рассмотрена конструкция двигателя-прототипа.

В третьей главе проведен энергетический расчет проектируемого двигателя согласно полученных в задании данных.

В четвертой и пятой главе, для подтверждения ТТХ проектируемого двигателя был проведен расчет высотной и скоростной характеристики с построением графических зависимостей

В шестой главе, с целью получения геометрических характеристик основных узлов и агрегатов проектируемого двигателя, проведен газодинамический расчет КНД, КВД, КС, ТВД, ТНД, ФК и выходного устройства.

В седьмой главе были проанализированны условия эксплуотации лопаток компрессоров ГТД, выявлены причины, вызывающие повреждения посторонними предметами, которые разделяют на две основные группы: эксплуатационные и конструктивные.Также были классифированны повреждения посторонними предметами лопаток компрессора такие как: вмятина, забоина, разрыв, повреждения уголка, искажение формы; Сделаны выводы по статистическим данным о характере саударения ПП с лопаткой и выявлены наиболее типичные повреждения в виде вмятины, забоины и разрыва с глубиной до 2,5 мм на входной кромки лопатки; Выявлены основные направления защиты двигателя от повреждений: предотвращение попадания посторонних предметов в воздухозаборник; очистка воздуха на входе в двигатель от посторонних предметов; создание «самозащищенных» двигателей, приспособленных к сохранению работоспособности в условиях попадания на вход посторонних предметов.