Методы технической диагностики авиационной техники

 

 

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «МАТИ – Российский государственный технологический университет

имени К.Э. Циолковского»

 

 

Научно-исследовательская работа

Тема «Методы технической диагностики авиационной техники»

 

 

 

    Выполнил: Попов А. А.

                                                     Научный руководитель: Степанов  С. А.                                                                                                                                                                                          Группа: 2ДЛА-5ДМ-263

 

 

 

 

 

 

 

 

Москва 2014

Содержание

 

 

  Введение...................................................................................................................................2

1. Методы диагностики АТ и их возможности ……………………………………………......3

2.Анализ методов технической диагностики АТ ………………………………..…………….7

     3.Методы обобщенной оценки состояния технических систем …………………………....36

Заключение……………………………………………………………………………….….….49

Список используемой литературы………………………………………………………....….50

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

Техническая диагностика — это направление в науке и технике, представляющее собой процесс определения технического состояния объекта диагностирования с определенной степенью точности. Основной целью технического диагностирования авиационного ГТД является организация процессов оценки его технического состояния.

Диагностика как научное направление формирует идеологию, принципы, способы диагностирования и прогнозирования технического состояния изделий в процессе их испытаний и эксплуатации.

Техническая диагностика решает следующие задачи:

• создание контролепригодного изделия;
• разработка систем и средств получения необходимой информации;
• разработка методов обработки и анализа получаемой информации;
• обоснование и реализация наиболее рациональных способов регистрации параметров;
• разработка рекомендаций по использованию результатов контроля и диагностики.

В данной работе рассматриваются методы технического диагностирования авиационной техники.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Методы диагностики авиационной техники

 

 

1. Методы диагностики  АТ и их возможности

В процессе диагностирования авиационной техники при ее эксплуатации по состоянию можно выделить три основных этапа (рис.3.1.). Первый из них - оперативная диагностика, задача которой заключается в определении, можно ли продолжать нормальную эксплуатацию данного объекта АТ («система исправна») или этот объект должен быть подвергнут до очередного полета каким-либо процедурам обслуживания («система не - исправна»).

 

 

 

            Продолжать эксплуатацию

Полетная

информация

 

 

 

 

Наземная

информация

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.1. Общая схема эксплуатационной диагностики

 

 

Такая задача в том или ином объеме для всех наблюдаемых объектов АТ должна решаться, как правило, в конце каждого полетного дня, «на завтра». Оперативность достигается надлежащей организацией потока информации и применением компьютерной техники для ее обработки.

Второй этап - дополнительный диагностический анализ, результатом которого является перечень процедур обслуживания элементов и систем АТ, признанных неисправными, без снятия их с самолета («на крыле»).

Третий этап — выполнение указанных процедур обслуживания, после чего принимается решение о дальнейшей эксплуатации объекта АТ или снятии его с самолета и направлении в ремонт.

  В  настоящее время широко распространены и значительно развиты методы и средства диагностики,  основанные  на различных физических принципах, позволяющие охватить контролем наиболее ответственные узлы, агрегаты и системы. В качестве примера остановимся на методах диагностики авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) (рис.2.), являющихся наиболее ответственными объектами АТ. Условно их можно разделить на методы прямых измерений структурных диагностических параметров, определяющих техническое состояние ГТД, и методы безразборной (оперативной) диагностики по косвенным  параметрам.  В  качестве косвенных  используют диагностические параметры, содержащие информацию об изменении структурных характеристик состояния двигателя. Эти методы позволяют получить  достаточно точные результаты оценки, например, износа отдельных элементов.  Однако их применение затруднено низкой технологичностью ГТД и в большинстве случаев вызывает необходимость разборки двигателя.  Это снижает достоверность контроля,  поскольку состояние любого технического объекта после разборки не адекватно его  состоянию до этих процедур.  Необходимо отметить также, что в процессе эксплуатации  разборка ГТД в  большинстве случаев не представляется возможной.

Методы оперативной  диагностики по косвенным параметрам  лишены  перечисленных  недостатков,  хотя в настоящее время они не всегда позволяют локализовать  место  дефекта.  Использование методов измерений структурных характеристик может оказаться необходимым в  случае невозможности  применения методов  оперативной диагностики или для уточнения результатов контроля.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.2. Методы и средства диагностики ГТД

 

К основным из используемых и перспективных методов оперативной диагностики ГТД  относят:

• диагностику по результатам анализа термогазодинамических параметров;  
• диагностику по тепловым параметрам;
• по виброакустическим параметрам;
• трибодиагностику;
• оптико-визуальную диагностику;
• анализ продуктов сгорания;
• измерение выбега ротора.

Применение каждого из методов осуществляется с помощью диагностического оборудования. Так, например,  для анализа состава примесей в масле используют  различные по сложности и принципам действия средства - от простейших магнитных пробок, установленных в  магистралях маслосистемы  двигателя, до сложных спектроанализаторов.

Диагностика неисправностей по тепловым параметрам предусматривает  получение  информации как от термодатчиков (термопреобразователей),  так и от фотоэлектрических  пирометров  и  тепловизоров,  в   последнее время успешно внедряемых  в диагностической  практике.

Контроль виброакустических параметров предполагает применение различных типов вибропреобразователей и сигнальной аппаратуры.  Разраба-

тываются  методы оценки напряженности конструктивных элементов с помощью голографических установок (создание т.н. «вибропортретов»).

Подчас  обнаружение  неисправностей упомянутыми методами требует создания достаточно сложного математического аппарата, позволяющего идентифицировать  признаки с конкретными дефектами. 

Относительное  многообразие методов объясняется тем, что ни один из них не позволяет учесть все требования,  предъявляемые к формированию диагноза со 100% достоверностью,  поскольку они  несут  специфическую информацию разной ценности. Ни  один из методов не позволяет оценить состояние двигателя  с  достаточной степенью  детализации.   С помощью сочетания ряда  методов можно осуществить более глубокий контроль (как правило, на земле),  однако это часто требует специальных условий и продолжительного времени.

 Итак, для диагностики АТ целесообразно использовать параметры, обладающие максимальной информативностью, дополняющие и уточняющие  друг друга.  Таким образом, задача оценки информационного потенциала параметров, используемых для целей диагностики АТ, является на сегодняшний день очень актуальной.

 

2. Анализ методов технической  диагностики АТ

Сравнительный анализ информативности методов диагностики АТ, представленный ниже, основан на общепризнанном подходе, выдвинутом М.Бонгардом о величине функции вероятности приближения к цели («адресу» дефекта) при регистрации значений параметра. Правда, каких-либо количественных характеристик упомянутой функции в этой главе пособия не приводится. Эта взаимосвязь (информативность – метод) подтверждена практикой эксплуатации, где косвенным критерием информативности служит безошибочность диагноза при проявлении признака, регистрируемого данным методом.

 

2.1. Тепловые методы  и их эффективность

Одними из наиболее информативных методов оценки  состояния  АТ являются  методы  контроля тепловых параметров. В настоящее время их использование в полете ограничивается  контролем температуры в различных точках, например проточной части двигателя, и сравнением ее с допустимыми  значениями.  Большее развитие тепловые методы нашли при стендовых испытаниях ГТД.  Основным достоинством  их  является возможность получения информации без существенной разборки авиадвигателя. При термометрировании рабочих лопаток турбины на них устанавливают термопары и общий  токосъемник.  Это влечет за собой неудобства для  формирования диагноза вследствие ограниченного количества точек контроля.

Методы бесконтактного  термометрирования  обладают  некоторыми преимуществами . Объектами бесконтактной термометрической диагностики могут являться как двигатель в  целом,  так  и отдельные его агрегаты и детали. Система контроля преобразует инфракрасное изображение в видимое так,  чтобы  распределение видимой яркости было пропорционально инфракрасной яркости объекта, т.е. пространственному распределению температуры T(y,z) или коэффициента излучения e (y,z). Это преобразование обычно осуществляют путем последовательного  анализа различных точек объекта элементарным радиометрическим полем зрения,  образующем на теле объекта площадь S . Мгновенное поле выбирают малым и быстро перемещают его по объекту.  Распределение инфракрасной яркости L(y,z) объекта при сканировании его площадкой S формирует в приемнике сигнал S(t),   амплитуда которого изменяется  во времени в соответcтвии с изменением визируемой яркости. Сигнал S(t) после усиления преобразуется в видимый сигнал.  Воспроизведение  инфракрасного  изображения  путем  строчного анализа позволяет получить тепловую карту наблюдаемой зоны (связь между теплообменом в среде и ее строением). 

Одним из информативных методов обнаружения дефектов труднодоступных узлов ГТД является метод инфракрасной термографии. Его разделяют на активный и пассивный методы. Активный  предполагает предварительный нагрев объекта. Наблюдения тепловых явлений на поверхности в результате распространения тепла по  материалу могут дать информацию о его внутренней структуре.  Используемый при этом источник тепла служит для создания в материале т.н. термоудара, а приемная термографическая система анализирует рассеяние и распространение тепловых волн.

Ограничения сферы применения метода связаны с тем, что наблюдения могут проводиться только в переходном режиме, когда определяются относительные скорости распространения теплового потока внутри материала. По достижении температурного равновесия тепловые контрасты уже не наблюдаются. К тому же такие объекты, как авиационные ГТД, имеют большую контролируемую поверхность, и осуществить их равномерный нагрев представляется затруднительным. Это касается и других функциональных систем самолета – гидравлической, топливной и др.  Сложности в применении метода объясняются тем, что он зависит от большого числа параметров,  которые должны быть учтены для каждого применения. К ним относятся:

• коэффициент излучения испытуемого материала;
• тип  инфракрасного приемного устройства;
• поле зрения и размещение приемного устройства;
• скорость перемещения приемного устройства относительно объекта;
• природа и интенсивность нагрева (с помощью  обычных источников или лазеров);
• фокусировка теплового потока;
• расстояние между источником тепла и испытуемым объектом;
• расстояние между источником тепла и инфракрасной приемной системой.

Существенным недостатком активного метода при оценке состояния функциональных систем ЛА и АД можно считать возможность  контроля  только тех деталей, которые находятся  на его поверхности (корпусе).  Доступ  к остальным  агрегатам  требует их детальной разборки.

Более широкими возможностями в этом отношении обладает пассивный метод. Он заключается в использовании естественного  тепла,  выделяющегося в процессе функционирования ГТД, и в наблюдении с помощью пассивного приемного инфракрасного  устройства распределения температур во времени и в пространстве. Сравнение с идеальной  моделью рассеяния тепла позволяет  определить  все  отклонения температуры, важные для  процесса функционирования  объекта.  Разность температур отдельных зон характеризует условия теплоотвода от них,  и,  тем самым, физико-химический состав, толщину,  структуру,  наличие дефектов и т.д. Пассивный метод представляется более перспективным и может быть использован для определения  наиболее  информативных  точек на поверхности двигателя с целью установки в этих зонах встроенной системы  контроля (термодатчиков).