RU2796563C1 - Method for operation of an aircraft gas turbine according to its technical condition - Google Patents

Method for operation of an aircraft gas turbine according to its technical condition Download PDF

Info

Publication number
RU2796563C1
RU2796563C1 RU2022122538A RU2022122538A RU2796563C1 RU 2796563 C1 RU2796563 C1 RU 2796563C1 RU 2022122538 A RU2022122538 A RU 2022122538A RU 2022122538 A RU2022122538 A RU 2022122538A RU 2796563 C1 RU2796563 C1 RU 2796563C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
engine
crack
length
implementation
flight conditions
Prior art date
Application number
RU2022122538A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Георгий Павлович Гогаев
Михаил Анатольевич Богданов
Игорь Аркадьевич Шубин
Дмитрий Владимирович Немцев
Original Assignee
Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО")
Filing date
Publication date
Application filed by Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") filed Critical Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО")
Application granted granted Critical
Publication of RU2796563C1 publication Critical patent/RU2796563C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: operation; diagnostics of aircraft gas turbine engines.
SUBSTANCE: method for operating an aircraft gas turbine engine according to its technical condition includes determining the accumulated damage of each main part of the engine, taking into account engine operating modes and then determining the residual engine life by comparing the integral length of a crack that develops in one or more dangerous places of the highest stress concentration of the main part during engine operation from a defect not detected by non-destructive testing methods, with a maximum allowable value, in the event that the calculated value of the integral crack length approaches the maximum allowable value, the presence and actual length of the crack are controlled by non-destructive testing devices and operation is stopped if the control reveals that the actual crack length has approached its maximum permissible value, the ranges of flight conditions for implementation of engine loading cycles are predetermined, the ranges of flight conditions for the implementation of loading cycles are divided into zones, for each zone and each main part, dependence of the stress intensity factor on the length of the crack is calculated and, when determining the crack growth for the flight and the integral crack lengths the registered parameters that determine the operation of the engine are taken into account, including parameters that characterize the flight conditions for the implementation of each loading cycle.
EFFECT: ensuring a more complete use of the potential capabilities of engine parts in terms of resource due to the use of an improved mechanism for calculating the length of the crack.
4 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области эксплуатации и диагностики авиационных газотурбинных двигателей с учетом конкретных условий эксплуатации.The invention relates to the field of operation and diagnostics of aircraft gas turbine engines, taking into account specific operating conditions.

Прототипом заявленного изобретения является известный способ эксплуатации авиационного газотурбинного двигателя по его техническому состоянию (RU 2439527, МПК G01M 15/14, опубликовано 10.01.2012), согласно которому осуществляют регистрацию параметров, определяющих работу двигателя, определение накопленной повреждаемости каждой основной детали двигателя с учетом режимов работы двигателя и последующее определение остаточного ресурса путем сравнения накопленной повреждаемости с предельно допустимым значением. В качестве параметра, характеризующего повреждаемость детали двигателя, в известном патенте используют длину трещины, развивающейся в зоне наибольшей концентрации напряжений при эксплуатации двигателя от дефекта, необнаруженного методами неразрушающего контроля. При определении величины повреждаемости рассчитывают прирост длины трещины за полет и интегральную длину трещины, накопленную в полетах, с учетом реальных циклов нагружения двигателя в процессе работы и предварительно определенной расчетной зависимости коэффициента интенсивности напряжений (КИН) от длины трещины. При определении остаточного ресурса в случае приближения рассчитанного значения длины трещины к предельно допустимому контролируют наличие и фактическую длину трещины устройствами неразрушающего контроля. Эксплуатация прекращается, если при контроле выявлено, что фактическая длина трещины приблизилась к своему предельно допустимому значению.The prototype of the claimed invention is a known method for operating an aircraft gas turbine engine according to its technical condition (RU 2439527, IPC G01M 15/14, published on 01/10/2012), according to which the parameters that determine the operation of the engine are recorded, the accumulated damage to each main engine part is determined, taking into account the modes engine operation and the subsequent determination of the residual life by comparing the accumulated damage with the maximum allowable value. As a parameter characterizing the damageability of an engine part, a well-known patent uses the length of a crack that develops in the zone of the highest stress concentration during engine operation from a defect not detected by non-destructive testing methods. When determining the damage rate, the increase in the crack length per flight and the integral crack length accumulated in flights are calculated, taking into account the actual engine loading cycles during operation and the predetermined calculated dependence of the stress intensity factor (SIF) on the crack length. When determining the residual resource in the event that the calculated value of the crack length approaches the maximum allowable value, the presence and actual length of the crack are controlled by non-destructive testing devices. Operation is terminated if during the control it is revealed that the actual length of the crack has approached its maximum allowable value.

Недостатком известного способа является низкая точность определения остаточного ресурса двигателя вследствие необъективности механизма подсчета длины трещины, не учитывающего влияния полетных условий на прирост трещины от циклов нагружения двигателя. В известном способе для определения прироста трещины каждой основной детали каждого цикла нагружения используют расчетную зависимость коэффициента интенсивности напряжений от длины трещины, предварительно определенную при максимальных условиях нагружения всего диапазона эксплуатации. Однако, как показывает практика, около 80% эксплуатации двигателей высокоманевренных летательных аппаратов (ЛА) осуществляется на дозвуковых скоростях и высотах до 10 километров, при которых нагруженность основных деталей двигателя значительно ниже максимальной [Гогаев Г.П., Немцев Д.В. «Совершенствование методики контроля выработки ресурса по малоцикловой усталости основных деталей ГТД высокоманевренных ЛА», Сборник «XLII Международной молодежной научной конференции «Гагаринские чтения» МАИ, г. Москва, 2018 г., стр. 124-125]. Также опыт эксплуатации и математические модели двигателей и ЛА свидетельствуют о том, что у каждого режима работы двигателя разные границы реализации по полетным условиям.The disadvantage of the known method is the low accuracy of determining the residual engine life due to the bias of the crack length calculation mechanism, which does not take into account the influence of flight conditions on the crack growth from engine loading cycles. In a known method, to determine the crack growth of each main part of each loading cycle, the calculated dependence of the stress intensity factor on the length of the crack is used, previously determined under maximum loading conditions of the entire operating range. However, as practice shows, about 80% of the operation of engines of highly maneuverable aircraft (LA) is carried out at subsonic speeds and altitudes up to 10 kilometers, at which the load of the main engine parts is much lower than the maximum [Gogaev G.P., Nemtsev D.V. "Improving the methodology for monitoring the development of a resource by low-cycle fatigue of the main parts of the gas turbine engines of highly maneuverable aircraft", Collection "XLII of the International Youth Scientific Conference "Gagarin Readings" MAI, Moscow, 2018, pp. 124-125]. Also, operating experience and mathematical models of engines and aircraft indicate that each engine operation mode has different implementation limits for flight conditions.

Таким образом, использование указанного механизма подсчета длины трещины приводит к неполному использованию потенциальных возможностей деталей двигателя по ресурсу и, как следствие, к увеличению стоимости жизненного цикла двигателя за счет замены не исчерпавших ресурс деталей двигателя при ремонте.Thus, the use of this mechanism for calculating the length of the crack leads to incomplete use of the potential capabilities of engine parts in terms of resource and, as a result, to an increase in the cost of the engine life cycle due to the replacement of engine parts that have not exhausted their resource during repair.

Техническим результатом, достигаемым при использовании заявленного способа, является более полное использование потенциальных возможностей деталей двигателя по ресурсу за счет применения усовершенствованного механизма подсчета длины трещины. Достижение предельно допустимых значений длины трещины у деталей при использовании заявленного способа происходит по истечению большего периода эксплуатации по сравнению с прототипом. Таким образом, использование заявленного способа снижает стоимость жизненного цикла двигателя.The technical result achieved by using the claimed method is a more complete use of the potential of engine parts in terms of resource due to the use of an improved crack length calculation mechanism. The achievement of the maximum allowable values of the length of the crack in parts when using the proposed method occurs after a longer period of operation compared to the prototype. Thus, the use of the claimed method reduces the life cycle cost of the engine.

Указанный технический результат достигается тем, что в заявленном способе эксплуатации авиационного газотурбинного двигателя по его техническому состоянию, включающем регистрацию параметров, определяющих работу двигателя, определение накопленной повреждаемости каждой основной детали двигателя с учетом режимов работы двигателя и последующим определением остаточного ресурса двигателя путем сравнения интегральной длины трещины, развивающейся в одном или нескольких опасных местах наибольшей концентрации напряжений основной детали при эксплуатации двигателя от дефекта, необнаруженного методами неразрушающего контроля, с предельно допустимым значением, при этом интегральную длину трещины определяют с учетом прироста длины трещины за каждый полет, реальных циклов нагружения двигателя в процессе работы и предварительно определенной расчетной зависимости коэффициента интенсивности напряжений от длины трещины, при определении остаточного ресурса двигателя в случае приближения рассчитанного значения интегральной длины трещины к предельно допустимому значению контролируют наличие и фактическую длину трещины устройствами неразрушающего контроля и эксплуатацию основной детали прекращают, если при контроле выявлено, что фактическая длина трещины приблизилась к своему предельно допустимому значению, предварительно определяют диапазоны полетных условий реализации циклов нагружения двигателя, производят разделение диапазонов полетных условий реализации циклов нагружения на зоны, для каждой зоны и каждой основной детали определяют расчетную зависимость коэффициента интенсивности напряжений от длины трещины и при определении прироста трещины за полет и интегральной длины трещины учитывают зарегистрированные параметры, определяющие работу двигателя, включающие параметры, характеризующие полетные условия реализации каждого цикла нагружения.The specified technical result is achieved by the fact that in the claimed method of operating an aircraft gas turbine engine according to its technical condition, including the registration of parameters that determine the operation of the engine, the determination of the accumulated damage of each main engine part, taking into account the operating modes of the engine, and the subsequent determination of the residual engine life by comparing the integral length of the crack , developing in one or several dangerous places of the highest stress concentration of the main part during engine operation from a defect not detected by non-destructive testing methods, with a maximum allowable value, while the integral crack length is determined taking into account the increase in the crack length for each flight, real engine loading cycles in the process work and a predetermined calculated dependence of the stress intensity factor on the length of the crack, when determining the residual life of the engine in the event that the calculated value of the integral length of the crack approaches the maximum allowable value, the presence and actual length of the crack are controlled by non-destructive testing devices and the operation of the main part is stopped if during the control it is revealed, that the actual length of the crack has approached its maximum allowable value, the ranges of flight conditions for the implementation of engine loading cycles are preliminarily determined, the ranges of flight conditions for the implementation of loading cycles are divided into zones, for each zone and each main part, the calculated dependence of the stress intensity factor on the length of the crack is determined and at in determining the crack growth for the flight and the integral length of the crack, the registered parameters that determine the operation of the engine, including the parameters characterizing the flight conditions for the implementation of each loading cycle, are taken into account.

Разделение диапазона полетных условий реализации циклов нагружения авиационного газотурбинного двигателя на зоны, определение для каждой зоны расчетной зависимости интенсивности напряжений от длины трещины для каждой основной детали, а также определение прироста трещины за полет и интегральной длины трещины с учетом зарегистрированных параметров, характеризующих полетные условия реализации каждого цикла нагружения, позволяет использовать при определении интегральной длины трещины различные значения прироста длины трещины по принадлежности зарегистрированных параметров, соответствующих во времени пику выделенного цикла нагружения, к выделенной зоне полетных условий двигателя. Если пик выделенного цикла соответствует границе зон, то для определения прироста трещины для опасных мест наибольшей концентрации напряжений основной детали используют прирост трещины, принадлежащий одной из смежных зон, в которой ее значение будет наименьшим, в результате подсчет накопленной повреждаемости будет максимально приближен к полетным условиям. Таким образом, в заявленном способе учитываются полетные условия, при которых был реализован выделенный цикл нагружения.Dividing the range of flight conditions for the implementation of loading cycles of an aircraft gas turbine engine into zones, determining for each zone the calculated dependence of the stress intensity on the crack length for each main part, as well as determining the crack growth for the flight and the integral length of the crack, taking into account the registered parameters characterizing the flight conditions for the implementation of each of the loading cycle, makes it possible to use, when determining the integral length of the crack, different values of the increase in the length of the crack according to the belonging of the recorded parameters corresponding in time to the peak of the selected loading cycle, to the selected zone of engine flight conditions. If the peak of the selected cycle corresponds to the boundary of the zones, then to determine the crack growth for dangerous places of the highest stress concentration of the main part, the crack growth belonging to one of the adjacent zones, in which its value will be the smallest, is used, as a result, the calculation of the accumulated damage will be as close as possible to flight conditions. Thus, the claimed method takes into account the flight conditions under which the selected loading cycle was implemented.

Существенные признаки могут иметь развитие и дополнение.Significant features may have development and addition.

Диапазоны полетных условий реализации циклов нагружения двигателя определяют на основе данных математических моделей двигателя и летательного аппарата или по результатам анализа серийной эксплуатации.The ranges of flight conditions for the implementation of engine loading cycles are determined based on the data of mathematical models of the engine and the aircraft or on the basis of the results of the analysis of serial operation.

При разделении всего диапазона полетных условий реализации циклов нагружения на зоны количество и размеры зон выбирают для каждой основной детали индивидуально для достижения необходимой точности подсчета интегральной длины трещины. В качестве критерия для определения количества и размеров зон может быть использовано относительное изменение величины повреждаемости между зонами таким образом, что для соседних зон данное изменение не должно превышать выбранного допуска. Минимальная величина допуска соответствует такому значению относительного изменения величины повреждаемости между зонами, при котором дальнейшее уменьшение размера и соответствующее увеличение количества зон не приводит к значимому уточнению накопленной повреждаемости и при этом требует существенного увеличения потребных вычислений.When dividing the entire range of flight conditions for the implementation of loading cycles into zones, the number and size of zones are selected individually for each main part in order to achieve the required accuracy in calculating the integral crack length. As a criterion for determining the number and size of zones, a relative change in the damage value between zones can be used in such a way that for neighboring zones this change should not exceed the selected tolerance. The minimum tolerance value corresponds to such a value of the relative change in the damage between zones, at which a further decrease in the size and a corresponding increase in the number of zones does not lead to a significant refinement of the accumulated damage and, at the same time, requires a significant increase in the required calculations.

Используют в качестве параметров, характеризующих полетные условия реализации циклов нагружения, параметры на входе в двигатель - полную температуру и полное давление, что обусловлено тем, что именно эти параметры определяют условия термомеханического нагружения основных деталей.The parameters at the engine inlet are used as parameters characterizing the flight conditions for the implementation of loading cycles - full temperature and full pressure, due to the fact that these parameters determine the conditions of thermomechanical loading of the main parts.

Заявленное изобретение поясняется далее более подробным описанием его осуществления со ссылкой на фигуры, где представлены:The claimed invention is explained further by a more detailed description of its implementation with reference to the figures, where:

на фиг. 1 - график диапазонов полетных условий реализации циклов нагружения двигателя в координатах полной температуры и полного давления на входе в двигатель на различных режимах работы двигателя;in fig. 1 - graph of the ranges of flight conditions for the implementation of engine loading cycles in the coordinates of the total temperature and total pressure at the engine inlet at various engine operating modes;

на фиг. 2 - график диапазонов полетных условий реализации циклов нагружения двигателя с разделением на зоны;in fig. 2 - graph of the ranges of flight conditions for the implementation of engine loading cycles with division into zones;

на фиг. 3 - график зависимостей коэффициента интенсивности напряжений от длины трещины для различных зон диапазонов полетных условий;in fig. 3 is a plot of the dependence of the stress intensity factor on the length of the crack for different zones of the ranges of flight conditions;

на фиг. 4 - график функции изменения частоты оборотов двигателя во времени;in fig. 4 - graph of the function of changing the engine speed over time;

на фиг. 5 - график зависимости интегральной длины трещины от продолжительности эксплуатации при различных способах эксплуатации авиационного двигателя.in fig. 5 is a graph of the dependence of the integral length of the crack on the duration of operation for various methods of operating an aircraft engine.

Способ эксплуатации авиационного газотурбинного двигателя основан на том, что в процессе эксплуатации сравнивают фактическую наработку двигателя и интегральную длину трещины в каждой из опасных мест его основных деталей с их предельно допустимыми значениями, определяемыми по результатам испытаний усталостных свойств материала деталей и расчетам напряженно-деформированного состояния опасных областей детали.The method of operating an aircraft gas turbine engine is based on the fact that in the process of operation the actual operating time of the engine and the integral crack length in each of the dangerous places of its main parts are compared with their maximum allowable values determined by the results of tests of the fatigue properties of the material of the parts and calculations of the stress-strain state of dangerous detail areas.

Заявленный способ осуществляется следующим образом.The claimed method is carried out as follows.

1) На этапе проектирования и доводки двигателя, с целью упрощения учета многообразия режимов его работы, проводят схематизацию нагружения. За основной характерный параметр работы двигателя, определяющий режим нагружения, принимают частоту вращения ротора. Для схематизации нагружения двигателя весь диапазон изменения его работы по частоте вращения разделяют на ряд назначенных режимов и определяют диапазоны значений частот вращения, соответствующих им. Количество назначенных режимов работы двигателя и соответственно типовых циклов нагружения могут варьировать и определяют с учетом технических требований к двигателю, его системы управления, влияния изменения частоты вращения ротора на выработку циклической долговечности основных деталей двигателя (таких как диски компрессора и турбины, камера сгорания, валы, а так же другие детали, разрушение которых может привести к опасным последствиям [Авиационные правила. Часть 33. Нормы летной годности двигателей воздушных судов]), а также назначения летательного аппарата, в составе которого данный двигатель применяется.1) At the stage of designing and fine-tuning the engine, in order to simplify the consideration of the variety of modes of its operation, loading is schematized. The rotor speed is taken as the main characteristic parameter of the engine operation, which determines the loading mode. To schematize the loading of the engine, the entire range of changes in its operation in terms of rotational speed is divided into a number of designated modes and the ranges of rotational speed values corresponding to them are determined. The number of assigned engine operating modes and, accordingly, typical loading cycles can vary and are determined taking into account the technical requirements for the engine, its control system, the effect of changing the rotor speed on the development of cyclic durability of the main engine parts (such as compressor and turbine disks, combustion chamber, shafts, as well as other parts, the destruction of which can lead to dangerous consequences [Aviation Rules - Part 33. Airworthiness Standards for Aircraft Engines]), as well as the purpose of the aircraft in which this engine is used.

На примере выделения в диапазоне изменения работы двигателя по частоте вращения назначенных режимов: МГ - малый газ, КР - крейсерский режим, МАХ У - максимальный учебный режим, МАХ Б - максимальный боевой режим - выделяют следующие типовые циклы нагружения:On the example of selection in the range of changes in engine operation by the rotation frequency of the assigned modes: MG - low gas, CR - cruising mode, MAX U - maximum training mode, MAX B - maximum combat mode - the following typical loading cycles are distinguished:

N1У - соответствует изменению частоты вращения n0 - nMAX У - n0;N1U - corresponds to the change in rotational speed n 0 - n MAX Y - n 0 ;

N2У - соответствует изменению частоты вращения nМГ - nMAX У - nМГ;N2Y - corresponds to a change in the rotational speed n MG - n MAX Y - n MG ;

N3У - соответствует изменению частоты вращения nКР - nMAX У - nКР,N3U - corresponds to a change in rotational speed n KR - n MAX Y - n KR ,

N1Б - соответствует изменению частоты вращения n0 - nMAX Б - n0;N1B - corresponds to a change in rotational speed n 0 - n MAX B - n 0 ;

N2Б - соответствует изменению частоты вращения nМГ - nMAX Б - nМГ;N2B - corresponds to a change in the rotational speed n MG - n MAX B - n MG ;

N3Б - соответствует изменению частоты вращения nКР - nMAX Б - nКР,N3B - corresponds to a change in rotational speed n KR - n MAX B - n KR ,

где n0 - частота вращения, равная нулю (двигатель выключен);where n 0 - rotational speed equal to zero (engine off);

nМГ - диапазон частот вращения на режиме малого газа;n MG - range of rotational speeds in idle mode;

nКР - диапазон частот вращения на крейсерском режиме;n CR - speed range in cruising mode;

nMAX У - диапазон частот вращения на максимальном учебном режиме,n MAX Y - range of rotational speeds at the maximum training mode,

nMAX Б - диапазон частот вращения на максимальном боевом режиме.n MAX B - range of rotational speeds at the maximum combat mode.

2) Далее на этапе проектирования и доводки двигателя определяют диапазоны полетных условий реализации циклов нагружения, например, на основе данных математических моделей двигателя и ЛА или по результатам серийной эксплуатации. Наиболее достоверным способом определения диапазонов полетных условий реализации циклов нагружения является анализ серийной эксплуатации. Рекомендуется использовать программу ЭксКон v. 1.0 [Программа ЭВМ РФ №2018665849 от 11.12.2018 г.] или ее последующие версии, позволяющие в автоматизированном режиме проводить анализ реализации полетных условий в эксплуатации. В качестве параметров, характеризующих полетные условия, могут быть использованы значения скорости (число Маха M или приборная скорость Vпр), высоты полета Н, полной температуры на входе в двигатель Т*вх, полного давления на входе в двигатель Р*вх, и других параметров, позволяющих определить условия термомеханического нагружения основных деталей. В рассматриваемом примере реализации заявленного способа в качестве параметров, характеризующих полетные условия, используют полную температуру Т*вх и полное давление P*вх на входе в двигатель. При различных сочетаниях параметров M и H параметры на входе в двигатель Т*вх и Р*вх могут быть сходными, кроме того Т*вх и Р*вх - классические возмущающие воздействия теории систем управления авиационных силовых установок, которые совместно с заданным режимом работы двигателя однозначно определяют условия термомеханического нагружения узлов и деталей. Таким образом, становится возможным группировать различные условия по значениям параметров M и H, обладающие сходными значениями параметров T*вх и P*вх на входе в двигатель. Параметры T*вх и P*вх измеряют непосредственно на двигателе или рассчитывают по замеряемым непосредственно на двигателе параметрам.2) Further, at the stage of designing and debugging the engine, the ranges of flight conditions for the implementation of loading cycles are determined, for example, based on the data of mathematical models of the engine and aircraft or based on the results of serial operation. The most reliable way to determine the ranges of flight conditions for the implementation of loading cycles is the analysis of serial operation. It is recommended to use ExCon v. 1.0 [Computer program of the Russian Federation No. 2018665849 dated 12/11/2018] or its subsequent versions, allowing in an automated mode to analyze the implementation of flight conditions in operation. As parameters characterizing the flight conditions, the values of speed (Mach number M or indicated speed V pr ), flight altitude H, total temperature at the inlet to the engine T* inlet , total pressure at the inlet to the engine P* inlet , and others can be used. parameters that allow determining the conditions of thermomechanical loading of the main parts. In the considered example of the implementation of the claimed method, the total temperature T* in and the total pressure P* in at the engine inlet are used as parameters characterizing the flight conditions. For various combinations of parameters M and H, the parameters at the engine inlet T* in and P* in can be similar, in addition, T* in and P* in are classical perturbing effects of the theory of control systems for aircraft power plants, which, together with a given engine operation mode unambiguously determine the conditions of thermomechanical loading of components and parts. Thus, it becomes possible to group different conditions according to the values of the parameters M and H having similar values of the parameters T* in and P* in at the motor inlet. Parameters T* in and P* in are measured directly on the engine or calculated from the parameters measured directly on the engine.

Пример диапазонов полетных условий реализации циклов нагружения Б (N1, N2, N3) и У (N1, N2, N3) представлен на фиг 1.An example of the ranges of flight conditions for the implementation of loading cycles B (N1, N2, N3) and Y (N1, N2, N3) is shown in Fig. 1.

3) Производится разделение полученных диапазонов полетных условий реализаций циклов нагружения на зоны. Количество и размеры зон выбираются индивидуально для каждого типа цикла нагружения каждой основной детали. Увеличение количества зон позволяет повысить точность контроля роста трещины, но увеличивает потребный объем вычислений.3) The obtained ranges of flight conditions for the implementation of loading cycles are divided into zones. The number and size of zones are selected individually for each type of loading cycle for each main part. Increasing the number of zones makes it possible to increase the accuracy of crack growth control, but increases the required amount of calculations.

В качестве примера на фиг. 2 представлено деление на зоны для циклов N1У.As an example, in FIG. 2 shows the division into zones for N1Y cycles.

4) Для выбранных опасных мест наибольшей концентрации напряжений каждой основной детали определяют размер начального дефекта L0i, необнаруженного методами неразрушающего контроля. Для каждой основной детали может быть выбрано одно или несколько опасных мест, обозначаемых i. Опасные места определяются исходя из напряженно-деформированного состояния основной детали, возможности исследования данных мест методами неразрушающего контроля, возможного наличия в данных местах дефектов металлургического и технологического характера. В зависимости от вышеперечисленных условий в каждой основной детали может быть одно или несколько опасных мест.4) For selected dangerous places of the highest stress concentration of each main part, determine the size of the initial defect L 0i undetected by non-destructive testing methods. For each main part, one or more dangerous places, denoted by i, can be selected. Dangerous places are determined based on the stress-strain state of the main part, the possibility of studying these places by non-destructive testing methods, the possible presence of metallurgical and technological defects in these places. Depending on the above conditions, each major part may have one or more hazardous locations.

5) Для применяемых материалов основных деталей проводят стандартные испытания свойств трещиностойкости при рабочей температуре (по ОСТ 1 92127-90) для определения характеристик С, m, ΔKc, характеризующих скорость распространения трещины в материале при циклическом нагружении, где С и m - коэффициенты уравнения Пэриса, ΔKc - критическое значение коэффициента интенсивности напряжений, при котором скорость роста трещины становится недопустимо большой.5) For the materials used for the main parts, standard tests of crack resistance properties at operating temperature (according to OST 1 92127-90) are carried out to determine the characteristics C, m, ΔK c characterizing the rate of crack propagation in the material under cyclic loading, where C and m are the coefficients of the equation Paris, ΔK c is the critical value of the stress intensity factor at which the crack growth rate becomes unacceptably high.

6) Проводят необходимые расчеты по определению значений коэффициентов интенсивности напряжений ΔK, соответствующих произвольно заданным длинам L трещин каждого места каждой основной детали для каждого типа цикла при разных полетных условиях в заданных зонах по пункту 3. Определение значений коэффициентов интенсивности напряжений от длины трещины ведется любым из известных в механике разрушения способом (например, В.З. Партон, Е.М. Морозов Механика упругопластического разрушения, М.: Наука, 1974).6) Carry out the necessary calculations to determine the values of the stress intensity factors ΔK corresponding to arbitrarily given lengths L of cracks in each place of each main part for each type of cycle under different flight conditions in the specified zones according to paragraph 3. The determination of the values of the stress intensity factors from the crack length is carried out by any of methods known in fracture mechanics (for example, V.Z. Parton, E.M. Morozov Mechanics of elastic-plastic fracture, M .: Nauka, 1974).

По полученным значениям строятся зависимости коэффициентов интенсивности напряжений от произвольной длины трещины ΔKijk=f(L) для каждого опасного места каждой основной детали i каждого типа цикла j каждой зоны реализации цикла k.Based on the obtained values, the dependences of the stress intensity factors on an arbitrary crack length ΔK ijk =f(L) are constructed for each dangerous place of each main part i of each type of cycle j of each zone of implementation of cycle k.

Пример построения зависимостей для разных зон приведен на фиг. 3.An example of building dependencies for different zones is shown in Fig. 3.

7) По полученным графикам зависимости коэффициента интенсивности напряжений от длины трещины ΔKijk=f(L) для каждого опасного места каждой основной детали находят критическую длину трещины Lci, соответствующую критической величине коэффициента интенсивности напряжений ΔKc, определенного при испытании образцов на трещиностойкость. Поскольку каждому опасному месту соответствуют несколько определенных зависимостей коэффициента интенсивности напряжений от длины трещины в случаях для разных зон, то итоговой величиной ΔKc принимается наименьшая из полученных величин в разных зонах (в запас).7) According to the obtained graphs of the dependence of the stress intensity factor on the length of the crack ΔK ijk =f (L) for each dangerous place of each main part, find the critical crack length L ci corresponding to the critical value of the stress intensity factor ΔK c determined when testing samples for crack resistance. Since each dangerous place corresponds to several specific dependences of the stress intensity factor on the length of the crack in cases for different zones, the final value ΔK c is taken to be the smallest of the obtained values in different zones (in reserve).

8) Для каждой опасной зоны ОД определяют предельно допустимую длину трещины Lдопi по формуле Lдопi=Lci/Z, где Z - коэффициент безопасности.8) For each dangerous zone OD, the maximum allowable crack length L dopi is determined by the formula L dopi =L ci /Z, where Z is the safety factor.

9) При эксплуатации двигателя для контроля достижения предельных значений Lдопi используют алгоритмы обработки регистрируемой полетной информации, позволяющие выделять типовые циклы нагружения. В основе указанных алгоритмов лежит функция изменения частоты оборотов двигателя во времени.9) When operating the engine, to control the achievement of the limiting values of L dopi , algorithms for processing the recorded flight information are used, which make it possible to identify typical loading cycles. These algorithms are based on the function of changing the engine speed over time.

Определение циклов нагружения осуществляют в следующей последовательности:The loading cycles are determined in the following sequence:

а) Для циклограммы изменения частоты оборотов двигателя за один полет определяют все экстремумы временной функции n=f(τ) (Фиг. 4);a) For the cyclogram of the change in the engine speed for one flight, all extrema of the time function n=f(τ) are determined (Fig. 4);

б) В соответствии с методами схематизации случайных процессов (ГОСТ 25.101-83) выделяют все циклы нагружения функции n=f(τ).b) In accordance with the methods of schematization of random processes (GOST 25.101-83), all loading cycles of the function n=f(τ) are distinguished.

Во время полета с необходимой периодичностью регистрируют параметры Т*вх и Р*вх. После выделения типовых циклов нагружения определяют значения регистрируемых параметров Т*вх и Р*вх, соответствующих во времени пикам выделенных циклов (Фиг. 4).During the flight, the parameters T* in and P* in are recorded with the required frequency. After selecting typical loading cycles, the values of the recorded parameters T* in and P * in corresponding in time to the peaks of the selected cycles are determined (Fig. 4).

По принадлежности выбранных параметров Т*вх и Р*вх к выделенной зоне полетных условий двигателя выбирают соответствующую зависимость коэффициента интенсивности напряжений от длины трещины ΔKijk=f(L), которую в дальнейшем используют для подсчета прироста длины трещины ΔLni по формуле Пэриса ΔLni=CΔKi(LΣ(n-1)i)m, где: ΔKi(LΣ(n-1)i) - интенсивность напряжений, определенная для каждого опасного места каждой основной детали по соответствующему графику (фиг. 3) от интегральной длины трещины LΣ(n-1)i.According to the belonging of the selected parameters T* in and P* in to the selected zone of engine flight conditions, the appropriate dependence of the stress intensity factor on the crack length ΔK ijk =f(L) is selected, which is subsequently used to calculate the increment in the crack length ΔL ni according to the Paris formula ΔL ni =CΔK i (L Σ(n-1)i ) m , where: ΔK i (L Σ(n-1)i ) - stress intensity determined for each dangerous place of each main part according to the corresponding schedule (Fig. 3) from integral crack length L Σ(n-1)i .

Интегральная длина трещины до выполнения первого полета принимается равной длине начального дефекта L0i, необнаруженного методами неразрушающего контроля. После выполнения первого цикла нагружения прирост трещины составит ΔL1i=CΔKi(L0i)m, а длина трещины LΣ1i=L0i+ΔL1i. Далее прирост трещины от последующих циклов нагружения будет определяться с учетом интегральной длины трещины после предыдущих циклов нагружения.The integral length of the crack before the first flight is taken equal to the length of the initial defect L 0i undetected by non-destructive testing methods. After the first loading cycle, the crack growth will be ΔL 1i =CΔK i (L 0i ) m , and the crack length L Σ1i =L 0i +ΔL 1i . Further, the crack growth from subsequent loading cycles will be determined taking into account the integral length of the crack after previous loading cycles.

10) По окончании полета полученную интегральную длину трещины LΣi для каждого опасного места сравнивают с предельно допустимым значением длины трещины Lдопi. В случае выполнения условия LΣi ≥ Lдопi для любого из опасных мест основной детали эксплуатацию основной детали прекращают и проводят инспекцию опасных мест основной детали на предмет возможного развития в ней трещины от предполагаемого дефекта.10) At the end of the flight, the obtained integral length of the crack L Σi for each dangerous place is compared with the maximum allowable value of the length of the crack L dopi . If the condition L Σi ≥ L addi is met for any of the dangerous places of the main part, the operation of the main part is stopped and the dangerous places of the main part are inspected for possible development of a crack in it from the alleged defect.

В случае обнаружения развившегося дефекта деталь отстраняется от дальнейшей эксплуатации и заменяется новой. В случае отсутствия развитого дефекта предполагают, что дефект не развился, его длина вновь принимается равной размеру начального дефекта L0i, не выявляемого применяемыми методами неразрушающего контроля, и эксплуатация основной детали продолжается описанным выше порядком.In case of detection of a developed defect, the part is removed from further operation and replaced with a new one. In the absence of a developed defect, it is assumed that the defect has not developed, its length is again taken equal to the size of the initial defect L 0i , not detected by the applied non-destructive testing methods, and the operation of the main part continues as described above.

Таким образом, новый подход к осуществлению способа эксплуатации авиационного двигателя согласно изобретению позволяет учесть влияние полетных условий в определении прироста и интегральной длины трещины, что позволит увеличить срок эксплуатации без отстранения деталей и снизить стоимость жизненного цикла двигателя. На фиг. 5 изображены интегральные приросты длины трещины для одного опасного места основной детали с учетом влияния полетных условий и с учетом работы в зоне максимальных условий нагружения.Thus, a new approach to the implementation of the method of operating an aircraft engine according to the invention makes it possible to take into account the influence of flight conditions in determining the increment and integral crack length, which will increase the service life without removing parts and reduce the cost of the engine life cycle. In FIG. Figure 5 shows the integral increments of the crack length for one dangerous place in the main part, taking into account the influence of flight conditions and taking into account operation in the zone of maximum loading conditions.

Claims (4)

1. Способ эксплуатации авиационного газотурбинного двигателя по его техническому состоянию, включающий регистрацию параметров, определяющих работу двигателя, определение накопленной повреждаемости каждой основной детали двигателя с учетом режимов работы двигателя и последующим определением остаточного ресурса двигателя путем сравнения интегральной длины трещины, развивающейся в одном или нескольких опасных местах наибольшей концентрации напряжений основной детали при эксплуатации двигателя от дефекта, не обнаруженного методами неразрушающего контроля, с предельно допустимым значением, при этом интегральную длину трещины определяют с учетом прироста длины трещины за каждый полет, реальных циклов нагружения двигателя в процессе работы и предварительно определенной расчетной зависимости коэффициента интенсивности напряжений от длины трещины, при определении остаточного ресурса двигателя в случае приближения рассчитанного значения интегральной длины трещины к предельно допустимому значению контролируют наличие и фактическую длину трещины устройствами неразрушающего контроля и эксплуатацию основной детали прекращают, если при контроле выявлено, что фактическая длина трещины приблизилась к своему предельно допустимому значению, отличающийся тем, что предварительно определяют диапазоны полетных условий реализации циклов нагружения двигателя, производят разделение диапазонов полетных условий реализации циклов нагружения на зоны, для каждой зоны и каждой основной детали определяют расчетную зависимость коэффициента интенсивности напряжений от длины трещины и при определении прироста трещины за полет и интегральной длины трещины учитывают зарегистрированные параметры, определяющие работу двигателя, включающие параметры, характеризующие полетные условия реализации каждого цикла нагружения.1. A method of operating an aircraft gas turbine engine according to its technical condition, including registering the parameters that determine engine operation, determining the accumulated damage of each main engine part, taking into account the engine operating modes, and then determining the residual engine life by comparing the integral length of a crack developing in one or more dangerous places of the highest stress concentration of the main part during engine operation from a defect not detected by non-destructive testing methods, with a maximum allowable value, while the integral length of the crack is determined taking into account the increase in the length of the crack for each flight, real engine loading cycles during operation and a predetermined calculated dependence stress intensity factor on the length of the crack, when determining the residual life of the engine in the event that the calculated value of the integral length of the crack approaches the maximum allowable value, the presence and actual length of the crack are controlled by non-destructive testing devices and the operation of the main part is stopped if the control reveals that the actual length of the crack has approached its maximum permissible value, characterized in that the ranges of flight conditions for the implementation of engine loading cycles are preliminarily determined, the ranges of flight conditions for the implementation of loading cycles are divided into zones, for each zone and each main part, the calculated dependence of the stress intensity factor on the length of the crack is determined and when determining the increase cracks per flight and the integral length of the crack take into account the registered parameters that determine the operation of the engine, including parameters that characterize the flight conditions for the implementation of each loading cycle. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что определяют диапазоны полетных условий реализации циклов нагружения двигателя на основе данных математических моделей двигателя и летательного аппарата или по результатам анализа серийной эксплуатации.2. The method according to p. 1, characterized in that the ranges of flight conditions for the implementation of engine loading cycles are determined based on the data of mathematical models of the engine and the aircraft or according to the results of the analysis of serial operation. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при разделении всего диапазона полетных условий реализации циклов нагружения на зоны количество и размеры зон выбирают для каждой основной детали индивидуально.3. The method according to claim 1, characterized in that when dividing the entire range of flight conditions for the implementation of loading cycles into zones, the number and size of zones are selected individually for each main part. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют в качестве параметров, характеризующих полетные условия реализации циклов нагружения, параметры на входе в двигатель - полную температуру и полное давление.4. The method according to claim 1, characterized in that the parameters characterizing the flight conditions for the implementation of loading cycles are used as parameters at the engine inlet - full temperature and full pressure.
RU2022122538A 2022-08-22 Method for operation of an aircraft gas turbine according to its technical condition RU2796563C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2796563C1 true RU2796563C1 (en) 2023-05-25

Family

ID=

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
UA1056U (en) * 2001-07-17 2001-09-17 Дочірнє Підприємство Науково-Виробнича Фірма "Теплоенергомаш" Компанія З Обмеженою Відповідальністю "Інтертрейд Груп Єл Єл Сі" Appliance for liquid heating
RU2439527C2 (en) * 2010-03-23 2012-01-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" Method of operating aircraft gas turbine engine according to its technical state
RU2665806C2 (en) * 2013-09-10 2018-09-04 Тиссенкрупп Стил Юроп Аг Method and device for investigating inspection system used for detecting surface defects

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
UA1056U (en) * 2001-07-17 2001-09-17 Дочірнє Підприємство Науково-Виробнича Фірма "Теплоенергомаш" Компанія З Обмеженою Відповідальністю "Інтертрейд Груп Єл Єл Сі" Appliance for liquid heating
RU2439527C2 (en) * 2010-03-23 2012-01-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" Method of operating aircraft gas turbine engine according to its technical state
RU2665806C2 (en) * 2013-09-10 2018-09-04 Тиссенкрупп Стил Юроп Аг Method and device for investigating inspection system used for detecting surface defects

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3186866B2 (en) Method and apparatus for predicting deterioration / damage of structural member
RU2393451C1 (en) Method of operating aircraft engine based on technical state thereof
US9885636B2 (en) Method and system for predicting the serviceable life of a component
CN107667280B (en) Scheduled inspection and predicted end-of-life of machine components
Hou et al. Prediction of fatigue crack propagation lives of turbine discs with forging-induced initial cracks
RU2737127C1 (en) Increased service life of power turbine disk subjected to corrosion damage during operation (embodiments)
Witoś et al. Turbine engine health/Maintenance status monitoring with use of phase-discrete method of blade vibration monitoring
RU2439527C2 (en) Method of operating aircraft gas turbine engine according to its technical state
Xiannian et al. Fatigue crack propagation analysis in an aero-engine turbine disc using computational methods and spin test
WO2017202588A1 (en) Estimating the life time of a gas turbine component
RU2796563C1 (en) Method for operation of an aircraft gas turbine according to its technical condition
Hanschke et al. The effect of foreign object damage on compressor blade high cycle fatigue strength
Vittal et al. Review of approaches to gas turbine life management
Nicholas et al. Predicting crack growth under thermo-mechanical cycling
RU2696523C1 (en) Method of operating an aircraft gas turbine engine based on its technical state
RU2742321C1 (en) Method of operating aircraft gas turbine engine based on technical state thereof
Shanyavskiy et al. Durability diagnostics of turbine blades based on non-destructive acoustic emission testing
RU2725299C1 (en) Method of estimating technical condition of turbine blades of a gas-turbine engine
Beres et al. Fatigue crack growth rate evaluation in a turbine disc after spin rig testing
Hu et al. A review and assessment of current airframe lifing methodologies and tools in Air Vehicles Division
RU2618602C1 (en) Method for x-ray control parts of gas turbine engine
CN115391929B (en) Method for evaluating damage resistance of aero-engine fan or compressor blade to foreign objects
Koul et al. Residual life assessment and life cycle management of design life expired discs
Arnold New techniques to quantify HCF margins demonstrated during accelerated mission testing
Przysowa et al. Development of an on-line damage detection, discrimination and tracking system for the spin rig facility