Аннотация
Дипломная работа посвящена ознакомлению с авиационными газотурбинными двигателями семейства CFM56, изучению их основных эксплуатационных свойств: повреждаемости, контролепригодности, ремонтопригодности и модульности. Целью является освещение проблем, возникающих при эксплуатации этих двигателей в авиакомпании, их решение, предложение по использованию прогрессивного метода восстановления исправного состояния двигателя и внедрению перспективного метода регистрации повреждений элементов конструкции проточной части.
Первый раздел работы содержит информацию о происхождении, развитии и
существовании двигателей семейства CFM56, краткое описание их основных узлов, конструктивных отличий, сведения
об организации работ по их усовершенствованию. Во втором разделе рассмотрены:
факторы, влияющие на техническое состояние двигателя; виды технического
состояния; принцип построения программы ТО и Р двигателей семейства CFM56. Представлено описание сущности
проблемы, возникающей при технической эксплуатации двигателей этого семейства.
В третьем разделе рассмотрены общие для ГТД и характерные для двигателей CFM56 повреждения элементов конструкции.
В четвёртом разделе представлено описание видов ТД, используемых при
технической эксплуатации двигателей этого семейства. В пятом разделе
представлено описание перспективного метода регистрации повреждений элементов
проточной части авиационных ГТД. В заключительной части приведены выводы и
рекомендации по проделанной работе.
Условные обозначения
АТ - авиационная техника
ВС - воздушное судно
ВПП - взлётно-посадочная полоса
ВНА - входной направляющий аппарат
ГДУ - газодинамическая устойчивость
ГТД - газотурбинный двигатель
ТРДД - двухконтурный турбореактивный двигатель
ДРЛО и У - дальнее радиолокационное обнаружение и управление
ЖТ - жаровая труба
ИКАО - международная организация гражданской авиации
КС - камера сгорания
КПА - коробка приводов агрегатов
КПД - коэффициент полезного действия
КНД - компрессор низкого давления
КВД - компрессор высокого давления
ЛА - летательный аппарат
НА - направляющий аппарат
НК - неразрушающий контроль
ПП - промежуточный привод
ПЗС - прибор с зарядовой связью
РК - рабочее колесо
РЛД - радиолокационный датчик
СА - сопловой аппарат
САУ - система автоматического управления
СВЧ - сверхвысокая частота
САУРЗ - система активного управления радиальными зазорами
ТД - техническая диагностика
ТО - техническое обслуживание
ТУ - технические условия
ТО и Р - техническое обслуживание и ремонт
ТНД - турбина низкого давления
ТВД - турбина высокого давления
ТРДД - турбореактивный двигатель двухконтурный
ФУ - фронтовое устройство
AMM - руководство по технической эксплуатации
AEW & C - бортовая система раннего обнаружения и управления
CFMI - совместное предприятие "коммерческие вентиляторные моторы"
CAEP/6 - стандарт, установленный комитетом по охране окружающей среды
DAC - двузонная кольцевая камера сгорания
DGAC - комитет, устанавливающий стандарты по перевозке опасных грузов
EPA - агентство по защите окружающей среды
ETOPS - стандарт, устанавливающий нормы и требования к выполнению полётов на двухмоторном самолёте
FAA - федеральное управление гражданской авиации
FADEC - цифровая система управления двигателем с полной ответственностью
VBV - регулируемый клапан перепуска воздуха
ICAO - международная организация гражданской авиации
SAC - однозонная кольцевая камера сгорания
TAPS -
камера сгорания с предварительным смешением
Оглавление
Введение
. Семейство авиационных газотурбинных двигателей CFM56
.1 История возникновения семейства двигателей CFM56
.2 История развития и настоящее положение авиадвигателей семейства CFM56 на мировом рынке
.2.1 Двигатель CFM56-2
.2.2 Двигатель CFM56-3
.2.3 Двигатель CFM56-5A
.2.4 Двигатель CFM56-5B
.2.5 Двигатель CFM56-5C
.2.6 Двигатель CFM56-7B
.3 Общие и отличительные особенности конструкции двигателей семейства
CFM56. Назначение и эксплуатационно-технические характеристики
.3.1 Двигатель CFM56-2
.3.2 Двигатель CFM56-3
.3.3 Двигатель CFM56-5A
.3.4 Двигатель CFM56-5B
.3.5 Двигатель CFM56-5C
.3.6 Двигатель CFM56-7B
.4 Конструкция двигателя CFM56-5B
.4.1 Общее представление о двигателе CFM56-5B/2P
.4.2 Главный модуль вентилятора
.4.3 Главный модуль газогенератора
.4.4 Главный модуль турбины низкого давления
.4.5 Главный модуль вспомогательного привода
.4.6 Опоры роторов
.4.7 Смотровые порты
.4.8 Дренажная система
.5 Программа TECH56
1.5.1 Цели и организация работ по программе TECH56
.5.2 Результаты работ по программе TECH56
. Техническая эксплуатация авиационных газотурбинных двигателей семейства CFM56
.1 Условия работы и факторы, влияющие на техническое состояние двигателя
.2 Виды технического состояния двигателя
.3 Стратегия программы ТО и Р, применяемая к двигателям семейства CFM56
.4 Проблемы, возникающие при эксплуатации "по состоянию"
. Характерные повреждения авиационных газотурбинных двигателей семейства CFM56
.1 Типичные повреждения элементов конструкции
.2 Распределение и характер повреждений элементов конструкции ГТД по системам и узлам и их причины возникновения
.2.1 Компрессор
.2.2 Камера сгорания и топливные форсунки
.2.3 Турбина
.2.4 Подшипники опор роторов
.2.5 Детали приводов
.2.6 Трубопроводы
.3 Последствия повреждений элементов конструкции
. Методы, средства диагностирования технического состояния, применяемые в настоящее время в эксплуатации авиационных газотурбинных двигателей семейства CFM56
.1 Диагностирование по изменению рабочих параметров
.2 Визуально-оптический метод диагностирования
.3 Диагностирование по наличию продуктов износа в масле
.4 Диагностирование по концентрации продуктов износа в масле
.5 Диагностирование по параметрам вибрации
. Перспективный метод регистрации повреждений элементов проточной части авиационных газотурбинных двигателей семейства CFM56
5.2 Определение частот вращения роторов двухвального двигателя
.3 Вибрации роторных лопаток
.4 Измерение радиальных зазоров
.5 Прохождение через проточную часть посторонних предметов
Выводы и рекомендации
Список использованной литературы
Приложения
авиационный двигатель газотурбинный конструкция
Введение
Современная концепция развития авиационных двигателей во многом определяется требованием заказчиков к качественному сокращению (в два-три раза) стоимости их жизненного цикла. Одним из главных факторов, определяющих успех в достижении этой цели, является практическая реализация системы диагностики нового поколения. Стержневым элементом этой системы является комплексная информационная структура на базе сетевой технологии [5].
В определённой степени тенденция развития систем диагностики двигателей передовых зарубежных фирм идёт в указанном направлении. Наблюдается широкое применение Интернета и системы ACARS для передачи в реальном времени контролируемых на двигателе параметров в удалённый диагностический центр, где принимаются решения о возможности дальнейшей эксплуатации двигателя и его ремонте.
Большие финансовые средства, затрачиваемые зарубежными компаниями на разработку, доводку и испытания авиадвигателей, обеспечивают им высокие показатели надёжности и существенным образом снижают затраты на обслуживание. Как казалось бы, вопрос о приоритетном развитии средств диагностики для них не стоит так остро. Тем не менее, за рубежом наблюдается интенсивный рост инвестиций в разработку новых диагностических средств. Это объясняется высокими требованиями заказчиков к ресурсным характеристикам новых и серийно эксплуатируемых двигателей, а также к обеспечению их эксплуатации по техническому состоянию.
Ставятся задачи перехода на более прогрессивную стратегию эксплуатации с прогнозом надёжности, которая допускает возможность эксплуатировать двигатель с повреждениями основных деталей (например, с трещинами в дисках) при достоверном непрерывном контроле и абсолютном недопущении превышения критического размера дефекта. Указанная проблема может быть решена только посредством разработки и внедрения новых эффективных средств диагностирования и прогнозирования технического состояния авиадвигателей.
Из вышесказанного следует сделать вывод, что требования заказчиков к существенному снижению стоимости обслуживания авиадвигателей в эксплуатации и повышению времени работы двигателя без съёма с крыла обусловливает необходимость в разработке и внедрении новых прогрессивных методов диагностики технического состояния. Система диагностирования нового поколения должна характеризоваться наличием сетевой информационной структуры (Интернет) и новых нетрадиционных средств обнаружения дефектов и повреждений.
Объектом исследования дипломной работы является семейство авиационных
газотурбинных двигателей CFM56.
Для того чтобы ответить на вопрос - "Почему двигатели семейства CFM56 нуждаются в использовании
прогрессивных методов и средств диагностики?", - рассмотрим
эксплуатационные характеристики двигателей семейства, определим их слабые и
потенциально сильные стороны.
1.
Семейство авиационных газотурбинных двигателей CFM56
CFM56 - серия турбовентиляторных авиадвигателей с высокой степенью двухконтурности производства концерна CFMI (Commercial Fan Motors International), объединение американской частной компании General Electric и французской государственной компании SNECMA.
Линейка изделий CFM56 включает в себя шесть моделей двигателей, позволяющих развивать тягу величиной 82…151 кН (8356…15387 кГ). В настоящее время, по информации от производителя [1], более 20 000 двигателей эксплуатируют 531 компании на более чем 8 000 воздушных судах по всему миру. Двигатели CFM56 устанавливаются на 30 типах гражданских и военных воздушных судов, их суммарное лётное время составляет более 500 млн. часов.
В 1997 году двигатель CFM56 установил рекорд по наработке до съема с крыла как в часах, так и в циклах. На сегодняшний день наработка на съем двигателя CFM56 в среднем составляет 17000 часов до первого ремонта и около 12000 ч после ремонта.
Надежность двигателей CFM56 обеспечивает показатели выключения в полете на уровне 0,003 (одно выключение на 333333 летных часа или один раз в 75…100 лет). С точки зрения надежности вылета показатели парка двигателей CFM56 составляют 99,97%. Это означает, что только 3 вылета из 10000 откладываются на время свыше 15 минут или отменяются по причине неисправности двигателей. Этот показатель имеет прямое влияние на эксплуатационные расходы с точки зрения удобства пассажиров, дополнительного расхода топлива, дополнительных аэропортовых сборов, обслуживания выбывшего из эксплуатации самолета и т.д.
Фирмы Snecma и GE делают все возможное для сохранения позиций CFMI как промышленного лидера по надежности, долговечности и экономичности своей продукции на долгие годы вперед.
1.1 История возникновения семейства двигателей CFM56
В начале 70-х годов на рынке ближне - и среднемагистральных реактивных самолетов в основном использовались двигатели с малой степенью двухконтурности. Специалисты американской корпорации "Дженерал Электрик" (General Electric) и французской "Снекма" (Snecma) независимо друг от друга пришли к одному и тому же выводу, состоявшему в том, что существуют хорошие возможности внедриться на этот рынок, если предложить высокоэкономичный двигатель нового поколения с высокой степенью двухконтурности. Но у обеих двигателестроительных фирм к тому моменту не было ни готового продукта, ни свободных средств для его создания и продвижения.
"Снекма" - правопреемница знаменитых в период возникновения и становления авиации фирм "Месье-Бугатти" (Messier-Bugatti) и "Испано-Суиза" (Hispano-Suiza). К началу 70-х она специализировалась в основном на создании и производстве двигателей для военных самолетов, разработала двигатель "Олимпус" для сверхзвукового пассажирского самолета "Конкорд". Она была и остается в настоящее время французским государственным предприятием.
"Дженерал Электрик" ведет свою историю от фирмы "Эдисон Электрик КО." ( "Edison Electric Co."), основанной знаменитым изобретателем и бизнесменом Эдисоном еще в 1878 г. В 60-х годах ХХ века сборочные цеха авиадвигателестроительного отделения фирмы "Дженерал Электрик Эркрафт Энджинз" (General Electric Aircraft Engines) на 85% были заняты производством продукции для военных самолетов, что ограничивало перспективы ее развития.
Анализируя ситуацию на рынке гражданских авиадвигателей, специалисты компании "Дженерал электрик" поставили своей целью создание современного двигателя с высокой степенью двухконтурности, который должен был составить конкуренцию двигателю JT8D фирмы "Прэтт Энд Уитни", используемого на самолетах "Боинг 737-100/200", "Боинг 727" и DC-9 фирмы "Макдоннел Дуглас". Проект нового двигателя базировался на конструкции компрессора, турбины высокого давления и камеры сгорания двигателя "Дженерал электрик" F101, созданного для стратегического бомбардировщика В-1. Но не хватало главного - средств для полномасштабной разработки.
Во Франции в это же время "Снекма" приступила к предварительному проектированию двигателя М56 с классом тяги 10 т для проектируемого фирмой "Дассо" пассажирского лайнера. В тот период фирма не имела опыта работы на рынке самолетов, а её финансовые возможности в освоении нового двигателя были весьма ограничены. В январе 1971 года руководство "Снекма" решило привлечь иностранных партнеров к разработке нового гражданского двигателя. В качестве таких партнеров рассматривались "Роллс-Ройс", "Прэтт энд Уитни", и "Дженерал Электрик". К тому моменту с последней фирмой уже существовал некоторый опыт сотрудничества: французская фирма с 1969 года изготавливала для американцев отдельные агрегаты для двигателя CF6-50.
К июлю 1971 года инженеры "Снекма" и "Дженерал Электрик" спроектировали двигатель в классе тяги 10 тонн с потенциалом ее наращивания до 17 тонн, а спустя три месяца было официально объявлено о решении этих двух фирм приступить к сотрудничеству. Но практически потребовалось еще два года на то, чтобы получить разрешения обеих стран на обмен технологиями и создание совместной компании.
В 1972 году Правительство США отвергло заявку "Дженерал Электрик" на экспортную лицензию, позволяющую использовать основной контур двигателя стратегического бомбардировщика В-1 для совместного проекта, и потребовались длительные переговоры и согласования, чтобы найти выход из тупиковой ситуации. В конце концов, для развития совместной компании по производству гражданских двигателей потребовалось решение на уровне глав государств, которое и было подписано президентами Никсоном и Помпиду на их встрече на высшем уровне в Рейкьявике в мае 1973 года. Но еще в течение пяти лет сотрудники французской фирмы не имели доступа к чертежам и технологии производства основного контура двигателя F101.
В апреле 1974 года узлы двигателя CFM-56 поступили на сборку на завод "Дженерал Электрик" в Цинциннатти, штат Огайо, а в июне двигатель был собран, после чего начались его испытания. Три месяца спустя была официально зарегистрирована фирма "CFMI" (Commercial Fan Motors International), как совместное предприятие при 50% участии фирм Snecma (SAFRAN Group) и General Electric Company.