Методика експериментального дослідження термоциклічної довговічності робочих лопаток турбін ТРДДФ військового призначення

Abstract

Анотація Актуальність цієї статті обумовлена тим, що вкрай важливо підтримувати технічний стан парку військових авіаційних двигунів для забезпечення високого рівня надійності та безпеки польотів. Це, в свою чергу, потребує проведення експериментальних досліджень термоциклічної довговічності робочих лопаток, які лімітують ресурс авіаційного двигуна. Метою дослідження є обґрунтування подальшого розвитку методики експериментального дослідження термоциклічної довговічності робочих лопаток турбореактивних двоконтурних двигунів з форсажною камерою згоряння, що вичерпали ресурс, для оцінки їх залишкової міцності. Основними методами дослідження є методи аналізу та синтезу, дедукції та індукції, а також методи експериментальних досліджень. Об’єктом експериментального дослідження обрано десять зразків робочих лопаток авіаційного двигуна РД-33. Експериментальне дослідження виконувалось на спеціальній установці, яка дозволяє проводити дослідження зразків на розтягання і повзучість у повітряному середовищі при ізотермічних і термоциклічних режимах. Для дослідження залишкового ресурсу зразків робочих лопаток використано методику експериментального дослідження, що передбачає виконання трьох етапів (підготовчого, основного, заключний). Подальший розвиток методики полягає у новому порядку підготовки зразків робочих лопаток, визначенні параметрів термоциклічних режимів і механічних навантажень для випробувань зразків, встановленні тривалості їх витримки при максимальній температурі, розширенні сучасного інструментарію при аналітичної обробки результатів експериментальних досліджень. При проведенні експериментального дослідження параметри режимів випробувань визначалися таким чином, щоб була можливість дослідити вплив основних факторів навантаження на залишкову довговічність матеріалу, а саме: величини механічних напружень; максимальної і мінімальної температури зразка у циклі; часу нагріву та охолодження; часу витримки зразка при максимальній температурі. На підставі аналізу отриманих експериментальних даних зроблено висновок про суттєву залежність довговічності зразків робочих лопаток від рівня температур, напружень і часу витримки при максимальному значенні температури у циклі. Основними результатами статті є доведення наявності ресурсного потенціалу робочих лопаток за критеріями залишкової деформації повзучості та довговічності, що створює підстави для прогнозування та обґрунтованого продовження встановленого ресурсу при експлуатації авіаційних двигунів військового призначення за технічним станом. Запропонований подальший розвиток методики експериментального дослідження термоциклічної довговічності робочих лопаток турбореактивних двоконтурних двигунів з форсажною камерою згоряння відповідає вимогам Авіаційних правил у частині норм льотної придатності двигунів повітряних суден щодо стратегії управління ресурсом авіаційних двигунів. Матеріали статті можуть бути корисними для розробників, виробників і експлуатантів силових установок, а також науковцям і дослідникам в галузі авіаційного двигунобудування. Abstract The relevance of this article is due to the fact that it is extremely important to maintain the technical condition of the military aircraft engine fleet to ensure a high level of reliability and flight safety. This, in turn, requires experimental studies of the thermal cyclic durability of working blades, which limit the service life of an aircraft engine. The purpose of the study is to justify the further development of the experimental research methodology of the working blades of turbojet two-circuit engines with an afterburner combustion chamber thermocycle durability, which have exhausted their resource, to assess their residual strength. The main research methods are methods of analysis and synthesis, deduction and induction, as well as methods of experimental research. Ten samples of the working blades of the RD-33 aircraft engine were chosen as the object of the experimental study. The experimental research was carried out on a special installation that allows samples testing for stretching and creep in an air environment under isothermal and thermocycling conditions. To study the residual resource of working blades samples, the experimental research method was used, that involves the three stages (preparatory, main, final) of implementation. The further development of the methodology consists in a new working blades samples preparing procedure, thermocycling modes and mechanical loads for testing samples parameters determining, establishing the duration of their exposure at the maximum temperature, expanding modern tools for analytical results processing of the experimental studies. When conducting an experimental study, the parameters of the test modes were determined in such a way that it was possible to investigate the influence of the main load factors on the residual durability of the material, namely: the mechanical stresses magnitude; maximum and minimum temperature of the sample in the cycle; heating and cooling time; sample exposure time at the maximum temperature. Based on the analysis of the obtained experimental data, a conclusion was made concerning the significant dependence of the durability of the working blade samples on the level of temperatures, stresses and exposure time at the maximum temperature value in the cycle. The main results of the article are the proof of the working blades resource potential according to the residual creep deformation and durability criteria, that creates grounds for forecasting and justified extension of the established resource during the military aircraft engines operation according to the technical condition. The proposed further development of the experimental research methodology on the thermocycle durability of the turbojet two-circuit engines with an afterburner combustion chamber working blades meets the requirements of the Aviation Rules in terms of airworthiness standards for aircraft engines in relation to the aircraft engines resource`s management strategy. The materials of the article may be useful for developers, manufacturers and operators of power plants, as well as scientists and researchers in the field of aircraft engine construction.